RU2628306C1 - Differential current measurement device - Google Patents

Differential current measurement device Download PDF

Info

Publication number
RU2628306C1
RU2628306C1 RU2016118013A RU2016118013A RU2628306C1 RU 2628306 C1 RU2628306 C1 RU 2628306C1 RU 2016118013 A RU2016118013 A RU 2016118013A RU 2016118013 A RU2016118013 A RU 2016118013A RU 2628306 C1 RU2628306 C1 RU 2628306C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
varactor
microwave generator
output
input
frequency
Prior art date
Application number
RU2016118013A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гурам Николаевич Ахобадзе
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2016118013A priority Critical patent/RU2628306C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2628306C1 publication Critical patent/RU2628306C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: differential current measurement device contains a toroidal transformer sensing element with two primary and one secondary windings, an AC power source, an amplifier and a power supply. In addition, an AC-to-DC converter, a microwave generator with varactor tuning, and a frequency counter are introduced.
EFFECT: simplification of the conversion procedure for the secondary winding of the differential transformer.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения токов утечки с объектов, подключенных к источникам электрического напряжения, например для измерения токов утечки в квартирных сетях, а также для измерения токов утечки отдельных бытовых электроприборов.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used to measure leakage currents from objects connected to electric voltage sources, for example, to measure leakage currents in apartment networks, as well as to measure leakage currents of individual household electrical appliances.

Известно устройство защитного отключения (см. В.К. Монаков, В.С. Розанов, А.В. Трубицын. Безопасность жизнедеятельности. М.: МГТУ МИРЭА, 2014, с. 30-33). Это устройство содержит дифференциальный трансформатор тока, пусковой орган, исполнительный механизм и блок для тестирования. Дифференциальный трансформатор с помощью двух первичных обмоток подключается к электроприемнику (нагрузке) и источнику переменного тока. Вторичная обмотка трансформатора соединена с пусковым органом, который в свою очередь подключается к исполнительному механизму.Known protective shutdown device (see V.K. Monakov, V.S. Rozanov, A.V. Trubitsyn. Life Safety. M: MSTU MIREA, 2014, p. 30-33). This device contains a differential current transformer, a trigger, an actuator and a unit for testing. Differential transformer with the help of two primary windings is connected to the power receiver (load) and the AC source. The secondary winding of the transformer is connected to the starting element, which in turn is connected to the actuator.

При отсутствии дифференциального тока - тока утечки, по первичным встречно включенным обмоткам трансформатора протекают равные по величине токи, определяющие характер нагрузки. Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора векторно встречно направленные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.In the absence of differential current - leakage current, equal in magnitude currents flowing through the primary on-turn transformer windings flow, determining the nature of the load. Equal currents in counter-connected windings induce vector-counter-directed magnetic fluxes in the magnetic core of the transformer. The resulting magnetic flux is zero, the current in the secondary of the differential transformer is also zero.

При появлении тока утечки равенство токов в обмотках нарушается и возникает разностный ток, благодаря чему наступает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформатора э.д.с., пропорциональной току утечки. Сигнал с выхода вторичной обмотки через пусковой орган воздействует на исполнительный механизм, который обеспечивает размыкание электрической цепи.When a leakage current appears, the equality of currents in the windings is violated and a differential current occurs, due to which there is an imbalance of magnetic fluxes and, as a result, the emergence of an emf in the secondary winding of the transformer, proportional to the leakage current. The signal from the output of the secondary winding through the starting element acts on the actuator, which ensures the opening of the electrical circuit.

Недостатком этого известного устройства является низкая точность при преобразовании э.д.с. вторичной обмотки трансформатора.The disadvantage of this known device is the low accuracy when converting emf secondary winding of the transformer.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип (RU 41374 U1, 20.10.2004) устройство, содержащее блок измерения, включающий дифференциальный трансформатор тока и элемент для подключения к измеряемой цепи, и фильтр низких частот, усилитель сигнала, блок питания, микроконтроллер, блок индикации, интерфейс, блок измерения температуры и внешнее устройство.The closest technical solution to the proposed one is the device adopted by the author for the prototype (RU 41374 U1, 20.10.2004), comprising a measuring unit, including a differential current transformer and an element for connecting to the measured circuit, and a low-pass filter, signal amplifier, power supply, microcontroller , display unit, interface, temperature measurement unit and external device.

