Катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока Российский патент 2018 года по МПК H01F38/32 H02H7/45 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции дифференцирующих индукционных преобразователей тока (ДИПТ), и предназначено для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем.

ДИПТ является, как и трансформатор тока, измерительным преобразователем трансформаторного типа. В катушке ДИПТ наводится ЭДС, которая равна произведению производной измеряемого тока по времени на взаимную индуктивность между катушкой ДИПТ и проводником с измеряемым током.

Известны двухобмоточные ДИПТ, в которых этот проводник, выполненный в виде короткого стержня или короткой трубки, является вторым основным конструктивным элементом ДИПТ, играя при этом роль первичной обмотки, как у трансформатора тока (ТТ). ДИПТ, в отличие от ТТ, работает в режиме, близком к идеальному холостому ходу. Его выходное напряжение практически равно указанной ЭДС. Ток нагрузки катушки ДИПТ во много раз меньше тока вторичной обмотки трансформатора тока. Поэтому масса двухобмоточного ДИПТ в десятки и даже тысячи раз меньше, чем масса трансформатора тока. Этим и объясняется имеющее место в настоящее время нарастающее использование ДИПТ взамен ТТ.

Конструкция катушки ДИПТ зависит от ее назначения (для стационарной установки или для проведения экспериментальных исследований), а также от наличия мешающих магнитных полей, которые создают расположенные вблизи от катушки проводники с посторонними токами. Предлагаемая катушка ДИПТ предназначена для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем. В этом случае катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является тем проводником, по которому проходит измеряемый ток. Диаметр катушки составляет десятки сантиметров, расстояние от катушки до проводника с измеряемым током близко к расстояниям между катушкой и токопроводами других токов (например, токопроводами других фаз). Поэтому проблема защиты ДИПТ от влияния магнитных полей сторонних токов выходит на первый план.

Известны гибкие катушки ДИПТ. Витки такой катушки равномерно наматываются на гибкую трубку по всей ее длине от ее начала до конца, затем обмоточный провод пропускают внутри трубки и его конец, как и начало обмотки катушки, подключается к коаксиальному проводу, по которому передается напряжение катушки. Эта трубка обводится вокруг проводника с измеряемым током, образуя петлю. Конец трубки прикрепляется к ней в области, примыкающей к местам соединения начала обмотки катушки и конца обратного провода с центральным проводником и наружной оплеткой коаксиального провода. Такая катушка, которая называется катушкой Роговского, является аналогом предлагаемого изобретения [W. F. Ray, C. R. Hewson. Practical Aspects of Rogowski Current Transducer Performance. PEM_paper_PCIM, 2001. – 6 p.].

Мешающие магнитные поля первого рода, проходящие сквозь окно замкнутой катушки, наводят в обмотке катушки и в контуре, образованном проводом, проходящим внутри трубки, две ЭДС помехи, практически одинаковые по абсолютному значению, но противоположные по направлению. Сумма этих ЭДС, которые оказываются включенными последовательно, практически равна нулю. Этим достигается высокая помехозащищенность катушек Роговского, по отношению к мешающим магнитным полям первого рода. Идеальная торообразная катушка имеет одинаковые размеры всех своих круговых витков, которые равномерно распределены вдоль всей продольной, имеющей форму окружности, осевой линии катушки. Причем центры всех витков находятся на одинаковом расстоянии от осевой линии катушки. Такая катушка является практически абсолютно защищенной также и от мешающих магнитных полей второго рода, которые созданы расположенными вне окна катушки проводниками с посторонними токами, а их магнитные линии лежат в плоскостях, расположенных параллельно плоскости продольной осевой линии катушки. Сумма тех составляющих ЭДС всех витков катушки, которые наводятся указанными мешающими магнитными полями второго рода, близка к нулю.

