Преобразователь тока и напряжения высоковольтной сети в цифровой код

Изобретение относится к метрологии, а именно к устройствам для масштабного преобразования тока и напряжения. Устройство содержит опорный изолятор, измерительный модуль, в состав которого входят первичный масштабный преобразователь тока, делитель напряжения, блок измерительного преобразователя, включающий аналого-цифровой преобразователь и оптический коммуникационный модуль, волоконно-оптическую линию передачи, дополнительный датчик тока, приемное коммуникационное устройство, блок питания и трансформатор питания с дополнительной вторичной обмоткой. Блок питания получает энергию от высоковольтной сети посредством трансформатора питания, через первичную обмотку которого течет ток, создаваемый в первичном масштабном преобразователе напряжения напряжением сети. С дополнительной вторичной обмотки трансформатора питания на блок измерительного преобразователя подается сигнал, пропорциональный напряжению на первичной обмотке трансформатора питания, который позволяет скомпенсировать влияние этого напряжения на точность преобразования напряжения. При коротком замыкании в сети блок питания получает энергию от измерительного трансформатора тока. При этом блок измерительного преобразователя получает информацию о токе в сети от дополнительного датчика тока. Технический результат - повышение точности и надежности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерений напряжения и тока в высоковольтных электрических сетях.

Известен ряд технических решений, в которых описаны высоковольтные измерительные преобразователи напряжения, в частности патенты RU 2516034, RU 145064, RU 2408891, RU 2516034, RU 100284.

Известен патент на полезную модель RU 100284. В описанном устройстве питание высоковольтной части реализуется через световую батарею, которая освещена внешним световым излучателем.

Недостатками данной конструкции являются низкие надежность и коэффициент полезного действия световой батареи.

Известен патент RU 2408891, в котором описано устройство для измерения переменного тока 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.

Предлагаемое устройство требует регулярного обслуживания и периодической замены аккумуляторной батареи и его работа может быть нарушена при долговременном отсутствии тока в высоковольтной линии, например, при выводе ее в ремонт.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является изобретение, описанное в патенте RU 2516034.

В этом патенте описано устройство для измерения тока и напряжения в высоковольтной сети, с питанием компонентов, находящихся на высоком потенциале сети от быстронасыщающегося трансформатора тока, включенного в высоковольтную сеть, отличающееся тем, что быстронасыщающийся трансформатор тока содержит дополнительную обмотку, подключаемую при отсутствии тока в высоковольтной сети триггерным устройством между высоковольтной сетью и делителем напряжения.

В данном изобретении не компенсируется погрешность, вносимая схемой питания, обусловленная включением в цепь делителя напряжения дополнительно первичной обмотки трансформатора, на которой падает часть измеряемого напряжения. Кроме того, коммутатор, подключающий обмотку трансформатора в цепь делителя напряжения, не обладает высокой надежностью.

Предлагаемое устройство не имеет таких недостатков.

Технический результат, который достигается изобретением, состоит в повышении точности и надежности устройства. Технический результат достигается за счет того, что питание блока измерительного преобразователя, находящегося на высоком потенциале сети, осуществляется через трансформатор питания, постоянно включенный в плечо делителя напряжения. При этом погрешность, вносимая данным трансформатором, компенсируется сигналом, получаемым от дополнительной вторичной обмотки этого трансформатора. При режиме короткого замыкания сети, когда ток в сети многократно превосходит номинальный, а напряжение недостаточно для питания блока измерительного преобразователя, его питание осуществляется от измерительного трансформатора тока.

Изобретение поясняется фиг.1, на которой изображена блок-схема патентуемого устройства.

Преобразователь тока и напряжения высоковольтной сети в цифровой код содержит (обозначения по фиг.1):

1 - измерительный модуль;

2 - высоковольтный провод;

3 - измерительный трансформатор тока;

4 - дополнительный датчик тока (например, пояс Роговского);

5 - трансформатор питания;

6 - блок измерительного преобразователя, включающий аналого-цифровой преобразователь и оптический коммуникационный модуль;

7 - блок питания;

8 - делитель напряжения (цепь, состоящая из включенных последовательно конденсаторов);

9 - опорный изолятор;

10 - световод (волоконно-оптическая линия связи ВОЛС);

11 - приемное устройство ВОЛС;

12 - опора.

