Бесконтактный датчик тока Российский патент 2024 года по МПК H01F38/30 H01F27/24 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике, а именно к бесконтактным датчикам тока, применяющимся в комплектных распределительных устройствах (КРУ) в качестве источника сигнала для приборов защиты при определении значений токов в линиях электропередачи с целью обнаружения факта аварийной ситуации, а также определения однофазных замыканий на землю в распределительных электросетях. Предлагаемый бесконтактный датчик тока предназначен для работы в электросетях напряжением 6-35 кВ.

Бесконтактный датчик тока представляет из себя трансформатор, в качестве первичной обмотки которого выступает контролируемый проводник, который размещается внутри замкнутого магнитопровода, содержащего вторичную обмотку. Будучи подключенным к регистрирующему прибору, он позволяет определить значения токов, протекающих через кабель.

Важным фактором при проектировании и производстве датчиков тока является обеспечение простоты их конструкции, что непосредственным образом влияет на надежность систем регистрации аварий на линиях электропередач, а также удобство монтажа и надежность крепления самого датчика на контролируемом проводнике.

Известен датчик тока (патент РФ № 2026558, опубликовано 09.01.1995), содержащий трансформатор тока, включающий в себя ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, к выходу вторичной обмотки подключены последовательно соединенные усилитель и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличения точности измерений, в него введены дополнительно n короткозамкнутых обмоток (где n ≥ 1), первичная обмотка подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина I которого удовлетворяет условию I = KI2, где I2 - ток в первичной обмотке, K - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры.

Недостатком рассматриваемого устройства является то, что не проработан способ его надежного закрепления на контролируемой линии электропередач, а также введение дополнительных элементов усложняет конструкцию датчика тока и негативным образом сказывается на его надежности.

Известно устройство для разъемного крепления электрического проводника к корпусу трансформатора тока (патент РФ № 2550345, опубликован 27.10.2014), содержащее корпус трансформатора тока, стопорный элемент, проходящий через корпус трансформатора тока, и крепежный элемент, проходящий через стопорный элемент, в котором при креплении электрического проводника к устройству крепежный элемент и/или стопорный элемент упираются, по меньшей мере, в некоторые области поверхности электрического проводника, крепежный элемент может поворачиваться путем вращения вокруг своей продольной оси и прикреплять или отсоединять электрический проводник, и стопорный элемент может поворачиваться путем вращения вокруг своей продольной оси, в результате чего в первом угловом положении стопорный элемент поступательно перемещается по своей продольной оси, и прикреплять или отсоединять электрический проводник, а во втором угловом положении стопорный элемент не может поступательно перемещаться по своей продольной оси, в первой области, проходящей по продольной оси стопорного элемента, корпус трансформатора тока и/или стопорный элемент имеют преимущественно плоскую поверхность, при этом первая область соответствует первому угловому положению, и во второй области, проходящей по продольной оси стопорного элемента, корпус трансформатора тока и стопорный элемент имеют шпунтованные поверхности, которые входят в зацепление друг с другом, при этом вторая область соответствует второму угловому положению.

Недостатком рассматриваемого технического решения является то, что предлагаемая конструкция трансформатора тока является очень сложной, с большим количеством мелких деталей, что делает ее трудно применимой в условиях монтажа внутри КРУ из-за стесненного пространства. Кроме этого, наличие резьбовых соединений, которые со временем под воздействием различных факторов могут ослабевать, отрицательно влияет на надёжность закрепления трансформатора тока на контролируемом проводнике линии электропередачи.

Известен выбранный в качестве прототипа предлагаемого изобретения измерительный трансформатор, (патент РФ № 2622885, опубликован 21.06.2017), содержащий корпус с центральным сквозным отверстием для токовой шины, отличающийся тем, что сквозное отверстие проходит через две противоположные стороны корпуса, причем на каждой из указанных сторон с отверстиями имеются по четыре направляющих элемента с пазами, которые являются неотъемлемой частью упомянутого выше корпуса, причем указанные пазы выполнены с возможностью размещения в них втулок с резьбовыми элементами, при этом указанные направляющие элементы с пазами ориентированы в направлении отверстия так, что их продольная ось перпендикулярна к вертикальной оси отверстия.

