RU2482503C1 - Device to measure voltage in high-voltage circuit with remote data transfer - Google Patents
Device to measure voltage in high-voltage circuit with remote data transfer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2482503C1 RU2482503C1 RU2011149296/28A RU2011149296A RU2482503C1 RU 2482503 C1 RU2482503 C1 RU 2482503C1 RU 2011149296/28 A RU2011149296/28 A RU 2011149296/28A RU 2011149296 A RU2011149296 A RU 2011149296A RU 2482503 C1 RU2482503 C1 RU 2482503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- communication
- microcontroller
- sensor
- measuring
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым приборам измерения переменного и постоянного напряжения, преимущественно в электроэнергетических сетях 6 (10) кВ и выше.The invention relates to measuring equipment, in particular to digital devices for measuring AC and DC voltage, mainly in electric power networks of 6 (10) kV and higher.
Наиболее близким техническим решением является устройство, реализующее способ измерения переменного электрического тока и напряжения по патенту РФ №2222021, МПК G01R 15/24, G01R 19/00, 20.01.2004, в котором поляризованный световой сигнал пропускают, по меньшей мере, один раз через датчик, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, прошедший через датчик световой сигнал делят на пару взаимно ортогональных линейно-поляризованных составляющих. Дополнительно осуществляют деление светового сигнала на вторую пару взаимно ортогональных линейно-поляризованных составляющих, отличающуюся от первой угловой ориентацией или фазовым сдвигом, все составляющие преобразуют в нормированные по интенсивности электрические сигналы I1, I2 и I3, I4 соответственно, а измерительный сигнал М формируют из них с учетом угла ориентации или фазового сдвига между парами. Устройство для измерения переменного электрического тока или напряжения включает оптически связанные датчик, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, средство ввода в датчик поляризованного светового сигнала, средство деления поляризованного светового сигнала на взаимно ортогональные линейно-поляризованные составляющие, а также узел преобразования составляющих в нормированные по интенсивности электрические сигналы и блок формирования измерительного сигнала для измеряемой величины и определения по нему измеряемой величины.The closest technical solution is a device that implements the method of measuring alternating electric current and voltage according to RF patent No. 2222021, IPC G01R 15/24, G01R 19/00, 01/20/2004, in which a polarized light signal is passed at least once through a sensor that changes the polarization of the light signal depending on the measured value; the light signal transmitted through the sensor is divided into a pair of mutually orthogonal linearly polarized components. Additionally, the light signal is divided into a second pair of mutually orthogonal linearly polarized components that differs from the first angular orientation or phase shift, all components are converted into intensity-normalized electrical signals I 1 , I 2 and I 3 , I 4, respectively, and the measuring signal M form from them, taking into account the orientation angle or phase shift between the pairs. A device for measuring alternating electric current or voltage includes an optically coupled sensor that changes the polarization of the light signal depending on the measured value, means for inputting a polarized light signal into the sensor, means for dividing the polarized light signal into mutually orthogonal linearly polarized components, as well as a component conversion unit electrical signals normalized in intensity and a unit for generating a measuring signal for the measured quantity and eniya thereon measurand.
Известное устройство имеет следующие недостатки:The known device has the following disadvantages:
- низкая надежность измерения из-за сильной зависимости параметров от состояния окружающей среды (прежде всего от температуры), обусловленной необходимостью использования датчика, изменяющего поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, которым, в случае измерения напряжения, является ячейка Керра, а также высокая стоимость из-за использования эффективных для измерения материалов;- low measurement reliability due to the strong dependence of the parameters on the state of the environment (primarily temperature), due to the need to use a sensor that changes the polarization of the light signal depending on the measured value, which, in the case of voltage measurement, is a Kerr cell, as well as high cost due to the use of materials effective for measuring;
- низкая точность измерений, обусловленная высокой погрешностью измерения из-за использования элементов, осуществляющих деление светового сигнала на пары взаимно ортогональных линейно-поляризованных составляющих, увеличивающих количество этапов преобразований, необходимых для измерения;- low measurement accuracy due to the high measurement error due to the use of elements that divide the light signal into pairs of mutually orthogonal linearly polarized components, increasing the number of conversion steps required for measurement;
- высокая стоимость и габариты из-за существования гальванической связи между измерительной частью и индикатором (устройством сопряжения с объектом), находящимся под потенциалом низкого напряжения (земли), что обуславливает необходимость размещения устройства на громоздкой и, как правило, дорогой изоляционной конструкции, рассчитанной на класс напряжения сети;- high cost and dimensions due to the existence of a galvanic connection between the measuring part and the indicator (the device for interfacing with the object), which is under the potential of low voltage (earth), which necessitates the placement of the device on a bulky and, as a rule, expensive insulation design, designed for network voltage class;
- невозможность «бесшовной» интеграции устройства в автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики, в которую «входят автоматизированные системы управления в электроэнергетике (АСУЭ), автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии и мощности (АСКУЭ), «интеллектуальные сети» («smart grid»), из-за отсутствия соответствующих компонентов и блоков.- the impossibility of “seamless” integration of the device into an automated control system, metering and control at an energy facility, which “includes automated control systems in the electric power industry (ASUE), automated systems for commercial accounting of electricity and capacity (ASKUE),“ smart grids ”(“ smart grid "), due to the lack of appropriate components and blocks.
