Преобразователь тока нулевой последовательности в напряжение Советский патент 1991 года по МПК G01R19/28 H02H3/16 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в схемах защиты от однофазных замыканий на земле или контроля токов утечки через изоляцию электроустановках переменного тока.

Цель изобретения - повышение надежности за счет обеспечения самоконтроля

трансформатора тока нулевой последовательности.

На чертеже изображена принципиальная схема преобразователя тока нулевой последовательности в напряжение.

Предлагаемый преобразователь содержит трансформатор тока нулевой последовательности в виде тороидального

сердечника 1, предназначенного для пропускания фазных проводов 2, 3, 4 и снабженного двумя вторичными обмотками 5 и 6, намотанными по всей окружности сердечника 1 двойным проводом с равным числом витков. В окно сердечника 1 вставлена труба 7 из ферромагнетика, покрытая сплош- ным короткозамкнутым витком из высокопроводящего материала, например меди. Сквозь трубу 7 пропущены фазные провода 2, 3 и 4. Начало первой вторичной обмотки 5 связано с инвертирующим входом операционного усилителя 8, выход которого подключен к входу двухтактного эмиттерного повторителя 9, выход которого соединен с первым приводом резистора 10 отрицательной обратной связи. Преобразователь содержит также первый 11 и второй 12 резисторы, первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем выходной резистор 15 своим первым выводом соединен с общей шиной. Начало первой вторичной обмотки 5 соединено с инвертирующим входом операционного усилителя 8 через первый резистор 11, а концы перой и второй упомянутых вторичных обмоток 5 и 6 объединены между собой и соединены с общей шиной через второй резистор 12, при этом конец второй вторичной обмотки 6 соединен с общей шиной через последовательную цепь из первого конденсатора 13 и вновь введенного третьего резистора 16, а точка соединения этих элементов в указанной последовательной цепи подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя 8, причем второй вывод резистора 10 отрицательной обратной связи подключен к началу второй вторичной обмотки 6, а выходной резистор своим вторым выводом соединен с выходом двухтактного эмиттерного повторителя 9 и шунтирован вторым конденсатором 14.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При возникновении в электроустановке однофазного замыкания на землю геометрическая сумма магнитных потоков, наводимых в сердечнике 1 токами в фазных проводах 2, 3 и 4, становится не равной нулю, а результирующий магнитный поток наводит во вторичных обмотках 5 и 6 ЭДС, пропорциональную току нулевой последовательности. Поскольку первая вторичная обмотка 5 и вторая вторичная обмотка 6 включены между собой встречно стабилизация уровня напряжения на выходе эмиттерного повторителя 9 независимо от изменения тока в фазных проводах 2, 3 и 4 обеспечивается разностным потоком между вторичными обмотками 5 и 6. С начала первой вторичной обмотки 5 через резистор 11

на инвертирующий вход операционного усилителя 8 подается синусоидальное напряжение, уровень которого пропорционален току нулевой по следовательности, а на

неинвентирующий вход усилителя 8 через конденсатор 13 с объединенных концов обмоток 5 и 6 - разностный сигнал, близкий к нулю, образованный противоположно направленными токами в обмотках 5 и 6. В

0 итоге на выходе операционного усилителя 8 формируется сигнал, дифференциальный по отношению к общей шине и пропорциональный току нулевой последовательности. Этот сигнал усиливается двухтактным эмит5 терным повторителем 9 и через резистор Юотрицательной обратной связи поступает на начало второй вторичной обмотки б. Таким образом, при увеличении тока в первой

0 вторичной обмотке 5, на пропорциональную величину увеличивается разностный сигнал между токами обмоток 5 и 6 подаваемый на неинвертирующий вход операционного усилителя 8, в силу чего дифференциальный

5 сигнал на выходе усилителя 8 и повторителя 9 остается постоянным, точно также как и падение напряжения на выходном резисторе 15, шунтированном конденсатором 14, независимо от флуктуации во вторичных

0 обмотках 5 и 6, обусловленных изменением фазных токов из-за непостоянства магнитных параметров сердечника 1. Труба 7 из ферромагнетика, покрытая короткозамкнутым слоем меди, препятствует возникнове5 нию небалансов, обусловленных несимметричностью размещения фазных проводов2,3 и 4 в окне сердечника 1. Уменьшение погрешности трансформатора тока нулевой последовательности достигается

0 тем, что короткозамкнутый виток из меди обеспечивает размагничивание ферромагнитной трубы 7, поддерживая ее высокую магнитную проницаемость (предотвращая насыщение) и экранирующие свойства. Тру5 ба 7 экранирует сердечник 1 от полей. обус- ловленных несимметричностью размещения фазных проводов 2, 3 и 4 сети относительно центральной оси симметрии сердечника 1 и неравномерностью укладки

0 витков вторичных обмоток 5 и 6 по периметру сердечника 1.