Гибкая катушка не обладает всеми перечисленными свойствами идеального тороида. Наиболее существенным нарушением условия равномерного распределения витков катушки является их отсутствие на участке между концом катушки, прикрепленным к ней в области ее начала, и этим началом. Если указанный участок входит в петлю, охватывающую проводник с измеряемым током, то ЭДС катушки меньше теоретического значения этой ЭДС, что является первым недостатком катушки аналога. Как свидетельствуют технические данные, которые указывают фирмы, выпускающие эти катушки, погрешность измерения в этом случае достигает 4%. Отмеченное обстоятельство является также причиной недостаточной защищенности гибкой катушки Роговского по отношению к мешающим магнитным полям второго рода. Слишком малый диаметр витков гибкой катушки Роговского (не более нескольких миллиметров) является причиной других недостатков аналога. ЭДС, которая наводится в тонкой катушке магнитным полем проводника с измеряемым током, мала, она не превосходит нескольких милливольт. Поэтому для повышения точности измерения необходимо увеличить отношение ЭДС, созданной действием измеряемого тока к ЭДС различных помех, которые наводятся в линии, по которой передается сигнал, вызванный действием измеряемого тока. Поэтому в непосредственной близости от стационарно установленной гибкой катушки Роговского приходится помещать усилитель, к входу которого подключена катушка, а выход усилителя подключается к линии, передающей сигнал, вызванный действием измеряемого тока. Усложнение схемы измерительного преобразователя, связанное с наличием усилителя, и необходимость обеспечить этот усилитель источником питания и являются вторым и третьим недостатками аналога. Четвертый недостаток катушки Роговского заключается в том, что она не позволяет проводить подрегулировку (изменять в небольших пределах) значения взаимной индуктивности между катушкой и проводником с измеряемым током.

От первых трех недостатков аналога свободен ДИПТ с секционированной катушкой ДИПТ, который наиболее близок по технической сущности к заявляемому устройству (прототип) [Патент RU 2396661, МПК H02H3/34, H01F38/28, 2010г.].

Прототип содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой, находящиеся на ее концах, плотно соединяются одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку того высоковольтного ввода выключателя, через который проходит измеряемый ток, а продольная осевая линия этого тороида представляет собой окружность, расположенную в плоскости, перпендикулярной продольной оси шины ввода, которая проходит через окно несущего тороида.

Катушка прототипа является секционированной: она состоит из n одинаковых по своей конструкции круговых соленоидов, расположенных по часовой стрелке, в порядке увеличения их номеров, вдоль осевой линии катушки. Каждый соленоид имеет выполненный из жесткого изоляционного материала трубчатый каркас. Конечный торец любого m–го каркаса прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса, а начальный торец m–го каркаса – к концу(m-1)–го каркаса, причем конечный торец n–го каркаса прилегает к начальному торцу 1–го каркаса. На наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого (или левого) винта. Шаг спирали равен диаметру обмоточного провода. Начало и конец обмотки каждого соленоида находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса. Начало обмотки первого соленоида подключено к первому зажиму катушки ДИПТ, а конец обмотки n–го соленоида – ко второму зажиму катушки ДИПТ. Благодаря перечисленным признакам катушки – прототипа высота обмоток соленоидов во много раз больше длины необмотанных участков между концом обмотки любого m–го соленоида и началом обмотки (m+1)–го соленоида, что и объясняет практическое отсутствие всех трех первых, указанных выше, недостатков катушки-аналога.

Отсутствие возможности проводить подрегулировку взаимной индуктивности между катушкой и проводником с измеряемым током является первым недостатком катушки – прототипа.

Для исключения тех погрешностей измерения производной измеряемого тока, которые вызываются мешающими магнитными полями первого рода катушка-прототип является двухслойной. На описанной выше секционированной катушке, которая является первым слоем катушки прототипа, размещен второй слой. Большая часть существенных признаков конструкции обмотки второго слоя такая же, как и у первого слоя. Исключение составляют только два признака. Во-первых, соленоиды второго слоя располагаются в порядке увеличения их номеров против часовой стрелки. Во-вторых, первая катушка второго слоя располагается над n–й катушкой первого слоя, причем начало первой катушки второго слоя подключено к второму зажиму катушки-прототипа, то есть к концу обмотки первого слоя, а конец n–й катушки второго слоя – к третьему зажиму катушки-прототипа. При этом первый и третий зажимы катушки-прототипа являются ее выходными зажимами.