Задача изобретения - повышение надежности и точности измерений за счет исключения зависимости параметров от состояния окружающей среды, уменьшение габаритов и стоимости устройства, в том числе его монтажа и наладки, а также повышение удобства и гибкости решений по компоновке оборудования при возведении, реконструкции и реновации распределительных устройств (РУ) на электроэнергетических объектах (ЭО).The objective of the invention is to increase the reliability and accuracy of measurements by eliminating the dependence of parameters on the state of the environment, reducing the dimensions and cost of the device, including its installation and commissioning, as well as increasing the convenience and flexibility of equipment layout decisions during the construction, reconstruction and renovation of switchgears (RU) at electric power facilities (EA).
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации, содержащее датчик напряжения, источник питания, аналого-цифровой преобразователь и внешнее устройство, согласно предлагаемому изобретению дополнительно введены последовательно соединенные микроконтроллер связи, содержащий аналого-цифровой преобразователь, аппаратура связи и канал связи, посредством которых производится передача на внешнее устройство информации о величине измеряемого напряжения, при этом датчик напряжения состоит из передающего датчика, включенного в токопровод, на котором производится измерение, выполненного с возможностью формирования излучения электромагнитных волн, интенсивность которых пропорциональна измеряемой величине, и соединенного электромагнитной связью с передающим датчиком, приемного датчика, подключенного к микроконтроллеру связи и выполненного с возможностью преобразования излучения электромагнитных волн в электрический сигнал, параметры которого пропорциональны измеряемой величине, а источник питания, имеющий вторичные цепи, выполнен в виде низковольтного трансформатора тока, включенного в токопровод, на котором производится измерение, с возможностью получения постоянного напряжения с использованием трансформации тока, протекающего по токопроводу, причем обмотка низковольтного трансформатора тока параллельно подключена к дополнительно введенному ограничителю перенапряжений и через вторичные цепи к микроконтроллеру связи, при этом микроконтроллер связи соединен посредством аппаратуры связи и канала связи с внешним устройством, причем микроконтроллер связи выполнен с возможностью «бесшовного» интегрирования устройства для измерения напряжения в автоматизированную систему управления, учета и контроля электроэнергии объекта энергетики, а само устройство для измерения напряжения находится снаружи токопровода под потенциалом высокого напряжения и размещено внутри экранирующего герметичного кожуха в зоне отсутствия магнитных и электрических полей, за исключением передающего датчика, который размещен внутри герметичного кожуха, при этом передающий датчик выполнен в виде газоразрядной лампы, приемный датчик содержит фотодиод, выполненный с возможностью оптимизации спектральной характеристики под спектр излучения газоразрядной лампы, ограничитель перенапряжений выполнен нелинейным без искроразрядников, вторичные цепи содержат резервный питающий конденсатор и/или аккумулятор, а также зарядное устройство аккумулятора, канал связи выполнен в виде атмосферной оптической линии связи, или волоконно-оптической линии связи, или радиоканала.The technical result is achieved by the fact that in a device for measuring voltage in a high voltage circuit with remote transmission of information, containing a voltage sensor, a power source, an analog-to-digital converter and an external device, according to the invention, serially connected communication microcontroller containing an analog-to-digital converter is additionally introduced, communication equipment and a communication channel by means of which information on the value of the measured voltage is transmitted to an external device In this case, the voltage sensor consists of a transmitting sensor included in the conductor, on which the measurement is performed, made with the possibility of generating electromagnetic radiation, the intensity of which is proportional to the measured value, and connected by electromagnetic coupling to the transmitting sensor, a receiving sensor connected to a communication microcontroller and made with the possibility of converting the radiation of electromagnetic waves into an electrical signal, the parameters of which are proportional to the measured value not, but a power supply having secondary circuits is made in the form of a low-voltage current transformer connected to the current-carrying circuit on which the measurement is made, with the possibility of obtaining a constant voltage using current transformation through the current-carrying circuit, and the winding of the low-voltage current transformer is connected in parallel to the additionally introduced surge suppressor and through secondary circuits to the communication microcontroller, while the communication microcontroller is connected via communication equipment and a communication channel with an external device, the communication microcontroller being able to “seamlessly” integrate the device for measuring voltage into the automated control system, metering and control of the electric power of the energy facility, and the device for measuring voltage is located outside the conductor under the high voltage potential and is located inside the shielding tight enclosure in zone of absence of magnetic and electric fields, with the exception of the transmitting sensor, which is located inside the sealed casing, at Ohm, the transmitting sensor is made in the form of a discharge lamp, the receiving sensor contains a photodiode configured to optimize the spectral characteristics for the emission spectrum of the discharge lamp, the surge suppressor is non-linear without spark dischargers, the secondary circuits contain a backup supply capacitor and / or battery, as well as a battery charger, The communication channel is made in the form of an atmospheric optical communication line, or a fiber optic communication line, or a radio channel.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации датчик напряжения состоит из передающего датчика и приемного датчика, соединенного электромагнитной связью с передающим датчиком.Thus, in the proposed device for measuring voltage in a high voltage circuit with remote transmission of information, the voltage sensor consists of a transmitting sensor and a receiving sensor connected by electromagnetic coupling to the transmitting sensor.
