Устройство для измерения переменного тока в высоковольтной цепи, способ измерения переменного тока

Авторы патента:

G01R19/25 - с использованием цифровой измерительной техники (приборы для представления измеряемых электрических переменных величин в цифровой форме G01R 13/02)

Владельцы патента RU 2408891:

Гончаренко Владимир Павлович (RU)
Латманизов Михаил Владимирович (RU)

Изобретение предназначено для использования в цепях переменного тока, находящихся под высоким потенциалом относительно земли. Устройство включает датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, оптический кабель для передачи цифрового кода под потенциал земли, цифроаналоговый преобразователь для преобразования цифрового кода в сигнал, пропорциональный измеряемому току. В этом устройстве на проводнике с измеряемым током установлен в качестве датчика тока низковольтный измерительный трансформатор тока, имеющий высокий класс точности, вторичная обмотка которого имеет контакт с высоковольтным проводником с измеряемым током и присоединена ко входу аналого-цифрового преобразователя, питаемого от источника постоянного напряжения, получаемого с использованием трансформации измеряемого тока. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя через устройство задержки подан на цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к приемнику сигнала. Корпуса цифроаналогового преобразователя и приемника сигнала находится под потенциалом земли. Технический результат - повышение точности измерения тока. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цепях переменного тока, находящихся под высоким потенциалом относительно земли.

Изобретение решает задачу измерений с точностью, достаточной для коммерческого учета электроэнергии.

Известен аналоговый измерительный преобразователь, выполненный по схеме компенсационного измерительного трансформатора переменного тока. Схема содержит трехобмоточный трансформатор тока, одна из вторичных обмоток которого подключена ко входу усилителя переменного напряжения, выход которого подключен к другой вторичной обмотке через резистор обратной связи [Л.Г.Журавин и др., Методы электрических измерений. Л.: Энергоатомиздат. 1990. с.54-56, рис.3.2].

Номинальное напряжение трансформаторов тока, применяемых для измерения тока, находится в пределах от 0,66 кВ до 750 кВ [ГОСТ 7746-2001. Трансформаторы тока. Общие технические условия]. Недостатками высоковольтных трансформантов тока (более 6 кВ) являются большие габариты, масса и стоимость из-за наличия высоковольтной изоляции, а также низкая надежность. Высоковольтная изоляция затрудняет охлаждение обмоток трансформаторов тока, и они выходят из строя из-за импульсных перенапряжений на первичной обмотке относительно земли.

Известно основанное на цифровом методе измерений устройство гальванической развязки - измеритель нагрузки фидеров постоянного тока, предназначенное для измерения и передачи под потенциал земли любых нормированных аналоговых сигналов из электрических цепей, находящихся под высоким потенциалом [www.scitlibrary/rus/catalog/pages/417html - новые промышленные разработки, публикация от 12 сентября 2000 г.]. Устройство выполнено в виде конструкции с высоковольтным изолятором, через который под высокий потенциал передается энергия питания для преобразователя входного аналогового сигнала (с делителя или шунта) в частоту импульсов, а в обратном направлении по инфракрасному оптическому каналу передается частотно-импульсный сигнал. Устройство также содержит преобразователь частоты в напряжение для вывода аналоговых сигналов.

Измерение тока таким образом не дает представления о фазе синусоидального сигнала, так как имеется запаздывание, связанное со временем преобразования аналогового сигнала в цифровой код и обратно. При измерении переменного тока, особенно для коммерческого учета электроэнергии, вводится недопустимая погрешность рассогласования фаз тока и напряжения. Кроме того, для аналого-цифрового преобразователя необходимо использовать высоковольтный трансформатор питания. Для питания подобных устройств, как правило, используются высокочастотные трансформаторы, имеющие небольшие габариты и массу.

