RU206139U1 - CURRENT MEASURING DEVICE - Google Patents

CURRENT MEASURING DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU206139U1
RU206139U1 RU2020128485U RU2020128485U RU206139U1 RU 206139 U1 RU206139 U1 RU 206139U1 RU 2020128485 U RU2020128485 U RU 2020128485U RU 2020128485 U RU2020128485 U RU 2020128485U RU 206139 U1 RU206139 U1 RU 206139U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optically active
optical
current
active crystal
metal rod
Prior art date
Application number
RU2020128485U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Михайлович Абусев
Алексей Викторович Швец
Дмитрий Николаевич Ражев
Вадим Викторович Большов
Алексей Георгиевич Турлов
Дмитрий Михайлович Силаков
Наталия Владимировна Андрианова
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Межрегиональная распределительная сетевая компания Северо-Запада"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Межрегиональная распределительная сетевая компания Северо-Запада" filed Critical Публичное акционерное общество "Межрегиональная распределительная сетевая компания Северо-Запада"
Priority to RU2020128485U priority Critical patent/RU206139U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU206139U1 publication Critical patent/RU206139U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G01R15/245Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R15/246Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using magneto-optical modulators, e.g. based on the Faraday or Cotton-Mouton effect based on the Faraday, i.e. linear magneto-optic, effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

Полезная модель предназначена для измерения разрядных токов через ограничитель перенапряжений в диапазоне токов 10 кА-100 кА. Устройство для измерения тока содержит оптический датчик (1) тока, с которым последовательно соединены усилитель (2), аналого-цифровой преобразователь (3), микроконтроллер (4) и жидкокристаллический индикатор (5). Оптический датчик тока (1) содержит установленные на диэлектрическом основании (6) источник (7) оптического излучения, поляризатор (8), оптически активный кристалл (9), анализатор (10), фотоэлектрический преобразователь (11) и металлический стержень (12). Металлический стержень выполнен (12) диаметром 10-12 мм и длиной не менее 100 мм, и его ость расположена на расстоянии 18-22 мм от центра оптически активного кристалла (9). Устройство для измерения тока имеет повышенную точность измерений. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model is designed to measure discharge currents through an overvoltage arrester in the range of currents 10 kA-100 kA. The device for measuring current contains an optical current sensor (1), to which an amplifier (2), an analog-to-digital converter (3), a microcontroller (4) and a liquid crystal indicator (5) are connected in series. The optical current sensor (1) contains a source (7) of optical radiation installed on a dielectric base (6), a polarizer (8), an optically active crystal (9), an analyzer (10), a photoelectric converter (11) and a metal rod (12). The metal rod is made (12) with a diameter of 10-12 mm and a length of at least 100 mm, and its spine is located at a distance of 18-22 mm from the center of the optically active crystal (9). The current measuring device has an increased measurement accuracy. 7 p.p. f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к оптическим приборам и устройствам, предназначенным для измерения средних и высоких значений тока.The utility model relates to measuring technology, namely to optical instruments and devices designed to measure medium and high currents.

Устройство для измерения переменных токов высоковольтной линии электропередачи (см. патент RU 2644574, МПК H01F 38/28, опубл. 13.02.2018), содержащее первичную и вторичную токопроводящие обмотки. Первичная обмотка выполнена в виде согнутой по окружности пластины с Г-образными ответвлениями на концах, направленными в противоположные стороны. Концы пластины загнуты внутрь с образованием зазора между параллельными друг другу Г-образными ответвлениями. На первичную обмотку намотана вторичная обмотка из проволоки. Конец первичной обмотки соединен с концом вторичной обмотки. Концы первичной обмотки вмонтированы в рассечку провода линии электропередачи, а концы вторичной обмотки соединены с измерительным устройством.A device for measuring alternating currents of a high-voltage power transmission line (see patent RU 2644574, IPC H01F 38/28, publ. 13.02.2018), containing primary and secondary conductive windings. The primary winding is made in the form of a plate bent around the circumference with L-shaped branches at the ends directed in opposite directions. The ends of the plate are bent inward to form a gap between parallel L-shaped branches. A secondary wire winding is wound on the primary winding. The end of the primary winding is connected to the end of the secondary winding. The ends of the primary winding are mounted in the cut of the power line wire, and the ends of the secondary winding are connected to the measuring device.

Известное устройство не предназначено для измерения высоких импульсных разрядных токов.The known device is not intended for measuring high pulse discharge currents.