Передающий датчик формирует излучение электромагнитных волн (в том числе в оптической части спектра), интенсивность которых пропорциональна измеряемой величине. В качестве такого датчика, например, может быть использована газоразрядная лампа, один из электродов которой непосредственно подключен к токоведущим частям электроэнергетической установки (ЭУ), а второй выполняет роль электрической антенны, подвешенной на малом расстоянии от токопровода.The transmitting sensor generates radiation of electromagnetic waves (including in the optical part of the spectrum), the intensity of which is proportional to the measured value. As such a sensor, for example, a gas discharge lamp can be used, one of the electrodes of which is directly connected to current-carrying parts of an electric power installation (EU), and the second acts as an electric antenna suspended at a small distance from the current lead.
Приемный датчик преобразует излучение электромагнитных волн (в том числе в оптической части спектра) от передающего датчика в электрический сигнал, параметры которого пропорциональны измеряемой величине (фазному напряжению на токоведущих частях ЭУ). В качестве такого приемного датчика использован фотодиод, выполненный с возможностью оптимизации спектральной характеристики под спектр излучения газоразрядной лампы.The receiving sensor converts the radiation of electromagnetic waves (including in the optical part of the spectrum) from the transmitting sensor into an electrical signal whose parameters are proportional to the measured value (phase voltage on the live parts of the EU). As such a receiving sensor, a photodiode is used, configured to optimize the spectral characteristics for the emission spectrum of a gas discharge lamp.
Источник питания, имеющий вторичные цепи, выполнен в виде источника постоянного напряжения, получаемого с использованием трансформации тока, протекающего по токоведущим частям ЭУ, с помощью подключенного в токопровод низковольтного трансформатора тока (ТТ).The power supply having secondary circuits is made in the form of a constant voltage source obtained using the transformation of the current flowing through the current-carrying parts of the EA using a low voltage current transformer (CT) connected to the current lead.
Для защиты цепей измерения и источника питания от разрушительных процессов, возникающих при внешних или внутренних перенапряжениях в токоведущих частях, параллельно обмотке ТТ устанавливается ограничитель перенапряжений (ОПН), который выполнен нелинейным без искроразрядников.To protect the measuring circuits and the power source from destructive processes that occur during external or internal overvoltages in live parts, a surge suppressor (OPN) is installed parallel to the CT winding, which is non-linear without spark discharges.
Для повышения надежности работы устройства, вторичная цепь содержит резервирующий конденсатор, питающий электронную аппаратуру устройства в случаях кратковременных отсутствий тока от ТТ при возникновении ненормальных и аварийных режимов работы в силовой электрической сети.To increase the reliability of the device, the secondary circuit contains a redundant capacitor that feeds the electronic equipment of the device in cases of short-term absence of current from the current transformer in the event of abnormal and emergency operation in the power network.
В качестве блока формирования измерительного сигнала для измеряемой величины и определения по нему измеряемой величины в устройство введен микроконтроллер связи со встроенным аналого-цифровым преобразователем, обеспечивающим оцифровку аналогового сигнала от приемного датчика, дополнительную обработку оцифрованного сигнала и формирование сигналов телеизмерения (ТИ) на внешнее устройство (индикатор или устройство сопряжения с объектом (УСО), находящимся под потенциалом низкого напряжения (земли)). Микроконтроллер связи совместно с аппаратурой связи осуществляет сбор, преобразование, обработку, хранение и передачу полученной информации о величине измеряемого напряжения по каналу связи. Передача сигналов ТИ на внешнее устройство (индикатор или УС), находящееся под потенциалом земли, осуществляется с помощью электромагнитных волн, как радио-, так и оптического диапазона спектра, в последнем случае передача оптического сигнала осуществляется по атмосферному оптическому каналу связи или по волоконно-оптической линии связи.As a unit for generating a measuring signal for the measured value and determining the measured value from it, a communication microcontroller with a built-in analog-to-digital converter is introduced into the device, which provides digitization of the analog signal from the receiving sensor, additional processing of the digitized signal and the formation of television measurement signals (TI) to an external device ( an indicator or a device for interfacing with an object (USO) under the potential of low voltage (earth)). The communication microcontroller together with the communication equipment collects, converts, processes, stores and transmits the received information about the value of the measured voltage through the communication channel. The TI signals are transmitted to an external device (indicator or USB) located under the ground potential by means of electromagnetic waves, both the radio and optical spectral ranges, in the latter case, the optical signal is transmitted via an atmospheric optical communication channel or fiber optic communication lines.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная структурная схема предлагаемого устройства для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic structural diagram of the proposed device for measuring voltage in a high voltage circuit with remote transmission of information.