Сущность изобретения заключается в устройстве для измерения переменного тока в высоковольтной цепи, включающем датчик тока. аналого-цифровой преобразователь для преобразования входного аналогового сигнала в цифровой код, оптический кабель для передачи цифрового кода под потенциал земли, цифроаналоговый преобразователь для преобразования цифрового кода в сигнал, пропорциональный измеряемому току. В этом устройстве, согласно первому аспекту заявки на проводнике с измеряемым током установлен в качестве датчика тока низковольтный измерительный трансформатор тока, имеющий высокий класс точности, вторичная обмотка которого имеет контакт с высоковольтным проводником с измеряемым током и присоединена ко входу аналого-цифрового преобразователя, питаемого от источника постоянного напряжения, получаемого с использованием трансформации измеряемого тока. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя через устройство задержки подан на цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к приемнику сигнала. Корпуса цифроаналогового преобразователя и приемника сигнала находятся под потенциалом земли.

В частном случае реализации предложенного устройства для измерения переменного тока источник постоянного напряжения аналого-цифрового преобразователя выполнен в виде аккумуляторной батареи, которая подсоединена к зарядному устройству, питающемуся от низковольтного трансформатора тока, который имеет низкий класс точности и установлен в цепи измеряемого тока аналогично измерительному трансформатору тока, путем соединения вторичной обмотки с проводником с измеряемым током, а также с зарядным устройством для зарядки аккумуляторной батареи в момент протекания измеряемого тока.

Согласно второму аспекту заявки сущность изобретения заключается в способе измерения переменного тока в высоковольтной цепи путем преобразования измеряемого тока аналого-цифровым преобразователем, находящимся под потенциалом проводника с измеряемым током, в цифровой код и оптической передачи цифрового сигнала на цифроаналоговый преобразователь, находящийся под потенциалом земли, для преобразования цифрового кода в сигнал, пропорциональный измеряемому току, отличающемся тем, что переменный ток измеряют низковольтным трансформатором тока, находящимся под потенциалом проводника с измеряемым током, выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя, находящегося под потенциалом проводника с измеряемым током, после оптической передачи задерживают на время, компенсирующее угловую погрешность преобразования тока, возникающую в процессе приема-передачи измеряемого сигнала для обеспечения синфазности выходного сигнала, пропорционального измеряемому току, и самого измеряемого тока. При этом время задержки t_зад выбирают равным T-t_пр, где Т - период измеряемого тока, a t_пр - время преобразования измеряемого тока до выхода на приемник сигнала.

Поскольку в заявляемом устройстве измеряемый ток является переменным, энергия питания аналого-цифрового преобразователя, находящегося под высоким потенциалом цепи с измеряемым током, берется от проводника с измеряемым током с помощью второго низковольтного трансформатора, который находится под тем же потенциалом. Технический результат заключается в упразднении высоковольтной гальванической развязки между первичной и вторичными обмотками трансформатора и замене ее оптическим кабелем. При этом искусственно вводимая задержка выходного сигнала позволяет получить на выходе устройства сигнал, синфазный с измеряемым током. Преобразование величины аналогового сигнала в цифру и обратно может быть произведено с очень высокой точностью. Эта точность тем выше, чем больше время преобразования, которое заведомо меньше периода переменного тока промышленной частоты. Период измеряемого тока также может быть измерен очень точно.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства измерения переменного тока в цепи высокого напряжения, на фиг.2 приведены временные диаграммы основных сигналов:

a) измеряемый ток (сигнал с измерительного трансформатора тока);

б) выходной сигнал без задержки. Время преобразования t_пр характеризует угловую погрешность, вносимую элементами схемы;

в) выходной сигнал с введенной задержкой. Время задержки t_зад компенсирует угловую погрешность схемы измерения.