Преобразователь тока и напряжения высоковольтной сети в цифровой код включает измерительный модуль 1, внутри которого закреплены высоковольтный провод 2 с трансформатором тока 3 и дополнительным датчиком тока 4, низковольтное плечо делителя напряжения 8, а также трансформатор питания 5, имеющий первичную обмотку, включенную между низковольтным и высоковольтным плечами делителя напряжения 8 и две вторичных обмотки, одна из которых осуществляет питание блока измерительного преобразователя 6. Измерительный модуль 1 установлен на опорном изоляторе 9, внутри которого расположено высоковольтное плечо делителя напряжения 8 и световод 10. Опорный изолятор 9, в свою очередь, установлен на металлической или железобетонной опоре 12, входящей в состав открытого или закрытого распределительного устройства электрической сети. Высоковольтное звено делителя напряжения 8 соединяется одним выводом с выводом первичной обмотки трансформатора питания 5, а другим - с проводом заземления опоры 12.

Устройство работает следующим образом. Измерительный трансформатор тока 3 и делитель напряжения 8 масштабируют ток и напряжение высоковольтной цепи до значений, пригодных для обработки. Ввиду того, что измерительный трансформатор тока 3 и выход делителя напряжения 8 расположены на высоком потенциале сети, достигается высокая точность измерений действующих значений напряжения и тока. Кроме того, обеспечивается синхронность цифровых выборок, снижающая угловую погрешность. Трехканальный аналого-цифровой преобразователь, входящий в состав блока измерительного преобразователя 6, осуществляет одновременное преобразование выборок сигналов от измерительного трансформатора тока 3, дополнительного датчика тока 4 и делителя напряжения 8 в цифровой код и выводит его через оптический коммуникационный модуль в световод 10. Сигнал о токе и напряжении, пройдя световод 10, попадает в приемное устройство ВОЛС 11, где преобразуется в электрические сигналы, которые в дальнейшем обрабатываются соответствующими приборами измерения или защиты. Питание блока измерительного преобразователя 6 осуществляется блоком питания 7, который получает энергию от трансформатора питания 5. При коротком замыкании в контролируемой сети ток через трансформатор тока 3 и дополнительный датчик тока 4 многократно увеличивается, а напряжение на делителе напряжения 8 существенно уменьшается и, соответственно, уменьшается ток через первичную обмотку трансформатора питания 5, так что энергии, получаемой со вторичной обмотки трансформатора питания 5, может не хватить для нормальной работы блока измерительного преобразователя 6. В этом случае блок питания 7 будет получать энергию от измерительного трансформатора тока 3.

Работу блока питания 7 поясняет фиг.2. На ней обозначено:

13 - шунт, напряжение на котором пропорционально току во вторичной обмотке трансформатора тока;

14 - выпрямительный мост, к которому прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора питания;

15 - диод;

16 - конденсатор, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения;

17 - последовательный стабилизатор напряжения.

При нормальном режиме работы сети напряжение на шунте 13 меньше напряжения на конденсаторе 16, поэтому диод 15 закрыт и ток вторичной обмотки измерительного трансформатора не ответвляется в цепь блока питания. Блок питания получает энергию от одной из обмоток трансформатора питания через выпрямительный мост 14. В режиме короткого замыкания высоковольтной сети ток вторичной обмотки измерительного трансформатора тока 3 значительно увеличивается и, соответственно, увеличивается напряжение на шунте 13, в результате чего диод 15 открывается и начинает заряжать конденсатор 16. Одновременно, вследствие снижения напряжения сети, напряжение на вторичной обмотке трансформатора питания уменьшается и диоды выпрямительного моста 14 запираются. Информация о величине тока короткого замыкания поступает на блок измерительного преобразователя от дополнительного датчика тока (пояса Роговского). Режим короткого замыкания длится кратковременно, затем срабатывает защита сети и нормальный режим восстанавливается.

Включение первичной обмотки трансформатора питания 5 последовательно в цепь делителя напряжения 8 создает в этой цепи падение напряжения в несколько сотен вольт. Это приводит к появлению погрешности измерения напряжения высоковольтной сети. В предлагаемом устройстве трансформатор питания 5 снабжен дополнительной вторичной обмоткой, напряжение которой используется для компенсации этой погрешности. Работу измерительной цепи устройства поясняет фиг.3. На ней обозначено:

18 - конденсаторы, образующие низковольтное плечо делителя напряжения (С1);

19 - конденсаторы, образующие высоковольтное плечо делителя напряжения (С2);

5 - трансформатор питания;

20 - масштабирующий блок (в качестве которого может быть применен резистивный делитель напряжения);

7 - блок питания.

Ток в делителе напряжения 8 определяется следующим образом:

I=(U_л-U_тр)/(Х_С1+Х_С2),

где U_л - напряжение между линией и землей, U_тр - напряжение на первичной обмотке трансформатора питания 5, Х_С1 - реактивное сопротивление низковольтного плеча, Х_С2 - реактивное сопротивление высоковольтного плеча.