Цифрами на чертеже обозначены:The numbers in the drawing indicate:
1 - передающий датчик, формирующий излучение электромагнитных волн, интенсивность которых пропорциональна измеряемой величине (например, газоразрядная лампа);1 - a transmitting sensor that generates radiation of electromagnetic waves, the intensity of which is proportional to the measured value (for example, a gas discharge lamp);
2 - токопровод, на котором производится измерение (токоведущие части ЭУ);2 - the current path on which the measurement is made (current-carrying parts of the EU);
3 - приемный датчик, преобразующий излучение электромагнитных волн в электрический сигнал, параметры которого пропорциональны измеряемой величине;3 - a receiving sensor that converts the radiation of electromagnetic waves into an electrical signal, the parameters of which are proportional to the measured value;
4 - источник питания (источник постоянного напряжения);4 - power source (constant voltage source);
5 - микроконтроллер связи, содержащий аналого-цифровой преобразователь (блок формирования измерительного сигнала для измеряемой величины и определения по нему измеряемой величины);5 - a communication microcontroller containing an analog-to-digital converter (a unit for generating a measuring signal for a measured value and determining a measured value from it);
6 - фотодиод (для случая использования в устройстве оптического диапазона спектра);6 - photodiode (for the case when the device uses the optical range of the spectrum);
7 - низковольтный трансформатор тока (ТТ), подключенный к токопроводу;7 - low voltage current transformer (CT) connected to the current lead;
8 - ограничитель перенапряжений (ОПН), который выполнен нелинейным без искроразрядников;8 - surge suppressor (arrester), which is non-linear without spark arresters;
9 - вторичные цепи низковольтного трансформатора тока,9 - secondary circuit of a low voltage current transformer,
10 - аппаратура связи;10 - communication equipment;
11 - экранирующий герметичный кожух;11 - shielding tight casing;
12 - канал связи (атмосферная оптическая линия связи, или волоконно-оптическая линия связи, или радиоканал);12 - communication channel (atmospheric optical communication line, or fiber-optic communication line, or radio channel);
13 - внешнее устройство (индикатор или УСО автоматизированной системы управления, учета и контроля на объекте энергетики);13 - external device (indicator or USO of an automated control system, accounting and control at an energy facility);
14 - герметичный кожух передающего датчика.14 - a tight casing of the transmitting sensor.
Устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации содержит датчик напряжения, источник 4 питания, аналого-цифровой преобразователь и внешнее устройство 13.A device for measuring voltage in a high-voltage circuit with remote transmission of information contains a voltage sensor, a power source 4, an analog-to-digital converter, and an external device 13.
Отличием устройства является то, что в него дополнительно введены последовательно соединенные микроконтроллер 5 связи, содержащий аналого-цифровой преобразователь, аппаратура 10 связи и канал 12 связи, посредством которых производится передача на внешнее устройство 13 информации о величине измеряемого напряжения.The difference between the device is that it is additionally connected to it in series with a microcontroller 5 for communication, containing an analog-to-digital converter, communication equipment 10 and communication channel 12, through which information on the value of the measured voltage is transmitted to an external device 13.
Датчик напряжения состоит из передающего датчика 1 и приемного датчика 3, соединенного электромагнитной связью с передающим датчиком 1.The voltage sensor consists of a transmitting sensor 1 and a receiving sensor 3, connected by electromagnetic coupling to the transmitting sensor 1.
Передающий датчик 1 включен в токопровод 2, на котором производится измерение, и выполнен с возможностью формирования излучения электромагнитных волн, интенсивность которых пропорциональна измеряемой величине. Передающий датчик 1 выполнен в виде газоразрядной лампы, один из электродов которой непосредственно подключен к токопроводу 2 (токоведущим частям электроэнергетической установки), а второй выполняет роль электрической антенны, подвешенной на малом расстоянии от токопровода 2.The transmitting sensor 1 is included in the current lead 2, on which the measurement is made, and is configured to generate radiation of electromagnetic waves, the intensity of which is proportional to the measured value. The transmitting sensor 1 is made in the form of a discharge lamp, one of the electrodes of which is directly connected to the current lead 2 (current-carrying parts of the electric power plant), and the second acts as an electric antenna suspended at a small distance from the current lead 2.
Приемный датчик 3 подключен к микроконтроллеру 5 связи и выполнен с возможностью преобразования излучения электромагнитных волн в электрический сигнал, параметры которого пропорциональны измеряемой величине. Приемный датчик 3 содержит фотодиод, выполненный с возможностью оптимизации спектральной характеристики под спектр излучения газоразрядной лампы - передающего датчика 1.The receiving sensor 3 is connected to the microcontroller 5 of the communication and is configured to convert the radiation of electromagnetic waves into an electrical signal, the parameters of which are proportional to the measured value. The receiving sensor 3 contains a photodiode configured to optimize the spectral characteristics for the emission spectrum of the gas discharge lamp - transmitting sensor 1.
Источник питания, имеющий вторичные цепи, выполнен в виде низковольтного трансформатора 7 тока, включенного в токопровод 2, на котором производится измерение, с возможностью получения постоянного напряжения с использованием трансформации тока, протекающего по токопроводу 2. Для защиты цепей измерения и источника питания от разрушительных процессов, возникающих при внешних или внутренних перенапряжениях в токоведущих частях, обмотка низковольтного трансформатора 7 тока параллельно подключена к дополнительно введенному ограничителю 8 перенапряжений.The power supply having secondary circuits is made in the form of a low-voltage current transformer 7 included in the current lead 2, on which the measurement is made, with the possibility of obtaining a constant voltage using the current transformation flowing through the current lead 2. To protect the measurement circuits and the power source from destructive processes arising from external or internal overvoltages in live parts, the winding of a low-voltage current transformer 7 is connected in parallel to an additionally introduced limiter 8 p stress.
