Датчик тока короткого замыкания Советский патент 1985 года по МПК H02H7/10 

Изобретение относится .к электротехнике и может быть использовано для защиты статических преобразователей от тока короткого замыкания на стороне постоянного тока. Известен датчик тока, выполненньй в виде устройства дифференциальной защиты преобразователя, содержащий сердечник с выходной обмоткой, через который проходят щины постоянного . тока преобразователя . Недостатком этого устройства является невозможность срабатывания при коротком замыкании между шинами. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является датчик тока короткого замьжания, содержащий сердечник из магнитного материала с тре мя обмотками - силовой, компенсирующей и измерительной, причем силовая обмотка включена в контролируемую цепь постоянного, тока, а измери тельная обмотка связана с исполнител ным органом Недостаткам известного датчика является зависимость его работы от величины тока нагрузки, что вынуждает изменять уставку защиты при изменениях рабочего режима. Это снижает надежность работы датчика тока. Кроме того, устройство сложно - необход мьГдва середчинка из разных к1атериалов требуется источник питания подмагничивающей обмотки,.сложно расположить два сердечника на силовом проводе. Подбор материалов для изготовления сердечника также затруднителен. Цель изобретения - повышение наде ности в работе и упрощение датчика тока. Поставленная цель достигается тем что датчик тока короткого замыкания, содержащий сердечник из магнитного материала с тремя обмотками - силовой, компенсирующей и измерительной, причем силовая обмотка включена в контролируемую цепь постоянного тока а измерительная обмотка связана с ис полнительным органом, снабжен порого вым элементом, включенным последовательно в цепь измерительной обмотки, а силовая обмотка выполнена в виде стандартного калиброванного шунта, к измерительным зажимам которого подключена встречно компенсирующая обмо ка, сопротивление которой выбирается равным сопротивлению шунта, умноженному на число витков компенсирующей обмотки. На фиг. 1 приведена .принциг.ляльная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - пояснительные диаграммы. Датчик тока короткого замыкания состоит из сердечника 1 из магнитного материала с пропущенной через него силовой обмоткой 2, выполненной в виде калиброванного стандартного шунта, включенного в контролируемую цепь 3, к измерительным зажимам 4 и 5 которого подключена встречно компенсирующая обмотка 6. Измерительная обмотка 7 через пороговый элемент 8 подключена к исполнительному органу 9. Датчик работает следующим образом. При режиме нормальной работы ток 1 нагрузки в проводе 3 распределяется между шунтом 2 и обмотк 6 обратно пропорционально из активным сопротивлениям -токи через шунт 2 и обмотку 6; -сопротивление обмотки 6; ulHOM -сопротивление шунта 2; -номинальные параметш ном ш ном ры шунта. Следовательно, где об отношение токов через шунт 2 и обмотку 6, которое принимается из условия удобства расположения обмотки 6 на сердечнике 1. Для обеспечения взаимной компенсации намагничивающих сил (амперитков) шунта 2 и обмотки 6 должно облюдаться условие где (/|, - число витков обмотки - число витков шунта 2 , ди /R,;r,, dU /R гдеЛОц - падение напряжения на шунте 2 ои рабочем токе нагрузки.

31

Тогда значение активного сопротивления этой обмотки находится по формуле

(2)

.Wfc , а сопротивление шунта вычисляется по его номинальным параметрам. Задаваясь длиной провода к УДоб ной для размещения на сердечнике 1 требуемого числа витков обмотки 6, d, с помощью определяем ее диаметр известной формулы е . 45 , 5 Г iTd При нормальном токе нагрузки в проводе 3 намагничивающие силы шунта 2 и обмотки 6 взаимно скомпенсиро ваны, поэтому магнитный поток в сердечнике 1 практически отсутствует, ток нагрузки не влияет на датчик тока, напряжение U, на зажимах выходной обмотки 7 равно нулю, Работа датчика при к.з. на выходе преобразователя основана на том, что в шунте 2 и в обмотке 6 токи возрастают с разной, скоростью. Пусть к,з. происходит в момент (фиг, 2), Скорость возрастания тока нагрузки и тока шунта зависит от индуктивности L питающей сети, которая настолько мала в сравнении с индуктивностью LH обмотки бис индуктивностью U. нагрузки преобразователя, что Измене до значений I ь,, и н и1ш ние токов 1ц,{;5можно считать скачкообразным (фиг, 2а, 5). Ток i в обмотке 6 не может измениться скачком, так как этому препятствует ее индуктивность которая зависит от параметров сердеч ника 1 и квадрата числа витков обмбт 1, |U. - магнитная проницаемость сердечника; Яс площадь его сечения; ср средняя длина магнитной линии. Поэтому ток в обмотке 6 экспоненциально увеличивается от значения нормального режима для значения соответствующего короткому замыка--. Hiflo (фиг. 2б). В этом же интервале времени i эрсспоненциально возрас тает напряжение uUf, на активном со1388784

противлении обмотки 6 (фиг. 2) и появляется свободная составляющая этого напряжения, уравн онвшивающая ЭДС самоиндукции: При этом результирующее напряжение на шунте изменяется скачком, повторяя по формуле изменение тока ,, ЭДС самоиндукции с начальным значением ii,(0) (фиг. 2д) трансформируется в выходную обмотку 7 и дает импульс выходного напряжения, как показано на фиг. 28 . Амплитуда выходного напряжения в момент к.з, , где Л- - коэффициент трансформаций от обмотки 6 к обмотке 7. Импульс выходного напряжения обмотки 7 через пороговьй элемент 8 воздействует на исполнительный орган 9, в результате чего система управления запирает тиристоры преобразователя и автоматически отключает -его. . При включении преобразователя под нормальный режим, а также в случаях наброса или сброса нагрузки, происходит плавное изменение токо со скоростью, зависящей главным образом от индуктивности нагрузки L .(величиной Хц, тем более Сд, можно пренебречь), Ввиду малой скорости изменения тока tii/di сигнал помехи на выходной обмотке 7 датчика невелик и легко устраняется пороговым элементом 8, Для обеспечения работоспособности датчика должно обеспечиваться соотношение легко.выполняется ввиду разницы междуLу и несколько порядков, даже при самых больших Ц„ и саМЫХ малых Ь , которые могут иметь место на практике. Поэтому область приемлемых значений L.. получается остаточно широкой. Таким образом, благодаря тому, что датчик не реагирует на абсолютное значение тока, а только на его скачкообразное увеличение при к,з., не требуется перестройки защиты при изменении рабочего режима, что упрощает конструкцию датчика и повьш1ает надежность его в работе.

Фиг.2

ДАТЧИК ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащий сердечник из магнитного материала с тремя обмотками - силовой, компенсирующей и измерительной, причем силовая обмотка включена в контролируемую цепь постоянного тока, а измерительная обмотка связана с исполнительным органом, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, он снабжен пороговым элементом, включенным последовательно в цепь измерительной обмотки, а силовай обмотка выполнена в виде стандартного калиброванного шунта, к измерительным зажимам которого подключена встречно компенсирующая обмотка, сопротивление которой выбирается равным сопротивлению шунта, умноженному на число витков компенси- .рукицей обмотки. 00 00 00 00