RU159201U1 - Высоковольтное комбинированное цифровое устройство для измерения тока и напряжения - Google Patents

Abstract

Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока и напряжения, содержащее питающий электромагнитный трансформатор, измерительный электромагнитный трансформатор тока, магнитотранзисторный преобразователь и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; цилиндрический шунт с внутренней полостью, включенный в рассечку токопровода; блок синхронизации с системой точного времени и аккумуляторную батарею, помещенные внутрь шунта; первый оптический канал, второй оптический канал и блок разделительных трансформаторов, помещенные внутрь опорного изолятора; модуль оптической накачки и первый блок питания, расположенные на низковольтной стороне, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый электронный блок и второй блок питания, помещенные внутрь шунта; первичный преобразователь напряжения, помещенный внутрь опорного изолятора; второй электронный блок, расположенный на низковольтной стороне; при этом питающий электромагнитный трансформатор подключен ко второму блоку питания, подключенному к блоку синхронизации с системой точного времени, к первому электронному блоку подключены потенциальные электроды шунта, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь, измерительный электромагнитный трансформатор тока, блок синхронизации с системой точного времени и второй блок питания, к которому подключены аккумуляторная батарея, блок разделительных трансформаторов и через второй оптический канал модуль оптической накачки, первый блок питания подключен к блоку разделительных трансформаторов, к модулю оптической накачки и ко второму электронному блоку, подключенному через перв

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к цифровым измерительным устройствам постоянного и переменного токов, постоянного и переменного напряжений.

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.

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.

Известно высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока (Патент на изобретение РФ 2346285, G01R 19/00, 2009 г), 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.

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.

Известно высоковольтное цифровое устройство для измерения тока (Патент на полезную модель РФ 137955, G01R 19/00, 2014 г.), содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический приемопередатчик и оптический канал, 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.

Недостатком указанного устройства является отсутствие диагностики сигнала шунта, отсутствие резервирования сигнала но постоянному току, недостаточная точность измерения тока для систем коммерческого учета электроэнергии, отсутствие синхронизации измерений с системой точного времени, отсутствие возможности работы устройства при отсутствии или малом токе в токопроводе, отсутствие многократного резервирования питания.

Известно высоковольтное цифровое устройство для измерения тока (Патент на полезную модель РФ №150386, G01R 19/00, 2015 г.), принятое за прототип, содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический канал, питающий электромагнитный трансформатор, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь и измерительный электромагнитный трансформатор тока, охватывающие токопровод с измеряемым током; первый блок питания, первый электронный блок, блок синхронизации с системой точного времени и аккумуляторную батарею, помещенные внутрь шунта, выполненного цилиндрическим с внутренней полостью и включенного в рассечку токопровода; блок разделительных трансформаторов, помещенные внутрь опорного изолятора; маршрутизатор, второй блок питания, модуль оптической накачки и второй электронный блок, расположенные на низковольтной стороне; при этом первый электронный блок включает аналого-цифровой преобразователь, а второй электронный блок включает маршрутизатор; при чем питающий электромагнитный трансформатор подключен к первому блоку питания, подключенному к первому электронному блоку, потенциальные электроды шунта, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь, измерительный электромагнитный трансформатор тока и блок синхронизации с системой точного времени также подключены к первому электронному блоку, первый блок питания дополнительно подключен к блоку синхронизации с системой точного времени, к аккумуляторной батарее и блоку разделительных трансформаторов, модуль оптической накачки через второй оптический канал подключен к первому блоку питания, второй блок питания, подключен ко второму электронному блоку, блоку разделительных трансформаторов и модулю оптической накачки.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности одновременного измерения тока и напряжения.

Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременного измерения тока и напряжения.