Недостатком рассматриваемого технического решения является то, что предлагаемая конструкция трансформатора, как и вышеописанного аналога, содержит крепежные элементы, которые во-первых усложняют конструкцию устройства и не обеспечивают безусловно надежную фиксацию измерительного трансформатора при длительных периодах эксплуатации, что требует как минимум периодической проверки данных крепежных элементов, а во-вторых, при использовании металлических крепежных элементов необходимо обеспечивать надежную электрическую изоляцию для исключения контакта вышеуказанных крепежных элементов и токовой шины, что осложняется тем, что закрепление осуществляется путем вращения и одновременного прижима винтов, и при этом высока вероятность повреждения изоляции. Таким образом рассматриваемое техническое решение не обеспечивает надежность эксплуатации и обладает сложной конструкцией, требующей периодического обслуживания.

Техническим результатом предлагаемого бесконтактного датчика тока является повышение надежности и снижение массогабаритных характеристик, а также обеспечение технологичности изготовления.

Технический результат достигается тем, что предлагается бесконтактный датчик тока, содержащий изолированный замкнутый магнитопровод и обмотку, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде пакета лент, изготовленных из материала с высокой магнитной проницаемостью и скрепляемых между собой посредством трубки из термоусаживаемого пластика, магнитопровод выполняется прямоугольной формы, а соединение концов магнитопровода осуществляется посредством соединения гребенкой, в котором ленты первого конца магнитопровода заходят в промежутки между лентами второго конца магнитопровода, при этом длина перекрытия лент первого и второго концов магнитопровода составляет не менее одной ширины пакета лент, соединение удерживается посредством трубки из термоусаживаемого материала, обмотка выполняется на стороне магнитопровода, противоположной стороне соединения первого и второго концов магнитопровода, а на внутренней поверхности магнитопровода, по центру стороны на которой выполнено соединение его концов, и по центру противоположной стороны на которой выполнена обмотка, закреплены по меньшей мере два плоских элемента из диэлектрического упругого материала.

В предлагаемом изобретении магнитопровод выполнен из пакета лент, изготовленных из материала с высокой магнитной проницаемостью. Это позволяет упростить процесс изготовления магнитопровода, так как не требуется сложное оборудование для механической обработки. Пакет лент формируется и помещается внутрь трубки из термоусаживаемого пластика, средняя часть магнитопровода подвергается тепловому воздействию, при этом термоусаживаемый пластик плотно стягивает пакет лент между собой, формируется обмотка, и затем магнитопроводу придается необходимая форма.

В предлагаемом изобретении соединение концов магнитопровода осуществляется посредством соединения гребенкой, в котором ленты первого конца магнитопровода заходят в промежутки между лентами второго конца магнитопровода, при этом длина перекрытия лент первого и второго концов магнитопровода составляет не менее одной ширины пакета лент, соединение удерживается посредством трубки из термоусаживаемого материала. Такой способ соединения концов магнитопровода является простым и надежным. К тому же, при необходимости, возможно демонтировать предлагаемый бесконтактный датчик тока просто разрезав термоусаживаемую трубку и разъединив концы магнитопровода без его механического разрушения, а также отсутствует необходимость отсоединения контролируемой линии электропередачи. Длина перекрытия лент первого и второго концов магнитопровода не менее одной ширины пакета лент обеспечивает надежную фиксацию.

Предлагаемый бесконтактный датчик тока за счет своей конструкции и формы может устанавливаться на вводной бушинг КРУ и фиксироваться на нем посредством по меньшей мере двух плоских элементов из диэлектрического упругого материала, расположенных на внутренней поверхности магнитопровода, по центру стороны на которой выполнено соединение его концов, и по центру противоположной стороны на которой выполнена обмотка. Такая конструкция предлагаемого бесконтактного датчика тока позволяет надежно крепить его без использования сложных крепежных приспособлений, при этом контролируемая линия электропередачи конструктивно располагается в центре пространства, образованного магнитопроводом. Это повышает надежность эксплуатации датчика, а также позволяет производить подключение и отключение КРУ максимально удобным способом без лишних монтажных работ. Отсутствие в конструкции предлагаемого бесконтактного датчика тока корпуса и крепежных приспособлений позволяет снизить его массогабаритные характеристики по сравнению с аналогами. При этом при использовании предлагаемого бесконтактного датчика тока внутри КРУ практически не занимается внутреннее пространство.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан предлагаемый бесконтактный датчик тока.

На фиг. 1а показано в разрезе соединение первого и второго концов магнитопровода предлагаемого бесконтактного датчика тока.

На фиг. 2 показан способ размещения предлагаемого бесконтактного датчика тока внутри КРУ.

