Устройство для измерения тока в высоковольтных цепях Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 G01R15/04 

., . 1 . , . . , изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для устройств релейной защиты, автоматики н измерения токов линий электропередачи высокого напря жения. Известны оптико-электронные уст-. ройства для измерения токов в линиях электропередачи высокого, и сверхвысокого напряжения, импользукщие первичное преобразование тока с помоедью светодиодов . Недостатком этих устройств является Низкая точность, обусловленная малым линейным диапазоном, а также изменением параметров элементов устройств при изменении температуры, влажности.и других условий. : Наиболее близйим к данному изобретению является устройство дляизмерения токов, содержащее два оптиче ких канала связи и два канала приема с обратной связью, причем на высоковольтной стороне включен трансформатор тока исистема диодов подпорки, включенная совместно с двумя светодиодами С2. Недостатком этого устройства явля ется низкая точность измерения, вызванная нестабильностью параметров при изменении температуры, в особенности при высокой кратности изменения измеряемого тока. Цель изобретения - увеличение точности измерения при высокой крат-, ности изменения измеряемого тока. Указанная цель достигается тем, что в устройства для измерения тока в высоковольтных цепях, содержащее трансформатор тока, вторичная обмотка которого нагружена на два встречно-параллельно включенных светодиода, волоконнооптический световод с фокусирующими системами, два фотоприемника, введены интегратор, дифференцисшьный усилитель, два блока умножения , генератор прямоугольных импульсов, диоды, выпрямители смещения, согласующие импульсные трансформаторы, разделительные высоковольтные конденсаторы и резистор, причем выход дифференциального усилителя соединен со входом интегратора, выход которого подключен к выходной клемме устройства, и к входам двух блоков укшожения через включенные встречно диоды, а другие входы блоков умножения соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходка блоков умножения через согласующие

импульсные трансформаторы и разделительные высоковольтные конденсаторы соединены свыпрямителями смещения, выход одного из них подключен к первому выводу вторичной обмот си трансформатора тока, нагруженного на реаистор, а выход другого подключен, ко второму вьшоду вторичной обмотки трансформатора тока через светодиоды

На черетеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит провод 1 высоковольтной линии электропередачис измеряемым током, вторичную обмотку трансформатора тока 2, резистор 3, и соединенные встречно-параллельно светодиоды 4.5, последовательно с которыми соединены включенные встречно выпрямители смещения 6,7, питаемые от импульсных трансформаторов 8,9, которые отделены от низковольтной стороны с помощью высоковольтных разделительных конденсаторов 10 - 13. Эти конденсаторы .подключены к выходам импульсных трансформаторов 14,15 которые подключены к выходам блоков 16,17 умножения. Диоды 18,19 имеют разное включение и пропускают сигналы в разной полярности. К одноименным входам блоков 16,17 умножения включен выход генератора 20 прямоугольных импульсов. Через фокусирующую систему 21 свет падает в волоконнооптический световод 22, а с него через фокусирующую систему 23 - на светофильтры 24,25 и фотоприемник 26 27, включенные дифференциально к входу дифференциального усилителя 28, который включен на вход интегратора 29. Светодиоды 4 и 5 имеют разные спектры излучения. Светофильтры 24, 25 имеют разные полосы пропускания, так что светофильтр 24 пропускает излучение только светодиода 4, а светофильтр 25 - только светодиода 5.

Устройство работает следующим образом.

Под действием тока, текущего во вторичной обмотке трансформатора тока 2, светояиод 4 при положительной полярности, а светодиод 5 при отрицательной полярности тока в линии, начинает излучать свет. Излучение, проходя через фокусирующие системы 21,23 в волоконнооптический световод 22, попадает на светофильтры 24, 25. Она подобрана так, что при положительной полярности тока в линии, когда свет излучает светодиод 4, с в попадает в фотоприемник 26. При отрицательной полярности тока, когда свет излучает светодиод 5, свет попадает в фотоприемник 27. Фотоприемники включены дифференциально - с выхода 26 получается положительный сигнал, с выхода 27 - отрицательный сигнал. Дифференциальной усилитель ;28 подает сигнал после усиления на вход интегратора 29. Сигналы с выхода интеграторов 29 коммутируются при помощи диодов 18,19. При положительной полярности .сигнал поступает на вход блока умножения 16, при отрицательной - на вход блока умножения 1.7 На эти же блоки умножения 16,17 подаются периодические прямоугольные импульсы от генератора прямоугольных импульсов 20. Таким образом, при положительной полярности тока в линии на импульсный трансформатор 14, а при отрицательной полярности - на импульсный трансформатор 15, попадают периодические импульсы напряжений или токов, амплитуда которых пропорциональна выходному сигналу интегратора 29. Эти импульсы проходят через разделительные высоковольтные конденсаторы 10,11 или 12,13 к импульсному трансформатору 8 (при положительной полярности тока в линии), или к импульсному трансформатору 9 (при отрицательной полярности тока в линии), которые расположены на высоковольтной стороне измерительного устройства. Импульсные трансформаторы 8,9 нагружены на выпрямители смещения 6,7 соответственно. Причем полярность выпрямителей смещения 6,7 такова, что выпрямитель смещения 6 создает напряжение, направленное противоположно напряжению на резисторе 3 при положительной полярности на резисторе, а выпрямитель смещения создает напряжение, противоположное напряжению на резисторе 3 при отрицательной полярности на резисторе. Таким образом, напряжение на выпрямителе смещения 6 и 7 стремится скомпенсировать напряжение на резисторе 3. Напряжение на выходе интегратора 29 увеличивается или уменьшается до тех пор, пока на светодиодах 4,5 напряжение не окажется близким к нулю. При этом реализуется компенсационный астатический способ измерения. Напряжение на выходе интегратора 29 оказывается равным, с точностью до постоянного множителя, току на высоковольтной линии электропередачи 1 и снимается с него для регистрации.

В устройстве для измерения тока светодиоды 4,5 выполняют роль нульиндикаторов или датчиков рассс1гласования. Они всегда работают при небольших токах из-за наличия компенсационного напряжения на высоковольтной стороне. Поэтому от линейности и стабильности их характеристик точность измерения практически не зависит. Это позволяет значительно увеличить точность измерения по сравнению с известным устройством. Одно из преимуществ устройства состоит в отсутствии в высоковольтной части активных элекюнтов и источников питания, что значительно повышает надёжность системы измерения тока.

Формула изобретения

Устройство для измерения тока в .высоковольтных цепях, содержащее трансформатор тока, вторичная обмотка которого нагружена на два встречно-параллельно включенных светодио да, волоконнооптический световод с фокусирующими системами, два фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений при высокой кратности изменения измеряемого тока, в него введены интегратор, дифференциальный усилитель, два блока умножения, генератор прямоугольных импульсов, диоды, выпрямители смещения, согласующие импульсные трансформаторы, разделительные высоковольтные конденсаторы и резистор, причем выход дифференциального усилителя соединен со входом интегратора, выход которого подключен к выходной клемме устройст

к к входам двух блоков умножения через включенные встречно диоды, а другие входы блоков умножения соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходы блоков умножения через согласующие импульсные трансформаторы и разделительные высоковольтные конденсаторы соединены с выпрямителями смещения, выход одного из них подклю1чен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора тока, нагруженного на резистор, а выход другого подключен ко второму выводу вторичной обмотки трансформатора тока через светодиоды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США №3346811, кл. 324-94, опублик. 1969.

2.Патент Японии 47-28077, кл. G 01 R 3/рО, опублик. 1972

(прототип).