На проводнике 1 (фиг.1) с измеряемым током (в высоковольтной цепи) установлен низковольтный измерительный трансформатор тока 2 с высоким классом точности и низковольтный трансформатор тока 3 с низким классом точности. Вторичная обмотка измерительного трансформатора 2 имеет контакт с проводником 1 с измеряемым током и присоединена ко входу аналого-цифрового преобразователя 4, источником питания которого является аккумуляторная батарея 5, присоединенная к зарядному устройству 6, питаемому от вторичной обмотки низковольтного трансформатора 3, также имеющей контакт с высоковольтным проводником 1.

Выход аналого-цифрового преобразователя 4 соединен оптическим кабелем 7 с цифроаналоговым преобразователем 9 через устройство задержки 8, находящееся под потенциалом земли. Питание устройство задержки 8 и цифроаналоговый преобразователь 9 получают от стандартной сети собственных нужд (≈220 В), а выходной сигнал, пропорциональный измеряемому току и совпадающий с ним по фазе, поступает на вход приемника сигнала 10, например, на вход стандартного счетчика электроэнергии вместо вторичного тока стандартного трансформатора тока.

Сигнал А (фиг.2) с измерительного трансформатора тока 2, пропорциональный измеряемому току и совпадающий с ним по фазе, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, где преобразуется в цифровой код. Цифровой код передается с высокого потенциала на потенциал земли по оптическому кабелю 7. В случае преобразования его в аналоговый сигнал без дополнительной обработки, в результирующем сигнале (сигнал Б) неизбежно появится недопустимая угловая погрешность, связанная с запаздыванием выходного сигнала на время преобразований t_пр из аналога в цифру и обратно. Поэтому цифровой код поступает на вход цифроаналогового преобразователя 9 через устройство задержки 8, в функцию которого входит вычисление периода (частоты) измеряемого сигнала и введение искусственной задержки, равной разности между периодом измеряемого сигнала и временем преобразования последнего в цифровой код и обратно (t_зад=Т-t_пр). Аналоговый сигнал (сигнал В), поступающий с выхода цифроаналогового преобразователя 9 на вход приемника сигнала 10, пропорционален измеряемому току и совпадает с ним по фазе.

Таким образом, искусственно вводимая задержка на время менее одного периода позволяет получить выходной сигнал с высокой точностью, пропорциональный измеряемому току и совпадающий с ним по фазе.

1. Устройство для измерения переменного тока в высоковольтной цепи, включающее датчик тока, аналого-цифровой преобразователь для преобразования входного аналогового сигнала в цифровой код, цифроаналоговый преобразователь для преобразования цифрового кода в сигнал, пропорциональный измеряемому току, отличающееся тем, что на проводнике с измеряемым током установлен в качестве датчика тока низковольтный измерительный трансформатор тока, имеющий высокий класс точности, вторичная обмотка которого имеет контакт с проводником с измеряемым током и присоединена ко входу аналого-цифрового преобразователя, который питается от источника постоянного тока, получаемого с использованием трансформации измеряемого тока, при этом аналого-цифровой преобразователь соединен оптическим кабелем с цифроаналоговым преобразователем через устройство задержки, находящееся под потенциалом земли, выход которого подан на приемник сигнала, корпус которого находится под потенциалом земли.

2. Устройство для измерения переменного тока по п.1, отличающееся тем, что источник постоянного напряжения для питания аналого-цифрового преобразователя выполнен в виде аккумуляторной батареи, которая подсоединена к зарядному устройству, питающемуся от низковольтного трансформатора тока, который имеет низкий класс точности и установлен в цепи измеряемого тока аналогично измерительному трансформатору тока, путем соединения вторичной обмотки с проводником с измеряемым током, а также с зарядным устройством для зарядки аккумуляторной батареи в момент протекания измеряемого тока.

