Устройство для измерения дифференциального тока

Авторы патента:

G01R31/02 - испытание электрической аппаратуры, линий и элементов на короткое замыкание, обрыв, утечку или неправильное соединение

G01R15/18 - с использованием индуктивных приборов, например трансформаторов

Владельцы патента RU 2628306:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения токов утечки с объектов, подключенных к источникам электрического напряжения. Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора. Устройство для измерения дифференциального тока содержит чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель и блок питания. Дополнительно введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и частотомер. 1 ил.

Известно устройство защитного отключения (см. В.К. Монаков, В.С. Розанов, А.В. Трубицын. Безопасность жизнедеятельности. М.: МГТУ МИРЭА, 2014, с. 30-33). Это устройство содержит дифференциальный трансформатор тока, пусковой орган, исполнительный механизм и блок для тестирования. Дифференциальный трансформатор с помощью двух первичных обмоток подключается к электроприемнику (нагрузке) и источнику переменного тока. Вторичная обмотка трансформатора соединена с пусковым органом, который в свою очередь подключается к исполнительному механизму.

При отсутствии дифференциального тока - тока утечки, по первичным встречно включенным обмоткам трансформатора протекают равные по величине токи, определяющие характер нагрузки. Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора векторно встречно направленные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

При появлении тока утечки равенство токов в обмотках нарушается и возникает разностный ток, благодаря чему наступает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформатора э.д.с., пропорциональной току утечки. Сигнал с выхода вторичной обмотки через пусковой орган воздействует на исполнительный механизм, который обеспечивает размыкание электрической цепи.

Недостатком этого известного устройства является низкая точность при преобразовании э.д.с. вторичной обмотки трансформатора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип (RU 41374 U1, 20.10.2004) устройство, содержащее блок измерения, включающий дифференциальный трансформатор тока и элемент для подключения к измеряемой цепи, и фильтр низких частот, усилитель сигнала, блок питания, микроконтроллер, блок индикации, интерфейс, блок измерения температуры и внешнее устройство.

Принцип действия данного устройства основан на измерении разностного тока нулевой последовательности фаз, возникающего при появлении в сети некомпенсированного тока утечки через проводимость изоляции фаз на землю. При отсутствии повреждения изоляции геометрическая сумма магнитных потоков, наведенных в сердечнике линейными токами, равна нулю, следовательно, во вторичной обмотке э.д.с. не индуктируется. При повреждении изоляции появляются токи нулевой последовательности, вызывающие в сердечнике дифференциального трансформатора возникновение некомпенсированного магнитного потока, который наводит э.д.с. во вторичной обмотке, значение которой пропорционально значению тока утечки.

Устройство работает следующим образом. Блок измерения подключается в рассечку фазных и нулевого проводов. С помощью фильтра низких частот производится выделение необходимого сигнала, этот сигнал усиливается в усилителе сигнала с высоким входным сопротивлением, усиленный сигнал поступает на аналоговый вход микроконтроллера, с помощью встроенного АЦП микроконтроллера полученный сигнал преобразуется в цифровое значение. С помощью заложенной в микроконтроллер градировочной кривой входной сигнал преобразуется в ток утечки, одновременно производится измерение окружающей температуры и вносится корректировка в значение тока утечки. Полученное значение отображается на цифровом индикаторе блока индикации, одновременно эти значения могут быть переданы на внешнее устройство по интерфейсу.

Недостатком этого известного устройства является сложность процедуры преобразования э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора, пропорциональной току утечки.

Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения дифференциального тока содержит чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель и блок питания, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и частотомер, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к входу усилителя, выход последнего соединен с варактором микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты подключен с входом частотомера, выход блока питания соединен с входом питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что преобразованная э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора воздействует на варактор микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты и по частоте выходного сигнала этого генератора, при его перестройке, измеряется значение дифференциального тока.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения дифференциального тока на основе измерения частоты электромагнитных колебаний микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процесса преобразования сигнала вторичной обмотки тороидального трансформатора (чувствительного элемента).

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Данное устройство содержит источник переменного тока 1, подключенный к входу чувствительного элемента 2, преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение 3, соединенный выходом с входом усилителя 4, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты 5, блок питания 6 и частотомер 7.

Устройство работает следующим образом. Отсутствие дифференциального тока в сети приводит к тому, что на выходе чувствительного элемента наблюдается, нулевой сигнал. Появившийся на выходе чувствительного элемента 2 сигнал, отличный от нулевого значения и соответствующий току утечки, поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение 3. После выпрямления этого сигнала в этом преобразователе его постоянный выходной сигнал далее усиливается в усилителе 4. С выхода последнего усиленный сигнал поступает на вход варактора микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Одновременно с этим с выхода блока питания 6 сигнал (постоянное напряжение) подается на вход питания микроволнового генератора для генерирования электромагнитных колебаний.

Из практики известно, что изменением напряжения на варакторе микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить перестройку частоты генератора. В силу этого в данном случае сигналом (напряжением), образованном на выходе чувствительного элемента (после выпрямления и усиления), можно перестроить частоту микроволнового генератора. Отсюда следует, что если измерить частоту микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты при его перестройке, то измерением этой частоты можно обеспечить измерение величины дифференциального тока. Для измерения частоты микроволнового генератора его выход подключается к входу частотомера 7.

Пусть f₁ - частота генератора при отсутствии тока утечки (отсутствие повреждение изоляции), т.е. напряжение на входе варактора микроволнового генератора, имеет нулевое значение. При возникновении тока утечки, т.е. появление постоянного напряжения на входе варактора, частота микроволнового генератора перестроится, и обозначим эту частоту - f₂. Тогда по разности f₂-f₁ можно определить величину тока утечки. Здесь принимается то, что f₂>f₁. Это вытекает из того факта, что, как правило, возрастание постоянного напряжения на варакторе приводит к увеличению частоты микроволнового генератора и наоборот.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе преобразования выходного сигнала чувствительного элемента (э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора) в частоту микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить упрощение процедуры преобразования дифференциального тока. Одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с известными измерителями дифференциальных токов является то, что информацию о величине дифференциального тока можно передавать дистанционно.

Данное техническое решение успешно может быть применено в целях защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении к токоведущим частям. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано как индикатор возможных повреждений изоляции, неисправности электропроводки и электрооборудования.

Устройство для измерения дифференциального тока, содержащее чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель и блок питания, отличающееся тем, что в него введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и частотомер, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к входу усилителя, выход последнего соединен с варактором микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты соединен с входом частотомера, выход блока питания соединен с входом питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты.

Техническое решение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики для контроля рельсовых цепей. Способ основан на создании замкнутого через потенциал «Земля» электрического контура постоянного тока, в который включены пары жил кабеля рельсовых цепей, в контуре формируют постоянный ток определенной величины и осуществляют контроль за уменьшением величины тока, протекающего через элементы, соединяющие пары жил кабеля или пару жил кабеля и потенциал «Земля» ниже допустимого значения.

Передатчик температуры процесса с улучшенной диагностикой датчика // 2617885

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для контроля технологических параметров в производственных процессах. Передатчик (12) температуры процесса выполнен по меньшей мере с одним датчиком (32) температуры, имеющим множество проводов.

Устройство определения короткого замыкания и защитного отключения воздушных линий электропередачи // 2616073

Изобретение относится к устройствам определения короткого замыкания и защитного отключения воздушных линий электропередач. Сущность: устройство содержит разъединитель (1), установленный на опоре (2) воздушной линии электропередачи, датчик тока (3), установленный на питающем шлейфе воздушной линии электропередачи (4), модуль фиксации (5), установленный на опоре рядом с двигательным приводом (6) на высоте не выше 2 метров, модуль фиксации, оснащенный светодиодным дисплеем и кнопками настройки, двигательный привод, связанный с разъединителем с помощью тяги, модуль управления (9), электрически связанный с двигательным приводом разъединителя.

Способ определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью // 2614187

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля и измерения сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью.

Способ контроля сплошности диэлектрического покрытия на элементах радиоэлектронной аппаратуры // 2613571

Использование: для тестирования в финальной стадии изготовления радиоэлектронной аппаратуры, элементы которой покрыты защитным диэлектриком. Сущность изобретения заключается в том, что способ содержит сканирование элементов радиоэлектронной аппаратуры контролируемого объекта плазменной струей при разности потенциалов между плазмой и объектом ниже уровня напряжений, опасных для объекта контроля, с одновременной регистрацией электрического тока из объекта в плазму, предварительно контролируемый объект полностью погружается в плазму, выявляя на этой стадии наличие дефекта сплошности диэлектрического покрытия на объекте, и при необходимости выполняется дальнейшее сканирование элементов объекта плазменной струей с сечением, обеспечивающим точность локализации дефекта.

Определение направления короткого замыкания на землю для распределительных сетей среднего или высокого напряжения // 2613360

Использование – в области электротехники. Технический результат – расширение арсенала технических средств.

Способ и устройство для оценки целостности оборудования, управляющего технологическим процессом // 2611985

Группа изобретений относится к средствам диагностики целостности корпуса оборудования. Технический результат – повышение точности определения потерь целостности корпуса оборудования.

Способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования // 2610823

Изобретение относится к диагностике дефектности электроэнергетического (ЭЭ) оборудования, находящегося под напряжением. Сущность: измеряют в эквивалентных условиях энергетические спектры токов контрольных ответвлений одинаковых вводов напряжений контролируемого и однотипного с ним эталонного оборудования на частотах совместного действия фликкерных шумов, белых шумов и квазигармонических составляющих с частотами промышленной сети, ее верхних гармоник и с резонансными частотами добротных колебательных цепей тестируемого ЭЭ оборудования.

Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока // 2609277

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля изоляции сетей постоянного оперативного тока. В сети постоянного тока периодически осуществляют тестовое воздействие путем подключения к полюсам высокоточного резистора, при этом измеряют величины напряжений на полюсах и дифференциальные токи присоединений сети до и после каждого тестового воздействия.

Устройство для тестирования электродов // 2606938

Изобретение относится к устройствам, используемым для тестирования, например, в производственных условиях, сенсорных панелей, в частности, матричных прозрачных взаимно-емкостных сенсорных панелей.

Способ и устройство для обнаружения разряда молнии // 2611109

Группа изобретений относится к системам для обнаружения разряда молнии. Раскрыты способ и устройство для обнаружения разряда молнии с автономным питанием.

Способ и устройство для измерения электрических токов с помощью преобразователя тока // 2608329

Изобретение относится к метрологии, в частности к способу измерения тока. Способ предлагает компенсацию омического сопротивления вторичной катушки посредством двухполюсника с отрицательным омическим сопротивлением.

Компоновка гибкого датчика тока // 2600501

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к датчикам тока, содержащим множество токочувствительных элементов. Компоновка гибкого датчика тока содержит множество дискретных токочувствительных элементов, распределенных вдоль удлиненного гибкого несущего элемента.

Датчики // 2598683

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: датчик тока содержит первый компонент, содержащий множество катушек.

Устройство для измерения электрического тока, протекающего в блоке электрооборудования, позволяющее осуществлять измерение мощности и блок электрооборудования, содержащий данное устройство // 2594365

Изобретение относится к метрологии. Датчик размещен в корпусе из изолирующего материала, ширина которого равна ширине защитного устройства, а высота позволяет устанавливать датчик в стандартную реечную монтажную панель.

Способ и устройство для измерения переменного напряжения // 2584177

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения переменного напряжения в линиях электропередач. Сущность: измерительное устройство с гальванической развязкой для измерения переменного напряжения содержит измерительную схему (35), имеющую микроконтроллер, схему питания (33), которая может осуществлять питание измерительной схемы (35), трансформатор (T), имеющий первичную обмотку, питаемую при помощи сетевого синусоидального напряжения (U1) и соединенную с линией электропередачи, и вторичную обмотку.

Устройство измерения дифференциального тока // 2575140

Изобретение относится к электротехнике. Особенностью заявленного устройства является то, что в него дополнительно введен второй магнитопровод с намотанной на нем измерительной обмоткой, причем витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения первого магнитопровода проходят сквозь окно второго магнитопровода, при этом на первом магнитопроводе дополнительно намотана компенсирующая обмотка, а измерительная обмотка на втором магнитопроводе одним выводом подсоединена к неинвертирующему входу усилителя, другим выводом - к нулевому выводу источника питания, параллельно измерительной обмотке на втором магнитопроводе подсоединен введенный четвертый резистор, выход усилителя подсоединен к входу введенного усилителя мощности, выход которого подсоединен к одному из выводов компенсирующей обмотки, расположенной на первом магнитопроводе, второй вывод которой подсоединен через введенный пятый резистор к нулевому выводу источника питания, общая точка соединения пятого резистора и компенсирующей обмотки подсоединена к инвертирующему входу усилителя.

Способ прогнозирования и обнаружения насыщения трансформатора тока при симпатическом броске тока // 2564041

Изобретение относится к релейной защите электростанций и автоматизированных систем подстанций, в частности к прогнозированию и обнаружению насыщения трансформатора тока при симпатическом броске тока.

Способ и устройство для линеаризации трансформатора // 2557368

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой способ линеаризации передачи напряжения через трансформатор, включающий в себя магнитный сердечник и входную и выходную обмотки.

Блок пояса роговского // 2551259

Изобретение относится к метрологии, в частности к датчикам тока. Блок пояса Роговского для измерения высокочастотных электрических токов содержит витковые секции, соединенные последовательно с образованием связи с уменьшенным влиянием обратного импеданса.

Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах // 2632589

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих вектора плотности электрического тока в проводящих средах. Устройство для измерения компонент вектора плотности тока в проводящих средах состоит из по меньшей мере одного установленного в корпусе 1 датчика плотности тока 2, состоящего из токопровода 3 с размещенным на нем трансформатором тока 4, и по меньшей мере одного электронного блока. Электронный блок выполнен в виде последовательно соединенных блока 5 преобразования и первичного усиления сигнала, блока 6 настраиваемых аналоговых фильтров, блока 7 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на основе микросхемы звукового АЦП с выходным цифровым сигналом формата USB, блока 8 трансляции сигнала и питания интерфейса USB, выполненного в виде двух установленных на концах кабеля передатчиков-приемников 9 и 10. Выход датчика плотности тока 2 соединен с входом блока 5 преобразования и первичного усиления сигнала, выход блока 8 трансляции сигнала и питания интерфейса USB соединен с входом USB регистрирующего компьютера 11. Токопровод 3 выполнен из проводящего материала, обладающего электропроводностью более 100 См/м. Токопровод 3 может быть выполнен в виде цилиндра или в виде стержня, например, квадратного сечения, при этом измеряется составляющая вектора плотности тока, параллельная оси цилиндра или стержня. Торцы токопровода 3 заделаны заподлицо с внешней поверхностью корпуса 1. Устройство снабжено по меньшей мере тремя кольцеобразными виброгасящими элементами 12, плотно надетыми на трансформатор тока 4 с зазором друг относительно друга с возможностью плотного прилегания к корпусу 1 и выполненными из виброгасящего материала. Корпус 1 устройства выполнен из диэлектрического материала. Токопровод 3 и трансформатор тока 4 вместе с виброгасящими элементами 12 жестко закреплены в корпусе 1, причем виброгасящие элементы 12 примыкают к внутренней поверхности корпуса 1. Токопровод 3 электрически изолирован от трансформатора тока 4, электронного блока и виброгасящих элементов 12. Технический результат заключается в повышении точности измерения и увеличении помехозащищенности. 5 ил.