Известно устройство для дистанционного измерения тока (см. патент RU 146741, МПК G01R 19/25, опубл. 20.10.2014), содержащее источник питания, формирователи тактовых импульсов и импульсов запуска, подключенные к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, аналоговый вход которого предназначен для подключения к датчику измеряемой величины, а цифровой выход подключен к оптическому передатчику, предназначенному для оптоволоконной связи с модулем обработки данных. Цифровой выход аналого-цифрового преобразователя подключен к оптическому передатчику через дополнительно введенный широтно-импульсный манипулятор, выполненный с возможностью преобразования двоичных сигналов в импульсы двух неравных длительностей, сумма которых меньше периода тактовых импульсов.A device for remote current measurement is known (see patent RU 146741, IPC G01R 19/25, publ. 20.10.2014), containing a power supply, clock and trigger pulse shapers connected to the corresponding inputs of an analog-to-digital converter, the analog input of which is intended for connection to the sensor of the measured value, and the digital output is connected to an optical transmitter intended for fiber-optic communication with the data processing module. The digital output of the analog-to-digital converter is connected to the optical transmitter through an additionally introduced pulse-width manipulator, made with the possibility of converting binary signals into pulses of two unequal durations, the sum of which is less than the period of the clock pulses.

К недостаткам известного устройства относится сложность конструкции, необходимость использования оптико-волоконной линии, которые являются препятствием к широкому его применению.The disadvantages of the known device include the complexity of the design, the need to use a fiber-optic line, which are an obstacle to its widespread use.

Известно устройство для измерения тока для высоковольтных линий (см. патент RU 117014, МПК G02F 19/00, опубл. 10.06.2012), содержащий ферритовый контур, окружающий токоведущий провод, с катушкой медного провода, имеющей отвод на десятой части витков. Выходные концы катушки и отвода присоединены к преобразователям напряжения в оптические импульсы инфракрасного диапазона с частотой следования, пропорциональной силе тока в токоведущем проводе. На расстоянии (5-10) м находятся фотоприемные блоки с фокусирующими линзами, селективными фильтрами и модулями преобразования оптических импульсов в электрические с одновременным усилением и инверсией частоты в цифровой двоичный код, причем преобразователи в оптические импульсы, подсоединенные к концам катушки и к отводу, имеют разные длины волн излучения и частоты следования импульсов.Known device for measuring current for high-voltage lines (see patent RU 117014, IPC G02F 19/00, publ. 10.06.2012), containing a ferrite loop surrounding a current-carrying wire, with a coil of copper wire having a tap at a tenth of the turns. The output ends of the coil and the tap are connected to voltage converters into optical pulses of the infrared range with a repetition rate proportional to the current in the current-carrying wire. At a distance of (5-10) m are photodetector units with focusing lenses, selective filters and modules for converting optical pulses into electrical ones with simultaneous amplification and frequency inversion into a digital binary code, and converters into optical pulses connected to the ends of the coil and to the tap have different radiation wavelengths and pulse repetition rates.

Известное устройство обеспечивает полную изоляцию высоковольтного напряжения от низковольтной части аппаратуры, но достигается это значительным усложнением конструкции.The known device provides complete isolation of the high-voltage voltage from the low-voltage part of the equipment, but this is achieved by a significant complication of the design.

Известно оптико-электронное устройство для измерения тока (см. патент RU 2365922, МПК G01R 19/00, 27.08.2009), содержащий первичный преобразователь, кодирующий блок, оптический канал связи между стороной высокого напряжения и потенциалом земли, приемный блок и блок питания. Для питания кодирующего блока, находящегося на стороне высокого напряжения, применен канал передачи энергии со стороны потенциала земли, состоящий из батареи светоизлучателей, силовых оптических каналов, батареи фотоприемников и стабилизатора напряжения.Known optoelectronic device for measuring current (see patent RU 2365922, IPC G01R 19/00, 27.08.2009), containing a primary converter, a coding unit, an optical communication channel between the high voltage side and the ground potential, a receiving unit and a power supply unit. To power the coding unit located on the high voltage side, an energy transmission channel is used from the ground potential side, consisting of a battery of light emitters, power optical channels, a battery of photodetectors and a voltage stabilizer.

Известное устройство позволяет гальванически развязать цепи высокого напряжения от потенциала земли. Недостатком известного устройства является значительное усложнение его конструкции.The known device makes it possible to galvanically isolate high voltage circuits from the ground potential. The disadvantage of the known device is the significant complication of its design.