Напряжение на выходе делителя:

U_вых=I⋅Х_C1.

Реактивное сопротивление плеч делителя:

Х_С1=1/(w⋅С_1);

Х_С2=1/(w⋅С2),

где w - круговая частота тока сети.

ЭДС на дополнительной обмотке трансформатора 3:

Е_k=U_тр⋅W_k/W_1,

где W_1, W_k - число витков первичной и дополнительной вторичной обмоток трансформатора 5 соответственно.

Измеряемое напряжение, подаваемое на вход аналого-цифрового преобразователя блока измерительного преобразователя 6 (по фиг.1):

U_изм=U_вых+K⋅Е_k=(U_л-U_тр)/(1+С_1/С_2)+K⋅U_тр⋅W_k/W_1,

где K - коэффициент передачи масштабирующего блока 20. Тогда если K=W_1/[W_k⋅(1+С_1/С_2)],

то

U_изм=U_л/(1+С_1/С_2).

Таким образом, влияние напряжения на первичной обмотке трансформатора питания на точность измерения компенсируется.

1. Преобразователь тока и напряжения высоковольтной сети в цифровой код, содержащий измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, опорный изолятор и измерительный модуль, внутри которого закреплены высоковольтный токопровод с трансформатором тока и дополнительным датчиком тока, блок измерительного преобразователя, включающий аналого-цифровой преобразователь и оптический коммуникационный модуль, и блок питания, причем измерительный модуль установлен на опорном изоляторе, внутри которого расположено высоковольтное плечо делителя напряжения и световод, отличающийся тем, что содержит трансформатор питания, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь делителя напряжения, причем этот трансформатор имеет две вторичные обмотки, одна из которых осуществляет питание блока измерительного преобразователя, а вторая выполнена с возможностью компенсации влияния трансформатора питания на точность преобразования напряжения.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что измерительный трансформатор тока, осуществляющий масштабное преобразование тока, питает измерительный модуль в режиме короткого замыкания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта.

Настоящее изобретение касается анализа качества электрической энергии в электрической сети. Способ анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети содержит следующие этапы, на которых: измеряют (Е1) совокупность электрических величин, при этом совокупность содержит одну электрическую величину на каждую фазу; формируют (Е2) пространственный вектор на основании моментального трехмерного преобразования совокупности измеренных электрических величин; определяют (Е3) совокупность, содержащую параметр, характеризующий качество электрической энергии в трехфазной электрической сети, в зависимости от зависящего от времени пространственного вектора, вычисленного в скользящем окне.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерению и контролю параметров в автоматике, и может быть использовано для непрерывного автоматического диагностирования вторичных источников питания систем автоматического управления, регулирования и контроля в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к технологическим устройствам в системах управления и мониторинга процессов. Технический результат - в повышении точности диагностики устройства.
Настоящая группа изобретений относится к защите электрических систем и, более конкретно, относится к способу измерения, анализа и различения сигналов для определения утечки и/или токов повреждения в электрических устройствах, запитанных от таких систем.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрических системах с времяимпульсной модуляцией. Преобразователь напряжений в интервалы времени содержит последовательную RC-цепь, клемму напряжения смещения, источники преобразуемого напряжения, триггер, выходную клемму, первый, второй, третий и четвертый элементы И, резистор, аналоговый мультиплексор, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь коротких импульсов, клемму установки нуля, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ, триггер Шмитта, операционный усилитель, клемму запуска, элемент задержки.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования основан на формировании интервала преобразования, состоящего из конечного числа интервалов времени фиксированной длительности, и формировании в течение каждого интервала преобразования непрерывной развертывающей функции путем интегрирования суммы или разности входного и опорного напряжений в течение каждого интервала времени фиксированной длительности.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для определения входного напряжения трансформатора местной сетевой станции.

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.

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.

