Датчик тока короткого замыкания
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
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СО4ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
09) (11) 4(51) Н 02 Н 7/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЬ9 НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ГНРЫТИЙ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3544526/24-07 (22) 28.01.83 (46) 07.02.85. Бюл. ¹ 5 (72) Б.N. Сенчук и А.Б. Сенчук (71) Новомосковский 1филиал Московского ордена Ленина и ордена Трудоного Красного Знамени химико-технологического института им. Д.И. Менделеева (53) 621.314.572(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР
¹ 277071, кл. Н 02 М 1/18, 1969 °
2. Авторское свидетельство СССР № 428496, кл. H 02 М t/18, 1969. (54)(57) ДАТЧИК ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащий сердечник из магнитного материала с тремя обмотками — силовой, компенсирующей и измерительной, причем силовая обмотка. включена в контролируемую цепь по.стоянного 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 силовая обмотка выполнена в виде стандартного калиброванного шунта, к измерительным зажимам которого подключена встречно компенсирующая обмотка, сопротивление которой выбирается равным сопротивлению,шукта, ум- И ноженному на число витков компенси- ,рующеи обмотки.
1138878
Изобретение относится .к электротехнике и может быть использовано для защиты статических преобразователей от тока короткого замыкания на стороне постоянного тока. 5
Известен датчик тока, выполненный в виде устройства дифференциальной защиты преобразователя, содержащий сердечник с выходной обмоткой, через который проходят шины постоянного тока преобразователя 11.
Недостатком этого устройства является невозможность срабатывания при коротком замыкании между шинами.
Наиболее близким к предлагаемому 15 по технической сущности и достигаемо/ му результату является датчик тока короткого замыкания, содержащий сердечник из магнитного материала с тремя обмотками — силовой, компенсиру- 20 ющей и измерительной, причем силовая обмотка включена в контролируемую цепь постоянного, тока, а измерительная обмотка связана с исполнительным органом 23. 25
Недостатком 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 — необходи-, мы два середчника из разных материалов, требуется источник питания подмагничивающей обмотки,.сложно расположить 35 два сердечника на силовом проводе.
Подбор материалов для изготовления сердечника также затруднителен.
Цель изобретения — повышение надежности в работе и упрощение датчика 40 тока.
Поставленная цель достигается тем, что датчик тока короткого замыкания, содержащий сердечник из магнитного материала с тремя обмотками — сило- 45 вой, компенсирующей и измерительной, причем силовая обмотка включена в контролируемую цепь постоянного тока, а измерительная обмотка связана с исполнительным органом, снабжен порого-50 вым элементом, включенным последовательно в цепь измерительной обмотки, а силовая обмотка выполнена в ниде стандартного калиброванного шунта, к измерительным зажимам которого под-"55 ключена встречно компенсирующая обмотка, сопротивление которой выбирается равным сопротивлению шунта, умножентоки через шунт 2 и обмотку 6; сопротивление обмотки 6; где та, Хк сопротивление шунта 2; номинальные парамет» ры шунта.
Следовательно, ш (1! где Ы,= — отношение токов через
3 шунт 2 и обмотку 6, которое принимается иэ условия удобства распо- ложения обмотки 6 на .сердечнике 1.
Для обеспечения взаимной компенсации намагничивающих сил (ампервитков) шунта 2 и обмотки 6 должно соблюдаться условие где Фк — число витков обмотки 6;
Фщ =1 — число витков шунта 2.
«К ш ущ Duø ш гдето — падение напряжения на шунте 2.лви рабочем токе нагрузки.. ному на число витков компенсирующей обмотки, На фиг. 1 приведена .принциг., альная 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
Х„ нагрузки в проводе 3 распределяется между шунтом 2 и обмоткой 6 обратно пропорционально их активным сопротивлениям
Ittt Rg
Rц (2) к
3 1138878 4
Тогда значение активного сопротив- пРотивлении обмотки 6 (фиг. 2ъ) и ления этой обмотки находится по фор-, появляется свободная составляющая муле этого напряжения, уравнов".шивающая
ЭДС самоиндукции: а сопротивление шунта вычисляется по его номинальным параметрам.
Задаваясь длиной провода „, удобной для размещения на сердечнике 1 требуемого числа витков обмотки 6, определяем ее диаметр d с помощью известной формулы
41
Т!d
Тогда с =2
При нормальном токе нагрузки в проводе 3 намагничивающие силы шунта 2 и обмотки 6 взаимно скомпенсиро- gp ваны, поэтому магнитный поток в сердечнике 1 практически отсутствует, ток нагрузки не влияет на датчик тока, напряжение V íà зажимах выходной обмотки 7 равно нулю. 25
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 1 (фиг. 2). Ско- що рость возрастания тока нагрузки и тока шунта зависит от индуктивности питающей сети, которая настолько мала в сравнении с индуктивностью обмотки 6 и с индуктивностью нагрузки преобразователя, что Изменение токов Т„ и 1 до значений 1, и
I äìîæHî считать скачкообразным (фиг. 2а, о ). Ток i в обмотке б не может измениться скачком, так как этому препятствует ее индуктивность, которая зависит от параметров сердечника 1 и квадрата числа витков обмбтки 6: 12ЬНЪ %2
1ОВ
ОР где р. — магнитная проницаемость сердечника; — площадь его сечения; средняя длина магнитной линии, Поэтому ток в обмотке 6 экспоненциально увеличивается от значения 1д, нормального режима для значения,®„ соответствующего короткому замыка- . нию (фиг. 2в). В этом же интервале времени 10- 4, экспоненциально возрастает напряжение ДУ„ на активном соdi е
LK К
При этом результирующее напряжение на шунте изменяется скачком, повторяя по формуле изменение тока 1 1 .
ЭДС самоиндукции с начальным значением 21„(0) (фиг. 2 д ) трансформируется в выходную обмотку 7 и дает импульс выходного напряжения, как показано на фиг. 2 д . Амплитуда выходного напряжения в момент к.з. (4ь „(O) = е, „ 0)/n, где 41- — коэффициент трансформации от обмотки 6 к обмотке 7.
Импульс выходного напряжения обмотки 7 через пороговый 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 ток со скоростью, зависящей главным образом от индуктивности нагрузки (.„(величиной тем более (,с„ можно йренебречь) .
Ввиду малой скорости изменения тока д1/dk сигнал помехи на выхорной обмотке 7 датчика невелик и легко устраняется пороговым элементом 8.
Для обеспечения работоспособности датчика должно обеспечиваться соотношение
1„ << „„((L
Это легко выполняется ввиду разHHWi Me yL и . на несколько порядков, даже при самых больших L и са:мых малых L, которые могут иметь место на практике. Поэтому область .приемлемых значений . получается к
;достаточно 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 повншает надежность е1о в работе.
1138878
Составитель В. Жмуров
Редактор И. Николайчук Техред И.Кузьма
Корректор О. ЛУговаЯ
Подписное
Филиац ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 10700/41 Тираж 620
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