Ограничитель 8 перенапряжений выполнен нелинейным без искроразрядников. Ограничитель 8 перенапряжений (ОПН) устанавливается параллельно первичной или вторичной обмотке низковольтного трансформатора 7 тока (ТТ). Установка ОПН параллельно первичной обмотке ТТ предусмотрена в случаях применения ТТ с многовитковой первичной обмоткой, установка ОПН параллельно вторичной обмотке - в случаях использования ТТ с одновитковой первичной обмоткой.The surge suppressor 8 is non-linear without spark arresters. Overvoltage limiter 8 (arrester) is installed parallel to the primary or secondary winding of a low voltage current transformer 7 (CT). Installing an arrester parallel to the primary winding of the CT is provided in cases of using a CT with a multi-turn primary winding, installing an arrester parallel to the secondary winding - in cases of using a CT with a single-turn primary.
Обмотка низковольтного трансформатора 7 тока через вторичные цепи 9 подключена к микроконтроллеру 5 связи. Вторичные цепи 9 содержат резервный питающий конденсатор и/или аккумулятор, а также зарядное устройство аккумулятора.The winding of the low voltage current transformer 7 through the secondary circuit 9 is connected to the microcontroller 5 connection. The secondary circuit 9 contains a backup power capacitor and / or battery, as well as a battery charger.
Микроконтроллер 5 связи соединен посредством аппаратуры 10 связи и канала 12 связи с внешним устройством 13 (индикатором или УСО автоматизированной системы управления, учета и контроля на объекте энергетики). Микроконтроллер 5 связи выполнен с возможностью «бесшовного» интегрирования устройства для измерения напряжения в автоматизированную систему управления, учета и контроля электроэнергии объекта энергетики.The communication microcontroller 5 is connected via communication equipment 10 and a communication channel 12 to an external device 13 (indicator or USO of an automated control, accounting and control system at an energy facility). The microcontroller 5 communication is made with the possibility of "seamless" integration of a device for measuring voltage in an automated control system, metering and control of electricity in an energy facility.
Канал 12 связи выполнен в виде атмосферной оптической линии связи или волоконно-оптической линии связи или радиоканала.The communication channel 12 is made in the form of an atmospheric optical communication line or a fiber-optic communication line or radio channel.
Само устройство для измерения напряжения находится снаружи токопровода 2 под потенциалом высокого напряжения и размещено внутри экранирующего герметичного кожуха 11 в зоне отсутствия магнитных и электрических полей, за исключением передающего датчика 1, который размещен внутри герметичного кожуха 14.The voltage measuring device itself is located outside the current lead 2 under a high voltage potential and is placed inside the shielded sealed casing 11 in the zone of absence of magnetic and electric fields, with the exception of the transmitting sensor 1, which is placed inside the sealed casing 14.
Устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации работает следующим образом.A device for measuring voltage in a high voltage circuit with remote transmission of information works as follows.
При подаче напряжения на токоведущие части ЭУ, в окрестностях токопровода 2 возникает быстрозатухающее с расстоянием электрическое поле напряженностью Е. Известно, что напряженность Е электрического поля в окрестностях токопровода (например, провода воздушной линии электропередачи) пропорциональна напряжению на токопроводе, геометрическим размерам токопровода, а также параметрам самого устройства измерения. Следовательно, при подключении к токопроводу 2 передающего датчика 1, излучающего электромагнитные волны (в том числе в оптическом диапазоне спектра) под действием напряженности Е электрического поля, можно производить измерение фазного напряжения на ЭУ.When voltage is applied to the current-carrying parts of the EU, in the vicinity of the current lead 2, an electric field with a strength of E rapidly dies with distance appears. It is known that the electric field strength E in the vicinity of the current lead (for example, overhead power line wire) is proportional to the voltage on the current lead, the geometric dimensions of the current lead, and parameters of the measuring device itself. Therefore, when a transmitting sensor 1 emitting electromagnetic waves (including in the optical range of the spectrum) is connected to the current lead 2 under the action of the electric field strength E, it is possible to measure the phase voltage at the EI.