Благодаря указанным отличительным признакам, две ЭДС помехи, которые наводятся мешающими магнитными полями первого рода в катушках первого и второго слоев, практически одинаковы по абсолютному значению, но противоположны по направлению. Поэтому сумма этих ЭДС практически равна нулю. Этим достигается высокая помехозащищенность ДИПТ, по отношению к мешающим магнитным полям первого рода

В то же время ЭДС, которые наводятся магнитным полем проводника с измеряемым током в катушках первого и второго слоев, одинаковы как по абсолютному значению, так и по направлению. При этом выходной сигнал ДИПТ увеличивается в два раза, что, во-первых, дополнительно улучшает помехозащищенность ДИПТ от мешающих магнитных полей первого рода, и, во-вторых, позволяет освободиться от применения усилителя выходного сигнала ДИПТ, как это имеет место у аналога.

У прототипа имеется еще один отличительный признак, который не используется в заявляемом устройстве: соленоиды с двухслойной обмоткой надеты на трубку из эластичного изоляционного материала, при этом выдерживается одно и то же расстояние между любыми соседними соленоидами. После размещения соленоидов вдоль указанной трубки ее концы соединяются друг с другом.

Последний отличительный признак прототипа является причиной его второго недостатка, заключающегося в том, что при монтаже катушки возникают затруднения с обеспечением точности равномерного распределения жестких соленоидов, высота которых в несколько раз больше наружного диаметра эластичной трубки, вдоль длины ее осевой линии, что может привести к увеличению погрешности измерения, вызванной мешающими магнитными полями второго рода.

Третий недостаток прототипа заключается в том, что длина обмоточного провода двухслойной катушки примерно в раз больше, чем у однослойной катушки, при тех же значениях взаимной индуктивности между катушкой и проводником с измеряемым током, а также диаметра окна катушки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение показателей ДИПТ для сетей высокого напряжения.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в снижении стоимости ДИПТ для сетей высокого напряжения путем упрощения технологии изготовления и монтажа катушки ДИПТ, уменьшении суммарной массы проводников катушки и обеспечении возможности подрегулировать значение взаимной индуктивности между катушкой ДИПТ и проводником с измеряемым током.

Поставленная задача достигается тем, что в катушку дифференцирующего индукционного преобразователя тока, состоящую из несущего тороида, выполненного на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой, находящиеся на ее концах, плотно соединены одна с другой при установке катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока на соединительную втулку того высоковольтного ввода, через который проходит измеряемый ток, а продольная осевая линия этого тороида находится в плоскости, перпендикулярной осевой линии токоведущей шины ввода, и n одинаковых по своей конструкции секционных круговых соленоидов, расположенных по часовой стрелке, в порядке увеличения их номеров, вдоль осевой линии катушки, и каждый такой соленоид имеет выполненный из жесткого изоляционного материала трубчатый каркас, имеющий сквозное цилиндрическое отверстие, проходящее вдоль упомянутого трубчатого каркаса, при этом конечный торец любого m–го каркаса прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса, а начальный торец m–го каркаса – к конечному торцу (m-1)–го каркаса, причем конечный торец n–го каркаса прилегает к начальному торцу первого каркаса, кроме того, на наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого (или левого) винта, шаг спирали равен диаметру обмоточного провода, причем начала и концы обмоток каждого соленоида находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса, начала каждой, кроме первой, обмоток каждого соленоида соединены с концами обмоток соленоидов предыдущих секций, начало обмотки первого соленоида подключено к первому зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец обмотки n–го соленоида соединен со вторым зажимом катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, согласно изобретению дополнительно введены проходящий внутри секционированной катушки в направлении против часовой стрелки обратный провод, начало которого подключено к концу обмотки n–го соленоида и к третьему зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец, соединенный с началом обмотки первого соленоида, подключен ко второму зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, предназначенные для соединения начал и концов обмоток соленоидов между собой и с внешними зажимами катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока обмоточные соединители с разъемными контактами и (п-1) выполненных из жесткого изоляционного материала и прикрепленных к несущему тороиду соединительных муфт, каждая из которых снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, причем первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида, при этом совокупность продольных осевых линий обоих шипов и основного тела каждой соединительной муфты представляет собой, имеющую форму отрезка прямой, осевую линию соединительной муфты, а совокупность осевых линий всех соединительных муфт линии образует продольную осевую линию катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, имеющую форму правильного n–угольника, кроме того, в каждой соединительной муфте выполнен сквозной цилиндрический канал, продольной осью которого является осевая линия соединительной муфты, а упомянутый обратный провод проходит через сквозные цилиндрические отверстия трубчатых каркасов всех секционных соленоидов.

