Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является автоматическое измерение тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя бесконтактным способом в реальном масштабе времени без выключения выпрямителя из процесса функционирования путем сравнения соответствующих напряжений, пропорциональных реальному и заданным значениям токов утечки. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве производится анализ информационного содержания выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю. В качестве информационного параметра используются амплитуды спектральных составляющих сигналов датчиков, равных 2ω (ω - частота питающего выпрямитель входного напряжения), которые после усиления выделяются с помощью узкополосных фильтров. Факт появления на выходе устройства сравнения разностного сигнала амплитуд спектральных составляющих сигналов датчиков напряженности и будет свидетельствовать о появлении тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя. 1 ил.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматического бесконтактного измерения в реальном масштабе времени значения тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя переменного тока при уменьшении величины ее сопротивления изоляции.

Наличие тока утечки считается крайне нежелательным явлением в электрооборудовании. Он возникает в случае существенного снижения сопротивления изоляции в токонесущих жилах кабелей электроустановок (нагрузки). Данный факт ухудшает энергетические характеристики оборудования. Если же ток утечки продолжает возрастать (по причине уменьшения сопротивления изоляции), то может произойти короткое замыкание между токонесущими жилами или одной из жил и корпусом, что может привести к выходу из строя всей аппаратуры.

В этой связи проблема своевременного выявления факта наличия токов утечки в электроустановках и их измерения является весьма актуальной. Особенно эта задача важна для специального оборудования, эксплуатация которого связана с риском возникновения аварийных ситуаций с тяжелыми последствиями. Например, появление потенциала (тока утечки) на корпусе электроустановок, работающих с агрессивными жидкостями или взрывоопасными веществами, может привести к нарушению процессов управления и защиты, образованию ложных цепей срабатывания аппаратуры, появлению искрообразования и т.д., что, в свою очередь, может привести к катастрофическим последствиям.

В качестве измерителей малых токов в электрооборудовании широко применяются различного рода гальванометры, механические (электростатические) и динамические электрометры [1]. Наряду с высокой точностью измерений и высокой чувствительностью отличительной особенностью этих устройств является сложность конструкций и алгоритмов реализации измерений, дороговизна, а также необходимость электрического контакта измерительных цепей приборов с объектом контроля.

Известен способ определения сопротивления путей утечки тока на землю в электрических системах [2], в котором предполагается целый ряд замеров токов утечки на землю и общего тока системы, составление громоздкой системы линейных уравнений по количеству электрических цепей с последующим ее решением, в ходе которого и определяется ток утечки. Недостатками способа являются сложность реализации алгоритма определения сопротивления изоляции, а также необходимость обеспечения гальванической связи между контролирующей аппаратурой и электрическим оборудованием.

Известен способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети [3], в котором предполагается наличие дополнительного источника измерительного напряжения в форме периодической последовательности импульсов определенной формы, измерение тока утечки за два соответствующих интервала, вычисление сопротивления изоляции по формуле и сравнение полученного значения с заданными значениями сопротивлений. Недостатками способа являются также сложность реализации и необходимость наличия гальванической связи между контролирующей аппаратурой и электрооборудованием.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической реализации является устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя [4]. Данное устройство позволяет несложно и бесконтактно в режиме реального времени фиксировать с высокой точностью факт наличия тока утечки в электрооборудовании.

Недостатком прототипа является то, что устройство не позволяет измерять величину тока утечки. Очевидно, что влияние тока утечки на качество работы электрооборудования зависит от его значения: если значение тока утечки меньше максимально допустимого, то он никак не будет оказывать отрицательного влияния на работу электрооборудования; в противном случае в работе электрооборудования могут возникнуть нежелательные последствия. Таким образом, на практике необходимо не только регистрировать факт наличия тока утечки, но и измерять его текущее значение для принятия возможных соответствующих организационно-технических мер.

Целью изобретения является измерение тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя бесконтактным способом в режиме реального времени.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве производится анализ информационного содержания выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю, при этом в качестве информационного параметра используются амплитуды спектральных составляющих сигналов датчиков, равных 2ω (ω - частота питающего выпрямитель входного напряжения), которые после усиления выделяются с помощью узкополосных фильтров и подаются на устройство сравнения. Факт появления на выходе устройства сравнения разностного сигнала амплитуд спектральных составляющих сигналов датчиков UУТ и будет свидетельствовать о появлении тока утечки IУТ в нагрузке однофазного мостового выпрямителя. Очевидно, что значение UУТ будет прямо пропорционально значению реального тока утечки. Введение же в состав устройства задатчика уровней напряжений, пропорциональных соответствующим значениям токов утечки, и порогового устройства, осуществляющего сравнение текущего значения сигнала (напряжения) UУТ с задаваемыми значениями напряжений, позволяет автоматически измерять величину реального тока утечки в нагрузке.