Одним из наиболее простых вариантов реализации передающего датчика 1 является газоразрядное устройство. При размещении в окрестностях токоведущих частей ЭУ газоразрядного устройства, один из электродов которого непосредственно подключается к токопроводу 2, а второй выполняет роль электрической антенны, в газоразрядном промежутке x возникает электрическое поле, напряженностью Е∂, пропорциональное полю Е, на расстоянии r от поверхности токопровода 2, причем расстояние r в свою очередь определяется расстоянием между электродами x газоразрядного устройства. В качестве газоразрядного устройства может быть использован оптический датчик, устройство которого в основных чертах повторяет конструкцию газоразрядной лампы (например, неоновой лампы), где геометрические размеры и формы электродов, газоразрядного промежутка, а также состав и давление газа в герметичном корпусе датчика оптимизированы под решение задачи измерения напряжения на токопроводе 2, стабилизации параметров газоразрядного промежутка при изменении состояния и характеристик окружающей среды.One of the simplest embodiments of the transmitting sensor 1 is a gas discharge device. When a gas-discharge device is placed in the vicinity of the current-carrying parts of the EA, one of the electrodes of which is directly connected to the current lead 2 and the second acts as an electric antenna, an electric field arises in the gas-discharge gap x, with a voltage E ∂ proportional to the field E, at a distance r from the surface of the current lead 2 and the distance r in turn is determined by the distance between the electrodes x of the gas discharge device. An optical sensor can be used as a gas discharge device, the device of which basically repeats the design of a gas discharge lamp (for example, a neon lamp), where the geometric dimensions and shapes of the electrodes, gas discharge gap, as well as the composition and pressure of the gas in the sealed sensor housing are optimized for solving the problem voltage measurement on the current lead 2, stabilization of the parameters of the gas discharge gap when changing the state and characteristics of the environment.
Под действием напряженности поля Е∂ в газоразрядном промежутке устройства возникает газовый разряд (искровой или коронный разряд), приводящий к излучению электромагнитных волн, спектр которых определяется составом и давлением газа в газоразрядном промежутке, а интенсивность зависит в том числе и от напряжения на токопроводе 2.Under the influence of the field strength E ∂ , a gas discharge (spark or corona discharge) arises in the gas-discharge gap of the device, which leads to the emission of electromagnetic waves, the spectrum of which is determined by the composition and pressure of the gas in the gas-discharge gap, and the intensity also depends on the voltage on the current lead 2.
Приемный датчик 3 принимает сигнал (электромагнитные волны) от находящегося в окрестностях передающего датчика 1, преобразует его в электрический сигнал с параметрами, определяемыми интенсивностью излучения электромагнитных волн от передающего датчика 1, производит операции фильтрации, усиления и нормирования полученного электрического сигнала и передает его далее на микроконтроллер 5 связи, содержащий аналого-цифровой преобразователь и являющийся блоком формирования измерительного сигнала для измеряемой величины и определения по нему измеряемой величины.The receiving sensor 3 receives a signal (electromagnetic waves) from a transmitting sensor 1 located in the vicinity, converts it into an electric signal with parameters determined by the intensity of electromagnetic waves from the transmitting sensor 1, performs filtering, amplification and normalization of the received electrical signal and transfers it further to microcontroller 5 communication containing an analog-to-digital Converter and which is the unit for the formation of the measuring signal for the measured value and determination by him measured value.
В качестве основного элемента приемного датчика 3 в случае использования в устройстве электромагнитных волн оптического диапазона спектра может выступать фотодиод 6, спектральная чувствительность которого оптимизирована под спектр излучения передающего датчика 1.The photodiode 6, the spectral sensitivity of which is optimized for the radiation spectrum of the transmitting sensor 1, can act as the main element of the receiving sensor 3 in the case of using the optical spectrum range in electromagnetic waves.
Микроконтроллер 5 связи, содержащий аналого-цифровой преобразователь, оцифровывает аналоговый сигнал, полученный с приемного датчика 3, производит дополнительную обработку оцифрованного сигнала и передачу соответствующего цифрового кода на аппаратуру 10 связи.The communication microcontroller 5, containing an analog-to-digital converter, digitizes the analog signal received from the receiving sensor 3, performs additional processing of the digitized signal and transfers the corresponding digital code to the communication equipment 10.
Аппаратура 10 связи из полученных от микроконтроллера 5 связи цифровых сигналов формирует согласно заложенным протоколам связи информационные сообщения - сигналы телеизмерения (ТИ) - и отсылает их на внешнее устройство 13 (индикатор или УСО автоматизированной системы управления, учета и контроля на объекте энергетики). Помимо беспроводных каналов 12 (и соответственно протоколов) связи, аппаратура 10 связи может передавать информацию по волоконно-оптической линии связи.The communication equipment 10 from the digital signals received from the microcontroller 5 of the communication generates according to the laid communication protocols information messages - telemetry signals (TI) - and sends them to an external device 13 (indicator or USO of an automated control system, accounting and control at the power plant). In addition to wireless communication channels 12 (and protocols), communication equipment 10 can transmit information over a fiber optic communication line.
Питание схем устройства для измерения напряжения осуществляется источником питания, основным элементом которого является низковольтный трансформатор 7 тока (ТТ), включенный в токопровод 2. Питающее напряжение с обмотки ТТ подается на вторичные цепи 9 (на фильтрующий элемент, который содержит полупроводниковый выпрямитель переменного напряжения, стабилизирующий элемент, а также фильтр низких частот, которые на чертеже условно не показаны).The power of the circuits of the device for measuring voltage is provided by a power source, the main element of which is a low-voltage current transformer 7 (CT), included in the conductor 2. The supply voltage from the CT winding is supplied to the secondary circuit 9 (to the filter element, which contains a semiconductor AC voltage rectifier, stabilizing element, as well as a low-pass filter, which are not conventionally shown in the drawing).