При этом угол между продольными осями первого и второго шипов каждой соединительной муфты равен градусов. Кроме того, каждая соединительная муфта прикреплена к упомянутому эластичному немагнитному тороиду в точках поверхности последнего, расположенных вдоль большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом совокупность отличительных признаков формулы предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:

Признаки, указывающие, что «проходящий внутри секционированной катушки в направлении против часовой стрелки обратный провод, начало которого подключено к концу обмотки n–го соленоида и к третьему зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец, соединенный с началом обмотки первого соленоида, подключен ко второму зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока», «(п-1) выполненных из жесткого изоляционного материала и прикрепленных к несущему тороиду соединительных муфт, каждая из которых снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами» и «совокупность продольных осевых линий обоих шипов и основного тела каждой соединительной муфты представляет собой, имеющую форму отрезка прямой, осевую линию соединительной муфты, а совокупность осевых линий всех соединительных муфт линии образует продольную осевую линию катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, имеющую форму правильного n–угольника, кроме того, в каждой соединительной муфте выполнен сквозной цилиндрический канал, продольной осью которого является осевая линия соединительной муфты, а упомянутый обратный провод проходит через сквозные цилиндрические отверстия трубчатых каркасов всех секционных соленоидов» позволяют устранить влияние мешающих магнитных полей первого рода, уменьшить влияние мешающих магнитных полей второго рода, упростить технологию изготовления и монтажа катушек ДИПТ, а также снизить их стоимость.

Высота каждой катушки соленоида во много раз больше расстояний между крайними витками соседних соленоидов, поэтому вся секционированная однослойная катушка ДИПТ, по воздействию на нее мешающих магнитных полей первого рода, эквивалентна первому контуру, совпадающему по своей форме с продольной осевой линией катушки. Другой, подобный ему, второй контур эквивалентен контуру обратного провода. Площади этих, первого и второго, контуров равны, а направления их, по отношению к токопроводу с измеряемым током, противоположны, причем первый и второй контуры включены последовательно. Поэтому ЭДС, наводимые в этих контурах мешающими магнитными полями первого рода, равны по абсолютному значению и противоположны по направлению, а их сумма равна нулю, чем достигается высокая помехозащищенность ДИПТ, по отношению к мешающим магнитным полям первого рода. При большом отношении высоты катушки соленоида к расстоянию между крайними витками соседних соленоидов влияние мешающих магнитных полей второго рода на ЭДС катушки ДИПТ ничтожно мало и оно тем меньше, чем больше указанное отношение.

Признак, указывающий, что «первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида» позволяет изменять глубину вхождения шипов в цилиндрические отверстия каркасов секционных соленоидов и, тем самым, взаимную индуктивность между катушкой ДИПТ и токопроводом с измеряемым током. При увеличении глубины погружения шипов в упомянутые цилиндрические отверстия обмотки секционных соленоидов приближаются к шине ввода, что вызывает увеличение указанной взаимной индуктивности. И, наоборот, при уменьшении этой глубины происходит уменьшение указанной взаимной индуктивности.