Технический результат достигается тем, что высоковольтное цифровое устройство для измерения тока и напряжения, содержащее питающий электромагнитный трансформатор, измерительный электромагнитный трансформатор тока, магнитотранзисторный преобразователь и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; цилиндрический шунт с внутренней полостью, включенный в рассечку токопровода; блок синхронизации с системой точного времени и аккумуляторную батарею, помещенные внутрь шунта; первый оптический канал, второй оптический канал и блок разделительных трансформаторов, помещенные внутрь опорного изолятора; модуль оптической накачки и первый блок питания, расположенные на низковольтной стороне, дополнительно содержит первый электронный блок и второй блок питания, помещенные внутрь шунта; первичный преобразователь напряжения, помещенный внутрь опорного изолятора; второй электронный блок, расположенный на низковольтной стороне; при этом питающий электромагнитный трансформатор подключен ко второму блоку питания, подключенному к блоку синхронизации с системой точного времени, к первому электронному блоку подключены потенциальные электроды шунта, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь, измерительный электромагнитный трансформатор тока, блок синхронизации с системой точного времени и второй блок питания, к которому подключены аккумуляторная батарея, блок разделительных трансформаторов и через второй оптический канал модуль оптической накачки, первый блок питания подключен к блоку разделительных трансформаторов, к модулю оптической накачки и ко второму электронному блоку, подключенному через первый оптический канал к первому электронному блоку и через первичный преобразователь напряжения к токопроводу.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На чертеже использованы следующие обозначения: токопровод 1, цилиндрический шунт 2, пояс Роговского 3, магнитотранзисторный преобразователь 4, измерительный электромагнитный трансформатор тока 5, питающий электромагнитный трансформатор 6, второй блок питания 7, первый электронный блок 8, блок синхронизации с системой точного времени 9, аккумуляторная батарея 10, первый оптический канал 11, первичный преобразователь напряжения 12, второй оптический канал 13, блок разделительных трансформаторов 14, опорный изолятор 15, второй электронный блок 16, первый блок питания 17, модуль оптической накачки 18.

Высоковольтное комбинированное цифровое устройство для измерения тока и напряжения, показанное на фиг. 1, содержит токопровод 1, в рассечку которого включен цилиндрический шунт 2, (совмещен с токопроводом). Пояс Роговского 3, магнитотранзисторный преобразователь 4, измерительный электромагнитный трансформатор тока 5 и питающий электромагнитный трансформатор 6 охватывают токопровод 1 с измеряемым током. Внутрь шунта 2 помещены: второй блок питания 7, первый электронный блок 8, содержащий АЦП, блок синхронизации с системой точного времени 9, аккумуляторная батарея 10. Первый оптический канал 11, первичный преобразователь напряжения 12, второй оптический канал 13 и блок разделительных трансформаторов 14 помещены внутрь опорного изолятора 15. Второй электронный блок 16, первый блок питания 17 и модуль оптической накачки 18 расположены на низковольтной стороне.

Питающий электромагнитный трансформатор 6 подключен ко второму блоку питания 7, подключенному к блоку синхронизации с системой точного времени 9. К первому электронному блоку 8 подключены потенциальные электроды шунта 2, пояс Роговского 3, магнитотранзисторный преобразователь 4, измерительный электромагнитный трансформатор тока 5, блок синхронизации с системой точного времени 9 и второй блок питания 7. К второму блоку питания 7 подключены аккумуляторная батарея 10, блок разделительных трансформаторов 14 и через второй оптический канал 13 модуль оптической накачки 18. Первый блок питания 17 подключен к блоку разделительных трансформаторов 14, к модулю оптической накачки 18 и ко второму электронному блоку 16. Второй электронный блок 16 подключен через первый оптический канал 11 к первому электронному блоку 8 и через первичный преобразователь напряжения 12 к токопроводу 1.

Второй блок питания 7, первый электронный блок 8, блок синхронизации с системой точного времени 9, аккумуляторная батарея 10 помещены внутрь шунта 2 для исключения влияния на них электрических и магнитных полей. Первый оптический канал 11, первичный преобразователь напряжения 12, второй оптический канал 13, блок разделительных трансформаторов 14 помещены в опорный изолятор 15 для обеспечения высоковольтной изоляции. Аккумуляторная батарея 10 предназначена для резервного питания блоков, помещенных внутрь шунта. Цилиндрический шунт 2, преобразует весь спектр частот, включая постоянный ток и апериодическую составляющую с высокой точностью. Пояс Роговского 3 позволяет измерять токи в рабочих и переходных режимах. Магнитотранзисторный преобразователь 4 предназначен для измерения токов в переходных и аварийных режимах работы с целью снабжения информацией релейной защиты и автоматики, работает в линейном диапазоне с токами короткого замыкания высокой кратности и осуществляет преобразование тока без искажения в широком спектре частот, включая постоянную и апериодическую составляющие. Измерительный электромагнитный трансформатор тока 5 имеет высокий класс точности (так как его магнитопровод выполнен из нанокристаллического сплава) и предназначен для измерения токов для автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии. Первичным преобразователем напряжения 12 может являться резистивный, емкостный, активно-емкостный или индуктивный делители напряжения.