Для защиты цепей измерения и источника питания от разрушительных процессов, возникающих при внутренних или внешних перенапряжениях на токоведущих частях ЭУ, параллельно низковольтному трансформатору 7 тока предусмотрено подключение ограничителя 8 напряжений, который выполнен нелинейным без искроразрядников.To protect the measuring circuits and the power source from destructive processes that occur during internal or external overvoltages on the live parts of the power supply, a voltage limiter 8 is provided in parallel with the low-voltage current transformer 7, which is non-linear without spark dischargers.
Для увеличения надежности работы устройства в случае кратковременных пауз в питании от ТТ, возникающих при прохождении процессов в токопроводе 2, обусловленных короткими замыканиями, вторичные цепи 9 содержат резервирующий конденсатор, питающий электронную аппаратуру устройства в таких режимах работы. Для обеспечения надежности работы устройства в режиме холостого хода или при полном отсутствии тока в токопроводящих частях ЭУ (когда токопровод отключен полностью) вторичные цепи 9 содержат аккумуляторную батарею и зарядное устройство аккумулятора.To increase the reliability of the device in the case of short interruptions in the power supply from the CTs that occur during the passage of processes in the current lead 2 due to short circuits, the secondary circuits 9 contain a backup capacitor supplying the device’s electronic equipment in such operating modes. To ensure the reliability of the device in idle mode or in the complete absence of current in the conductive parts of the EU (when the current lead is completely disconnected), the secondary circuits 9 contain a storage battery and a battery charger.
Устройство для измерения напряжения находится снаружи токопровода под потенциалом высокого напряжения и размещено (за исключением передающего датчика 1) внутри экранирующего герметичного кожуха 11 в зоне отсутствия магнитных и электрических полей, что позволяет отстроиться от электромагнитных полей (шумов) и защитить электронную аппаратуру устройства от коммутационных или грозовых перенапряжений. Передающий датчик 1 размещен внутри герметичного кожуха 14, обеспечивающего необходимую защиту передающего датчика 1 от неблагоприятных воздействий окружающей среды.The device for measuring voltage is located outside the conductor under the high voltage potential and is located (with the exception of the transmitting sensor 1) inside the shielded sealed casing 11 in the zone of absence of magnetic and electric fields, which allows you to tune away from electromagnetic fields (noise) and protect the electronic equipment of the device from switching or lightning surge. The transmitting sensor 1 is placed inside the sealed casing 14, which provides the necessary protection for the transmitting sensor 1 from adverse environmental influences.
Техническими результатами, обеспечиваемыми при использовании предлагаемого изобретения, по сравнению с устройством-прототипом, являются:The technical results provided by using the proposed invention, in comparison with the prototype device, are:
1. Повышение надежности и точности измерения напряжения на токоведущих частях ЭУ, за счет исключения из устройства датчика, изменяющего поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины, параметры которого сильно зависят от условий окружающей среды.1. Improving the reliability and accuracy of voltage measurement on live parts of EU, due to the exclusion from the device of the sensor, changing the polarization of the light signal depending on the measured value, the parameters of which strongly depend on environmental conditions.
2. Повышение точности измерения напряжения на токоведущих частях ЭУ, за счет исключения из устройства средств, осуществляющих деление светового сигнала на пары взаимно ортогональных линейно-поляризованных составляющих, являющихся источниками дополнительных преобразований, и следовательно, погрешностей.2. Improving the accuracy of measuring voltage on the live parts of the EU, by eliminating from the device means that divide the light signal into pairs of mutually orthogonal linearly polarized components that are sources of additional transformations, and therefore, errors.
3. Повышение надежности и работоспособности устройства при воздействии коммутационных и атмосферных перенапряжений в токоведущих частях ЭУ, а также помех, наведенных токами короткого замыкания.3. Improving the reliability and operability of the device when exposed to switching and atmospheric overvoltages in the live parts of the EU, as well as interference induced by short-circuit currents.
4. Полное исключение гальванической связи между токоведущими частями ЭУ, находящимся под потенциалом высокого напряжения, и внешним устройством (индикатором или УСО), находящимся под потенциалом низкого напряжения (земли).4. The complete exclusion of galvanic communication between the live parts of the power supply under high voltage potential and an external device (indicator or USO) under the low voltage potential (ground).
5. Повышение удобства и гибкости решений по компоновке устройства на вновь вводимых или реконструируемых РУ ЭУ.5. Improving the convenience and flexibility of decisions on the layout of the device on newly commissioned or reconstructed switchgear.
6. Обеспечение простой и удобной «бесшовной» интеграции устройства в автоматизированную систему управления, учета и контроля на объекте энергетики, в которую входят автоматизированные системы управления в электроэнергетике (АСУЭ), автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии и мощности (АСКУЭ), «интеллектуальные сети» («smart grid»).6. Ensuring a simple and convenient “seamless” integration of the device into an automated control system, accounting and control at an energy facility, which includes automated control systems in the electric power industry (ASUE), automated systems for commercial accounting of electricity and capacity (ASKUE), “smart grids” ("Smart grid").
7. Применение устройства без существенных конструктивных изменений в РУ различных классов напряжения.7. The use of the device without significant structural changes in switchgear of various voltage classes.