Признак, указывающий, что «угол между продольными осями первого и второго шипов каждой соединительной муфты равен градусов» позволяет уменьшить влияние мешающих магнитных полей второго рода, так как обеспечивает минимум длины необмотанного участка продольной осевой линии катушки ДИПТ, который расположен между конечным витком последнего соленоида и первым витком первого соленоида, что повышает равномерность расположения витков катушки вдоль продольной осевой линии катушки ДИПТ на всем ее протяжении.

Признаки, указывающие, что в ДИПТ дополнительно введены «предназначенные для соединения начал и концов обмоток соленоидов между собой и с внешними зажимами катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока обмоточные соединители с разъемными контактами» и «каждая соединительная муфта прикреплена к упомянутому эластичному немагнитному тороиду в точках поверхности последнего, расположенных вдоль большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия» позволяют облегчить работу по монтажу катушки ДИПТ на соединительную втулку того высоковольтного ввода выключателя, через который проходит измеряемый ток. Так как катушка ДИПТ, расположенная с внешней стороны от эластичного немагнитного тороида, входящего в состав ДИПТ, плотно соединена с этим тороидом в n точках, то для установки и закрепления ее на втулку соответствующего ввода достаточно плотно соединить стыковочные поверхности указанного тороида. Наличие указанных обмоточных соединителей, при подключении их к зажимам обмоток соленоидов и к внешним зажимам катушки, нисколько не затрудняет изменение глубины вхождения шипов соединительных муфт в окна трубчатых каркасов секционных соленоидов.

На фиг. 1 показан поперечный разрез секционированной катушки и несущего тороида в границах m-го и (m+1)-го секционных соленоидов; на фиг. 2 показан поперечный разрез секционированной катушки и несущего тороида в границах первого и n-го секционных соленоидов.

На чертежах показаны токопровод 1, несущий тороид 2, m-й 3 и (m+1)-й 4 соленоиды, обратный провод 5, соединительная муфта 6, первый 7 и второй 8 шипы, начало 9 и конец 10 обмотки соленоида 3, начало 11 и конец 12 обмотки соленоида 4, обмоточные соединители 13, соленоиды 14 и 15, начало 16 и конец 17 обмотки соленоида 14, начало 18 и конец 19 обмотки соленоида 15, начало 20 обратного провода 5, конечный зажим 21 обратного провода 5, первый зажим 22 катушки, второй зажим 23, третий зажим 24, стыковочные поверхности 25. На чертежах обозначены:

d – диаметр витков;

R_C – радиус катушки;

R_aкс – радиус несущего тороида;

R_max – радиус большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия.

Вокруг токопровода 1 с измеряемым током I располагают несущий тороид 2 и состоящую из n секций секционированную катушку, в которую входят (см. Фиг.1) секционные соленоиды, m-й 3 и (m+1)-й 4. Диаметры витков (d) этих, как и всех остальных секционных соленоидов ДИПТ, одинаковы. Обратный провод 5 проходит внутри всех секционных соленоидов, которые равномерно размещены вдоль расположенной в плоскости, перпендикулярной оси токопровода 1, круговой продольной оси катушки с радиусом R_C. В этой же плоскости расположена и круговая продольная ось несущего тороида с радиусом R_aкс. Секционные соленоиды расположены по часовой стрелке в порядке увеличения их номеров вдоль осевой линии катушки. Соленоиды 3 и 4 имеют, как и все остальные соленоиды катушки, выполненные из жесткого изоляционного материала трубчатые каркасы, покрытые на фиг.1 частой штриховкой. После установки катушки ДИПТ на соединительную втулку какого-нибудь высоковольтного ввода конечный торец любого m–го каркаса, кроме n–го прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса. У любого трубчатого каркаса имеется широкое цилиндрическое отверстие, через которое проходит обратный провод 5. Секционные соленоиды стыкуют друг с другом с помощью соединительных муфт 6, которые прикреплены к несущему тороиду 2 в точках поверхности последнего, расположенных вдоль большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия. Радиус этой окружности (см. фиг1) обозначен как R_max. Муфты 6 имеют узкие цилиндрические отверстия для прохождения обратного провода 5 и снабжены первыми 7 и вторыми 8 шипами, имеющими цилиндрическую форму. У соединительной муфты 6 первый шип 7 плотно соединен с широким цилиндрическим отверстием m-го секционного соленоида 3, а второй шип 8 - с широким цилиндрическим отверстием (m+1)-го секционного соленоида 4. На наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого (или левого) винта. Шаг спирали равен диаметру обмоточного провода. Начало 9 и конец 10 обмотки соленоида 3 находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса. Аналогично начало 11 и конец 12 обмотки соленоида 4 находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса.

