Способ измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЬСЮ40 А1йл>4l8 пятен, y ккическал

Союз Советских

Социалистических

Вес ублик и 661З54.

К АВТОРСКОМУ Св ТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 06.12.73 (21) 1975542/18-21 (я)М. КЛ.2 с присоединением заявки М (23) Приоритет

С1 01 R 15/02

Государствен яый комитет

СССР яо делам изобретений я открытий

Опубликовано050579. Бюллетень Hо 17 (53) УДК6 21,317. .. 31 (088 ° 8) Дата опубликования описания 070579

f0, Г. Жуковский, Е. В. Кириевскнй, А. М. Кирьяков, В. В. Михайлов и Г. П. Фоменко

{72) АвтОры изобретения

/,/ (71) 3аЛВИтЕЛЬ Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджойикидэе (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

В ШИНАХ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

Изобретение касается электроизмерений, в частности измерений больших (Ф 1 кА) постоянных токов в шинах прямоугольного сечения и может быть использовано в качестве датчика тока релейных защит мощных низковольтных сетей постоянного тока автономных

;энергосистем.

: Известны способы для измерения больших постоянных токов, основанные на использовании двух датчиков Холла, причем выходные сигналы датчиков, воз-: никающие под действием внешнего поля токов в обратных и соседних шинах, ;.вычитаются, а сигналы, возникающие под действием цоля тока, измеряемого

s прямой шине, суммируются (под прямой и обратной шинами понимаются шины соответственно одного и второго полюса фидера, а под соседней — шина дру-20 гого соседнего Фидера участка се- . ти) gl) .

Однако такие способы не защищены от влияния даже слабых внешних неоднородных магнитных полей, что приводит к появлению напряжения помехи на его выходе.

Известен способ измерения больших постоянных токов, основанный на использовании в шинах прямоугольного сечения двух датчиков Холла, расположенных у середин противоположных граней шины перпендикулярно к ним и включенных своими холловскими электродами встречно-последовательно.. При этом с целью уменьшения отрицательного влияния внешних магнитных полей оба датчика Холла помещаются в зазоры магнитопровода, охватывающего токоведущую шину (2(°

В условиях сильных внешних неоднородных магнитных полей это устройство имеет низкую помехозащищенность вследствие наси@ения магнитопровода.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости, Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения, основанном на,измерении маг- нитного поля шины с помощью датчика

Холла, установленного у середин двух ,ее противоположных граней.перпендику лярно к ним,:. используют дополнитель- . ный датчик Холла,Panfonaraeam6 по краю прилегающей грани шины вдоль ее продольной осн так,что поперечные оси датчиков лежат в одной плоскости, причем .сигналы с выходов датчиков

Холла суммируют ..

Йа фиг. 1 показана схема устройства для измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения; на фиг. 2 - картина поля помехи от обратной или соседней шины; фиг. 3 - расположение прямой и соседней обратной шин в одной плоскости; .5 на фиг. 4 — кривые для расчета поля; на фиг. 5 — картина поля прямой шины; на фиг. 6 — расположение прямой и соседней шин во взаимно перпендикулярных плоскостях. 10 . Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего датчики Холла 1-4 (фиг. 1), расположенные вокруг шины 5 с измеряемым током, причем датчики 1 и 2 установлены у середин 15 двух противоположных граней шины, а датчики 3 и 4 — по краям одной из двух других противоположных граней шины. Токовые электроды всех датчиков Ьитаются от гальванически развя- о занных четырех выходов генератора б.

Электроды всех датчиков соединены между собой встречно-последовательно и подключены к входу усилителя 7, При протекании тока в обратной или соседней шине 5 вокруг нее возникает магнитнбе поле (фиг. 2), так как датчики включены встречно-последовательно, то найряжение V»» помехи на входе усилителя определяется следующим выражением 30

7,-I)J .п,l (и, „). (ц где U1, U2, ОЗ, 04 - напряжения на выходе соответствующих датчиков Холла, возникающие под действием внешне-35 го поля

Напряжение U на выходе » -го датчика Холла равно )» = О» )» ) »а Н» (2) где у — постоянная Холла » -го датчика;

)» - управляющий ток 1-го датчика;

»цо -, магнитная проницаемость воздуха; 45

Н» - нормальная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемого 1-м датчиком; — номер датчика !

В соответствии с этим

50 (- -8 ",(po "» 12 ")2(цо" (3)

4 Ь» (»о "3 У4 4("о 4

При использованйи одинаковых датчиков Холла з5 ()2 ой о4

Тогда, выбрав управляющие тока таким, образом, что

")» 2 3 )4 > (4) @ подставляя выражение (3) в выражение( (1)," имеем

U,- f 3 (0g ((Hj-Hg)-(Hy-H4)) j ) 354 4

Датчик 1 находится в непосредственной близости от датчика 3 (фиг,2), поэтому поле в области их расположения можно считать практически равномерным. То же справедливо и для датЧиков 3, 4. Напряжение (U1- U2) номехи в данном устройстве компенсируются практически полностью напряжением (U - U4), создаваемым друг.ой парой датчиКов Холла, Значенйя напряженностей Н 1, Н2, Н, Н определяем по формуле. г; н,=о ь р -, (,), (61

» где)„ - ток обратной или соседней шины, в амперах, создающий внешнее поле помехи;

d» - расстояние в метрах между осью обратной или соседней токоведущей шины и 1-им датчика Холла (фиг. 3);

Г» — фактор, учитывающий форму шин, расстояние d; и определяемый по графику (фиг. 4), Подставляя выражение (6) в выраже-.. ние (5), получаем

При протекании измеряемого тока по прямой шине 5, на которой установлены датчнки Холла 1-4, возникает магнитное поле,(фиг, 5). Нри этом выходные напряжения всех датчиков сум мируют и на входе усилителя появляется результирующий сигнал U

)I, (II, !!!)-(Ij,-II, ). jsl ! I где Ui 02 БЭ р U4 — напряжения на выходах соответствующих датчикоФ, возникающие под действием поля измеряемого тока.