Принцип действия данного устройства основан на измерении разностного тока нулевой последовательности фаз, возникающего при появлении в сети некомпенсированного тока утечки через проводимость изоляции фаз на землю. При отсутствии повреждения изоляции геометрическая сумма магнитных потоков, наведенных в сердечнике линейными токами, равна нулю, следовательно, во вторичной обмотке э.д.с. не индуктируется. При повреждении изоляции появляются токи нулевой последовательности, вызывающие в сердечнике дифференциального трансформатора возникновение некомпенсированного магнитного потока, который наводит э.д.с. во вторичной обмотке, значение которой пропорционально значению тока утечки.The principle of operation of this device is based on measuring the differential current of the zero sequence of phases that occurs when an uncompensated leakage current appears in the network through the conductivity of the phase insulation to earth. In the absence of insulation damage, the geometric sum of magnetic fluxes induced in the core by linear currents is zero, therefore, in the secondary winding of the emf not inducible. If the insulation is damaged, zero sequence currents appear, causing an uncompensated magnetic flux in the core of the differential transformer, which induces an emf. in the secondary winding, the value of which is proportional to the value of the leakage current.

Устройство работает следующим образом. Блок измерения подключается в рассечку фазных и нулевого проводов. С помощью фильтра низких частот производится выделение необходимого сигнала, этот сигнал усиливается в усилителе сигнала с высоким входным сопротивлением, усиленный сигнал поступает на аналоговый вход микроконтроллера, с помощью встроенного АЦП микроконтроллера полученный сигнал преобразуется в цифровое значение. С помощью заложенной в микроконтроллер градировочной кривой входной сигнал преобразуется в ток утечки, одновременно производится измерение окружающей температуры и вносится корректировка в значение тока утечки. Полученное значение отображается на цифровом индикаторе блока индикации, одновременно эти значения могут быть переданы на внешнее устройство по интерфейсу.The device operates as follows. The measurement unit is connected to the dissection of the phase and neutral wires. Using the low-pass filter, the necessary signal is extracted, this signal is amplified in the signal amplifier with a high input resistance, the amplified signal is fed to the analog input of the microcontroller, and using the built-in ADC of the microcontroller, the received signal is converted to a digital value. Using the calibration curve embedded in the microcontroller, the input signal is converted into a leakage current, the ambient temperature is measured at the same time, and an adjustment is made to the leakage current. The obtained value is displayed on the digital indicator of the display unit, at the same time these values can be transmitted to an external device via the interface.

Недостатком этого известного устройства является сложность процедуры преобразования э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора, пропорциональной току утечки.The disadvantage of this known device is the complexity of the conversion process emf secondary winding of a toroidal transformer proportional to the leakage current.

Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора.The technical result of the claimed technical solution is to simplify the process of converting the signal of the secondary winding of a differential transformer.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения дифференциального тока содержит чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель и блок питания, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и частотомер, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к входу усилителя, выход последнего соединен с варактором микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты подключен с входом частотомера, выход блока питания соединен с входом питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты.The technical result is achieved by the fact that the device for measuring the differential current contains a sensitive element in the form of a toroidal transformer with two primary and one secondary windings, an alternating current source, an amplifier and a power supply unit, an ac-to-dc voltage converter, a microwave generator with varactor frequency tuning and a frequency meter, wherein the input of the sensor is connected to an AC source, the output of the sensor through a converter l AC voltage to DC voltage is connected to the input of the amplifier, the output of the latter is connected to the varactor of the microwave generator with varactor frequency tuning, the output of the microwave generator with varactor frequency tuning is connected to the input of the frequency meter, the output of the power supply is connected to the power input of the microwave generator with varactor frequency tuning.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что преобразованная э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора воздействует на варактор микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты и по частоте выходного сигнала этого генератора, при его перестройке, измеряется значение дифференциального тока.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that the converted emf the secondary winding of the toroidal transformer acts on the varactor of the microwave generator with varactor frequency tuning and the frequency of the output signal of this generator, when tuning, the differential current value is measured.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения дифференциального тока на основе измерения частоты электромагнитных колебаний микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процесса преобразования сигнала вторичной обмотки тороидального трансформатора (чувствительного элемента).The presence in the inventive device of a combination of the listed existing features allows us to solve the problem of measuring the differential current based on measuring the frequency of electromagnetic waves of a microwave generator with varactor frequency tuning with the desired technical result, simplification of the process of converting the signal of the secondary winding of the toroidal transformer (sensitive element).

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.

Данное устройство содержит источник переменного тока 1, подключенный к входу чувствительного элемента 2, преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение 3, соединенный выходом с входом усилителя 4, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты 5, блок питания 6 и частотомер 7.This device contains an AC source 1 connected to the input of the sensing element 2, an AC / DC converter 3 connected to the output of the amplifier 4, a microwave generator with varactor frequency tuning 5, a power supply 6 and a frequency meter 7.