В рассматриваемом устройстве для решения задачи фиксации тока утечки может быть использован широкий круг магниточувствительных датчиков (индукционных, магнитодиодных, основанных на эффекте Холла и др.). Выбор типа датчика может определяться разными факторами: обеспечения необходимой чувствительности измерений, особенностями и удобством размещения (крепления), стоимостными соображениями и т.п. В качестве такого датчика для реализации предлагаемого изобретения может быть использован универсальный комплексный измерительный преобразователь параметров токов и напряжений при работе электрооборудования различного назначения [5], отвечающий критериям чувствительности, удобства установки и дешевизны.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя. В состав устройства входят два датчика напряженности внешнего магнитного поля 11 и 12 (Д1 и Д2), каждый из которых состоит из чувствительного элемента (ЧЭ), размещенного в микроиндуктивном соленоиде-концентраторе из нескольких витков провода, намотанного на диэлектрическую цилиндрическую трубку. Данные датчики подключены по схеме, аналогичной трансформатору тока, соответственно в токоподводящий и токоотводящий провода, соединяющие однофазный мостовой выпрямитель 2 и нагрузку 3. Выходы чувствительных элементов датчиков 11 и 12 связаны с соответствующими усилителями 41 и 4 2 (У1 и У2), выходы которых подключены к входам узкополосных фильтров 51 и 52 (Ф1 и Ф2). Выходы узкополосных фильтров связаны соответственно с первым и вторым входами устройства сравнения 6 (УС), выход которого в свою очередь связан с первым входом порогового устройства 7 (ПУ). Второй и третий входы порогового устройства связаны с соответствующими выходами задатчика уровня напряжений 8 (ЗУН), а выход ПУ подключен к блоку индикации 9 (БИ).

Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя работает следующим образом.

Входное однофазное переменное питающее напряжение ~uП преобразуется (повышается или понижается) трансформатором Тр и прикладывается к входу мостового выпрямителя 2. Выпрямленный пульсирующий ток протекает по цепи: (+) выпрямителя 2, соленоид-концентратор датчика 11, нагрузка 3, соленоид-концентратор датчика 12, (-) выпрямителя 2.

В датчике 11 провод, образующий соленоид-концентратор, является токоподводящим и по нему протекает ток IПОД, а в датчике 12 аналогичный провод является токоотводящим и по нему, соответственно, протекает ток IОТВ. Магнитные поля, создаваемые этими токами в микроиндуктивных соленоидах-концентраторах, индуцируют в датчиках Д1 и Д2 электродвижущую силу (эдс), в результате чего формируются сигналы, пропорциональные величине протекающих по проводам токов. После усиления в усилителях 41 и 42 эти сигналы поступают на узкополосные фильтры 51 и 52, настроенные на частоту 2ω, где происходит выделение амплитуд спектральной составляющей сигналов с данной частотой.

В том случае, если ток утечки в нагрузке практически отсутствует, т.е. IПОД≈IОТВ (или IПОД - IОТВ ≈ 0), то амплитуды спектральных составляющих с частотой 2ω сигналов датчиков также будут равны, и разностный сигнал на выходе устройства сравнения 6 UУТ, очевидно, будет отсутствовать. В результате на выходе блока индикации 9 никакого сигнала также не будет, что регистрируется загоранием на БИ индикатора «Норма».

В том случае, если в нагрузке появляется ток утечки IУТ, то по первому закону Кирхгофа IПОД>IОТВ или IПОД = IОТВ + IУТ. Тогда величина амплитуды спектральной составляющей с выхода датчика Д2, размещенного на токоотводящем проводе, будет меньше величины амплитуды спектральной составляющей с выхода датчика Д1, размещенного на токоподводящем проводе, на величину, пропорциональную значению тока утечки IУТ. В результате сравнения этих амплитуд на выходе устройства сравнения 6 появится разностный сигнал UУТ, означающий, что в нагрузке появился соответствующий пропорциональный ток утечки IУТ. Данное напряжение поступает на первый вход порогового устройства 7.