Как видно из выражения (8), полезный сигнал U». ослабляется наличием выходных напряжений датчиков 3 и 4, однако это ослабление очень незначительно, так как силовые линии поля входят в плоскость датчиков 1 и 2 строго перпендикулярно, но проходят почти параллельно плоскости датчиков

3, 4, При этом нормальная составляющая поля, измеренная датчиками 3 и 4, на порядок меньше соответствующей составляющей поля, измеренной датчиками 1 и 2, и ею можно пренебречь.

Из выражений (8), (2), используя выражение (6), получаем » 2

1)с=О <6g Iuà ñ

П гдето - ток, измеряемый в прямой шине;

F«F2-. F — фактор соответственно для точек установки датчиков 1 и

2 в магнитном поле измеряемого тока.

Используя принцип суперпозиции для собственного и внешнего полей

661354 (поскольку при отсутствии магнитопровода датчики находятся в линейной среде), из формул (7) и (9) получаем выражение для отношения

К полезного сигнала Ue, к напряжению 0 помехи

F(2ак2в

Fg о,е о.е о.е о.е о.е о.е. . о.е мм мм мм

1,8 1,8

1,7 l 7

1,9 1,9

1 33, 1,33

1,06

1,1

1,16

1,03

93

173

147

265

l,0l 1,06 1,0l

1t03 1,1 1,03

1,03 1,16 1,03

Ç,01 1,03 1,01

53

51 91

61 121

40х6

60 х10 31

123

83

81 181

91 151

183

100х10

50418

153

31 так как при протекании в прямой ши- шине номинального тока 5 кА в

1 соседней шине при коротком за мыкании ток может достигать

100 кА.

Таблица 2

F, Fg

;2ах2в о.е о.е о,е о,е о.е о.е о.е

1 1 1 8

1 1,03.1,7

1с01 1,04 1р 9

1 1,00 1,33

119 159 121 1

21 161

31 191

51 251

1,8 44,5

1, 7 31, 2

1,9 27,5

1 33 49,3

40хб

60 110

100 х 10

1,03

1, 04

131 1

129 189

149 249

151 1,01

161

1,005

В табл. 3 приведены результаты: эналогичного расчета для случая, когF4

FS с4

2а42в о.е о,е о,е мм о,е о.е о.е о,е

1 1,8 1,8 30

1 1,7 1,7 21,5

0,93 1,9 1,9 17,1

1 . 1 33 1,33 18

102 142 104

104 164 106

104 204 106

108 168 110

6 х10

21 144

31 166

5I 206

31 170

1 l

1 1

10ъ60

18х60

1 0 93

1 1

Аналогичный расчет для=йзвестного устройства с двумя датчиками Холла дает соответственно К 0,91 и К=8,0.

Таким образом, предлагаемый способ обладает псмехозациШенностью почти в

20 раэ лучше, чем известный. В силь ных магнитных полях магнитопровод,.в зазорах которрго установлены два дат-. чика Хауэлла, насыщается, причем нерав >,номерно, что еше более увеличивает

Таким образом, даже йри наиболее неблагоприятном с точки зрения поме- хоустойчивости сочетания габаритов ший и их расположении друг относительно друга при коротком замыкании в соседней шине полезный сигнал на выходе данного устройства превьзаает помеху в К=17,1 раза. В то же время помеха от поля обратной шины слабее полезного сигнала в К=147 раз.

В табл. 2 приведены результаты расчета для случая, когда соседняя на расположена относительно прямой ñ (фиг. 3) . Причем принято — =20

60118 31 221 159 219

Для случая, когда обратная шина расположена так, как показано на фиг, 3, в табл. 1 приведены результаты расчета К для параметров шинопроводов, применяемых обычно в мошных низковольтных сетях автономных энер5 госистем, причем расстояние между прямой и обратной шинами взято мини с мально возможным, а отношение, П так как по прямой и обратной шинам протекает один и тот же ток, Таблица 1 да соседняя шина расположена относи- тельно прямой (фиг. 6), T а б л и ц а .3

661354 сигнал помехи на выходе известного устройства для измерения больших токов.

Формула изобретения

Способ измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного се чения, основанный на измерении магнитного поля шины с помощью датчика Хол.ла, установленного у середин двух ее 10 противоположных граней перпендикулярнокним, отличающийся тем, что, с целью повышения помехо устойчивости, используют дополнитель"-. ный датчик Холла, располагаемый по краю прилегающей грани шины вдоль ее продольной оси так, что поперечные оси датчиков лежат в одной плоскости, причем сигналы с выходов датчиков

Холла суммируют.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3573616, кл. 324117, 06.04.71.

2, Яаследов Д. Н., Зотова Н, В, Прибор для измерения постоянных токов до 40. кА, И., Электричество

9 3, 1961.

661354

10

Я=2д/2ь гю

2

Ф/л

Заказ 2434/41 Тираж 1089 Поддисное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 москва 11-35 Ра шакая аас. a. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель И, Гуляев

Ре акто Л. Устинова Тех е М.Петко Ко екто Г Наза ова