RU2580410C1 - Device for measuring high currents - Google Patents
Device for measuring high currents Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580410C1 RU2580410C1 RU2014154526/28A RU2014154526A RU2580410C1 RU 2580410 C1 RU2580410 C1 RU 2580410C1 RU 2014154526/28 A RU2014154526/28 A RU 2014154526/28A RU 2014154526 A RU2014154526 A RU 2014154526A RU 2580410 C1 RU2580410 C1 RU 2580410C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- output
- digital converter
- measuring
- fourier transform
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к приборам для измерения токов и может быть использовано для контроля и определения формы тока, протекающего в цепях высоковольтных линий передачи.The invention relates to electrical engineering and electric power, in particular to devices for measuring currents and can be used to control and determine the shape of the current flowing in the chains of high-voltage transmission lines.
Известно устройство для измерения больших токов [RU 2229137 С2, МПК 7 G01R 19/00, опубл. 20.05.2004], содержащее три разветвителя тока, представляющие собой калиброванные проводники, включенные через трансформатор. Проводники расположены в ″окне″ трансформатора тока встречно-параллельно, образуя первичную обмотку трансформатора тока, и создают результирующий магнитный поток, пропорциональный разности магнитных потоков, индуцируемых токами ветвей разветвителя. Проводники имеют одинаковое сечение и посредством линейных зажимов закреплены неразборно, что исключает влияние переходных сопротивлений при присоединениях.A device for measuring high currents [RU 2229137 C2, IPC 7 G01R 19/00, publ. 05/20/2004], containing three current splitters, which are calibrated conductors connected through a transformer. The conductors are located in the ″ window ″ of the current transformer counter-parallel, forming the primary winding of the current transformer, and create the resulting magnetic flux proportional to the difference in magnetic flux induced by the currents of the branch branches. The conductors have the same cross section and are fixed inseparably by means of linear clamps, which excludes the influence of transition resistance during connections.
Недостатки данного устройства заключаются в значительных весогабаритных параметрах разветвителя, необходимого для измерения больших токов, низкой временной стабильности, обусловленной коррозией контактов разветвителя, а также в необходимости использования магнитопроводов большего диаметра.The disadvantages of this device are the significant weight and size parameters of the splitter required for measuring high currents, low temporal stability due to corrosion of the splitter contacts, and the need to use larger magnetic cores.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для компенсации погрешности трансформатора тока [RU 2449296 С1, МПК G01R 19/00 (2006.01), опубл. 27.04.2012], содержащее трансформатор тока, измерительный шунт, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, и интегратор, первый вход которого подключен параллельно измерительному шунту. Вход двухполярного релейного органа подключен к выходу интегратора, первый вход детектора разнополярности сигналов подключен параллельно измерительному шунту, а второй вход подключен к выходу интегратора. Первый вход логического элемента И-НЕ которого подключен к выходу двухполярного релейного элемента, а второй вход подключен к выходу детектора разнополярности сигналов. Вход блока добавочного напряжения соединен с выходом логического элемента И-НЕ. Блок добавочного напряжения включен последовательно с измерительным шунтом и подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока. Интегратор реализован с входным умножителем-сумматором, и его второй вход подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора тока.Closest to the proposed device is to compensate for the error of the current transformer [RU 2449296 C1, IPC G01R 19/00 (2006.01), publ. 04/27/2012], comprising a current transformer, a measuring shunt included in the secondary circuit of the current transformer, and an integrator, the first input of which is connected in parallel with the measuring shunt. The input of the bipolar relay body is connected to the output of the integrator, the first input of the detector of opposite polarity of the signals is connected in parallel with the measuring shunt, and the second input is connected to the output of the integrator. The first input of the AND gate which is connected to the output of the bipolar relay element, and the second input is connected to the output of the detector for multi-polarity signals. The input of the additional voltage block is connected to the output of the AND gate. The auxiliary voltage unit is connected in series with the measuring shunt and is connected to the terminal of the secondary winding of the current transformer. The integrator is implemented with an input multiplier-adder, and its second input is connected to the output of the secondary winding of the current transformer.
В этом устройстве блок добавочного напряжения функционирует в импульсном режиме, что приводит к появлению в сигнале паразитных спектральных компонент и ограничивает частотный диапазон измеряемых токов.In this device, the auxiliary voltage unit operates in a pulsed mode, which leads to the appearance of spurious spectral components in the signal and limits the frequency range of the measured currents.
Задача изобретения - расширение арсенала средств аналогичного назначения.The objective of the invention is the expansion of the arsenal of funds for similar purposes.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для измерения больших токов, также как в прототипе, содержит трансформатор тока и измерительный шунт.The problem is solved due to the fact that the device for measuring high currents, as in the prototype, contains a current transformer and a measuring shunt.
Согласно изобретению токосъемная штанга включена непосредственно в измерительную цепь, на которой смонтированы бесконтактный трансформатор тока и измерительный токовый шунт. Бесконтактный трансформатор тока связан с первым аналого-цифровым преобразователем, а измерительный токовый шунт соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем. К первому аналого-цифровому преобразователю подключен первый блок быстрого преобразования Фурье. Ко второму аналого-цифровому преобразователю подключены блок сравнения и второй блок быстрого преобразования Фурье, к выходу которого подключен уровневый детектор, соединенный с первым блоком умножения, вход которого связан с выходом первого блока быстрого преобразования Фурье. Выход первого блока умножения подключен к блоку обратного преобразования Фурье, который соединен с первым входом второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока сравнения. Второй блок умножения соединен с блоком сравнения и с дисплеем.According to the invention, the collector rod is connected directly to the measuring circuit, on which a contactless current transformer and a measuring current shunt are mounted. The non-contact current transformer is connected to the first analog-to-digital converter, and the measuring current shunt is connected to the second analog-to-digital converter. The first fast Fourier transform unit is connected to the first analog-to-digital converter. The comparison unit and the second fast Fourier transform unit are connected to the second analog-to-digital converter, the output of which is connected to a level detector connected to the first multiplication unit, the input of which is connected to the output of the first fast Fourier transform unit. The output of the first multiplication block is connected to the inverse Fourier transform block, which is connected to the first input of the second multiplication block, the second input of which is connected to the output of the comparison block. The second multiplication unit is connected to the comparison unit and to the display.
Предложенное устройство позволяет измерять большие токи за счет оцифровки сигналов с выходов бесконтактного трансформатора тока и измерительного токового шунта (а) на фиг. 1) и применения быстрого преобразования Фурье к этим сигналам (б) на фиг. 1). Последующее сравнение спектров позволяет минимизировать искажения, вносимые насыщением сердечника бесконтактного трансформатора тока. Далее выполняется восстановление сигнала по его спектру, его масштабное преобразование и визуализация (в) на фиг. 1). Тем самым по сравнению с прототипом устраняются источники импульсных помех, минимизируются паразитные спектральные компоненты, в том числе высокочастотные, и расширяется спектральный диапазон измеряемых токов.The proposed device allows you to measure large currents by digitizing the signals from the outputs of the contactless current transformer and the measuring current shunt (a) in FIG. 1) and applying the fast Fourier transform to these signals (b) in FIG. one). The subsequent comparison of the spectra minimizes the distortions introduced by the saturation of the core of the contactless current transformer. Next, the signal is restored from its spectrum, its large-scale conversion and visualization (c) in FIG. one). Thus, in comparison with the prototype, the sources of impulse noise are eliminated, spurious spectral components, including high-frequency ones, are minimized, and the spectral range of the measured currents is expanded.
Преимуществом предлагаемого устройства при его реализации является возможность использования распространенных моделей бесконтактных трансформаторов тока, нелинейные искажения выходных сигналов которых компенсируются за счет использования линейных измерительных токовых шунтов.The advantage of the proposed device during its implementation is the ability to use common models of contactless current transformers, non-linear distortions of the output signals of which are compensated by the use of linear measuring current shunts.
На фиг. 1 приведены временные диаграммы основных сигналов, где а) - нелинейно искаженный сигнал с выхода трансформатора тока и линейно искаженный сигнал с выхода измерительного токового шунта; б) - спектр нелинейно искаженного сигнала с выхода трансформатора тока и спектр линейно искаженного сигнала с выхода измерительного токового шунта; в) - результирующий скорректированный выходной сигнал.In FIG. Figure 1 shows the timing diagrams of the main signals, where a) is the nonlinearly distorted signal from the output of the current transformer and the linearly distorted signal from the output of the measuring current shunt; b) the spectrum of a nonlinearly distorted signal from the output of the current transformer and the spectrum of the linearly distorted signal from the output of the measuring current shunt; c) is the resulting adjusted output signal.
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства для измерения больших токов.In FIG. 2 shows a structural diagram of a device for measuring high currents.
Устройство для измерения больших токов содержит токосъемную штангу 1, включенную непосредственно в измерительную цепь, на которой смонтированы бесконтактный трансформатор тока 2 и измерительный токовый шунт 3. Блок регистрации и обработки сигнала 4 (БРОС) содержит первый аналого-цифровой преобразователь 5 (АЦП1), к которому подключен первый блок быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1), второй аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП2), к которому подключены второй блок быстрого преобразования Фурье 8 (БПФ2) и блок сравнения 9 (БС). Уровневый детектор 10 (УД) подключен к выходу второго блока быстрого преобразования Фурье 8 (БПФ2), к первому блоку умножения 11 (БУ1), вход которого подключен к выходу первого блока быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1). Выход первого блока умножения 11 (БУ1) подключен к блоку обратного преобразования Фурье 12 (БОПФ), который подключен к первому входу второго блока умножения 13 (БУ2), второй вход которого подключен к выходу блока сравнения 9 (БС). Второй блок умножения 13 (БУ2) соединен с дисплеем 14 (Д) и с блоком сравнения 9 (БС). Бесконтактный трансформатор тока 2 связан с первым аналого-цифровым преобразователем 5 (АЦП1), а измерительный токовый шунт 3 соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем 7 (АЦП2).A device for measuring high currents contains a
Первый и второй аналого-цифровые преобразователи 5 (АЦП1) и 7 (АЦП2) выполнены с помощью аналого-цифровых преобразователей AD7693. Блоки быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1), 8 (БПФ2), а также обратного преобразования Фурье 12 (БОПФ) выполнены с помощью цифровых сигнальных процессоров ADSP-21991. Блоки умножения 11 (БУ1), 10 (БУ2), сравнения 9 (БС) и уровневый детектор 13 (УД) выполнены с помощью микроконтроллеров ADSP-TS201S. В качестве измерительного шунта 3 использован токовый шунт Fluke А40В. В качестве трансформатора тока 2 использован трансформатор тока Lilco 13 W0100.The first and second analog-to-digital converters 5 (ADC1) and 7 (ADC2) are made using analog-to-digital converters AD7693. Blocks of fast Fourier transform 6 (FFT1), 8 (FFT2), as well as inverse Fourier transform 12 (FFT) are made using digital signal processors ADSP-21991. The multiplication blocks 11 (BU1), 10 (BU2), comparisons 9 (BS) and level detector 13 (UD) are made using microcontrollers ADSP-TS201S. As a measuring shunt 3 used current shunt Fluke A40V. As
Измеряемый ток i, протекающий по токосъемной штанге 1, преобразуют трансформатором тока 2 в напряжение UТ, а измерительным шунтом 3 - в напряжение UШ. Напряжение UТ претерпевает нелинейные искажения, вызванные насыщением магнитопровода трансформатора тока 2, а напряжение UШ может претерпеть линейные искажения, вызванные частотной зависимостью импеданса шунта 3. Затем напряжения UТ и UШ, оцифровывают с помощью аналого-цифровых преобразователей 5 (АЦП1) и 7 (АЦП2) соответственно. Полученные выборки тока {UТ, i} и {UШ, i}, где i - номер числа в выборке, с помощью блоков быстрого преобразования Фурье 6 (БПФ1) и 8 (БПФ2) соответственно подвергают процедуре преобразования Фурье. В результате получают массивы спектральных компонент сигнала трансформатора тока 2 {SТ, j} и измерительного шунта 3 {SШ, j}, где j - номер спектральной компоненты в выборке. После чего спектральные компоненты сигнала измерительного токового шунта поступают на вход уровневого детектора 10 (УД), где каждую ненулевую компоненту приводят к единичному уровню:The measured current i flowing along the
{S2Ш, j}=0, если {SШ, j}=0 и {SШ, j}=1, если
Полученные массивы чисел {SТ, j} и {S2Ш, j} перемножают в блоке умножения 11 (БУ1) и результат этой операции {S2T, j} подвергают обратному преобразованию Фурье в соответствующем блоке 12 (БОПФ). Восстановленный сигнал с выхода блока умножения 13 (БУ2) поступает на вход блока сравнения 9 (БС), на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП2). При различии этих сигналов блок сравнения 9 (БС) формирует управляющее воздействие на блок умножения (БУ2), который выполняет масштабное преобразование сигнала. При совпадении этих сигналов блок умножения (БУ2) прекращает масштабное преобразование сигнала и восстановленный сигнал отображают на дисплее 14 (Д).The resulting arrays of numbers {S T, j } and {S2 W, j } are multiplied in the multiplication block 11 (BU1) and the result of this operation {S2 T, j } is subjected to the inverse Fourier transform in the corresponding block 12 (BOPF). The restored signal from the output of the multiplication block 13 (BU2) is fed to the input of the comparison unit 9 (BS), the second input of which receives the signal from the output of the second analog-to-digital converter 7 (ADC2). When these signals are different, the comparison unit 9 (BS) generates a control action on the multiplication unit (BU2), which performs a large-scale signal conversion. When these signals coincide, the multiplication unit (BU2) stops the scale conversion of the signal and the restored signal is displayed on display 14 (D).
Таким образом, минимизируют нелинейные искажения, вносимые в измеряемый сигнал насыщением магнитопровода трансформатора тока 2.Thus, the nonlinear distortions introduced into the measured signal by saturation of the magnetic core of
Путем пошаговых приближений производят линейное выравнивание уровней сигнала с выхода блока обратного преобразования Фурье 12 (БОПФ) и аналого-цифрового преобразования 7 (АЦП2). Для этого задействуют блоки сравнения 9 (БС) и умножения 13 (БУ).By step-by-step approximations, the signal levels are linearly aligned from the output of the inverse Fourier transform block 12 (BFT) and analog-to-digital transform 7 (ADC2). To do this, use the comparison blocks 9 (BS) and multiplication 13 (BU).
В итоге получают результирующий выходной сигнал с минимизированными нелинейными искажениями, прямопропорциональный измеряемому току i.As a result, a resulting output signal with minimized non-linear distortions is obtained, which is directly proportional to the measured current i.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014154526/28A RU2580410C1 (en) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | Device for measuring high currents |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014154526/28A RU2580410C1 (en) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | Device for measuring high currents |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580410C1 true RU2580410C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014154526/28A RU2580410C1 (en) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | Device for measuring high currents |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580410C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2328009C1 (en) * | 2006-12-25 | 2008-06-27 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Device for monitoring of high-voltage bushing and annunciation of their insulation condition |
US20080172192A1 (en) * | 2005-01-27 | 2008-07-17 | Electro Industries/Gauge Tech. | Intelligent Electronic Device with Board-Range High Accuracy |
RU2449296C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" | Device for compensation of error of current trasformer |
RU2482502C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Device to measure current in high-voltage circuit with remote data transfer |
RU2516034C1 (en) * | 2012-10-08 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроинжиниринг" | Current and voltage measurement device in high-voltage network |
US20140354266A1 (en) * | 2013-06-01 | 2014-12-04 | Metroic Limited | Current measurement |
-
2014
- 2014-12-31 RU RU2014154526/28A patent/RU2580410C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080172192A1 (en) * | 2005-01-27 | 2008-07-17 | Electro Industries/Gauge Tech. | Intelligent Electronic Device with Board-Range High Accuracy |
RU2328009C1 (en) * | 2006-12-25 | 2008-06-27 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Device for monitoring of high-voltage bushing and annunciation of their insulation condition |
RU2449296C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" | Device for compensation of error of current trasformer |
RU2482502C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Device to measure current in high-voltage circuit with remote data transfer |
RU2516034C1 (en) * | 2012-10-08 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроинжиниринг" | Current and voltage measurement device in high-voltage network |
US20140354266A1 (en) * | 2013-06-01 | 2014-12-04 | Metroic Limited | Current measurement |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Faifer et al. | Characterization of voltage instrument transformers under nonsinusoidal conditions based on the best linear approximation | |
Cataliotti et al. | A novel approach to current transformer characterization in the presence of harmonic distortion | |
Crotti et al. | Measurement of the absolute phase error of digitizers | |
Castello et al. | Harmonic synchrophasors measurement algorithms with embedded compensation of voltage transformer frequency response | |
CN110988774A (en) | Calibration method and system of electromagnetic pulse electric field probe | |
JPH06273458A (en) | Apparatus and method for measurement of electric power | |
CN104849569B (en) | A kind of dielectric loss measurement method | |
JP2014077770A (en) | Nondestructive inspection device using ac magnetic field and inspection method therefor | |
Istrate et al. | Development of a measurement setup for high impulse currents | |
RU2580410C1 (en) | Device for measuring high currents | |
Sánchez et al. | Device modeling for nonstationary conducted emissions based on frequency-and time-domain measurements | |
Cataliotti et al. | A PC-based wattmeter for high accuracy power measurements | |
Pejić et al. | Comparator offset error suppression in stochastic converters used in a watt-hour meter | |
Faifer et al. | A medium voltage signal generator for the testing of voltage measurement transducers | |
Crotti et al. | The use of voltage transformers for the measurement of power system subharmonics in compliance with international standards | |
Li et al. | Accurate detection method of voltage traveling-wave-based on waveform inversion | |
RU2734902C1 (en) | Method of measuring input and mutual resistance of antennas in frequency band | |
Karnas et al. | Calibration of electric field antennae operating in the ELF-MF frequency range at the lightning research station in Rzeszow | |
Faifer et al. | Characterization of an arbitrary medium voltage signal generator | |
RU2579868C1 (en) | Method of measuring weber-ampere characteristics of electrotechnical article and device therefor | |
Attivissimo et al. | Effect of A/D conversion static errors on magnetic accommodation measurements | |
TWI284206B (en) | Conductive line inductor measurement and modeling method and system | |
RU2399920C1 (en) | Method for contactless measurement of coefficient of non-linear distortion of voltage and current in overhead system of electric railway | |
CN113064103B (en) | Secondary cable identification method and device based on asymmetric phase signals | |
Kütt | Analysis and development of inductive current sensor for power line on-line measurements of fast transients |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180101 |