Известно устройство для измерения тока (см. патент RU 2608335, МПК G01R 19/00, опубл. 17.01.2017), содержащее первичный преобразователь, кодирующий блок, канал связи между стороной высокого напряжения и потенциалом земли, приемный блок и блок питания в виде канала передачи энергии со стороны потенциала земли. Блок питания состоит из батареи светоизлучателей, силовых оптических каналов, батареи фотоприемников и стабилизатора напряжения. В качестве первичного преобразователя для тока используется шунт, включенный в рассечку линии электропередачи. Кодирующий блок выполнен в виде двух аналого-цифровых преобразователей, вход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к шунту, вход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к низкоомному резистору. Общей точкой подключения аналого-цифровых преобразователей является точка соединения шунта и низкоомного резистора. Выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам преобразователей параллельного цифрового кода в последовательный, к которым подключены излучающие светодиоды, подающие световые сигналы в волоконно-оптические каналы связи, другие их концы подключены к соответствующим приемным блокам.A device for measuring current is known (see patent RU 2608335, IPC G01R 19/00, publ. 01/17/2017), containing a primary converter, an encoding unit, a communication channel between the high voltage side and ground potential, a receiving unit and a power supply unit in the form of a channel energy transfer from the side of the earth potential. The power supply unit consists of a battery of light emitters, power optical channels, a battery of photodetectors and a voltage stabilizer. As a primary converter for the current, a shunt is used, included in the cut of the power line. The coding unit is made in the form of two analog-to-digital converters, the input of the first analog-to-digital converter is connected to the shunt, the input of the second analog-to-digital converter is connected to a low-resistance resistor. The common connection point for analog-to-digital converters is the connection point of the shunt and low-resistance resistor. The outputs of the analog-to-digital converters are connected to the inputs of the parallel digital-to-serial converters, to which the emitting LEDs are connected, supplying light signals to the fiber-optic communication channels, their other ends are connected to the corresponding receiving units.

Известное устройство позволяет уменьшить погрешности измеряемых величин тока, но достигается это значительным усложнением конструкции устройства.The known device makes it possible to reduce the errors of the measured values of the current, but this is achieved by a significant complication of the design of the device.

Известно устройство для измерения тока (см. патент RU 2437106, МПК G01R 15/24, G01R 19/25, опубл. 20.12.2011). Устройство состоит из электронного и оптического модулей. Оптический модуль включает в себя источник излучения, направленный ответвитель, последовательно расположенные поляризатор излучения, модулятор поляризации излучения, волоконная линия и измерительный чувствительный волоконный контур. Электронный модуль включает в себя блок обработки сигнала, фотодетектор и генератор сигнала, связанный с модулятором. Модулятор поляризации излучения выполнен в виде волоконного контура, расположенного в продольном магнитном поле соленоида. Волоконная линия выполнена в виде двойной бифилярной волоконной линии. Волоконный контур модулятора и двойная бифилярная волоконная линия выполнены из магниточувствительного оптического волокна с встроенным линейным двойным лучепреломлением.A device for measuring current is known (see patent RU 2437106, IPC G01R 15/24, G01R 19/25, publ. 20.12.2011). The device consists of electronic and optical modules. The optical module includes a radiation source, a directional coupler, a sequentially located radiation polarizer, a radiation polarization modulator, a fiber line and a measuring sensitive fiber circuit. The electronic module includes a signal processing unit, a photodetector and a signal generator associated with a modulator. The radiation polarization modulator is made in the form of a fiber circuit located in the longitudinal magnetic field of the solenoid. The fiber line is a double bifilar fiber line. The modulator fiber circuit and double bifilar fiber line are made of magnetically sensitive optical fiber with built-in linear birefringence.

Известное устройство позволяет снизить погрешности измерения тока из-за внешних температурных и механических воздействий. Недостатком известного устройства является сложная термостабилизация с учетом большой длины магниточувствительного волокна.The known device makes it possible to reduce the errors in measuring the current due to external temperature and mechanical influences. The disadvantage of the known device is complex thermal stabilization, taking into account the large length of the magnetically sensitive fiber.

Известно устройство для измерения тока (см. патент US 9588150, МПК G01R 15/24, G01R 19/00, опубл. 07.03.2017), включающее по меньшей мере один вход света и один выход света, оптическое волокно, Фарадеевский вращатель в виде магниточувствительного оптического волокна, первую и вторую четвертьволновые пластины, поляризационный сепаратор, источник света и электрическую схему обработки сигналов, включающую фотоэлектрический преобразователь. Оптическое волокно имеет двойное лучепреломление, в которое входят два пучка света, имеющих различное вращение, и из которого выходят пучки света, поляризованные по кругу. Разность фаз двух линейно поляризованных пучков света компенсируется в замкнутом световом контуре между двумя четвертьволновыми пластинами. Фарадеевский угол вращения, когда Фарадеевский вращатель магнитно насыщается, задается как 22,5+α°. В этом случае диапазон колебаний для относительной погрешности в измеряемом значении измеряемого тока устанавливался в пределах ±0,5%. Кристаллические оси на оптической поверхности двух четвертьволновых пластин устанавливают перпендикулярно или в одном и том же направлении.Known device for measuring current (see patent US 9588150, IPC G01R 15/24, G01R 19/00, publ. 03/07/2017), including at least one light input and one light output, optical fiber, Faraday rotator in the form of a magnetically sensitive optical fiber, the first and second quarter-wave plates, a polarizing separator, a light source and a signal processing circuitry including a photoelectric converter. The optical fiber has a birefringence, in which two beams of light with different rotations enter, and from which beams of light come out, which are polarized in a circle. The phase difference between the two linearly polarized light beams is compensated for in a closed light circuit between the two quarter-wave plates. The Faraday angle of rotation when the Faraday rotator is magnetically saturated is given as 22.5 + α °. In this case, the oscillation range for the relative error in the measured value of the measured current was set within ± 0.5%. The crystal axes on the optical surface of the two quarter-wave plates are set perpendicularly or in the same direction.

Недостатками известного устройства является его усложненная конструкция.The disadvantages of the known device is its complicated design.

Известно устройство для измерения тока (см. патент US 8957667, МПК G01R 19/00, опубл. 17.02.2015), содержащее по меньшей мере один вход и выход для света, оптическое волокно для датчика, Фарадеевский вращатель в виде магниточувствительного оптического волокна, первую и вторую четвертьволновые пластины, поляризационный разделитель, источник света и схему обработки сигналов, содержащую фотоэлектрический преобразователь. Оптическое волокно для датчика обладает эффектом двулучепреломления и содержит один конец, в который вводятся два циркулярно-поляризованных световых пучка, имеющие различные направления вращения, и другой конец, который отражает введенные циркулярно-поляризованные световые пучки. Кроме того, компенсируется разность фаз двух линейно поляризованных световых пучков в замкнутом световом контуре между двумя четвертьволновыми пластинами. Фарадеевский угол вращения, когда Фарадеевский вращатель магнитно насыщается, задается как 22,5+α°, чтобы диапазон колебаний для относительной погрешности в измеряемом значении измеряемого тока устанавливался в пределах ±0,5%. Кроме того, кристаллические оси на оптических гранях двух четвертьволновых пластин устанавливаются как перпендикулярные или устанавливаются в одном и том же направлении.A known device for measuring current (see patent US 8957667, IPC G01R 19/00, publ. 17.02.2015), containing at least one input and output for light, an optical fiber for the sensor, a Faraday rotator in the form of a magnetically sensitive optical fiber, the first and a second quarter-wave plate, a polarizing splitter, a light source and a signal processing circuit containing a photoelectric converter. The optical fiber for the sensor has a birefringence effect and contains one end, into which two circularly polarized light beams are introduced, having different directions of rotation, and the other end, which reflects the introduced circularly polarized light beams. In addition, the phase difference between the two linearly polarized light beams in the closed light path between the two quarter-wave plates is compensated. The Faraday angle of rotation when the Faraday rotator is magnetically saturated is set to 22.5 + α ° so that the oscillation range for the relative error in the measured value of the measured current is set within ± 0.5%. In addition, the crystal axes on the optical faces of the two quarter-wave plates are set perpendicular or set in the same direction.

Недостатками известного устройства является достаточно сложная оптическая схема.The disadvantage of the known device is a rather complicated optical scheme.

Известно устройство для измерения тока (см. патент RU 61042, МПК G01R 29/00, опубл. 10.02.2007), совпадающее с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое за прототип. Известное устройство-прототип содержит источник оптического излучения, соединенный с поляризатором посредством волоконного световода, магнитооптическую ячейку Фарадея в виде оптически активного кристалла, анализатор и фотоэлектрический преобразователь. Последовательно с фотоэлектрическим преобразователем соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор.Known device for measuring current (see patent RU 61042, IPC G01R 29/00, publ. 10.02.2007), which coincides with the present technical solution for the greatest number of essential features and taken as a prototype. The known prototype device contains an optical radiation source connected to a polarizer by means of a fiber light guide, a magneto-optical Faraday cell in the form of an optically active crystal, an analyzer and a photoelectric converter. An amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller and a liquid crystal display are connected in series with the photoelectric converter.

Известное устройство имеет расширенные функциональные возможности, однако устройство непосредственно измеряет не электрический ток, а измеряет величину проекции напряженности магнитного поля, направленного параллельно распространению световой волны внутри магнитооптической ячейки Фарадея, по которой устройство градуируют путем проведения расчетов, учитывающих геометрию проводника, по которому протекает измеряемый ток, и расположение проводника относительно магнитооптической ячейки Фарадея. Однако распределение напряженности магнитного поля вокруг магнитооптической ячейки Фарадея может быть существенно неоднородным в зависимости от геометрии проводника, окружающей проводник среды и внешних магнитных влияний, что негативно влияет на точность измерений устройством электрического тока.The known device has expanded functionality, however, the device does not directly measure the electric current, but measures the magnitude of the projection of the magnetic field strength directed parallel to the propagation of the light wave inside the magneto-optical Faraday cell, according to which the device is calibrated by performing calculations taking into account the geometry of the conductor through which the measured current flows , and the location of the conductor relative to the magneto-optical Faraday cell. However, the distribution of the magnetic field strength around the magneto-optical Faraday cell can be significantly inhomogeneous, depending on the geometry of the conductor, the medium surrounding the conductor and external magnetic influences, which negatively affects the accuracy of measurements of the electric current by the device.