3. Способ измерения переменного тока в высоковольтной цепи путем преобразования измеряемого тока аналого-цифровым преобразователем, находящимся под потенциалом проводника с измеряемым током, в цифровой код и оптической передачи цифрового сигнала на цифроаналоговый преобразователь, находящийся под потенциалом земли, для преобразования цифрового кода в сигнал, пропорциональный измеряемому току, отличающийся тем, что переменный ток измеряют низковольтным трансформатором тока, находящимся под потенциалом проводника с измеряемым током, выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя, находящегося под потенциалом проводника с измеряемым током, после оптической передачи задерживают на время, компенсирующее угловую погрешность преобразования тока, возникающую в процессе приема-передачи измеряемого сигнала для обеспечения синфазности выходного сигнала, пропорционального измеряемому току, и самого измеряемого тока.

4. Способ измерения переменного тока по п.3, отличающийся тем, что время задержки t_зад=T-t_пр, где Т - период измеряемого тока, t_пр - время преобразования измеряемого тока до выхода на приемник сигнала.

Изобретение относится к способу фазочувствительной оценки тока (КР) проводимости рельсовой цепи (КО), в котором его течение исследуют на наличие первой частоты (1К), второй частоты (2К), вплоть до последней частоты (РК), и упомянутым частотам присваивают соответствующие временные окна (1СО, 2СО, вплоть до РСО), с помощью которых осуществляют деление тока (КР) проводимости на временные сегменты, чтобы установить значения всех первоочередных, второочередных парциальных амплитуд, вплоть до парциальных амплитуд последней очереди (1РА, 2РА, вплоть до РРА) действительных значений (ОН) тока (КР) проводимости, а также значения всех соответствующих первоочередных, второочередных парциальных фаз, вплоть до парциальных фаз последней очереди (1PF, 2PF, вплоть до PPF) действительных значений (ОН) тока (КР) проводимости, при этом значения всех первоочередных, второочередных действующих составляющих, вплоть до действующих составляющих последней очереди (US1, US2.

Измерительное устройство // 2350972

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для оперативного измерения и индикации электрических величин. .

Устройство формирования напряжения питания для выходных каскадов ответственных сигналов // 2345923

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для формирования напряжения питания для выходных каскадов ответственных сигналов с заданной вероятностью перевода выходных сигналов в пассивное состояние при отказе устройств, ответственных за их формирование.

Способ измерения тока ротора синхронных генераторов с бесщеточным возбуждением // 2327273

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в датчиках тока ротора для регулирования режимом возбуждения генератора, а также для диагностики состояния роторной обмотки.

Интегральный частотно-импульсный преобразователь // 2325664

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в устройствах преобразования непрерывного сигнала в частоту с высокими требованиями к точности преобразования.

Устройство для определения параметров разряда средств защиты от перенапряжения // 2280879

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к измерению параметров разрядников с шунтирующими сопротивлениями и ограничителей перенапряжений, предназначенных для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Устройство измерения амплитуды сигнала // 2280877

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения амплитуды гармонического сигнала, в составе которого присутствует постоянная составляющая, за малое время измерения, в том числе и за время, меньшее периода (полупериода) гармонического сигнала и некратное периоду сигнала с повышенной точностью и помехоустойчивостью.

Преобразователь напряжения в интервал времени // 2263321

Изобретение относится к измерительной технике. .

Интегральный преобразователь // 2240569

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для преобразования в частоту сигналов от датчиков тока, имеющих непостоянную нулевую составляющую, изменяющуюся от многих факторов.

Интегральный преобразователь // 2240568

Волоконно-оптический датчик тока // 2437106

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам тока и работает на принципе эффекта Фарадея

Волоконно-оптический трансформатор тока // 2438138

Датчик для измерения переменного тока в проводнике и индикаторная система, содержащая такой датчик // 2444019

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тока в проводнике в режиме реального времени, в частности в системе индикации коротких замыканий, измерения мгновенных значений тока, активной и реактивной мощности, фазы, полярности

Волоконно-оптический измерительный преобразователь тока // 2451941

Изобретение относится к области электромагнитных измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики

Способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока и устройство для его осуществления // 2478974