Для соединения между собой начал и концов обмоток различных соленоидов и подключения их к обратному проводу и к внешним зажимам катушки ДИПТ используются обмоточные соединители 13 с разъемными контактами. На фиг.1 показан один такой элемент, соединяющий конец обмотки m-го соленоида с началом обмотки (m+1)-го соленоида.

На первом соленоиде намотана обмотка, имеющая начало 16 и конец 17, который через обмоточный соединитель 13 подключен к началу18 обмотки соленоида 15, конец 19 которой через другой обмоточный соединитель 13 подключен к началу 20 обратного провода 5, имеющего конечный зажим 21. Первый зажим 22 катушки подключен к началу 16 обмотки соленоида 14. Конечный зажим 21 обратного провода 5 через третий обмоточный соединитель 13 соединен с вторым зажимом 23. С зажимов 22 и 23, являющихся выходными зажимами ДИПТ, снимается выходное напряжение ДИПТ. Третий зажим 24 катушки подключен к концу 19 обмотки соленоида 15. Этот зажим может использоваться при проведении испытаний ДИПТ и для измерения мешающего магнитного поля первого рода. В рабочем состоянии стыковочные поверхности 25 концов эластичной трубки плотно соединены между собой, образуя при этом несущий тороид 2 (см. фиг.2).

Работа предлагаемого ДИПТ рассматривается на примере преобразователя, разработанного для использования в качестве измерительного преобразователя тока, создающего входное напряжение для устройства токовой защиты трехфазной линии с напряжением 6 кВ и частотой f = 50 Гц при номинальном токе линии I_n = 630 А. Обмотки секционных соленоидов выполнены из обмоточного провода с полиэфирной изоляцией, имеющего диаметр медной жилы d_м = 0,125 мм, при этом максимальный наружный диаметр изолированного провода d_из = 0,154 мм. Диаметр витков обмоток секционных соленоидов d равен 0,024 м. Диаметр D круговой осевой линии катушки, которая аппроксимирует реальную, имеющую форму правильного многоугольника, осевую линию катушки равен 0, 144м. Число секционных соленоидов n = 12. Число витков w обмотки соленоида равно 2520.

Взаимная индуктивность M₁ обмотки одного секционного соленоида и токопровода с измеряемым током определяется величинами: w, d и D, а также магнитной постоянной µ₀ , которая равна Гн/м:

(1).

Формула (1) показывает, что при увеличении погружения шипов соединительных муфт в цилиндрические отверстия каркасов секционных соленоидов, что вызывает уменьшение среднего диаметра D осевой линии катушки, взаимная индуктивность M₁ увеличивается.

Расчет по формуле (1) при подстановке в нее всех указанных выше значений параметров катушки дает результат: M1=3,17 мкГн.

Взаимная индуктивность M всей катушки ДИПТ и токопровода с измеряемым током в 12 раз больше, что составляет 38 мкГн.