Задачей настоящего технического решения являлась разработка устройства для измерения тока, в котором создается однородное распределение напряженности магнитного поля вокруг магнитооптической ячейки Фарадея, повышающее точность измерений.The task of this technical solution was to develop a device for measuring current, in which a uniform distribution of the magnetic field strength around the magneto-optical Faraday cell is created, which increases the measurement accuracy.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения тока содержит оптический датчик тока, включающий источник оптического излучения, поляризатор, магнитооптическую ячейку Фарадея в виде оптически активного кристалла, анализатор и фотоэлектрический преобразователь. Последовательно с фотоэлектрическим преобразователем соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор. Новым в устройстве для измерения тока является то, что устройство включает металлический стержень диаметром (10-12) мм и длиной не менее 100 мм, металлический стержень, источник излучения, поляризатор, оптически активный кристалл, анализатор и фотоэлектрический преобразователь установлены на диэлектрическом основании, при этом металлический стержень установлен вертикально, и его ось отстоит от центра оптически активного кристалла на (18-22) мм.The problem is solved in that the device for measuring the current contains an optical current sensor, which includes an optical radiation source, a polarizer, a magneto-optical Faraday cell in the form of an optically active crystal, an analyzer and a photoelectric converter. An amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller and a liquid crystal display are connected in series with the photoelectric converter. New in the device for measuring current is that the device includes a metal rod with a diameter of (10-12) mm and a length of at least 100 mm, a metal rod, a radiation source, a polarizer, an optically active crystal, an analyzer and a photoelectric converter are installed on a dielectric base, when In this case, the metal rod is installed vertically, and its axis is spaced from the center of the optically active crystal by (18-22) mm.

Оптически активный кристалл может быть выполнен на основе кристалла со структурой силленита, например, из Bi12GeO20 или из Bi12SiO20.The optically active crystal can be made on the basis of a crystal with a sillenite structure, for example, from Bi 12 GeO 20 or from Bi 12 SiO 20 .

Металлический стержень может быть выполнен из меди или алюминия.The metal rod can be made of copper or aluminum.

Фотоэлектрический преобразователь может быть выполнен в виде фотодиода.The photoelectric converter can be made in the form of a photodiode.

Источник излучения, поляризатор, оптически активный кристалл, анализатор и фотоприемник могут быть заключены в диэлектрический корпус, выполненный, например из пластмассы.The radiation source, polarizer, optically active crystal, analyzer and photodetector can be enclosed in a dielectric housing, made, for example, of plastic.

Диэлектрическое основание может быть выполнено из оргстекла или из пластмассы, или из стеклотекстолита.The dielectric base can be made of plexiglass or plastic, or fiberglass.

Выполнение металлического стержня диаметром (10-12) мм обусловлено тем, что при диаметре менее 10 мм стержень при больших токах недопустимо перегревается, а при диаметре более 12 мм снижается точность измерений.The execution of a metal rod with a diameter of (10-12) mm is due to the fact that with a diameter of less than 10 mm, the rod at high currents unacceptably overheats, and with a diameter of more than 12 mm, the measurement accuracy decreases.

Выполнение металлического стержня длиной менее 100 мм приводит к значительному снижению точности измерений из-за неоднородности магнитного поля, создаваемого проходящим через стержень током.Making a metal rod less than 100 mm long leads to a significant decrease in the measurement accuracy due to the inhomogeneity of the magnetic field created by the current passing through the rod.

При расстоянии между осью металлического стержня и центром оптически активного кристалла менее 18 мм значительно снижается точность измерений.When the distance between the axis of the metal rod and the center of the optically active crystal is less than 18 mm, the measurement accuracy is significantly reduced.

При расстоянии между металлическим стержнем и центром оптически активного кристалла более 22 мм значительно снижается чувствительность датчика.When the distance between the metal rod and the center of the optically active crystal is more than 22 mm, the sensitivity of the sensor is significantly reduced.

Настоящая полезная модель поясняется чертежами, где:This utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 приведена структурная схема настоящего устройства для измерения тока;in fig. 1 is a block diagram of the present device for measuring current;

на фиг. 2 показан в продольном разрезе оптический датчик тока настоящего устройства для измерения тока;in fig. 2 is a longitudinal sectional view of an optical current sensor of the present current measuring device;

на фиг. 3 приведен вид сверху на оптический датчик тока настоящего устройства для измерения тока в разрезе по А-А, приведенному на фиг. 2.in fig. 3 is a top view of the optical current sensor of the present current measuring device in section A-A shown in FIG. 2.

Настоящее устройство для измерения тока (см. фиг. 1) содержит датчик 1 тока, с которым последовательно соединены усилитель (У) 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, микроконтроллер (К) 4 и жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) 5. Датчик 1 тока (см. фиг. 2-фиг. 3) включает установленные на диэлектрическом основании 6, выполненном, например, из оргстекла, стеклотекстолита, пластмассы, источник оптического излучения (ИОИ) 7, выполненный, например, в виде лазера или лазерного диода, поляризатор (П) 8, оптически активный кристалл (OAK) 9, выполненный, например, из Bi12GeO20 или из Bi12SiO20, анализатор (А) 10, фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 11, например, в виде фотодиода, подключенного в фотогальваническом режиме, и металлический стержень (МС) 12, выполненный, например, из меди или алюминия. ИОИ 7, П 8, OAK 9, А 10 и ФЭП 11, составляющие оптическую часть 13 датчика 1 помещены в корпус 14 для защиты от воздействия внешней среды. МС 12, закрепленный на диэлектрическом основании 6, снабжен на торцах цилиндрическими резьбовыми выступами 15, 16 и гайками 17 из немагнитного материла. Резьбовой выступ 15 с помощью гайки 17 подключают к заземлению, а резьбовой выступ 16 с помощью гайки 17 соединяют с нижней точкой ограничителя перенапряжений (ОПН), подключаемого, в свою очередь, к высоковольтной линии (не показано). МС 12 диаметром (10-12) мм и длиной не менее 100 мм расположен на расстоянии (18-22) мм от центра OAK 9. Длина L0 OAK 9 и угол α0 между оптическими осями П 8 и А 10 выбраны так, что отклонение от температуры величины константы Верде ΔV/Δt будет компенсироваться отклонением от температуры коэффициента собственного кругового двулучепреломления ΔΘ/Δt при обеспечении максимальной глубины модуляции сигнала.The present device for measuring current (see Fig. 1) contains a current sensor 1, with which an amplifier (U) 2, an analog-to-digital converter (ADC) 3, a microcontroller (K) 4 and a liquid crystal display (LCD) 5 are connected in series. 1 current (see Fig. 2-Fig. 3) includes mounted on a dielectric base 6, made, for example, of plexiglass, fiberglass, plastic, an optical radiation source (IOI) 7, made, for example, in the form of a laser or laser diode, polarizer (P) 8, optically active crystal (OAK) 9, made, for example, from Bi 12 GeO 20 or from Bi 12 SiO 20 , analyzer (A) 10, photoelectric converter (PEC) 11, for example, in the form of a photodiode connected in the photovoltaic mode, and a metal rod (MS) 12, made, for example, of copper or aluminum. IOI 7, P 8, OAK 9, A 10 and FEP 11, which make up the optical part 13 of the sensor 1, are placed in the housing 14 to be protected from the external environment. MC 12, fixed on a dielectric base 6, is provided at the ends with cylindrical threaded protrusions 15, 16 and nuts 17 made of non-magnetic material. The threaded protrusion 15 is connected to ground with the nut 17, and the threaded protrusion 16 is connected with the nut 17 to the lower point of the surge arrester (SPD), which is connected, in turn, to the high-voltage line (not shown). MC 12 with a diameter (10-12) mm and a length of at least 100 mm is located at a distance (18-22) mm from the center of OAK 9. The length L 0 OAK 9 and the angle α 0 between the optical axes P 8 and A 10 are chosen so that The deviation from the temperature of the value of the Verdet constant ΔV / Δt will be compensated by the deviation from the temperature of the coefficient of intrinsic circular birefringence ΔΘ / Δt while ensuring the maximum modulation depth of the signal.

Устройство для измерения тока работает следующим образом.The device for measuring current operates as follows.

МС 7 отградуированного датчика 1 включают между точкой нижнего фланца ОПН и точкой заземления. Включают ИОИ 2, например, видимого и ближнего инфракрасного диапазона, излучение которого при прохождении через П 8 линейно поляризуется. При прохождении тока по МС 12 линейно поляризованное излучение при прохождении через OAK 9 испытывает поворот плоскости поляризации за счет эффекта Фарадея и собственной оптической активности θа OAK 9. Выходящее из А10 излучение регистрирует ФЭП 11, величина тока которого определяет величину тока, проходящего через МС 12. Электрический сигнал из ФЭП 11 поступает в У 2. Усиленный в У 2 аналоговый сигнал поступает в АЦП 3, где преобразуется в цифровой код, который может храниться и обрабатываться в К 4 и представляется на ЖКИ 5 результатом измерения величины электрического тока.MC 7 of the calibrated sensor 1 is connected between the point of the lower flange of the arrester and the earthing point. Include IOI 2, for example, the visible and near infrared range, the radiation of which, when passing through P 8, is linearly polarized. When current passes through MS 12, linearly polarized radiation, when passing through OAK 9, experiences a rotation of the plane of polarization due to the Faraday effect and its own optical activity θа OAK 9. The radiation emerging from A10 is recorded by the FEC 11, the current value of which determines the amount of current passing through the MS 12. The electrical signal from FEP 11 enters U 2. The analog signal amplified in U 2 enters the ADC 3, where it is converted into a digital code, which can be stored and processed in K 4 and is presented on the LCD 5 by the result of measuring the electric current.

Пример. Был изготовлен опытный образец устройства для измерения разрядных токов через ОПН в диапазоне токов 10 кА-100 кА. Конструктивно устройство устанавливается в монтажном шкафу. Габариты датчика без стержня составляли (135×56×65) мм3. Оптически активный кристалл был выполнен из германата висмута (BGO). Выбор длины кристалла 4,7 мм с апертурой (5×5) мм2 позволил упростить сборку кристалла BGO с поляризатором и анализатором размерами (5×5×5) мм3 без дополнительной юстировки системы поляризатор-анализатор за счет выбора рабочей точки при нулевом магнитном поле внутри кристалла. Компоненты электрической схемы были выбраны таким образом, чтобы минимизировать мощность, потребляемую устройством. Коэффициент передачи усилителя составлял около 10. Функции АЦП и цифровой обработки измерительных сигналов выполняет малопотребляющий микроконтроллер типа STM32L476RCT6 фирмы ST Microelectronics. Процессор имеет 32-разрядное ядро Cortex-M4, встроенную оперативную память 128 кбайт и флеш-память объемом 1024 кбайт. Питание всех компонентов осуществляется от линейного стабилизатора типа NCP1117ST33 фирмы On Semiconductors. Быстродействие устройства составляет до 10-7 с, точность измерений составляет менее 5%.Example. A prototype device for measuring discharge currents through a surge arrester in the current range of 10 kA-100 kA was manufactured. Structurally, the device is installed in an enclosure. The dimensions of the sensor without the rod were (135 × 56 × 65) mm 3 . The optically active crystal was made from bismuth germanate (BGO). The choice of the crystal length of 4.7 mm with an aperture of (5 × 5) mm 2 made it possible to simplify the assembly of the BGO crystal with a polarizer and an analyzer with dimensions (5 × 5 × 5) mm 3 without additional adjustment of the polarizer-analyzer system by choosing the operating point at zero magnetic field inside the crystal. The electrical components have been selected to minimize the power consumed by the device. The gain of the amplifier was about 10. The functions of the ADC and digital processing of the measuring signals are performed by a low-power microcontroller of the STM32L476RCT6 type manufactured by ST Microelectronics. The processor has a 32-bit Cortex-M4 core, 128KB built-in RAM and 1024KB flash memory. All components are powered by a linear NCP1117ST33 regulator from On Semiconductors. The speed of the device is up to 10 -7 s, the measurement accuracy is less than 5%.

Настоящее устройство для измерения тока отличается от устройства-прототипа увеличенной точностью.The present current measuring device differs from the prototype device in increased accuracy.

Claims (8)

1. Устройство для измерения тока, содержащее оптический датчик тока, включающий источник оптического излучения, поляризатор, магнитооптическую ячейку Фарадея в виде оптически активного кристалла, анализатор и фотоэлектрический преобразователь, последовательно с которым соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор, отличающееся тем, что устройство включает металлический стержень диаметром 10-12 мм и длиной не менее 100 мм, металлический стержень, источник излучения, поляризатор, оптически активный кристалл, анализатор и фотоэлектрический преобразователь установлены на диэлектрическом основании, при этом металлический стержень установлен на диэлектрическом основании вертикально, и его ось отстоит от центра оптически активного кристалла на 18-22 мм.1. A device for measuring current, containing an optical current sensor, including an optical radiation source, a polarizer, a magneto-optical Faraday cell in the form of an optically active crystal, an analyzer and a photoelectric converter, in series with which an amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller and a liquid crystal indicator are connected. in that the device includes a metal rod with a diameter of 10-12 mm and a length of at least 100 mm, a metal rod, a radiation source, a polarizer, an optically active crystal, an analyzer and a photoelectric converter are installed on a dielectric base, while the metal rod is installed vertically on the dielectric base, and its axis is spaced from the center of the optically active crystal by 18-22 mm. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптически активный кристалл выполнен на основе кристалла со структурой силленита.2. A device according to claim 1, characterized in that the optically active crystal is based on a crystal with a sillenite structure. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оптически активный кристалл выполнен из Bi12GeO20.3. The device according to claim 2, characterized in that the optically active crystal is made of Bi 12 GeO 20 . 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оптически активный кристалл выполнен из Bi12SiO20.4. A device according to claim 2, characterized in that the optically active crystal is made of Bi 12 SiO 20 . 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что металлический стержень выполнен из меди.5. The device according to claim 1, characterized in that the metal rod is made of copper. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде фотодиода.6. The device according to claim 1, characterized in that the photoelectric converter is made in the form of a photodiode. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник излучения, поляризатор, оптически активный кристалл, анализатор и фотоэлектрический преобразователь заключены в диэлектрический корпус.7. A device according to claim 1, characterized in that the radiation source, polarizer, optically active crystal, analyzer and photoelectric converter are enclosed in a dielectric housing. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что диэлектрический корпус выполнен из пластмассы.8. The device according to claim. 7, characterized in that the dielectric body is made of plastic.
RU2020128485U 2020-08-26 2020-08-26 CURRENT MEASURING DEVICE RU206139U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128485U RU206139U1 (en) 2020-08-26 2020-08-26 CURRENT MEASURING DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128485U RU206139U1 (en) 2020-08-26 2020-08-26 CURRENT MEASURING DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU206139U1 true RU206139U1 (en) 2021-08-24

