RU203217U1

RU203217U1 - PRIMARY CURRENT CONVERTER

Info

Publication number: RU203217U1
Application number: RU2020123285U
Authority: RU
Inventors: Андрей Анатольевич Яблоков; Владимир Дмитриевич Лебедев; Алексей Владимирович Наумов; Дмитрий Антониевич Лебедев; Сергей Владимирович Миронов; Анатолий Владимирович Павлов
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2021-03-26

Abstract

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к конструкции первичных преобразователей тока, и может быть использована для измерения постоянного и переменного токов. Сущность: первичный преобразователь тока выполнен в виде катушки Роговского, состоящей из разъемного тороидального неферромагнитного сердечника и обмотки. Сердечник выполнен из двух частей, на каждой из которых размещен минимум один датчик постоянного тока и минимум один датчик температуры, расположенные в пазах, выполненных в сердечнике. Каждый датчик постоянного тока установлен в паре с датчиком температуры. Выводы датчиков постоянного тока и выводы датчиков температуры подключены к блоку обработки сигналов экранированными проводами, размещенными в каналах, выполненных в сердечнике. Обмотка выполнена из двух частей, соединенных согласно, и подключена к блоку обработки сигналов. Технический результат: обеспечение точных измерений переменных и постоянных токов, в том числе апериодических составляющих токов короткого замыкания. 2 ил.The utility model relates to the electric power industry, namely to the design of primary current converters, and can be used to measure direct and alternating currents. Essence: the primary current converter is made in the form of a Rogowski coil, consisting of a split toroidal non-ferromagnetic core and a winding. The core is made of two parts, each of which contains at least one direct current sensor and at least one temperature sensor, located in the grooves made in the core. Each DC sensor is paired with a temperature sensor. The outputs of the direct current sensors and the outputs of the temperature sensors are connected to the signal processing unit by shielded wires located in the channels made in the core. The winding is made of two parts, connected according to, and connected to the signal processing unit. EFFECT: provision of accurate measurements of alternating and direct currents, including aperiodic components of short-circuit currents. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к конструкции первичных преобразователей тока, и может быть использована для измерения постоянного и переменного токов.The utility model relates to the electric power industry, namely to the design of primary current converters, and can be used to measure direct and alternating currents.

Примером дифференцирующих индукционных преобразователей тока является так называемая катушка Роговского (https://ru.wikipedia.org/wiki/Пояс_Роговского), которую можно изготавливать в соответствии с разными компоновками. Одним широко используемым типом катушки Роговского является катушка Роговского, содержащая один слой провода, намотанного вокруг жесткого тороидального сердечника, выполненного из немагнитного материала.An example of differentiating inductive current converters is the so-called Rogowski coil (https://ru.wikipedia.org/wiki/Rogowski_Belt), which can be manufactured in accordance with different layouts. One commonly used type of Rogowski coil is a Rogowski coil, which contains a single layer of wire wound around a rigid toroidal core made of a non-magnetic material.

Известен пояс Роговского (Патент на изобретение РФ №2360259, МПК G01R 19/00, 2009 г.), включающий неферромагнитный каркас и обмотку, содержащую витковые секции с плоскими спиральными катушками, расположенными равномерно по всей длине пояса Роговского и соединенными последовательно, при этом витковые секции с плоскими спиральными катушками выполнены в виде печатных плат и расположены с внешней стороны неферромагнитного каркаса в пазах кросс-плат, установленных на неферромагнитном каркасе с его внешней стороны, при этом, по меньшей мере, на одной из кросс-плат расположены проводники для последовательного соединения между собой спиральных катушек витковых секций.Known Rogowski belt (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2360259, IPC G01R 19/00, 2009), including a non-ferromagnetic frame and a winding containing turn sections with flat spiral coils, located evenly along the entire length of the Rogowski belt and connected in series, while the turn sections with flat spiral coils are made in the form of printed circuit boards and are located on the outer side of the non-ferromagnetic frame in the slots of the cross-boards installed on the non-ferromagnetic frame from its outer side, while at least one of the cross-boards contains conductors for serial connection between themselves spiral coils of turn sections.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания и невозможность измерения постоянных токов.The disadvantage of this device is the inability to accurately measure the aperiodic component of the short-circuit current and the impossibility of measuring direct currents.

Известен датчик тока и напряжения (Патент на изобретение РФ №2371729, МПК G01R 19/00, 2009 г.), указанный датчик (индуктивный пояс Роговского), выполненный в виде тороидальной катушки индуктивности, намотанной на изоляционном каркасе, размещенной в кольцевой проточке на одном из рабочих электродов высоковольтной установки или линии передачи, прикрытой металлической крышкой и соединенной с рабочим электродом одним своим выводом напрямую, а другим выводом - через резистивную нагрузку, при этом металлическая крышка изолирована от рабочего электрода и соединена с рабочим электродом через емкостную нагрузку.A known current and voltage sensor (Patent for invention of the Russian Federation No. 2371729, IPC G01R 19/00, 2009), the specified sensor (Rogowski inductive belt), made in the form of a toroidal inductance coil wound on an insulating frame placed in an annular groove on one from the working electrodes of a high-voltage installation or transmission line, covered with a metal cover and connected to the working electrode directly with one of its terminals, and with the other terminal through a resistive load, while the metal cover is isolated from the working electrode and connected to the working electrode through a capacitive load.

Известна катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока (ДИПТ) (Патент на изобретение РФ №2643160, MПK H01F 38/32, Н02Н 7/045, 2018 г.), указанная катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является проводником, по которому проходит измеряемый ток. Катушка ДИПТ содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой плотно соединены одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку изолятора ввода. N одинаковых секционных круговых соленоидов имеют однослойные обмотки. Обмоточные соединители с разъемными контактами и (n-1) соединительных муфт выполнены из жесткого изоляционного материала и прикреплены к несущему тороиду. Каждая из соединительных муфт снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, первый шип m-й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m-го соленоида, а второй шип m-й муфты - с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)-го соленоида. Секционные муфты равномерно распределены вдоль осевой линии несущего соленоида. Обратный провод проходит внутри катушки через сквозные цилиндрические каналы соединительных муфт в направлении, обратном по отношению к продольной осевой линии катушки. Начало обратного провода подключено к концу обмотки n-го соленоида. Начало обмотки первого соленоида и конец обратного провода соединены с зажимами катушки.There is a known coil of a differentiating induction current converter (DIPT) (Patent for invention of the Russian Federation No. 2643160, MPK H01F 38/32, Н02Н 7/045, 2018), this coil covers an insulator input into any electrical equipment: a switch, a power transformer or other ... The input bus is the conductor through which the measured current flows. The DIPT coil contains a supporting toroid made on the basis of an elastic tube made of a dielectric material, the mating surfaces of which are tightly connected to each other when the DIPT coil is installed on the bushing insulator of the bushing. N identical sectional circular solenoids have single-layer windings. Winding connectors with detachable contacts and (n-1) couplings are made of rigid insulating material and are attached to the supporting toroid. Each of the couplings is equipped with two spikes in the form of a circular cylinder, the first spike of the m-th clutch is tightly connected to the cylindrical hole of the m-th solenoid frame, and the second spike of the m-th clutch is tightly connected to the cylindrical hole of the frame of the (m + 1) th solenoid. Sectional couplings are evenly spaced along the centerline of the carrier solenoid. The return wire runs inside the coil through the through cylindrical channels of the couplings in the direction opposite to the longitudinal centerline of the coil. The beginning of the return wire is connected to the end of the winding of the n-th solenoid. The beginning of the winding of the first solenoid and the end of the return wire are connected to the terminals of the coil.

Известна катушка Роговского (Патент на полезную модель РФ №109866, МПК G01R 19/00 (2006.01), 2011 г.), выполненная в виде двух обмоток, при этом первая обмотка намотана в одном направлении на первом неферромагнитном каркасе с фиксированным сечением и фиксированной плотностью намотки, а вторая обмотка намотана в противоположном направлении на втором неферромагнитном каркасе с фиксированным сечением и фиксированной плотностью намотки, причем напряжение, наведенное в катушке, измеряется на концах соединенных последовательно обмоток.Known Rogowski coil (Patent for utility model of the Russian Federation No. 109866, IPC G01R 19/00 (2006.01), 2011), made in the form of two windings, while the first winding is wound in one direction on the first non-ferromagnetic frame with a fixed section and fixed density winding, and the second winding is wound in the opposite direction on a second non-ferromagnetic frame with a fixed section and a fixed winding density, the voltage induced in the coil being measured at the ends of the series-connected windings.

Известен измерительный преобразователь тока (Патент на полезную модель РФ №137960, МПК G01R 19/00, 2013 г.), содержащий последовательность катушек с намотанными на них обмотками, причем центральные оси симметрии катушек лежат в плоскости круга, образованного катушками, а их середины касаются одной и той же окружности, кроме того соседние катушки механически соединены между собой с помощью подвижного соединения и электрически путем соединения начала обмотки очередной катушки с концом обмотки предыдущей катушки, а конец обмотки последней катушки соединен с началом обратного провода, проходящего по поверхности катушек в начало последовательности, первые и последние слои обмоток всех катушек соединены между собой и изолированы от других обмоток, являясь экраном. Преобразователь выполнен из первой и второй симметричных половин, которые выполнены выше указанным образом, каждая расположена в своем корпусе из немагнитного материала, имеющем форму полого полукольца, причем корпуса выполнены с возможностью разъединения и соединения за счет разъемных соединений, кроме того первым выводом преобразователя является начало первой обмотки первой последовательности обмоток первой половины преобразователя, вторым выводом является конец обратного провода второй последовательности обмоток второй половины преобразователя, а начало первой обмотки второй последовательности соединено с концом обратного провода первой последовательности, экраны первой и второй половин преобразователя связаны между собой и являются третьим выводом преобразователя.Known current measuring transducer (Patent for utility model of the Russian Federation No. 137960, IPC G01R 19/00, 2013), containing a sequence of coils with windings wound on them, and the central symmetry axes of the coils lie in the plane of the circle formed by the coils, and their centers touch the same circle, in addition, adjacent coils are mechanically connected to each other using a movable connection and electrically by connecting the beginning of the winding of the next coil with the end of the winding of the previous coil, and the end of the winding of the last coil is connected to the beginning of the return wire passing along the surface of the coils at the beginning of the sequence , the first and last layers of the windings of all coils are interconnected and isolated from other windings, being a shield. The converter is made of the first and second symmetrical halves, which are made in the above manner, each is located in its own housing made of a non-magnetic material, having the shape of a hollow half-ring, and the housings are made with the possibility of disconnection and connection due to detachable connections, in addition, the first output of the converter is the beginning of the first windings of the first sequence of windings of the first half of the converter, the second terminal is the end of the return wire of the second sequence of windings of the second half of the converter, and the beginning of the first winding of the second sequence is connected to the end of the return wire of the first sequence, the screens of the first and second halves of the converter are interconnected and are the third terminal of the converter.

Известен ПЕРЕНОСНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОКОВ (Патент на изобретение РФ №2006043, МПК G01R 19/00, 1994 г.) принятый за прототип, содержащий обмотку, размещенную на разъемном неферромагнитном каркасе, выполненном из двух рычагов, соединенных шарниром, и регистрирующий прибор, снабженный саморазмыкающейся кнопкой и интегратором в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи, причем выводы обмотки подключены к входам интегратора, выход которого подключен к входам регистрирующего прибора, а саморазмыкающаяся кнопка подключена параллельно конденсатору интегратора.Known PORTABLE CURRENT METER (Patent for invention of the Russian Federation No. 2006043, IPC G01R 19/00, 1994) adopted as a prototype containing a winding placed on a detachable non-ferromagnetic frame made of two levers connected by a hinge, and a recording device equipped with a self-opening button and an integrator in the form of an operational amplifier with a capacitor in the feedback circuit, and the winding leads are connected to the inputs of the integrator, the output of which is connected to the inputs of the recording device, and the self-opening button is connected in parallel with the integrator capacitor.

Недостатком устройства, является низкая точность измерений из-за отсутствия возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания.The disadvantage of the device is the low measurement accuracy due to the lack of the possibility of accurate measurement of the aperiodic component of the short-circuit current.

Технический результат заключается в создании первичного преобразователя тока, обеспечивающего точные измерения переменных и постоянных токов, в том числе апериодических составляющих токов короткого замыкания.The technical result consists in creating a primary current transducer that provides accurate measurements of alternating and direct currents, including the aperiodic components of short-circuit currents.

Технический результат достигается тем, что в первичном преобразователе тока, в виде катушки Роговского, состоящей из разъемного тороидального неферромагнитного сердечника и обмотки, сердечник выполнен из двух частей, на каждой из которых размещен минимум один датчик постоянного тока и минимум один датчик температуры, расположенные в пазах, выполненных в сердечнике, каждый датчик постоянного тока установлен в паре с датчиком температуры, при этом выводы датчиков постоянного тока и выводы датчиков температуры подключены к блоку обработки сигналов экранированными проводами, размещенными в каналах, выполненных в сердечнике, а обмотка выполнена из двух частей соединенных согласно и также подключена к блоку обработки сигналов.The technical result is achieved by the fact that in the primary current transducer, in the form of a Rogowski coil, consisting of a split toroidal non-ferromagnetic core and a winding, the core is made of two parts, each of which contains at least one direct current sensor and at least one temperature sensor located in the slots made in the core, each DC sensor is installed in a pair with a temperature sensor, while the outputs of the DC sensors and the outputs of the temperature sensors are connected to the signal processing unit by shielded wires located in the channels made in the core, and the winding is made of two parts connected according to and is also connected to the signal processing unit.

На фиг. 1 схематично изображен первичный преобразователь тока, на фиг. 2 изображена часть сердечника первичного преобразователя тока.FIG. 1 schematically shows a primary current transducer, FIG. 2 shows a part of the primary current transducer core.

Первичный преобразователь тока, в виде катушки Роговского, содержит разъемный тороидальный неферромагнитный сердечник 1 и обмотку 2. Сердечник 1 выполнен из двух частей 3. На каждой из частей 3 размещен минимум один датчик постоянного тока 4 и минимум один датчик температуры 5, расположенные в пазах 6, выполненных в сердечнике 1. Каждый датчик постоянного тока 4 установлен в паре с датчиком температуры 5. Выводы датчиков постоянного тока 4 и выводы датчиков температуры 5 подключены к блоку обработки сигналов экранированными проводами, размещенными в каналах 7, выполненных в сердечнике 1, например, способом фрезеровки. В качестве датчиков постоянного тока применяют магнитотранзисторы, магниторезисторы, датчики Холла и т.п. Обмотка 2 выполнена из двух частей, соединенных согласно. Выводы обмотки 2, датчиков постоянного тока 4, датчиков температуры 5 выполнены с возможностью подключения к блоку обработки сигналов.The primary current transducer, in the form of a Rogowski coil, contains a split toroidal non-ferromagnetic core 1 and a winding 2. The core 1 is made of two parts 3. Each part 3 contains at least one direct current sensor 4 and at least one temperature sensor 5, located in slots 6 made in the core 1. Each direct current sensor 4 is paired with a temperature sensor 5. The outputs of the direct current sensors 4 and the outputs of the temperature sensors 5 are connected to the signal processing unit with shielded wires located in the channels 7 made in the core 1, for example, by the method milling. Magnetotransistors, magnetoresistors, Hall sensors, etc. are used as DC sensors. Winding 2 is made of two parts, connected according to. The conclusions of the winding 2, direct current sensors 4, temperature sensors 5 are made with the possibility of connecting to the signal processing unit.

Использование датчиков постоянного тока позволяет измерять постоянные токи и апериодические составляющие в токах короткого замыкания. Недостатком любых гальваномагнитных датчиков (магнитотранзисторы, магниторезисторы, датчики Холла и т.д.) является зависимость амплитудной погрешности от температуры. Для исключения данного недостатка в заявляемом первичном преобразователе тока используют в паре с датчиком постоянного тока 4 датчик температуры 5. Каждый датчик температуры 5 снимает тепловые характеристики первичного преобразователя тока, которые используются для корректировки температурной погрешности парного датчика постоянного тока 4 в процессе эксплуатации (в режиме реального времени). При этом следует отметить, что катушки Роговского не имеют зависимости погрешности от температуры и имеют множество описанных в литературе достоинств.The use of direct current sensors allows the measurement of direct currents and aperiodic components in short-circuit currents. The disadvantage of any galvanomagnetic sensors (magnetotransistors, magnetoresistors, Hall sensors, etc.) is the dependence of the amplitude error on temperature. To eliminate this drawback in the claimed primary current transducer, a temperature sensor 5 is used in tandem with a direct current sensor 4. Each temperature sensor 5 removes the thermal characteristics of the primary current transducer, which are used to correct the temperature error of a paired direct current sensor 4 during operation (in real time). It should be noted that Rogowski coils have no temperature dependence of the error and have many advantages described in the literature.

Первичный преобразователь тока работает следующим образом. При протекании электрического тока по токопроводу, который охватывает сердечник 1 в обмотке 2 наводится ЭДС, пропорциональна изменению тока I(t) в объекте измерения (токопроводе):The primary current converter works as follows. When an electric current flows through the current lead, which covers the core 1 in the winding 2, an EMF is induced, proportional to the change in current I (t) in the measurement object (current lead):

где L - индуктивность, N - количество витков.

where L is the inductance, N is the number of turns.

На выходе датчиков постоянного тока 4 появляется напряжение, пропорциональное протекаемому току. Полученные сигналы поступают на блок обработки сигналов, где происходит их обработка, в том числе корректировка сигнала каждого датчика постоянного тока 4 по температуре, измеренной при помощи установленного в паре с ним датчика температуры 5, и формирование обобщенного сигнала в аналоговой или цифровой формах.At the output of the DC sensors 4, a voltage appears proportional to the flowing current. The received signals are sent to the signal processing unit, where they are processed, including the correction of the signal of each direct current sensor 4 according to the temperature measured using the temperature sensor 5 installed in a pair with it, and the formation of a generalized signal in analog or digital form.

Изготовленный экспериментальный образец первичного преобразователя тока по результатам исследовательских испытаний показал работоспособность предложенной конструкции. Результаты испытаний в целом подтвердили точность измерений переменных и постоянных токов, в том числе апериодических составляющих токов короткого замыкания.The manufactured experimental sample of the primary current converter according to the results of research tests showed the efficiency of the proposed design. The test results generally confirmed the accuracy of measurements of alternating and direct currents, including the aperiodic components of short-circuit currents.

Claims

Primary current transducer in the form of a Rogowski coil, consisting of a split toroidal non-ferromagnetic core and a winding, characterized in that the core is made of two parts, each of which houses at least one direct current sensor and at least one temperature sensor, located in the slots made in the core , each DC sensor is paired with a temperature sensor, while the outputs of the DC sensors and the outputs of the temperature sensors are connected to the signal processing unit with shielded wires located in the channels made in the core, and the winding is made of two parts, connected according to, and also connected to the signal processing unit.