СПОСОБ ПРОВЕРКИ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМБИНИРОВАННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01R35/02 G01R31/62 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения метрологических характеристик комбинированных измерительных трансформаторов тока и напряжения.

В настоящее время известны комбинированные трансформаторы тока и напряжения (например, «Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения» по патенту на полезную модель RU 220445 U1, СПК H01F 38/36, G01R 15/00, G01R 19/25, опубл. 14.09.2023). Конструкция данных трансформаторов не предусматривает возможности отдельного подключения первичных цепей тока и напряжения и имеет общий токопровод (первичный высоковольтный ввод), к которому в условиях эксплуатации подключается высоковольтная линия. Для проверки метрологических характеристик данного трансформатора поочередно подаются сигналы тока генератором тока и сигналы напряжения генератором напряжения.

Недостатком данного способа проверки метрологических характеристик является то, что способ не предусматривает одновременную проверку канала тока и канала напряжения.

Из современного уровня техники известны генераторы тока, которые позволяют подавать сигналы тока от 0 до 6000 А, генераторы напряжения, которые позволяют подавать сигналы напряжения от 0 до 35000 В, с обеспечением необходимой точности. При этом типичная полная мощность такого сигнала не превышает 2 кВт. Международный стандарт IEC 61869-4 и идентичный ему ГОСТ Р МЭК 61869-4 содержат требования о проверке дополнительной погрешности измерения силы тока при наличии напряжения и дополнительной погрешности измерения напряжения при наличии тока. В настоящее время экономически нецелесообразно создание установок, которые одновременно могут подавать сигналы тока более 6 кА и сигналы напряжения более 35 кВ. Поскольку полная мощность такого генератора сигнала будет более 10000 кВт. При этом сложность заключается не только в выдаче требуемой мощности из электросети, но и сама адаптация электрооборудования питающей сети к переходным процессам, возникающим при проведении подобных испытаний.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога способ поверки метрологических характеристик комбинированных трансформаторов тока и напряжения путем последовательного проведения поверки по ГОСТ 8.217 в качестве трансформатора тока, а затем по ГОСТ 8.216 в качестве трансформатора напряжения.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности оценить взаимное влияние токов и напряжений на точность их измерения, отсутствие возможности оценить погрешность измеряемых величин, зависящих одновременно от силы и напряжения, включая мощность, энергию, угол фазового сдвига между током и напряжением.

Технической задачей настоящего изобретения является возможность одновременной проверки метрологических характеристик по каналу тока и каналу напряжения, возможность нормирования дополнительных метрологических характеристик, снижение временных и материальных затрат на проверку метрологических характеристик.

Технический результат достигается тем, что для проверки метрологических характеристик в комбинированном измерительном трансформаторе тока и напряжения предусматривают сквозное отверстие в первичном токопроводе, через которое в процессе проведения проверки метрологических характеристик пропускают изолированный провод от генератора тока, подключают провод от генератора напряжения к первичному токопроводу, выполняют одновременную подачу сигналов тока и напряжения с независимых генераторов, выполняют проверку метрологических характеристик одновременно по каналу тока и каналу напряжения, оценивают взаимное влияние токов и напряжений на точность их измерения, оценивают погрешность дополнительных измеряемых величин, зависящих одновременно от силы тока и напряжения.

Суть предложенного способа будет более понятна при рассмотрении схемы подключения и конструкции комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения, описанного в виде никоим образом не ограничивающего примера и проиллюстрированного приложенным чертежом.

На чертеже изображен комбинированный измерительный трансформатор тока и напряжения 1, включающий первичный токопровод 2 с отверстием 3, через которое пропущен изолированный провод 4 от генератора тока 5, измерительные элементы канала тока 9, измерительные элементы канала напряжения 8, провод 6 от генератора напряжения 7.

Способ проверки метрологических характеристик комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения осуществляют следующим образом.

В процессе изготовления комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения 1 предусматривают отверстие 3 в первичном токопроводе 2. Первичный токопровод 2 представляет собой прямой круговой цилиндр. Для подключения к шинопроводу в торцах первичного токопровода предусмотрено по крайней мере одно глухое отверстие с резьбой. Ось сквозного отверстия 3 совпадает с осью цилиндра первичного токопровода. Через отверстие 3 в первичном токопроводе 2 комбинированного измерительного трансформатора 1 пропущены изолированные провода 4 от генератора тока 5. Сечение первичного токопровода 2 с отверстием соответствует установленным требованиям по допустимому длительному току. Внешняя изоляция проводов 4 генератора тока 5 обеспечивает необходимый уровень изоляции. Cила тока в комбинированных измерительных трансформаторах тока и напряжения измеряется бесконтактным способом, принцип измерения построен на измерении величины магнитного поля, создаваемого током в первичной цепи трансформатора. В качестве измерительных элементов 9 могут использоваться датчики Холла, магнитно-резистивные датчики, датчики магнитного поля, витки вторичной обмотки электромагнитного трансформатора, витки пояса Роговского и другие элементы, чувствительные к магнитному полю. Чувствительные элементы 9 равноудалены от центра первичного токопровода и равномерно распределены по окружности вокруг него, образуют замкнутый токоизмерительный контур чувствительный к магнитному полю, создаваемому током в первичной цепи трансформатора. При подаче испытательного сигнала тока на провода 4, пропущенные через отверстие 3, ток воздействует на измерительные элементы канала тока 9 также, как при подаче сигнала с такими же характеристиками (по амплитуде, частоте, фазовому углу, форме сигнала) на первичный токопровод 2. Максимальный подаваемый генератором ток ограничен только сечением пропускаемого через отверстие в первичном токопроводе проводника и длительностью воздействия. Конфигурация отверстия выбирается исходя из данных параметров.