Использование – в области электротехники. Технический результат – снижение потерь и повышение надежности контактора. Настоящее изобретение относится к способу 60 в блоке 12 управления для замыкания контактора 1. Блок 12 управления выполнен с возможностью обеспечения перемещения между замкнутым положением и разомкнутым положением за счет возбуждения катушки 6 электромагнитной схемы. Способ 60 содержит подачу 61 напряжения на катушку 6; определение 62, в течение первого периода времени, тока, протекающего через катушку 6, и напряжения на катушке 6 и оценку на этом основании параметров модели для модели, предсказывающей поведение тока, протекающего через катушку 6, как если бы контактор 1 оставался в разомкнутом положении, и измерение 63, после окончания первого периода времени, тока, протекающего через катушку 6, и определение 64 разности между, с одной стороны, измеренным током и, с другой стороны, предсказанным током модели, и повторение измерения 63 и определения 64 до тех пор, пока не будет обнаружено изменение состояния с разомкнутого положения на замкнутое положение с помощью разности токов. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – снижение потерь и повышение надежности контактора. Настоящее изобретение относится к способу 60 в блоке 12 управления для замыкания контактора 1. Блок 12 управления выполнен с возможностью обеспечения перемещения между замкнутым положением и разомкнутым положением за счет возбуждения катушки 6 электромагнитной схемы. Способ 60 содержит подачу 61 напряжения на катушку 6; определение 62, в течение первого периода времени, тока, протекающего через катушку 6, и напряжения на катушке 6 и оценку на этом основании параметров модели для модели, предсказывающей поведение тока, протекающего через катушку 6, как если бы контактор 1 оставался в разомкнутом положении, и измерение 63, после окончания первого периода времени, тока, протекающего через катушку 6, и определение 64 разности между, с одной стороны, измеренным током и, с другой стороны, предсказанным током модели, и повторение измерения 63 и определения 64 до тех пор, пока не будет обнаружено изменение состояния с разомкнутого положения на замкнутое положение с помощью разности токов. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к электрическому оборудованию для измерения (масштабного преобразования) величин переменного тока и напряжения. Устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой содержит электромагнитный трансформатор тока, трансформатор тока с воздушным сердечником или с сердечником из ферромагнетика с сосредоточенным или рассредоточенным немагнитным зазором, аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом преобразованного сигнала, блок питания, оптическое стеклянное волокно (оптоволоконный кабель) или оптический канал связи, блок питания, цифро-аналоговый преобразователь с оптическим входом, делитель напряжения, устройство согласования выхода с трансформаторной гальванической развязкой. Для питания аналого-цифрового преобразователя применяются фотопреобразователь, излучатель светового потока и световоды, или приемная катушка совместно с катушкой передачи энергии с генератором для создания резонансной частоты. Технический результат – расширение диапазона измеряемых токов от нуля до 40-60 крат от номинального, упрощение устройства, повышение надежности, возможность работы устройства в составе систем защиты цепи от токов короткого замыкания. 2 ил.

Изобретение относится к электрическому оборудованию для измерения (масштабного преобразования) величин переменного тока и напряжения. Устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой содержит электромагнитный трансформатор тока, трансформатор тока с воздушным сердечником или с сердечником из ферромагнетика с сосредоточенным или рассредоточенным немагнитным зазором, аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом преобразованного сигнала, блок питания, оптическое стеклянное волокно (оптоволоконный кабель) или оптический канал связи, блок питания, цифро-аналоговый преобразователь с оптическим входом, делитель напряжения, устройство согласования выхода с трансформаторной гальванической развязкой. Для питания аналого-цифрового преобразователя применяются фотопреобразователь, излучатель светового потока и световоды, или приемная катушка совместно с катушкой передачи энергии с генератором для создания резонансной частоты. Технический результат – расширение диапазона измеряемых токов от нуля до 40-60 крат от номинального, упрощение устройства, повышение надежности, возможность работы устройства в составе систем защиты цепи от токов короткого замыкания. 2 ил.

Изобретение относится к метрологии, а именно к устройствам для масштабного преобразования тока и напряжения. Устройство содержит опорный изолятор, измерительный модуль, в состав которого входят первичный масштабный преобразователь тока, делитель напряжения, блок измерительного преобразователя, включающий аналого-цифровой преобразователь и оптический коммуникационный модуль, волоконно-оптическую линию передачи, дополнительный датчик тока, приемное коммуникационное устройство, блок питания и трансформатор питания с дополнительной вторичной обмоткой. Блок питания получает энергию от высоковольтной сети посредством трансформатора питания, через первичную обмотку которого течет ток, создаваемый в первичном масштабном преобразователе напряжения напряжением сети. С дополнительной вторичной обмотки трансформатора питания на блок измерительного преобразователя подается сигнал, пропорциональный напряжению на первичной обмотке трансформатора питания, который позволяет скомпенсировать влияние этого напряжения на точность преобразования напряжения. При коротком замыкании в сети блок питания получает энергию от измерительного трансформатора тока. При этом блок измерительного преобразователя получает информацию о токе в сети от дополнительного датчика тока. Технический результат - повышение точности и надежности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх