Способ измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения Советский патент 1979 года по МПК G01R15/20 

. : . 1 . . . ; Изобретение касается эйектроизмерений, в частности измерений больших ( 1 кА) постоянных токов в шинах прямоугольного сечения и может быть использовано в качестве датчика тока релейных защи1 мощных низковольтных сетей постоянного тока автономных ;энергосист«. Известны способы для измерения больших постоянных токов, основанные на использовании двух датчиков Холла причем выходные сигналы датчиков, воз никаю№е под действием внешнего поля токов в обратных и сбседних шинс1Хг вычитаются, а сигналы, возникающие под действием поля тока, измеряемого в прямой шине, суммируются (под прямой и обратной шинами понимаются шины соответственно одного и второго полюса фидера, а под соседней - шина друтого, соседнего фидера участка сети) ЫОднако такие способы не загдищены от влияния даже слабых внешних неоднородных магнитных полей, чтоприводит, к появлению напряжения помехи на его выходе. Известен способ измерения больших постоянных токов, основанный на ис-, пользовании в шинах прямоугольного сечения двух датчиков Холла, расположенных у середин противоположных граней шины-перпендикулярно к ним и включенных сводами холловскими электродами встречно-последовательно. При этом с целью уменьшения отрицательного влияния вйещних магнитных полей оба датчика Холла пс 1«цгиотся в зазоры магнитопровода, охватывающего токоведущую шину l2J , В условиях сильных внешних неоднородных магнитных попей это устройство 1шеет низкую пснйехозагцищенность вследствие насЕЗЩёния магнитопровода. Целью изобретения является повышение петлехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения больиих постоянных токов в шййах прямоугольного сечения, основанием на измерении маг- / нитного поля шины с помощью датадка Холла, установленного у середин двух ,ее противоположных граней, перпендикулярно к ним, ;йспольззлот дополнительный датчик Холла,|1асйолаг;аемый по краю п|жлегающей грани шины вдоль ее продольной оси так,что поперечные оси датчиков лежат в одной плоскости, причем .сигналы с выходов датчиков Холла суммируют. 3.6 Йа фиг. 1 показана схема устройства для измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения на фиг. 2 - картина поля помехи от обратной или соседней шины; фиг. 3 - расположение прямой и соседней обратной шин в одной плоскости; на фиг. 4 - кривые для расчета поля; на фиг. 5 - картина поля прямой шины на фиг. 6 - расположение прямой и соседней шин во взаимно перпендикулярных плоскостях. .Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего датчики Холла 1-4 (фиг. 1), расположенные вокруг шины 5 с измеряемым током, причем датчики 1 и 2 установлены у середин эдвух противоположных граней шины, а датчики 3 и 4 - по краям одной из двух других противоположных граней шины. Токовые электроды всех датчиков. Ьитаются от гальванически развязанных четырех выходов генератора 6. Электроды всех датчиков соединены между собой встречно-последовательно и подключены к входу усилителя 7. При протекании тока в обратной или соседней шине 5 вокруг нее возникает магнитное поле (фиг. 2) , так как дат чики включены встречно-последоват1ель но, то напряжение и f| псмехи на входе усилителя определяатся следующим вы ражением .-(Ui-li HUa-u)гдеU , U2 Uj / U4 напряжения на выходе соответствхтощих датчиков Холла, возникаю1да1е под действием внешне го поля. Напряжение U| на выходе 1 -гр дат чика Холла равно 1 , (г) где - постоянная Холла i -го датчика;Dj - управляющий ток i-ro датчика (Ид - магнитная проницаемость возду Hj - нормальная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемого Д-м датчикам; - номер датчика В соответствии с этим - . ; W l- l/ o-Hi-y2- 2/ oH27 V 4 b ro-H3-lf434(oM4ПРИ использовании одинаковых датчиков Холла Тогда, выбрав управляющие тока таким образом, что ,.D, , (4 в выражение выражение (3) подставляя (1), ийеаи IT V 1 ri U U /и (5J по L г1 З 4j° 4 Датчик 1 находится в непосредственной близости от датчика 3 (фиг.2), поэтому поле в области их расположения можно считать практически равномерным. То же справедливо и для датчиков 3, 4. Напряжение ( Uj,) помехи в даннсм устройстве компенсируются практически полностью напряжением (Uj- 1)4) , создаваемым другой парой (атчиКов Холла. Значения напряженностей Н, Нл, Н« Нц, определяем по формуле Hi g,i6-D, гдеО - ток обратной или соседней шины, в амперах, создающий внешнее поле помехи; dj - расстояние в метрах между осью или соседней токоведущей шины и i-имдатчика Холла (фиг. 3) ; PI - фактор, учитывающий форму шин, расстояние d i , и определяемый по графику (фиг. 4), Подставляя выражение (6) в выраже-г ние (5), получаем, W п ОЛЬгЗ- оЛ 1 -)-(45; При протекании измеряемого тока по прямой шине 5, на которой установлены датчики Холла 1-4, возникает магнитное поле,(фиг. 5). При этом выходные напряжения всех датчиков суммируют и на входе усилителя появляется результирующий сигнал Ug )-(); лв где и, Uj, и. напряжения на выходах соответствуюй х датчиков, возникающие под действием поля измеряемого тока. Как видно из выражения (8), полезный сигнал DC ослабляется наличием выходных напряжений датчиков 3 и 4, однако это ослабление очень незначительно, тай как силовые линии поля входят в плоскость датчиков 1 и 2 строго перпендикулярно, но проходят почти параллельно плоскости датчиков 3, 4. При этом нормальная составляющая поля, измеренная датчиками 3 и 4. на порядок меньше соответствукицей составляквдей поля, измеренной датчиками 1 и 2, и ею можно пренебречь. Из выражений (8), (2), используя выражение (6), получаем ,i6y-a-(Uo-Oc-где DC - ток, измеряемый в прямой шине .. F,, FjT F - фактор соответственно для точек установки датчиков 1 и 2 в магнитном поле измеряемого тока. Используя принцип суперпозиции для собственного и внешнего полей (поскольку при отсутствии магнитоп йода датчики находятся в линейной среде), из формул (7) и (9) п лучаем выражение для отнсянения К полезного сигнала DC к напр жению Un помехи n.f. dj Ida 6 Для случая, когда обратная шина расположена так, как показано на фиг, 3, в табл. 1 приведены результаты расчета К для параметров ишнопроводов, применяемых обычно в мощных низковольтных сетях автономных энергосистем, причем расстояние между прямой и обратной шинами взято минимально возможным, а отношение Е{ п . так как по прямой и обратной иганам протекает один и тот же ток, . Таблица 1

В табл, 2 приведены результаты расчета для случая, когда соседняя на расположена относительно прямой c (фиг, 3), Причал принято П.

В табл. 3 приведены результаты эналогичного расчета для случая, когТаким образсх4, даже йра н&иболеё неблагоприятнсяк с точки зрения помехоустойчивости сочетания габаритов шин и их расположении друг относительно друга при коротком замыкании в соседней шине полезный сигнал на выходе данного устройства превышает помеху в ,1 раза. В то же время помеха от поля обратной шины слабее полезного сигнала в раз.

да соседняяшина расположена относительно прямой (фиг, б),

Т а б л и ц а , 3

АналогйчнТаЙ расчё ШГ: Т1 э вестного устройства с двумя датчиками Холла дает соответствен1ао ,91 и ,0,

Таким образом, предлагаемый способ обладает помехозащищённостью почти в 20 раз лучше, чем известный, В сильных магнитных полях магнитопровод, в зазорах которого установлены два датчика ХЪлла, насыщается, причем нерав нсмерно, что еще более увеличивает так как при протекании в прямой шине номинального тока 5 кА в соседней шине при коротком замыкании ток может достигать 100 кА.. т а б л и ц а 2

сигнал помехи на выходе известного устрЬйства для измерения больших токов.

Формула изобретения

Способ измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сеЧ(ения, основанный на измерении магнитйого поля шины с помощью датчика Холла, установленного у середин двух ее Ю противоположных граней перпендикулярно к ним, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, используют дополнительный датчик Холла, располагаемый по краю прилегакидей грани шины вдоль ее продольной оси так, что поперечны оси датчиков лежат в одной плоскости, причем сигналы с выходов датчиков Холла суммируют.

Источники информации, принятьле во внимание при экспертизе

Прие5ор для измерения постоянных токов до 40 кА, М., Электричество № 3, 1961.

fin,

2п

9иг.5

1Л.6