Устройство для измерения параметров импульсов тока
Предложенное изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров импульсов тока в высоковольтных импульсных установках. Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение точности и помехозащищенности в процессе измерений. Устройство для измерения параметров импульсов тока содержит индукционный измерительный преобразователь, линию связи, регистратор, клеммы для подключения в разрыв исследуемого токопровода и N скрученных пар прямых и обратных проводников, выполненных из материала с малой удельной проводимостью и покрытых изоляционным материалом, замкнутых на одном конце и подсоединенных на другом конце к клеммам устройства. При этом индукционный измерительный преобразователь включен в одну из скрученных пар, а выход индукционного измерительного преобразователя через линию связи подключен к входу регистратора. В частном случае предложенного изобретения электрические параметры и геометрические размеры всех скрученных пар идентичны. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Устройство относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров импульсов тока в высоковольтных импульсных установках.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является измерительный преобразователь переменного тока /1/, содержащий шинный трансформатор тока, нагрузочный резистор, клеммы для подключения исследуемого объекта, масштабирующий усилитель, индикатор, n+1 резистивных элементов, где n - четное число, выполненными скобообразными, расположенными радиально в двух торцах и параллельно по образующей цилиндр полуплоскости, которые ограничены скобообразными резистивными элементами, расположенными под попарно одинаковыми углами. Шинный трансформатор тока охватывает один из резистивных элементов, выводы вторичной обмотки шинного трансформатора подключены к выводам нагрузочного резистора, выводы которого подключены к входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен к индикатору.
Недостатком данного устройства является низкая помехозащищенность к магнитному полю, создаваемому обратным токопроводом. В виду того, что скобообразные элементы образуют систему замкнутых контуров, то в каждом из них за счет электромагнитной индукции создается электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС пропорциональна скорости изменения потока магнитного поля через каждый контур, а магнитное поле создается протекающим по обратному токопроводу током. При достаточно большом количестве элементов (когда ток через отдельный элемент мал) или при достаточно быстром изменении измеряемого тока (когда в контурах наводятся большие ЭДС) индуцируемый в отдельном элементе ток оказывается соизмеримым с протекающей через данный элемент частью измеряемого тока, что может привести к существенной ошибке при измерении.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение точности и помехозащищенности в процессе измерений.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения параметров импульсов тока содержит индукционный измерительный преобразователь, линию связи, регистратор, клеммы для подключения в разрыв исследуемого токопровода, N скрученных пар, представляющих собой прямой и обратный проводники, выполненных из материала с малой удельной проводимостью и покрытых изоляционным материалом, замкнутых на одном конце и подсоединенных на другом конце к клеммам устройства, при этом число N выбирают из условия:
где Imax - максимальный измеряемый ток;
Iиип - верхняя граница амплитудного диапазона индукционного измерительного преобразователя,
длину l скрученной пары выбирают из условия квазистационарности:
где с - скорость света;
τф - длительность фронта измеряемого импульса тока на уровне 0,1-0,9 от амплитудного значения,
сечение проводников скрученной пары s выбирают из условия их устойчивости к электротермическому воздействию тока:
где i(t) - ток в исследуемом токопроводе А;
ΔT - допустимое превышение температуры проводника скрученной пары над температурой среды, град;
ρ - плотность, кг/м3;
δ - удельное сопротивление материала проводника скрученной пары, Ом·м;
С - удельная теплоемкость материала проводника скрученной пары, Дж/(кг·град),
а индукционный измерительный преобразователь включен в одну из скрученных пар, выход индукционного измерительного преобразователя через линию связи подключен к входу регистратора. Электрические параметры и геометрические размеры всех скрученных пар идентичны.
При использовании скрученных пар, представляющих собой последовательность витков, магнитное поле, создаваемое обратным токопроводом, индуцирует в каждом витке ЭДС, при этом ЭДС в соседних витках будут компенсировать друг друга, что позволяет существенно повысить помехоустойчивость к этим полям.
Изготовление проводников скрученных пар из материала с малой удельной проводимостью приводит при протекании тока к увеличению падения напряжения на активном сопротивлении скрученой пары. Это позволяет снизить влияние индукционного измерительного преобразователя на измеряемый ток и тем самым повысить точность измерений.
Соблюдение условия выбора числа N позволяет проводить измерения параметров импульсных токов с помощью индукционного измерительного преобразователя, имеющего ограниченный амплитудный диапазон.
На фиг.1 показан внешний вид устройства.
На фиг.2 дана схематическая конструкция устройства.
Устройство состоит из N скрученных пар 1, клемм 2 и 3 для подключения в разрыв исследуемого токопровода 4, индукционного измерительного преобразователя типа пояса Роговского 5, линии связи 6, регистратора 7. Каждая скрученная пара 1 представляет собой прямой и обратный проводники, замкнутые на одном конце и подсоединенные на другом к клеммам 2 и 3 устройства. Проводники выполнены из материала с малой удельной проводимостью (например, нихром) и покрыты изоляционным материалом. Индукционный измерительный преобразователь 5 включен в одну из скрученных пар.
Устройство работает следующим образом.
С помощью клемм 2 и 3 устройство включается в разрыв исследуемого токопровода 4. Ток I в токопроводе 4 с помощью скрученных пар 1 разветвляется на N одинаковых токов in. На выходе индукционного измерительного преобразователя 5 появляется сигнал напряжения u, пропорциональный протекающему через одну скрученную пару току in. Далее этот сигнал по линии связи 6 поступает на вход регистратора 7. Для получения информации о полном токе I в токопроводе 4 зарегистрированный сигнал необходимо умножить в N раз.
Предлагаемое устройство изготовлено в войсковой части 51105. В ходе экспериментальных исследований, проведенных на высоковольтных импульсных установках войсковой части 51105, была подтверждена возможность использования устройства для измерения импульсных токов с фронтом 0,4 мкс, амплитудой 250 кА и с погрешностью не хуже 15%.
Источник информации
1. Измерительный преобразователь переменного тока. Авторское свидетельство СССР №1541524, 1990 г.
1. Устройство для измерения параметров импульсов тока, содержащее индукционный измерительный преобразователь, линию связи, регистратор, клеммы для подключения в разрыв исследуемого токопровода, отличающееся тем, что оно содержит N скрученных пар, представляющих собой прямой и обратный проводники, выполненных из материала с малой удельной проводимостью и покрытых изоляционным материалом, замкнутых на одном конце и подсоединенных на другом конце к клеммам устройства, при этом число N выбирают из условия
где Imax - максимальный измеряемый ток;
Iиип - верхняя граница амплитудного диапазона индукционного измерительного преобразователя,
длину l скрученной пары выбирают из условия квазистационарности
где с - скорость света;
τф - длительность фронта измеряемого импульса тока на уровне 0,1-0,9 от амплитудного значения,
сечение проводников скрученной пары s выбирают из условия их устойчивости к электротермическому воздействию тока
где i(t) - ток в исследуемом токопроводе, А;
ΔT - допустимое превышение температуры проводника скрученной пары над температурой среды, град;
ρ - плотность, кг/м3;
δ - удельное сопротивление материала проводника скрученной пары, Ом·м;
С - удельная теплоемкость материала проводника скрученной пары, Дж/(кг·град),
а индукционный измерительный преобразователь включен в одну из скрученных пар, при этом выход индукционного измерительного преобразователя через линию связи подключен к входу регистратора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические параметры и геометрические размеры всех скрученных пар идентичны.