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

, на выходе магнитотранзисторного преобразователя 4, на выходе измерительного электромагнитного трансформатора тока 5 появляется напряжение, поступающие на первый электронный блок 8, где они обрабатывается в соответствии с запрограммированными алгоритмами, в том числе преобразуются в цифровую, а затем в оптическую форму. Также на первый электронный блок 8 через определенный интервал времени поступает сигнал синхронизации от блока синхронизации с системой точного времени 9. Информационный поток об измеренном токе с метками времени от первого электронного блока 8 через первый оптический канал 11 поступает на второй электронный блок 16, и напряжение с первичного преобразователя напряжения 12 подается на второй электронный блок 16, где они обрабатывается в соответствии с запрограммированными алгоритмами, в том числе преобразуются в цифровую форму. Второй электронный блок 16 передает информацию об измеренном токе и напряжении устройствам-потребителям информации. Потребителями информации могут быть устройства релейной защиты и автоматики, устройства коммерческого учета электроэнергии и др. Электрический ток от питающего трансформатора 6, возникающий при протекании тока по токопроводу 1, поступает на второй блок питания 7, где осуществляется выпрямление, сглаживание, ограничение выходного напряжения. Питание для первого электронного блока 8 и блока синхронизации с системой точного времени 9 подается от второго блока питания 7. В свою очередь питание ко второму блоку питания 7 подается либо от питающего электромагнитного трансформатора 6 (нормальный режим эксплуатации), либо от аккумуляторной батареи 10 (первый источник резервного питания), либо от первого блока питания 17 (второй источник резервного питания). Аккумуляторная батарея 10 подзаряжается от второго блока питания 7. Электрический сигнал от первого блока питания 17 подается на модуль оптической накачки 18, который преобразует электрический сигнал в оптический. Оптический сигнал через второй оптический канал 13 поступает на второй блок питания 7, где, соответственно, преобразуется в электрический сигнал, используемый для питания блоков внутри шунта. Также электрический сигнал от первого блока питания 17 может быть подан на блок разделительных трансформаторов 14, а затем на второй блок питания 7. Питание для второго электронного блока 16 подается от второго блока питания 17.

Таким образом, применение первичного преобразователя напряжения в заявленном техническом решении обеспечивает возможность одновременного измерения тока и напряжения.

Claims (1)

1. Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока и напряжения, содержащее питающий электромагнитный трансформатор, измерительный электромагнитный трансформатор тока, магнитотранзисторный преобразователь и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; цилиндрический шунт с внутренней полостью, включенный в рассечку токопровода; блок синхронизации с системой точного времени и аккумуляторную батарею, помещенные внутрь шунта; первый оптический канал, второй оптический канал и блок разделительных трансформаторов, помещенные внутрь опорного изолятора; модуль оптической накачки и первый блок питания, расположенные на низковольтной стороне, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый электронный блок и второй блок питания, помещенные внутрь шунта; первичный преобразователь напряжения, помещенный внутрь опорного изолятора; второй электронный блок, расположенный на низковольтной стороне; при этом питающий электромагнитный трансформатор подключен ко второму блоку питания, подключенному к блоку синхронизации с системой точного времени, к первому электронному блоку подключены потенциальные электроды шунта, пояс Роговского, магнитотранзисторный преобразователь, измерительный электромагнитный трансформатор тока, блок синхронизации с системой точного времени и второй блок питания, к которому подключены аккумуляторная батарея, блок разделительных трансформаторов и через второй оптический канал модуль оптической накачки, первый блок питания подключен к блоку разделительных трансформаторов, к модулю оптической накачки и ко второму электронному блоку, подключенному через первый оптический канал к первому электронному блоку и через первичный преобразователь напряжения к токопроводу.

   

Images