RU220445U1 - Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для одновременного измерения напряжения и силы переменного тока в электрических сетях среднего напряжения. Технический результат заключается в упрощении конструкции, низкой материалоемкости, уменьшении массогабаритных показателей, повышении точности измерений. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения имеет герметичный литой корпус из полимерного электроизоляционного материала. Содержит катушку Роговского, размещенную на прямолинейном цилиндрическом токопроводе. А также емкостной делитель напряжения, образуемый высоковольтным цилиндрическим конденсатором, первой обкладкой которого является токопровод, а второй обкладкой металлическая полоса (сенсор), размещенная внутри катушки Роговского, электрически соединенная сигнальным проводом, проходящим в несущей металлической трубке, с низковольтным конденсатором. Низковольтный конденсатор размещен в электронном блоке, установленном в заземляемом металлическом основании трансформатора со съемной крышкой, работающем под управлением программируемого контроллера и выполняющем функции аналого-цифрового преобразования сигналов, поступающих с емкостного делителя и катушки Роговского, цифровой обработки сигналов, получения сигналов синхронизации, передачи данных по цифровым интерфейсам с реализацией алгоритма повышения точности измерений в области малых значений тока. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для одновременного измерения напряжения и силы переменного тока в электрических сетях среднего напряжения.

Из существующих технических решений известны электромагнитные измерительные трансформаторы напряжения с литой изоляцией, предназначенные для внутренней установки для классов напряжений до 35 кВ, содержащие магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, герметизированные эпоксидным компаундом [A.M. Дымков, В.М. Кибель, Ю.В. Тишенин. Трансформаторы напряжения. М.: Энергия, 1975, стр.97-107].

Известны электромагнитные измерительные трансформаторы тока с литой изоляцией, содержащие первичную обмотку в виде медного стержня (токопровод), комплект вторичных обмоток, выведенных на клеммник [В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель. Трансформаторы тока. Л.: Энергоатомиздат, 1989, стр.220-252].

Недостатком данных трансформаторов является отсутствие возможности одновременного измерения напряжения и силы переменного тока, отсутствие возможности передачи данных по цифровым интерфейсам.

Известны комбинированные электромагнитные трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для одновременного измерения напряжения и силы переменного тока (например, https://intzv.ru/?p=1968).

Данные трансформаторы отличаются большими массогабаритными показателями, повышенной материалоемкостью, отсутствием возможности передачи измеренных значений по цифровым интерфейсам.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является высоковольтный измерительный преобразователь тока и напряжения (патент RU 160222 U1, G01R 15/00), включающий маломощный трансформатор тока с нанокристаллическим сердечником, нагруженный на резистивный шунт, катушку Роговского, размещенную на прямом токопроводе, емкостной делитель напряжения, состоящий из последовательно соединённых высоковольтных термостабильных конденсаторов, размещенных в электростатическом экране из латунной сетки, конструктивно связанном с алюминиевым основанием, и залитых в корпусе из полимерного диэлектрического материала, а средняя точка делителя напряжения гальванически изолирована от заземленного основания полимерной втулкой и экранирована от электромагнитных помех с помощью алюминиевой опорной втулки, при этом резистивный шунт трансформатора тока и низковольтный конденсатор делителя напряжения размещены на электронной плате, устанавливаемой внутри основания, имеющего снимаемую крышку.

Недостатком данного преобразователя является сложность конструкции, повышенная материалоемкость за счет использования дополнительного маломощного трансформатора тока с нанокристаллическим сердечником для измерения силы тока в области малых значений и использования высоковольтных термостабильных конденсаторов в конструкции емкостного делителя.

Технической задачей настоящей полезной модели является создание цифрового комбинированного трансформатора тока и напряжения, имеющего упрощенную конструкцию, низкую материалоемкость, малые массогабаритные показатели, обладающего широким диапазоном и высокой точностью измерений, высокой чувствительностью в области малых значений тока, с реализацией передачи данных по цифровым интерфейсам.

Технический результат достигается тем, что цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения, имеющий герметичный литой корпус из полимерного электроизоляционного материала, содержит катушку Роговского, размещенную на прямолинейном цилиндрическом токопроводе, и емкостной делитель напряжения, образуемый высоковольтным цилиндрическим конденсатором, первой обкладкой которого является токопровод, а второй обкладкой металлическая полоса (сенсор), размещенная внутри катушки Роговского, электрически соединенная сигнальным проводом, проходящим в несущей металлической трубке, с низковольтным конденсатором, размещенным в электронном блоке, установленном в заземляемом металлическом основании трансформатора со съемной крышкой, работающим под управлением программируемого контроллера, и выполняющим функции аналого-цифрового преобразования сигналов, поступающих с емкостного делителя и катушки Роговского, цифровой обработки сигналов, получения сигналов синхронизации, передачи данных по цифровым интерфейсам с реализацией алгоритма повышения точности измерений в области малых значений тока.

В частном случае цифровые интерфейсы могут быть выполнены на базе интерфейсов Ethernet и FlexRay.

В частном случае трансформатор может принимать сигналы точного времени через цифровые интерфейсы в виде последовательности импульсов 1 Гц (1PPS) и по протоколу PTP, выполнять передачу данных по протоколам МЭК 61850-9-2, IEEE C37.118.

Конструкция полезной модели приведена на иллюстрации (фиг.) и состоит из катушки Роговского 2, помещенной в экран 5, металлической полосы (сенсора) 3, размещенных на токопроводе 4, несущей металлической трубки 9, проходящих в ней выводов 6 от катушки Роговского, вывода 7 от экрана, вывода 8 от металлической полосы (сенсора), объединенных в литом корпусе 1, электронного блока 11 с цифровыми интерфейсами 12, установленного в металлическом основании 10.

Катушка Роговского 2 состоит из диэлектрического сердечника и обмотки и помещена в экран 5, который обеспечивает защиту от электрических помех и изоляцию. Выводы 6 от катушки Роговского и вывод 7 от экрана, выполненные сигнальными проводами в термостойкой изоляции, проходят внутри несущей трубки 9 и соединены с электронным блоком 11. Вывод 7 от экрана заземлен. Обмотка катушки Роговского 2, экран 5 и металлическая полоса (сенсор) 3 изолированы друг от друга. Металлическая полоса (сенсор) 3 вместе с токопроводом 4 образуют высоковольтный цилиндрический конденсатор, расположенный внутри катушки Роговского 2. Пространство между катушкой Роговского 2 и токопроводом 4 заполнено диэлектрическим материалом корпуса 1. Металлическая полоса (сенсор) 3 электрически соединена выводом 8, выполненным сигнальным проводом в термостойкой изоляции и проходящим в несущей трубке 9, с низковольтным конденсатором, размещенным в электронном блоке 11. Последовательное соединение высоковольтного и низковольтного конденсаторов образует емкостной делитель напряжения, предназначенный для измерения напряжения. Конструкция основания 10 имеет съемную крышку, которая обеспечивает возможность замены низковольтного конденсатора для изменения коэффициента преобразования делителя напряжения.

Токопровод 4 выполнен из латунного или медного круга с возможностью изменения его сечения для обеспечения пропускания требуемых номинальных токов без необходимости изменения конструкции и способа размещения катушки Роговского. Корпус 1 устройства выполнен из полимерного электроизоляционного материала путем отливки в вакууме, обеспечивающего электрическую прочность внутренней и внешней изоляции.

В металлическом основании 10, являющемся механически несущим элементом и защищающем от внешних электромагнитных помех, размещен электронный блок 11, представляющий собой печатную плату с электронными компонентами и имеющий цифровые интерфейсы 12. Управление работой электронного блока 11 осуществляет программируемый контроллер, на который поступают сигналы с блока аналого-цифрового преобразования. В контроллер загружено встроенное программное обеспечение, реализующее функции цифровой обработки сигналов, получения сигналов синхронизации, передачи данных по цифровым интерфейсам, включающее алгоритм, позволяющий повысить точность измерения катушки Роговского 2 на малых значениях тока. Электронный блок 11 может содержать датчик температуры для реализации алгоритма температурной компенсации для уменьшения погрешности измерений, вызванной влиянием температуры окружающей среды. Датчик температуры также может быть установлен внутри корпуса 1. Для питания электронного блока 11 используется внешнее питание, поступающее через разъемы цифровых интерфейсов 12. Металлическое основание 10 имеет фланцы для крепления трансформатора и винт для заземления.

Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения работает следующим образом. При протекании электрического тока по токопроводу 4 и при подаче напряжения на линию в катушке Роговского 2 наводится ЭДС, на емкостном делителе появляется напряжение. Получаемые сигналы поступают на электронный блок 11, в котором выполняется аналого-цифровое преобразование, цифровая обработка сигналов, присваиваются метки времени измеренным значениям тока и напряжения от внешних сигналов синхронизации, поступающих на электронный блок 11 по цифровым интерфейсам 12. Электронный блок 11 обрабатывает полученные сигналы по заданному алгоритму, в том числе преобразует и передает их по цифровым интерфейсам 12 в соответствии с используемыми протоколами обмена устройствам различного функционального назначения. Такими устройствами могут быть устройства учета электроэнергии, терминалы релейной защиты и автоматики и другие устройства. Также электронный блок 11 может осуществлять расчет параметров электрической энергии по измеренным значениям тока и напряжения и передавать их по цифровым интерфейсам 12 в различные автоматизированные системы.

Таким образом, использование в конструкции цифрового комбинированного трансформатора тока и напряжения одного датчика тока – катушки Роговского, обладающей компактными размерами, небольшой массой, высокой линейностью в широком диапазоне частот, и высоковольтного цилиндрического конденсатора, формируемого токопроводом и металлической полосой (сенсором), размещенной внутри катушки Роговского, обеспечивает простоту конструкции, низкую материалоемкость, малые массогабаритные показатели, широкий диапазон измерений напряжения и силы переменного тока. Использование электронного блока, выполняющего цифровую обработку сигнала, обеспечивает высокую точность измерений, высокую чувствительность в области малых значений тока и передачу данных по цифровым интерфейсам.

Claims (5)

1. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения, имеющий герметичный литой корпус из полимерного электроизоляционного материала, состоящий из датчиков тока и напряжения, размещенных на токопроводе, отличающийся тем, что в качестве датчика тока используется катушка Роговского, в качестве датчика напряжения – емкостной делитель, образуемый высоковольтным цилиндрическим конденсатором, первой обкладкой которого является токопровод, а второй обкладкой является металлическая полоса, а именно сенсор, размещенная внутри катушки Роговского, электрически соединенная сигнальным проводом, проходящим в несущей металлической трубке, с низковольтным конденсатором, размещенным в электронном блоке, установленном в заземляемом металлическом основании трансформатора со съемной крышкой, работающем под управлением программируемого контроллера и выполняющем функции аналого-цифрового преобразования сигналов, поступающих с емкостного делителя и катушки Роговского, цифровой обработки сигналов, получения сигналов синхронизации, передачи данных по цифровым интерфейсам с реализацией алгоритма повышения точности измерений в области малых значений тока.

2. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения по п.1, отличающийся тем, что цифровые интерфейсы выполнены на базе интерфейсов Ethernet и FlexRay.

3. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения по п.1, отличающийся тем, что трансформатор принимает сигналы точного времени через цифровые интерфейсы в виде последовательности импульсов 1 Гц (1PPS) и по протоколу PTP, выполняет передачу данных по протоколам МЭК 61850-9-2, IEEE C37.118.

4. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения по п.1, отличающийся тем, что трансформатор содержит датчик температуры, с помощью которого реализуется алгоритм температурной компенсации для уменьшения погрешности измерений, вызванной влиянием температуры окружающей среды.

5. Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения по п.1, отличающийся тем, что электронный блок трансформатора осуществляет расчет параметров электрической энергии по измеренным значениям тока и напряжения и их передачу по цифровым интерфейсам.