Задатчик 8 формирует два уровня напряжений U1 и U2, пропорциональных соответственно допустимому значению тока утечки (I1) и предельно-допустимому (аварийному) значению тока утечки (I2). Эти напряжения прикладываются к второму и третьему входам порогового устройства 7. В пороговом устройстве происходит постоянное сравнение текущего значения напряжения UУТ с заданными уровнями напряжений U1 и U2.

Алгоритм работы устройства может быть следующим.

1. Если ток утечки имеет место, но он мал, т.е. IУТ<I1, то это означает, что значение тока утечки находится в норме. Очевидно, что этому событию соответствует соотношение UУТ<U1. При этом выходной сигнал с ПУ 7 поступит в БИ 9 опять же на индикатор «Норма».

2. Если ток утечки превысил значение I1, но остался меньше значения I2, т.е. I1≤IУТ<I2, то это будет означать, что он находится все еще в допустимых пределах, но на этот факт уже следует обратить внимание. Аналогично, этому событию будет соответствовать соотношение U1≤UУТ<U2. При этом выходной сигнал с ПУ 7 поступит в БИ 9 на индикатор «Предупреждение». В этом случае контролируемое электрооборудование может функционировать, но обслуживающему персоналу необходимо готовиться к соответствующим профилактическим работам по уменьшению значения тока утечки.

3. Если ток утечки продолжает возрастать и превысил значение I2, т.е. IУТ≥I2, то это будет означать, что ток достиг максимально допустимого значения. При этом выполнится соотношение UУТ≥U2. Тогда пороговое устройство 7 сформирует выходной сигнал, который отразится на БИ 9 высвечиванием индикатора «Авария». В этом случае необходимо отключить работающее электрооборудование и провести обязательные ремонтно-восстановительные работы.

Таким образом, предлагаемое устройство с высокой достоверностью бесконтактно определяет факт наличия тока утечки в электрооборудовании, питающегося от однофазного мостового выпрямителя, и осуществляет дискретно его измерение.

Следует отметить, что при необходимости ЗУН 8 можно запрограммировать на формирование не двух, а большего количества фиксированных уровней напряжения, что позволит, в конечном итоге, более точно измерять реальное значение тока утечки. Однако практика показывает, что в этом нет острой необходимости. Достоинством данного устройства является также то, что подобным образом можно измерять токи утечки в нагрузке трехфазных выпрямителей.

Предлагаемое устройство имеет несложную техническую реализацию и большие функциональные возможности.

Источники информации

1. Грибанов Ю.И. Измерение слабых токов, зарядов и больших сопротивлений. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962.

2. Седов А.В., Лачин В.И., Малина А.К. Способ определения сопротивления путей утечки тока на землю в электрических системах. Патент РФ на изобретение №2010247, 1994.

3. Малафеев С.И., Мамай B.C. и др. Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети. Патент РФ на изобретение №2144679, 2000.

4. В.Ф. Вербов, Б.Н. Просянников, А.Г. Сукиязов. Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя. Патент РФ на изобретение №2556332, 2015 (прототип).

5. Сукиязов А.Г., Просянников Б.Н. и др. Комплексный измерительный преобразователь параметров токов и напряжений при работе электрооборудования различного назначения. Патент РФ на полезную модель №100291, 2010.

Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя, содержащее блок индикации и два датчика напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю, причем выходы чувствительных элементов датчиков напряженности подсоединены соответственно к первому и второму входам устройства сравнения через соответствующие усилители и узкополосные фильтры, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введены пороговое устройство и задатчик уровня напряжений, причем выход устройства сравнения связан с первым входом порогового устройства, второй и третий входы которого связаны с соответствующими выходами задатчика уровня напряжений, а выход порогового устройства подключен ко входу блока индикации, на котором высвечивается информация о текущем значении тока утечки.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение селективности и устойчивости функционирования защиты электрических сетей среднего напряжения 6-35 кВ от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите электрических сетей, и может быть использовано для дифференциальной защиты любых элементов электрических сетей, как линий электропередач, так и силовых трансформаторов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты присоединений подстанции от коротких замыканий. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства и расширении области его использования.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите и автоматике. Технический результат - повышение чувствительности при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и возможность выявления и корректировки измерения электрической величины с выбросами.

Изобретение может быть использовано для релейной защиты линий электропередачи распределительных сетей напряжением 6-35 кВ. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства при неисправности цепей напряжения нулевой последовательности или при отсутствии в распределительном пункте или на трансформаторной подстанции трансформаторов напряжения, с помощью которых возможна организация цепей напряжения нулевой последовательности.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для релейной защиты линий электропередачи распределительных сетей напряжением 6-35 кВ.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания при бесконтактном отборе мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству, определяющему алгоритм функционирования релейной защиты и противоаварийной автоматики и используемому в системе электроснабжения трехфазного переменного тока промышленной частоты f=fпр, которую характеризуют мгновенными значениями синусоидальных междуфазных напряжений uAB(t), u BC(t) и uCA(t) и соответствующими им векторами и междуфазных напряжений, при этом, при отклонении любого из междуфазных напряжений, подводимых к входу устройства, от некоторого расчетного напряжения Uрас, оно на своем выходе формирует либо логический сигнал, либо непрерывный сигнал.

Изобретение относится к системам защиты электрических линий, реагирующим на разность между токами, в которых сравниваются значения напряжения или тока в соответствующих точках на разных проводах одной и той же схемы, например, током в прямом и обратном проводнике.

Изобретение относится к схемам защиты электрических линий, осуществляющим автоматическое отключение с последующим восстановлением соединения, реагирующим на разность между токами, в которых сравниваются значения напряжения или тока в соответствующих точках на разных проводах одной и той же схемы, например током в прямом и обратном проводнике.

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами.

Изобретения относятся к области измерительной техники, в частности к системам возврата электрического тока, и могут быть использованы в авиации. Способ содержит этап измерения силы тока, по меньшей мере, в одном электрическом соединении, в котором течет номинальный ток, для определенных условий полета летательного аппарата; этап беспроводной передачи значения измеренной силы тока, этап приема измеренной силы тока, этап сравнения измеренной силы тока с опорной силой номинального тока, определенной для указанного электрического соединения, для указанных определенных условий полета; и этап диагностики состояния исправности электрического соединения после этапа сравнения.

Настоящее изобретение относится к способу диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к инверторной переносной установке для испытаний кабеля и электрооборудования напряжением постоянного тока 36 кВ, 60 кВ и 110 кВ.

В способе диагностирования неисправности в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя методом интегрирования фазного тока наличие короткого замыкания или обрыва цепи главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя диагностируют посредством измерения мгновенного значения фазного тока iO(t) указанного преобразователя в исправном состоянии, а также мгновенного значения текущего фазного тока i(t) указанного преобразователя для получения с помощью операции интегрирования интегрального значения SnO фазного тока в течение определенного периода в исправном состоянии и интегрального значения Sn фазного тока в течение определенного периода в текущем состоянии, отношение En которых, т.е.

Изобретение относится к методам обнаружения аварийной электрической дуги радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), работающей в условиях вакуума и может быть использовано в бортовой аппаратуре космических аппаратов.

Группа изобретений относится к направленному обнаружению замыкания на землю, в частности, в энергосистеме со скомпенсированной нейтралью и, в конкретном случае, с изолированной нейтралью.

Изобретение относится к контролю неисправности силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя. Сущность: способ включает нахождение мгновенного значения фазного тока силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя для вычисления среднеквадратичного отклонения σ детализирующего коэффициента в качестве характеристического показателя неисправности и анализ кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующего коэффициента фазного тока силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя во всем диапазоне скорости вращения или во всем диапазоне крутящего момента для выявления неисправности в виде короткого замыкания главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для испытания трансформатора напряжения (20). Предлагаемый способ предусматривает стадии, на которых: имитируют трансформатор напряжения (20) при помощи эквивалентной цепи (30); определяют точность трансформатора напряжения (20) относительно эквивалентной цепи (30) путем оценки ответа на испытательный сигнал, выдаваемого трансформатором (20); и автоматически преобразуют указанную точность в связанную с рабочим состоянием точность трансформатора (20).

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения токов утечки с объектов, подключенных к источникам электрического напряжения.

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

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является автоматическое измерение тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя бесконтактным способом в реальном масштабе времени без выключения выпрямителя из процесса функционирования путем сравнения соответствующих напряжений, пропорциональных реальному и заданным значениям токов утечки. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве производится анализ информационного содержания выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю. В качестве информационного параметра используются амплитуды спектральных составляющих сигналов датчиков, равных 2ω, которые после усиления выделяются с помощью узкополосных фильтров. Факт появления на выходе устройства сравнения разностного сигнала амплитуд спектральных составляющих сигналов датчиков напряженности и будет свидетельствовать о появлении тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя. 1 ил.

Наверх