Преобразователь входного напряжения в длительность импульсов // 2488959

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов

Автомат защиты от тока неисправности // 2504883

Изобретение относится к автомату защиты от тока неисправности. Технический результат изобретения заключается в создании автомата защиты от тока неисправности с высоким разрешением сигнала тока неисправности в широком динамическом диапазоне при исключении в значительной степени перерегулирования, характеризующегося низкими стоимостями компонентов. При этом достигается повышение эксплуатационной готовности и надежности автоматов защиты от тока неисправности с зависимой от сетевого напряжения электроникой срабатывания. Автомат (1) защиты от тока неисправности содержит первый блок (2), выполненный с возможностью детектирования тока неисправности в электрической сети энергоснабжения и выдачи аналогового сигнала тока неисправности, первый аналого-цифровой преобразователь (3) для преобразования аналогового сигнала тока неисправности в цифровой сигнал тока неисправности, первый цифровой блок (4) обработки сигнала и второй блок (5) для заданного размыкания размыкающих контактов (6) в электрической сети энергоснабжения, для обеспечения хорошего разрешения сигнала тока неисправности в широком динамическом диапазоне. Предусмотрено, что автомат (1) защиты от тока неисправности содержит первое средство (7) для, в частности, заданного изменяющегося согласования аналогового сигнала тока неисправности с аналого-цифровым преобразователем (3). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для измерения тока и напряжения в высоковольтной сети // 2516034

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для масштабного преобразования тока и напряжения с гальванической развязкой между высоковольтной сетью и приборами измерения на основе аналого-цифрового кодирования величин тока и напряжения с последующим излучением модулированного светового потока. Устройство содержит изоляционную конструкцию, первичный масштабный преобразователь тока, первичный масштабный преобразователь напряжения (высокоомный делитель напряжения), аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом, световод, приёмное устройство, блок питания, быстронасыщающийся трансформатор тока с дополнительной обмоткой, триггерное устройство. Изобретением решается задача бесперебойного питания компонентов, находящихся на высоком потенциале, и снижения энергопотребления. Блок питания получает энергию от высоковольтной сети через быстронасыщающийся трансформатор. При пропадании тока в сети, но при наличии напряжения триггерное устройство подключает дополнительную обмотку между сетью и первичным масштабным преобразователем напряжения, обеспечивая через трансформатор энергией блок питания. При появлении тока в сети триггерное устройство отключает дополнительную обмотку, трансформатор начинает работать в штатном режиме, извлекая энергию для блока питания из сети. Технический результат состоит в повышении надёжности устройства и снижении его энергопотребления. 1 ил.

Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале // 2525581

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения токов и напряжений. Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале содержит измерительный модуль, высоковольтный токопровод, соединенные с аналого-цифровым преобразователем. Вход питания аналого-цифрового преобразователя соединен с аккумулятором посредством блока выбора питания, а также с оптическим источником питания. Выход делителя напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого выведены из измерительного модуля посредством оптических каналов. Делитель напряжения закреплен в опорном изоляторе. В измерительном модуле дополнительно расположены преобразователь напряжения, соединенный с низковольтным плечом делителя напряжения. Оптические каналы соединены с коммуникационным модулем, содержащим коммуникационный контроллер, блок питания, модуль накачки лазерного диода, блок сигнализации. Также устройство содержит интерфейс SPI. Технический результат изобретения - повышение стабильности измерения тока и напряжения на высоком потенциале. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство для определения входного напряжения на местной сетевой станции электросети // 2540153

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для определения входного напряжения трансформатора местной сетевой станции. При реализации способа измеряют входной ток, выходной ток и выходное напряжение трансформатора, а также фазовый угол между выходным током и выходным напряжением, определяют с их помощью коэффициент трансформации и полную проводимость поперечного звена p-эквивалентной схемы трансформатора местной сетевой станции и на основе определенных коэффициента трансформации и полной проводимости определяют входное напряжение трансформатора местной сетевой станции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.