Устройство работает следующим образом. Отсутствие дифференциального тока в сети приводит к тому, что на выходе чувствительного элемента наблюдается, нулевой сигнал. Появившийся на выходе чувствительного элемента 2 сигнал, отличный от нулевого значения и соответствующий току утечки, поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение 3. После выпрямления этого сигнала в этом преобразователе его постоянный выходной сигнал далее усиливается в усилителе 4. С выхода последнего усиленный сигнал поступает на вход варактора микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Одновременно с этим с выхода блока питания 6 сигнал (постоянное напряжение) подается на вход питания микроволнового генератора для генерирования электромагнитных колебаний.The device operates as follows. The lack of differential current in the network leads to the fact that at the output of the sensitive element, a zero signal is observed. A signal that appears at the output of the sensing element 2, which is different from zero and corresponds to the leakage current, is fed to the input of the AC voltage to DC voltage converter 3. After rectification of this signal in this converter, its constant output signal is further amplified in amplifier 4. The output of the last amplified signal arrives at the input of the varactor of the microwave generator with varactor frequency tuning 5. At the same time, from the output of the power supply 6, the signal (constant voltage) is fed to the input d power microwave generator to generate electromagnetic waves.

Из практики известно, что изменением напряжения на варакторе микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить перестройку частоты генератора. В силу этого в данном случае сигналом (напряжением), образованном на выходе чувствительного элемента (после выпрямления и усиления), можно перестроить частоту микроволнового генератора. Отсюда следует, что если измерить частоту микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты при его перестройке, то измерением этой частоты можно обеспечить измерение величины дифференциального тока. Для измерения частоты микроволнового генератора его выход подключается к входу частотомера 7.It is known from practice that by varying the voltage across the varactor of a microwave generator with varactor frequency tuning, it is possible to provide tuning of the generator frequency. Because of this, in this case, the signal (voltage) formed at the output of the sensing element (after rectification and amplification), you can rebuild the frequency of the microwave generator. It follows that if we measure the frequency of a microwave generator with varactor frequency tuning during tuning, then measuring this frequency can provide a measurement of the differential current. To measure the frequency of the microwave generator, its output is connected to the input of the frequency counter 7.

Пусть f1 - частота генератора при отсутствии тока утечки (отсутствие повреждение изоляции), т.е. напряжение на входе варактора микроволнового генератора, имеет нулевое значение. При возникновении тока утечки, т.е. появление постоянного напряжения на входе варактора, частота микроволнового генератора перестроится, и обозначим эту частоту - f2. Тогда по разности f2-f1 можно определить величину тока утечки. Здесь принимается то, что f2>f1. Это вытекает из того факта, что, как правило, возрастание постоянного напряжения на варакторе приводит к увеличению частоты микроволнового генератора и наоборот.Let f 1 be the generator frequency in the absence of leakage current (absence of insulation damage), i.e. The voltage at the input of the varactor of the microwave generator is zero. If a leakage current occurs, i.e. the appearance of a constant voltage at the input of the varactor, the frequency of the microwave generator is tuned, and we denote this frequency by f 2 . Then the difference f 2 -f 1 you can determine the magnitude of the leakage current. Here it is assumed that f 2 > f 1 . This follows from the fact that, as a rule, an increase in the constant voltage across the varactor leads to an increase in the frequency of the microwave generator and vice versa.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе преобразования выходного сигнала чувствительного элемента (э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора) в частоту микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить упрощение процедуры преобразования дифференциального тока. Одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с известными измерителями дифференциальных токов является то, что информацию о величине дифференциального тока можно передавать дистанционно.Thus, in the proposed technical solution based on the conversion of the output signal of the sensing element (emf of the secondary winding of the toroidal transformer) to the frequency of the microwave generator with varactor frequency tuning, it is possible to simplify the differential current conversion procedure. One of the advantages of the proposed device in comparison with the known differential current meters is that information about the value of the differential current can be transmitted remotely.

Данное техническое решение успешно может быть применено в целях защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении к токоведущим частям. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано как индикатор возможных повреждений изоляции, неисправности электропроводки и электрооборудования.This technical solution can be successfully applied in order to protect a person from electric shock when indirectly touching live parts. In addition, the proposed device can be used as an indicator of possible damage to the insulation, malfunction of the wiring and electrical equipment.

Claims (1)

Устройство для измерения дифференциального тока, содержащее чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель и блок питания, отличающееся тем, что в него введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и частотомер, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к входу усилителя, выход последнего соединен с варактором микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты соединен с входом частотомера, выход блока питания соединен с входом питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты.A device for measuring the differential current, containing a sensitive element in the form of a toroidal transformer with two primary and one secondary windings, an alternating current source, an amplifier and a power supply unit, characterized in that an alternating voltage to direct voltage converter, a microwave generator with varactor frequency tuning are introduced into it and a frequency meter, wherein the input of the sensor is connected to an AC source, the output of the sensor through an AC converter voltage to a constant voltage is connected to the amplifier input, the output of the latter is connected to a varactor of a microwave generator with varactor frequency tuning, the output of a microwave generator with varactor frequency tuning is connected to the input of the frequency meter, the output of the power supply is connected to the power input of a microwave generator with varactor frequency tuning.
RU2016118013A 2016-05-10 2016-05-10 Differential current measurement device RU2628306C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118013A RU2628306C1 (en) 2016-05-10 2016-05-10 Differential current measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118013A RU2628306C1 (en) 2016-05-10 2016-05-10 Differential current measurement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2628306C1 true RU2628306C1 (en) 2017-08-15

Family

ID=59641730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016118013A RU2628306C1 (en) 2016-05-10 2016-05-10 Differential current measurement device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2628306C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686452C1 (en) * 2018-05-31 2019-04-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1003226A1 (en) * 1981-06-26 1983-03-07 Новосибирский электротехнический институт Method of testing serviseability of differential-phase protection, device for dial-phase protection of electric installation with voltage regulator and unit for testing serviceability of differential and differential-phase protection
US5978191A (en) * 1995-03-16 1999-11-02 Schneider Electric S.A. Electrical apparatus for differential protection with a test circuit
RU41374U1 (en) * 2004-06-07 2004-10-20 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Энергонорма" DEVICE FOR LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT
US7049825B2 (en) * 2004-04-15 2006-05-23 Bae Systems Controls, Inc. DC ground fault detection with resistive centering
RU2492419C1 (en) * 2012-03-16 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Device for measuring turn angle
RU2575140C1 (en) * 2015-02-02 2016-02-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Differential current measurement device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1003226A1 (en) * 1981-06-26 1983-03-07 Новосибирский электротехнический институт Method of testing serviseability of differential-phase protection, device for dial-phase protection of electric installation with voltage regulator and unit for testing serviceability of differential and differential-phase protection
US5978191A (en) * 1995-03-16 1999-11-02 Schneider Electric S.A. Electrical apparatus for differential protection with a test circuit
US7049825B2 (en) * 2004-04-15 2006-05-23 Bae Systems Controls, Inc. DC ground fault detection with resistive centering
RU41374U1 (en) * 2004-06-07 2004-10-20 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Энергонорма" DEVICE FOR LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT
RU2492419C1 (en) * 2012-03-16 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Device for measuring turn angle
RU2575140C1 (en) * 2015-02-02 2016-02-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Differential current measurement device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686452C1 (en) * 2018-05-31 2019-04-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Ultra-high-frequency measurer of electrical quantities

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI221906B (en) Measuring devices
Chen et al. A novel wireless multifunctional electronic current transformer based on ZigBee-based communication
WO2012055354A1 (en) Independently packaged electric meter sensor
JP2012251817A5 (en)
JP6166319B2 (en) Non-contact type DC current sensor and DC current measuring system using the non-contact type DC current sensor
JPWO2014136589A1 (en) Current sensor, current measuring device, and leakage detection device
CN102253270A (en) Electronic AC (Alternating Current) nanovoltmeter
WO2005005995A3 (en) System and method for acquiring voltages and measuring voltage into an electrical service using a non-active current transformer
RU2628306C1 (en) Differential current measurement device
Xu et al. Integrated centralized electric current monitoring system using wirelessly enabled non-intrusive ac current sensors
JP5998824B2 (en) AC loss measurement method for superconducting coils
JP5485344B2 (en) Monitoring device, monitoring system
RU191056U1 (en) Timer - portable portable electric meter
CN104880686B (en) A kind of portable electronic piece formula current transformer calibration device and method
JP2009257870A (en) Method for detecting phase voltage of three-phase distribution line, zero-phase voltage, line voltage, phase voltage higher harmonic wave of three-phase distribution line, zero-phase voltage higher harmonic wave, and line voltage higher harmonic wave and voltage detecting apparatus used for detection in the method
KR20170014671A (en) Power loss measuring system for measuring power loss at harmonic filter included in high voltage direct current(hvdc) ststem and method for measuring power loss thereof
RU2645434C1 (en) Device for measuring differential current
KR100771939B1 (en) Measuring instrument for an electric current leakage
RU182715U1 (en) COMBINED CURRENT AND VOLTAGE TRANSFORMER
JPS5960363A (en) Radio frequency power level measuring device
EP2746790A3 (en) The method and circuit for measuring own and mutual thermal resistances of a magnetic device
WO2018050741A1 (en) Improvements in or relating to the measurement of current within a conductor
KR20070045606A (en) Ac current sensor using air core
RU41374U1 (en) DEVICE FOR LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT
Pawaskar et al. Design and implementation of low cost three phase energy meter