8. Уменьшение массогабаритных параметров и стоимости устройства.8. The decrease in weight and size parameters and the cost of the device.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149296/28A RU2482503C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Device to measure voltage in high-voltage circuit with remote data transfer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011149296/28A RU2482503C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Device to measure voltage in high-voltage circuit with remote data transfer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2482503C1 true RU2482503C1 (en) | 2013-05-20 |
Family
ID=48789983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011149296/28A RU2482503C1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | Device to measure voltage in high-voltage circuit with remote data transfer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2482503C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702914C1 (en) * | 2018-12-18 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Device for measuring voltage in high-voltage circuit with remote transmission of information |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3983477A (en) * | 1974-05-29 | 1976-09-28 | Manitoba Research Council | Device for measuring extra high voltage line current |
| SU746297A1 (en) * | 1976-11-01 | 1980-07-07 | Научно-Исследовательский Институт Постоянного Тока | Apparatus for monitoring value and shape of voltage across high-voltage converting bridge phases |
| RU43977U1 (en) * | 2004-10-27 | 2005-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Метрогипротранс" | UNIVERSAL METER FOR TRACTION SUBSTATIONS AND ELECTRIC-MOTION COMPOSITION OF METROPOLITES |
| US20080203997A1 (en) * | 2007-02-26 | 2008-08-28 | International Rectifier Corporation | Digital current sense |
| US20090309573A1 (en) * | 2006-07-21 | 2009-12-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Determining output voltage or current in an smps |
-
2011
- 2011-12-02 RU RU2011149296/28A patent/RU2482503C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3983477A (en) * | 1974-05-29 | 1976-09-28 | Manitoba Research Council | Device for measuring extra high voltage line current |
| SU746297A1 (en) * | 1976-11-01 | 1980-07-07 | Научно-Исследовательский Институт Постоянного Тока | Apparatus for monitoring value and shape of voltage across high-voltage converting bridge phases |
| RU43977U1 (en) * | 2004-10-27 | 2005-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Метрогипротранс" | UNIVERSAL METER FOR TRACTION SUBSTATIONS AND ELECTRIC-MOTION COMPOSITION OF METROPOLITES |
| US20090309573A1 (en) * | 2006-07-21 | 2009-12-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Determining output voltage or current in an smps |
| US20080203997A1 (en) * | 2007-02-26 | 2008-08-28 | International Rectifier Corporation | Digital current sense |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2702914C1 (en) * | 2018-12-18 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Device for measuring voltage in high-voltage circuit with remote transmission of information |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10627431B2 (en) | Combined in-line DC and AC current sensor for high voltage electric power lines | |
| US9482699B2 (en) | Method and apparatus for monitoring high voltage bushings safely | |
| US10466294B2 (en) | Sensor to monitor health of metal oxide arresters | |
| US20090309754A1 (en) | Wireless current transformer | |
| RU119120U1 (en) | DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT IN A HIGH VOLTAGE CIRCUIT WITH REMOTE INFORMATION TRANSMISSION | |
| US9297837B2 (en) | Optical sensor for non-contact voltage measurement | |
| CN109975595A (en) | A kind of leakage current sensor and device of anti-power frequency magnetic field interference | |
| RU2445637C1 (en) | Optoelectronic device for measuring high-frequency voltage on high-voltage leads | |
| RU2346285C1 (en) | High-voltage optoelectronic device for current measurement | |
| RU121594U1 (en) | DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT IN A HIGH VOLTAGE CIRCUIT WITH REMOTE INFORMATION TRANSMISSION | |
| RU2578726C1 (en) | Method of determining phase voltage, surface resistance and leak current for linear suspended insulator of overhead transmission line and device therefor | |
| RU2482503C1 (en) | Device to measure voltage in high-voltage circuit with remote data transfer | |
| EP2807664A1 (en) | Combined transformer for power system | |
| RU2525581C1 (en) | Electronic current and voltage sensor on high potential | |
| RU2702914C1 (en) | Device for measuring voltage in high-voltage circuit with remote transmission of information | |
| RU2482502C1 (en) | Device to measure current in high-voltage circuit with remote data transfer | |
| RU2408891C2 (en) | Device for measuring alternating current in high-voltage circuit, alternating current measuring method | |
| RU198991U1 (en) | NON-INVASIVE DEVICE FOR REMOTE CONVERSION OF CURRENT AND VOLTAGE IN A HIGH-VOLTAGE NETWORK | |
| KR101383700B1 (en) | Wireless sensing apparatus for high-voltage power line | |
| RU150386U1 (en) | HIGH VOLTAGE DIGITAL CURRENT MEASUREMENT DEVICE | |
| RU192715U1 (en) | Device for monitoring the leakage current of a surge suppressor | |
| RU2368906C2 (en) | High-voltage digital device for current measurement | |
| RU182715U1 (en) | COMBINED CURRENT AND VOLTAGE TRANSFORMER | |
| RU115923U1 (en) | DEVICE FOR AC MEASUREMENT IN A HIGH VOLTAGE CIRCUIT WITH REMOTE INFORMATION TRANSMISSION | |
| CN107356833B (en) | Control measurement circuit of power frequency follow current test device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141203 |