На фиг. 1-2 обозначены следующие позиции:

1 - магнитопровод;

2 - место соединения первого и второго концов магнитопровода;

3 - обмотка;

4 - выводящий кабель;

5 - плоский элемент из диэлектрического упругого материала;

6 - бесконтактный датчик тока;

7 - бушинг КРУ.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Бесконтактный датчик тока 6 располагают на этапе сборки КРУ на бушинге 7. Специальная форма бесконтактного датчика тока 6 позволяет упростить его установку уменьшив число операций при монтаже. Кабель линии электропередачи после подключения КРУ находится внутри пространства образованного магнитопроводом 1 бесконтактного датчика тока 6 и является таким образом первичной обмоткой трансформатора. Обмотка 3 бесконтактного датчика тока выполняет роль вторичной обмотки трансформатора. Трансформатор тока имеет воздушную изоляцию между первичной и вторичной обмоткой. При протекании по первичному проводу переменного тока возникает магнитный поток, пересекающий витки вторичной обмотки 3. Будучи подключенным к регистрирующему прибору посредством выводящего кабеля 4, предлагаемый бесконтактный датчик тока позволяет определить значения токов, протекающих через контролируемый кабель линии электропередачи. Регистрирующее устройство на основе измерения мгновенных значений токов и напряжений, вычисляет значение амплитуды токов и напряжений, сравнивает полученные значения со значениями уставок, после чего проводит анализ параметров. В случае превышения уставок, прибор на основе полученных данных определяет тип аварии и включает соответствующую индикацию аварийной ситуации.

В соответствии с предлагаемым изобретением был изготовлен бесконтактный датчик тока. Магнитопровод изготовлен из 6 полос электротехнической стали толщиной 0,35 мм. В качестве изоляции применялась термоусадочная трубка. Так как фактически при таком способе соединения гребенкой первого и второго концов магнитопровода можно сказать отсутствует разъемная часть, это позволило получить стабильную магнитную проницаемость магнитопровода, что дает стабильность выходных параметров предлагаемого бесконтактного датчика тока.

Полученный в соответствии с предлагаемым изобретением бесконтактный датчик тока был протестирован во всех режимах и подтвердил получение заявленного технического результата.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным датчикам тока, применяющимся в комплектных распределительных устройствах (КРУ) в качестве источника сигнала для приборов защиты при определении значений токов в линиях электропередачи с целью обнаружения факта аварийной ситуации, а также определения однофазных замыканий на землю в распределительных электросетях. Техническим результатом является повышение надежности и снижение массогабаритных характеристик. Бесконтактный датчик тока содержит изолированный замкнутый магнитопровод и обмотку. Магнитопровод выполнен в виде пакета лент, изготовленных из материала с высокой магнитной проницаемостью и скрепляемых между собой посредством трубки из термоусаживаемого пластика. Магнитопровод выполняется прямоугольной формы, а соединение концов магнитопровода осуществляется посредством соединения гребенкой, в котором ленты первого конца магнитопровода заходят в промежутки между лентами второго конца магнитопровода. При этом длина перекрытия лент первого и второго концов магнитопровода составляет не менее одной ширины пакета лент. Соединение удерживается посредством трубки из термоусаживаемого материала. Обмотка выполняется на стороне магнитопровода, противоположной стороне соединения первого и второго концов магнитопровода, а на внутренней поверхности магнитопровода, по центру стороны на которой выполнено соединение его концов и по центру противоположной стороны на которой выполнена обмотка, закреплены по меньшей мере два плоских элемента из диэлектрического упругого материала. 3 ил.

Бесконтактный датчик тока, содержащий изолированный замкнутый магнитопровод и обмотку, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде пакета лент, изготовленных из материала с высокой магнитной проницаемостью и скрепляемых между собой посредством трубки из термоусаживаемого пластика, магнитопровод выполняется прямоугольной формы, а соединение концов магнитопровода осуществляется посредством соединения гребенкой, в котором ленты первого конца магнитопровода заходят в промежутки между лентами второго конца магнитопровода, при этом длина перекрытия лент первого и второго концов магнитопровода составляет не менее одной ширины пакета лент, соединение удерживается посредством трубки из термоусаживаемого материала, обмотка выполняется на стороне магнитопровода, противоположной стороне соединения первого и второго концов магнитопровода, а на внутренней поверхности магнитопровода, по центру стороны на которой выполнено соединение его концов и по центру противоположной стороны на которой выполнена обмотка, закреплены по меньшей мере два плоских элемента из диэлектрического упругого материала.