Цепи 6 от генератора напряжения 7 подключаются непосредственно к первичному токопроводу 2, являющемуся также высоковольтным вводом. Измерение напряжения проводится измерительными элементами канала напряжения 8.

Вторичные цепи канала измерения тока и канала измерения напряжения комбинированного измерительного трансформатора на фиг. не показаны.

Тем самым, не нарушая принцип измерения, заложенный в основу комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения с общим первичным токопроводом, имеется возможность одновременно подать сигнал с независимых источников тока и напряжения.

Данный способ применим к трансформаторам, в которых сила тока измеряется бесконтактным способом (отсутствует металлическая связь между первичным токопроводом и компонентами измерительного канала тока в трансформаторе), в которых принцип измерения построен на измерении величины магнитного поля, создаваемого током в первичной цепи трансформатора.

Измеряемый ток пронизывает замкнутый контур, образованный датчиками магнитного поля. В соответствии с теоремой о циркуляции магнитного поля циркуляция магнитного поля по замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур. Без учета пространственного расположения и направления этих токов. Лучший результат достигается, когда траектория отверстия 3 максимально совпадает с траекторией центра масс первичного токопровода 2 для снижения влияния дополнительных погрешностей, возникающих в реальных условиях. Для валидации правильности изготовления отверстия сравнивают амплитудную и угловую погрешности при подаче тока на первичный токопровод и на проводник, пропущенный через отверстие в первичном токопроводе.

Способ может найти применение для поверки, калибровки, испытаний, определения метрологических характеристик комбинированных измерительных трансформаторов тока и напряжения, для оценки взаимного влияния канала измерения силы тока и канала измерения напряжения друг на друга.

Способ снижает временные затраты на проверку метрологических характеристик за счет того, что подача испытательных сигналов тока и напряжения выполняется одновременно от независимых генераторов. При этом способ снижает материальные затраты, поскольку не требует использования дорогостоящих генераторов способных выдавать единый сигнал тока и напряжения большой мощности.

Особенностью и преимуществом данного способа является возможность сравнить изменение метрологических характеристик, включая амплитудную и угловую погрешность, измерения силы тока при наличии и отсутствии рабочего напряжения, измерения напряжения при наличии и отсутствии рабочего тока, сделать вывод о допустимости, если влияние незначительное, или недопустимости, если влияние значительное, одновременной проверки метрологических характеристик, оценить взаимное влияние токов и напряжений на точность их измерения, оценить погрешность дополнительных измеряемых величин, зависящих одновременно от силы тока и напряжения.

В частном случае способ позволяет оценить погрешность измерения мощности, энергии, угла фазового сдвига между током и напряжением.

Способ позволяет подать комбинированный сигнал тока от двух генераторов тока. Для этого сигнал от первого генератора подают на изолированный провод, пропущенный через отверстие в первичном токопроводе, а сигнал от второго генератора тока подают непосредственно на первичный токопровод комбинированного трансформатора. Что позволяет в частном случае имитировать сигнал силы тока в переходном процессе, состоящий из периодического сигнала с первого генератора и апериодического сигнала со второго генератора. В этом случае трансформатор тока будет воспринимать комбинацию поданных сигналов, что может быть использовано при проведении испытаний на соответствие классам точности в переходном режиме по международному стандарту IEC 61869-2.

Предложенный способ позволяет выполнить одновременную проверку метрологических характеристик по каналу тока и каналу напряжения комбинированного трансформатора тока и напряжения, первичный токопровод которого является одновременно высоковольтным вводом, при использовании независимых генераторов тока и напряжения, позволяет нормировать дополнительные метрологические характеристики, зависящие одновременно от силы тока и напряжения, снижает временные и материальные затраты на проверку метрологических характеристик.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения метрологических характеристик комбинированных измерительных трансформаторов тока и напряжения. Способ проверки метрологических характеристик комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения, заключающийся в том, что в комбинированном измерительном трансформаторе тока и напряжения предусматривают сквозное отверстие в первичном токопроводе, через которое в процессе проведения проверки метрологических характеристик пропускают изолированный провод от генератора тока, подключают провод от генератора напряжения к первичному токопроводу, являющемуся высоковольтным вводом, выполняют одновременную подачу испытательных сигналов тока и напряжения с независимых генераторов тока и напряжения, выполняют проверку метрологических характеристик одновременно по каналу тока и каналу напряжения, оценивают взаимное влияние токов и напряжений на точность их измерения, оценивают погрешность дополнительных измеряемых величин, зависящих одновременно от силы тока и напряжения. Технический результат - возможность одновременной проверки метрологических характеристик по каналу тока и каналу напряжения, возможность нормирования дополнительных метрологических характеристик, снижение временных и материальных затрат на проверку метрологических характеристик. 1 ил.

Способ проверки метрологических характеристик комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения, отличающийся тем, что в комбинированном измерительном трансформаторе тока и напряжения предусматривают сквозное отверстие в первичном токопроводе, через которое в процессе проведения проверки метрологических характеристик пропускают изолированный провод от генератора тока, подключают провод от генератора напряжения к первичному токопроводу, являющемуся высоковольтным вводом, выполняют одновременную подачу испытательных сигналов тока и напряжения с независимых генераторов тока и напряжения, выполняют проверку метрологических характеристик одновременно по каналу тока и каналу напряжения, оценивают взаимное влияние токов и напряжений на точность их измерения, оценивают погрешность измеряемых величин, зависящих одновременно от силы тока и напряжения.