Индуктивное сопротивление взаимной индукции всей катушки ДИПТ и токопровода с измеряемым током определяется формулой

(2),

что составляет 11,94 мОм.

При токе 630 А ЭДС катушки ДИПТ равна 7,52 В.

Такой результат подтверждает пригодность разработанного ДИПТ для использования в токовой защите.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции дифференцирующих индукционных преобразователей тока (ДИПТ), и предназначено для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем. Катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является проводником, по которому проходит измеряемый ток. Катушка ДИПТ содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой плотно соединены одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку изолятора ввода. N одинаковых секционных круговых соленоидов имеют однослойные обмотки. Обмоточные соединители с разъемными контактами и (n-1) соединительных муфт выполнены из жесткого изоляционного материала и прикреплены к несущему тороиду. Каждая из соединительных муфт снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты - с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида. Секционные муфты равномерно распределены вдоль осевой линии несущего соленоида. Обратный провод проходит внутри катушки через сквозные цилиндрические каналы соединительных муфт в направлении, обратном по отношению к продольной осевой линии катушки. Начало обратного провода подключено к концу обмотки n–го соленоида. Начало обмотки первого соленоида и конец обратного провода соединены с зажимами катушки. Технический результат состоит в снижении стоимости ДИПТ путем упрощения технологии изготовления и монтажа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока, состоящая из несущего тороида, выполненного на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой, находящиеся на ее концах, плотно соединены одна с другой при установке катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока на соединительную втулку того высоковольтного ввода, через который проходит измеряемый ток, а продольная осевая линия этого тороида находится в плоскости, перпендикулярной осевой линии токоведущей шины ввода, и n одинаковых по своей конструкции секционных круговых соленоидов, расположенных по часовой стрелке, в порядке увеличения их номеров, вдоль осевой линии катушки, и каждый такой соленоид имеет выполненный из жесткого изоляционного материала трубчатый каркас, имеющий сквозное цилиндрическое отверстие, проходящее вдоль упомянутого трубчатого каркаса, при этом конечный торец любого m–го каркаса прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса, а начальный торец m–го каркаса – к конечному торцу (m-1)–го каркаса, причем конечный торец n–го каркаса прилегает к начальному торцу первого каркаса, кроме того, на наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого или левого винта, шаг спирали равен диаметру обмоточного провода, причем начала и концы обмоток каждого соленоида находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса, начала каждой, кроме первой, обмотки каждого соленоида соединены с концами обмоток соленоидов предыдущих секций, начало обмотки первого соленоида подключено к первому зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец обмотки n–го соленоида соединен со вторым зажимом катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены проходящий внутри секционированной катушки в направлении против часовой стрелки обратный провод, начало которого подключено к концу обмотки n–го соленоида и к третьему зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец, соединенный с началом обмотки первого соленоида, подключен ко второму зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, предназначенные для соединения начал и концов обмоток соленоидов между собой и с внешними зажимами катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока обмоточные соединители с разъемными контактами и (n-1) выполненных из жесткого изоляционного материала и прикрепленных к несущему тороиду соединительных муфт, каждая из которых снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, причем первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида, при этом совокупность продольных осевых линий обоих шипов и основного тела каждой соединительной муфты представляет собой имеющую форму отрезка прямой осевую линию соединительной муфты, а совокупность осевых линий всех соединительных муфт линии образует продольную осевую линию катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, имеющую форму правильного n–угольника, кроме того, в каждой соединительной муфте выполнен сквозной цилиндрический канал, продольной осью которого является осевая линия соединительной муфты, а упомянутый обратный провод проходит через сквозные цилиндрические отверстия трубчатых каркасов всех секционных соленоидов.

2. Катушка по п.1, отличающаяся тем, что угол между продольными осями первого и второго шипов каждой соединительной муфты равен градусов.

3. Катушка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая соединительная муфта прикреплена к упомянутому эластичному немагнитному тороиду в точках поверхности последнего, расположенных вдоль большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия.