RU137955U1

RU137955U1 - HIGH VOLTAGE DIGITAL CURRENT MEASUREMENT DEVICE

Info

Publication number: RU137955U1
Application number: RU2013145042/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Лебедев; Андрей Анатольевич Яблоков; Дмитрий Антониевич Лебедев; Алексей Владимирович Наумов; Ирина Владимировна Тимофеева
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока, содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический приёмопередатчик и оптический канал отличающееся тем, что дополнительно содержит питающий электромагнитный трансформатор и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; преобразователь ток-напряжение, стабилизатор напряжения и блок обработки сигналов, помещенные внутрь шунта, выполненного цилиндрическим с внутренней полостью и включенного в рассечку токопровода; второй оптический приемопередатчик, маршрутизатор и блок питания, расположенные на низковольтной стороне; при этом оптический приемопередатчик помещен внутрь шунта, а блок обработки сигналов включает аналого-цифровой преобразователь; причем питающий электромагнитный трансформатор подключен к преобразователю ток-напряжение, который соединен со стабилизатором напряжения, подключенным к блоку обработки сигналов и к первому оптическому приемопередатчику, потенциальные электроды шунта и пояс Роговского подключены к блоку обработки сигналов, который подключен к первому оптическому приемопередатчику через оптический канал соединенному со вторым оптическим приемопередатчиком, подключенным к маршрутизатору, а блок питания подключен ко второму оптическому приемопередатчику и к маршрутизатору.A high voltage digital device for measuring current, comprising a shunt, an analog-to-digital converter, an optical transceiver and an optical channel, characterized in that it further comprises a supply electromagnetic transformer and a Rogowski belt, covering the current path with a measured current; a current-voltage converter, a voltage stabilizer, and a signal processing unit placed inside a shunt made cylindrical with an internal cavity and included in the cut of the current lead; a second optical transceiver, router, and power supply located on the low voltage side; wherein the optical transceiver is placed inside the shunt, and the signal processing unit includes an analog-to-digital converter; wherein the supplying electromagnetic transformer is connected to a current-voltage converter, which is connected to a voltage stabilizer connected to the signal processing unit and to the first optical transceiver, potential shunt electrodes and Rogowski belt are connected to the signal processing unit, which is connected to the first optical transceiver through an optical channel connected with a second optical transceiver connected to the router, and a power supply connected to the second optical transceiver Occupancy and to the router.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к цифровым измерительным устройствам постоянного и переменного тока.The utility model relates to measuring equipment, in particular to digital measuring devices of direct and alternating current.

Известен датчик тока (Патент на изобретение РФ №2377578, МПК G01R 19/00, 2008 г.), содержащий резистивный элемент, соединенный с усилителем, и блок питания, между резистивным элементом и выходом датчика установлена трансформаторная гальваническая развязка, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь, разделяющий трансформатор и цифроаналоговый преобразователь, при этом выход усилителя соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход аналого-цифрового преобразователя - с первичной обмоткой разделяющего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с цифроаналоговым преобразователем, а усилитель и аналого-цифровой преобразователь связаны с блоком питания через трансформатор питания.A known current sensor (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2377578, IPC G01R 19/00, 2008) containing a resistive element connected to an amplifier and a power supply, a transformer galvanic isolation is installed between the resistive element and the output of the sensor, including an analog- a digital converter separating the transformer and the digital-to-analog converter, wherein the output of the amplifier is connected to an analog-to-digital converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the primary winding of the separating transformer, the secondary winding and which is connected to a digital to analog converter and an amplifier, and an analog-digital converter associated with the power supply through a power transformer.

Недостатками указанного датчика тока являются передача измерительного сигнала в цифровой форме через разделяющий трансформатор, отсутствие устройств экранирования электронной аппаратуры и как следствие ее чувствительность к электрическим и магнитным полям токопровода с измеряемым током.The disadvantages of this current sensor are the transmission of the measuring signal in digital form through an isolating transformer, the absence of electronic equipment shielding devices and, as a consequence, its sensitivity to electric and magnetic fields of the current path with the measured current.

Известно высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока (Патент на изобретение РФ №2346285, G01R 19/00, 2009 г), принятое за прототип, содержащее датчик тока, аналого-цифровой преобразователь и передатчик, оно помещено внутрь токопровода с измеряемым током, находится под потенциалом высокого напряжения в зоне отсутствия магнитных и электрических полей, а передача информации о величине измеряемого тока производится в кодированном цифровом виде по оптическому каналу.A high-voltage optoelectronic device for measuring current is known (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2346285, G01R 19/00, 2009), adopted as a prototype containing a current sensor, an analog-to-digital converter and transmitter, it is placed inside the current path with a measured current, is at a potential high voltage in the zone of absence of magnetic and electric fields, and information on the magnitude of the measured current is transmitted in encoded digital form via an optical channel.

Недостатком указанного высоковольтного оптоэлектронного устройства является то, что измерение осуществляется посредством определения напряжения на шунте, включенном параллельно основному токопроводу, изменение перераспределения токов между токопроводом и шунтом приводит к дополнительным погрешностям. Также указанное устройство не имеет блока питания электронной аппаратуры на высоковольтной стороне, что делает невозможным ее работу.The disadvantage of this high-voltage optoelectronic device is that the measurement is carried out by determining the voltage on the shunt connected in parallel with the main current lead, changing the redistribution of currents between the current lead and the shunt leads to additional errors. Also, this device does not have a power supply unit for electronic equipment on the high-voltage side, which makes its operation impossible.

Технический результат заключается в повышении точности измерения и расширении диапазона измерений в заданном классе точности.The technical result consists in increasing the measurement accuracy and expanding the measurement range in a given accuracy class.

Технический результат достигается тем, что высоковольтное цифровое устройство для измерения тока, содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический приемопередатчик и оптический канал, дополнительно содержит питающий электромагнитный трансформатор и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; преобразователь ток-напряжение, стабилизатор напряжения и блок обработки сигналов, помещенные внутрь шунта, выполненного цилиндрическим с внутренней полостью и включенного в рассечку токопровода; второй оптический приемопередатчик, маршрутизатор и блок питания, расположенные на низковольтной стороне; при этом оптический приемопередатчик помещен внутрь шунта, а блок обработки сигналов включает аналого-цифровой преобразователь; при чем питающий электромагнитный трансформатор подключен к преобразователю ток-напряжение, который соединен со стабилизатором напряжения, подключенным к блоку обработки сигналов и к первому оптическому приемопередатчику, потенциальные электроды шунта и пояс Роговского подключены к блоку обработки сигналов, который подключен к первому оптическому приемопередатчику через оптический канал соединенному со вторым оптическим приемопередатчиком, подключенным к маршрутизатору, а блок питания подключен ко второму оптическому приемопередатчику и к маршрутизатору.The technical result is achieved in that the high-voltage digital device for measuring current, containing a shunt, an analog-to-digital converter, an optical transceiver and an optical channel, further comprises a power electromagnetic transformer and a Rogowski belt, covering the current-carrying conductor with the measured current; a current-voltage converter, a voltage stabilizer, and a signal processing unit placed inside a shunt made cylindrical with an internal cavity and included in the cut of the current lead; a second optical transceiver, router, and power supply located on the low voltage side; wherein the optical transceiver is placed inside the shunt, and the signal processing unit includes an analog-to-digital converter; wherein the supply electromagnetic transformer is connected to a current-voltage converter, which is connected to a voltage stabilizer connected to the signal processing unit and to the first optical transceiver, the potential shunt electrodes and Rogowski belt are connected to the signal processing unit, which is connected to the first optical transceiver through an optical channel connected to the second optical transceiver connected to the router, and the power supply is connected to the second optical transceiver to the sensor and to the router.

На чертеже изображена принципиальная схема высоковольтного цифрового устройства для измерения тока.The drawing shows a schematic diagram of a high-voltage digital device for measuring current.

На чертеже использованы следующие обозначения: токопровод 1, цилиндрический шунт 2, пояс Роговского 3, питающий электромагнитный трансформатор 4, преобразователь ток-напряжение 5, стабилизатор напряжения 6, блок обработки сигналов 7 содержащий АЦП, первый оптический приемопередатчик 8, оптический канал 9, второй оптический приемопередатчик 10, маршрутизатор 11, блок питания 12, опорный изолятор 13.The following notation is used in the drawing: current lead 1, cylindrical shunt 2, Rogowski belt 3, supplying electromagnetic transformer 4, current-voltage converter 5, voltage stabilizer 6, signal processing unit 7 containing ADC, first optical transceiver 8, optical channel 9, second optical transceiver 10, router 11, power supply 12, support insulator 13.

Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока, показанное на фиг. 1, включает цилиндрический шунт 2, включенный в рассечку токопровода 1 (совмещенный с токопроводом). Пояс Роговского 3 и питающий электромагнитный трансформатор 4, охватывают токопровод 1 с измеряемым током. Внутрь шунта 2 помещены преобразователь ток-напряжение 5, стабилизатор напряжения 6, блок обработки сигналов 7 и парвый оптический приемопередатчик 8. Оптический канал 9 помещен внутрь опорного изолятора 13, второй оптический приемопередатчик 10, маршрутизатор 11 и блок питания 12 расположены на низковольтной стороне. Питающий электромагнитный трансформатор 4 соединен с преобразователем ток-напряжение 5, который подключен к стабилизатору напряжения 6. Стабилизатор напряжения 6 также подключен к блоку обработки сигналов 7 содержащему АЦП и к первому оптическому приемопередатчику 8. Потенциальные электроды цилиндрического шунта 2 и пояс Роговского 3 подключены к блоку обработки сигналов 7, который соединен с первым оптическим приемопередатчиком 8. Первый оптический приемопередатчик 8 с помощью оптического канала 9 соединен со вторым оптическим приемопередатчиком 10, который подключен к маршрутизатору 11. Блок питания 12 подключен ко второму оптическому приемопередатчику 10 и к маршрутизатору 11. Преобразователь ток-напряжение 5, стабилизатор напряжения 6, блок обработки сигналов 7, первый оптический приемопередатчик 8 помещены внутрь шунта для исключения влияния на них электрических и магнитных полей. Оптический канал 9 помещен в опорный изолятор 13 для обеспечения высоковольтной гальванической развязки. Цилиндрический шунт 2, преобразует весь спектр частот, включая постоянный ток и апериодическую составляющую с высокой точностью. Пояс Роговского 4 позволяет измерять токи в рабочих и переходных режимах.The high voltage digital current measuring device shown in FIG. 1 includes a cylindrical shunt 2 included in the dissection of the current lead 1 (combined with the current lead). Rogowski belt 3 and the supplying electromagnetic transformer 4, cover the conductor 1 with the measured current. Inside the shunt 2 there is a current-voltage converter 5, a voltage stabilizer 6, a signal processing unit 7 and a pair of optical transceiver 8. The optical channel 9 is placed inside the reference insulator 13, the second optical transceiver 10, the router 11 and the power supply 12 are located on the low-voltage side. The supply electromagnetic transformer 4 is connected to a current-voltage converter 5, which is connected to a voltage stabilizer 6. The voltage stabilizer 6 is also connected to a signal processing unit 7 containing an ADC and to the first optical transceiver 8. Potential electrodes of a cylindrical shunt 2 and Rogowski belt 3 are connected to the block signal processing 7, which is connected to the first optical transceiver 8. The first optical transceiver 8 using the optical channel 9 is connected to the second optical transceiver a transmitter 10, which is connected to a router 11. A power supply 12 is connected to a second optical transceiver 10 and to a router 11. A current-voltage converter 5, a voltage stabilizer 6, a signal processing unit 7, a first optical transceiver 8 are placed inside the shunt to exclude the effect on them electric and magnetic fields. The optical channel 9 is placed in the support insulator 13 to provide high-voltage galvanic isolation. Cylindrical shunt 2, converts the entire spectrum of frequencies, including direct current and aperiodic component with high accuracy. Rogowski belt 4 allows you to measure currents in operating and transient modes.

Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока работает следующим образом. При протекании электрического тока по токопроводу 1 на цилиндрическом шунте 2 наблюдается падение напряжения, а в поясе Роговского 3 наводится ЭДС, равная

, поступающие на блок обработки сигналов 7, где они обрабатывается в соответствии с запрограммированными алгоритмами, в том числе преобразуются в цифровую форму. Далее сигнал в цифровой форме поступает на первый оптический приемопередатчик 8, преобразующий его в оптический сигнал. Оптический сигнал через оптический канал 9 передается на низковольтную сторону, где с помощью второго оптического приемопередатчика 10 преобразуется в цифровой сигнал и передается маршрутизатору 11. Маршрутизатор 11 передает цифровой сигнал потребителям сигнала. Потребителями сигнала могут быть устройства релейной защиты и автоматики, устройства коммерческого учета электроэнергии и др. Электрический ток от питающего трансформатора 4, возникающий при протекании тока по токопроводу 1, поступает на преобразователь ток-напряжение 5, где осуществляется выпрямление, сглаживание, ограничение выходного напряжения. Полученное напряжение поступает на стабилизатор напряжения 6, выполняющего функцию нормирования выходного напряжения до заданного уровня и сглаживание. Питание блока обработки сигналов 7 и первого приемопередатчика 8 подается от стабилизатора напряжения 6. Питание второго оптического приемопередатчика 10 и маршрутизатора 11 подается от блока питания 12.A high voltage digital device for measuring current is as follows. When an electric current flows through the current lead 1 on a cylindrical shunt 2, a voltage drop is observed, and in the Rogowski 3 belt an EMF equal to

received at the signal processing unit 7, where they are processed in accordance with the programmed algorithms, including converted to digital form. Next, the signal in digital form is fed to the first optical transceiver 8, converting it into an optical signal. The optical signal through the optical channel 9 is transmitted to the low-voltage side, where with the help of a second optical transceiver 10 it is converted into a digital signal and transmitted to the router 11. The router 11 transmits a digital signal to the signal consumers. The signal consumers can be relay protection and automation devices, commercial electricity metering devices, etc. Electric current from the supply transformer 4, which occurs when current flows through the current lead 1, is fed to the current-voltage converter 5, where rectification, smoothing, and limitation of the output voltage are performed. The resulting voltage is supplied to a voltage stabilizer 6, which performs the function of normalizing the output voltage to a given level and smoothing. The power of the signal processing unit 7 and the first transceiver 8 is supplied from the voltage stabilizer 6. The power of the second optical transceiver 10 and the router 11 is supplied from the power supply 12.

Таким образом, применение двух первичных преобразователей (шунт и пояс Роговского) в заявленном техническом решении обеспечивает повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.Thus, the use of two primary converters (shunt and Rogowski belt) in the claimed technical solution provides improved measurement accuracy and enhanced functionality.

Claims

A high-voltage digital device for measuring current, comprising a shunt, an analog-to-digital converter, an optical transceiver and an optical channel, characterized in that it further comprises a supplying electromagnetic transformer and a Rogowski belt, covering the current path with the measured current; a current-voltage converter, a voltage stabilizer, and a signal processing unit placed inside a shunt made cylindrical with an internal cavity and included in the cut of the current lead; a second optical transceiver, router, and power supply located on the low voltage side; wherein the optical transceiver is placed inside the shunt, and the signal processing unit includes an analog-to-digital converter; wherein the supplying electromagnetic transformer is connected to a current-voltage converter, which is connected to a voltage stabilizer connected to the signal processing unit and to the first optical transceiver, potential shunt electrodes and Rogowski belt are connected to the signal processing unit, which is connected to the first optical transceiver through an optical channel connected with a second optical transceiver connected to the router, and a power supply connected to the second optical transceiver Occupancy and to the router.