Family

ID=77460617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128485U RU206139U1 (en) 2020-08-26 2020-08-26 CURRENT MEASURING DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU206139U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613811A (en) * 1984-09-04 1986-09-23 Westinghouse Electric Corp. Faraday current sensor with fiber optic compensated by temperature, degradation, and linearity
RU83340U1 (en) * 2008-11-14 2009-05-27 ООО "Силлениты" NON-CONTACT THERMOSTABLE VOLTAGE SENSOR OF CONSTANT AND VARIABLE ELECTRIC FIELDS BASED ON ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN CRYSTAL Bi12SiO20 (BSO)
RU2620927C1 (en) * 2016-02-05 2017-05-30 Общество с ограниченной ответственностью "М12СИСТЕМС" Optical ac measuring device
RU2650615C2 (en) * 2013-03-07 2018-04-16 Адамант Ко., Лтд. Current measuring device
RU2720187C1 (en) * 2019-08-27 2020-04-27 Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" Ac and dc optical laboratory meter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613811A (en) * 1984-09-04 1986-09-23 Westinghouse Electric Corp. Faraday current sensor with fiber optic compensated by temperature, degradation, and linearity
RU83340U1 (en) * 2008-11-14 2009-05-27 ООО "Силлениты" NON-CONTACT THERMOSTABLE VOLTAGE SENSOR OF CONSTANT AND VARIABLE ELECTRIC FIELDS BASED ON ELECTRO-OPTICAL EFFECT IN CRYSTAL Bi12SiO20 (BSO)
RU2650615C2 (en) * 2013-03-07 2018-04-16 Адамант Ко., Лтд. Current measuring device
RU2620927C1 (en) * 2016-02-05 2017-05-30 Общество с ограниченной ответственностью "М12СИСТЕМС" Optical ac measuring device
RU2720187C1 (en) * 2019-08-27 2020-04-27 Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" Ac and dc optical laboratory meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS60205375A (en) Metering device for measuring parameter of high-voltage alternating current electric energy flowing through conductor
Cruden et al. Optical crystal based devices for current and voltage measurement
US4253061A (en) Light converting type detectors
RU2445637C1 (en) Optoelectronic device for measuring high-frequency voltage on high-voltage leads
RU206139U1 (en) CURRENT MEASURING DEVICE
EP0081367A1 (en) Magnetic field and electric current measuring device
ES2586827T3 (en) Combined transformer for power system
Saito et al. 8C1-The laser current transformer for ehv power transmission lines
Saito et al. 12.4-Development of the laser current transformer for the extra-high-voltage power transmission lines
Yoshino Invited Paper Optical Fiber Sensors For Electric Industry
CN116359579A (en) Reentrant all-fiber current transformer device and current measurement method thereof
CN103456206A (en) Faraday effect experimental device
Laurensse et al. Applications for optical current and voltage sensors
CN203520707U (en) Faraday effect experimental device
RU202151U1 (en) OPTICAL CURRENT SENSOR
CN111190038B (en) Electromagnetic sensor and electromagnetic sensing system
WO2019160437A1 (en) Combined current and voltage transformer
CN110174628B (en) Portable ultra-fast transient high-frequency magnetic field measurement system
KR100452301B1 (en) The Apparatus and Method for Simultaneous Measurement of Current and Voltage Using Optic Fiber
Yoshino et al. Design and application of fiber-optic electric and magnetic field sensors for high voltage electric system
Esmail et al. Experimental implementation of optical current transducers
Boriskin et al. Diagnostic methods of measuring megavolt voltages and megaampere currents
da Costa et al. On site metrological verification of high voltage current transformers using optical transducer
RU71441U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE AND VOLTAGE
RU2752341C1 (en) Optical dual-channel current meter