Предлагаемый преобразователь обладает свойством самоконтроля.

При обрыве вторичной обмотки 5 транс5 форматор тока нулевой последовательности операционный усилитель 8 преобразователя переходит в триггерный пороговый режим и напряжение на его выходе увеличивается до уровня половины напряжения источника питания. При обрыве вторичной обмотки 6 происходит то же самое.

Этот уровень напряжения, усиленный двухтактным эмиттерным повторителем 9, значительно превышает пороговую установку устройства защитного отключения, в результате чего происходит отключение электроустановки по условиям самоконтроля.

При коротком замыкании во вторичной обмотке 5 операционный усилитель 8 переходит в режим генерации из-за образования положительной обратной связи, в результате чего на его выходе появляется меандр (прямоугольные импульсы) с амплитудой, равной половине напряжения источника питания. При коротком замыкании в обмотке 6 происходит то же самое, но частота прямоугольных импульсов будет определяться величиной емкости конденсатора 13 и величинами сопротивления резисторов 12 и 16. В том и другом случае амплитуда меандра на выходе двухтактного эмиттерного повторителя 9 значительно превышает пороговую уставку устройства защитного отключения, в результате чего происходит отключение электроустановки по условиям самоконтроля.

Использование предлагаемого преобразователя позволит значительно повысить надежность защиты от однофазных замыканий на землю за счет следующих факторов: труба из ферромагнитного материала, покрытая короткозамкнутым слоем меди и вставленная в окно сердечника трансформатора тока нулевой последовательности, обеспечивает устранение небаланса и уменьшение погрешности выделения тока нулевой последовательности. Кроме того, применяемый преобразователь ток - напряжение обеспечивает точность преобразова- ния аналогового сигнала в уровень напряжения, пропорциональный току нулевой последовательности, а также возможность самоконтроля путем отключения сети при обрыве или коротком замыкании вторичных обмоток трансформатора тока нулевой последовательности.

Формула изобретения

Преобразователь тока нулевой последовательности в напряжение, содержащий трансформатор тока нулевой последовательности в виде тороидального сердечника

с двумя вторичными обмотками, намотанными по всей окружности сердечника двойным проводом с равным числом витков, при этом начало первой вторичной обмотки связано с инвертирующим входом операционного усилителя., выход которого подключен к входу двухтактного эмиттерного повторителя, выход которого соединен с первым выводом резистора отрицательной обратной связи, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, причем

выходной резистор своим первым выводом

соединен с общей шиной, отлича ющ и и с я тем, что, с целью повышения

надежности за счет обеспечения самоконтроля трансформатора тока нулевой последовательности, начало первой вторичной обмотки соединено с инвертирующим входом операционного усилителя через первь й резистор, а концы первой и второй упомянутых вторичных обмоток объединены между собой и соединены с общей шиной через второй резистор, при этом конец второй обмотки соединен с общей шиной через последовательную цепь из первого конденсатора

и вновь введенного третьего резистора, а точка соединения этих элементов в указанной последовательной цепи подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя, причем второй вывод резистора

отрицательной обратной связи подключен к началу второй вторичной обмотки, а выходной резистор своим вторым выводом соединен с выходом двухтактного эмиттерного повторителя и шунтирован вторым конденсатором.

С/гас/ rredu

Выхяд

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в схемах защиты от однофазных замыканий на землю или контроля токов утечки через изоляцию в электроустановках переменного тока. Цель изобретения - повышение надежности за счет обеспечения самоконтроля трансформатора тока нулевой последовательности. При обрыве вторичной обмотки 5 трансформатора тока нулевой последовательности операционный усилитель 8 преобразователя переходит в триггерный пороговый режим и напряжение на его выходе увеличивается до уровня половины напряжения источника питания. При обрыве вторичной обмотки 6 происходит то же самое. Этот уровень напряжения, усиленный двухтактовым эмиттерным повторителем 9, значительно превышает пороговую уставку устройства защитного отключения, в результате чего происходит отключение электроустановки по условиям самоконтроля. При коротком замыкании во вторичной обмотке 5 операционный усилитель 8 переходит в режим генерации из-за образования положительной обратной связи, в результате чего на его выходе появляется меандр (прямоугольные импульсы) с амплитудой, равной половине напряжения источника питания. При коротком замыкании в обмотке 6 происходит то же самое, но частота прямоугольных импульсов будет определяться величиной емкости конденсатора 13 и величинами сопротивления резисторов 12 и 16. В том и другом случае амплитуда меандра на выходе двухтактного эмиттерного повторителя 9 значительно превышает пороговую уставку устройства защитного отключения, в результате чего происходит отключение электроустановки по условиям самоконтроля. 1 ил.