RU2645434C1 - Device for measuring differential current - Google Patents

Device for measuring differential current Download PDF

Info

Publication number
RU2645434C1
RU2645434C1 RU2016145631A RU2016145631A RU2645434C1 RU 2645434 C1 RU2645434 C1 RU 2645434C1 RU 2016145631 A RU2016145631 A RU 2016145631A RU 2016145631 A RU2016145631 A RU 2016145631A RU 2645434 C1 RU2645434 C1 RU 2645434C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photodiode
source
input
arm
measuring
Prior art date
Application number
RU2016145631A
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 RU2016145631A priority Critical patent/RU2645434C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2645434C1 publication Critical patent/RU2645434C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used for measuring leakage currents in the wiring and electrical equipment. Technical result is achieved due to fact that in the device for measuring the differential current containing a sensitive element in the form of a toroidal transformer with two primary and one secondary windings, AC power source, amplifier, an indicating unit and a power supply, an AC voltage to DC voltage converter, a photodiode and a light source, while the input of the sensing element being connected to an alternating current source, output of the sensing element through the AC-to-DC converter is connected to the first arm of the photodiode, second arm of which is connected to the output by a source of light flux, input of the light flux is connected to the power unit, third arm of the photodiode through the amplifier is connected to the input of the indicating unit.
EFFECT: technical result of the claimed technical solution is simplification of the procedure for converting the signal of the secondary winding of the differential transformer.
1 cl, 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 appliances.

Известно устройство защитного отключения (см. В.К. Монаков, В.С. Розанов, А.В. Трубицын. Безопасность жизнедеятельности. М.: МГТУ МИРЭА, 2014, стр. 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. A differential transformer with two primary windings is connected to an electrical receiver (load) and an 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, 20.04.2004), 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 one adopted by the author for the prototype (RU 41374 U1, 04/20/2004), containing 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 в устройство для измерения дифференциального тока, содержащее чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель, блок индикации и блок питания, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, фотодиод и источник светового потока, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к первому плечу фотодиода, второе плечо которого соединено с выходом источником светового потока, вход светового потока подключен к блоку питания, третье плечо фотодиода через усилитель соединено с входом блока индикации.The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring the differential current, containing a sensing element in the form of a toroidal transformer with two primary and one secondary windings, an alternating current source, an amplifier, an indication unit and a power supply unit, an ac-to-dc voltage converter, a photodiode and a light flux source, the input of the sensor being connected to an alternating current source, the output of the sensor via an AC converter DC voltage is connected to the first arm of the photodiode, the second arm of which is connected to the output by the light source, the input of the light flux is connected to the power supply, the third arm of the photodiode is connected through the amplifier to the input of the display unit.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что преобразованная э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора воздействует на освещенный световым потоком фотодиод и по величине фототока фотодиода 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 photodiode illuminated by the light flux and the value of the differential current is measured by the magnitude of the photodiode of the photodiode.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения дифференциального тока на основе измерения фототока фотодиодам 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 photocurrent of photodiodes with the desired technical result, i.e. 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, фотодиод 4, источник светового потока 5, блок питания 6, усилитель 7, подключенный выходом к входу блока индикации 8.This device contains an AC source 1 connected to the input of the sensing element 2, an AC / DC converter 3, a photodiode 4, a light source 5, a power supply 6, an amplifier 7, connected by an output to an input of an indication unit 8.

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 постоянное напряжение подают на фотодиод 4. При этом согласно предлагаемому техническому решению в данном случае используется фотодиодный режим (приложение к фотодиоду запирающее напряжение) фотодиода. При освещении фотодиода световым потоком источника светового потока 5 через фотодиод протечет фототок. Предварительно с выхода блока питания 6 подают напряжение на источник светового потока для выработки светового излучения. Как правило, величина этого фототока, возникающего в этом случае, зависит от приложенного к фотодиоду напряжения и интенсивности светового потока. В рассматриваемом случае принимается интенсивность светового потока постоянной величиной. Тогда фототок данного фотодиода (при постоянном значении светового потока) будет являться функцией приложенного к диоду напряжения. Другими словами по величине возникающего в этом случае фототока можно судить о токе утечки в сети. Далее фототок усиливается усилителем 7 и предается в блок индикации 8. Здесь отображается информация, позволяющая измерить величину дифференциального тока.The device operates as follows. The absence of differential current in the network leads to the fact that a zero signal is observed at the output of the sensing element. The signal that appears at the output of the sensing element 2, which is different from zero, and corresponding 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 DC voltage is supplied to photodiode 4. Moreover, according to the proposed technical In this case, the solution uses the photodiode mode (the blocking voltage is applied to the photodiode) of the photodiode. When the photodiode is illuminated with the light flux of the light flux source 5, a photocurrent flows through the photodiode. Previously, from the output of the power supply unit 6, voltage is supplied to the light source to generate light radiation. As a rule, the magnitude of this photocurrent arising in this case depends on the voltage applied to the photodiode and the light flux intensity. In the case under consideration, the light flux intensity is assumed to be a constant value. Then the photocurrent of this photodiode (at a constant value of the light flux) will be a function of the voltage applied to the diode. In other words, by the magnitude of the photocurrent arising in this case, one can judge the leakage current in the network. Next, the photocurrent is amplified by amplifier 7 and transferred to indication unit 8. Information is displayed here that allows measuring the value of the differential current.

Таким образом, согласно предлагаемому техническому решению на основе измерения фототока фотодиода, освещенного постоянной величиной светового потока и управляемого напряжением преобразователя переменного напряжение в постоянное напряжение, можно обеспечить упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора.Thus, according to the proposed technical solution based on measuring the photocurrent of the photodiode illuminated by a constant amount of luminous flux and controlled by the voltage of the AC to DC voltage converter, it is possible to simplify the procedure for converting the signal of the secondary winding of a differential transformer.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано в качестве технического средства предупреждения о возникновении тока утечки в электропроводке и электрооборудовании.The proposed device can be successfully used as a technical means of warning about the occurrence of leakage current in 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, блок индикации и блок питания, отличающееся тем, что в него введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, фотодиод и источник светового потока, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к первому плечу фотодиода, второе плечо которого соединено с выходом источником светового потока, вход источника светового потока подключен к блоку питания, третье плечо фотодиода через усилитель соединено с входом блока индикации.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, an indication unit and a power supply unit, characterized in that an alternating voltage to DC voltage converter, a photodiode and a source are introduced therein luminous flux, and the input of the sensing element is connected to an alternating current source, the output of the sensing element through an AC / DC converter Goes voltage is connected to the photodiode first arm, a second arm which is connected to the output of the source light flux of the light flux source input is connected to the power supply, the third port of the photodiode through an amplifier connected to the input of the indication unit.
RU2016145631A 2016-11-22 2016-11-22 Device for measuring differential current RU2645434C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145631A RU2645434C1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Device for measuring differential current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145631A RU2645434C1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Device for measuring differential current

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645434C1 true RU2645434C1 (en) 2018-02-21

Family

ID=61258882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016145631A RU2645434C1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Device for measuring differential current

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645434C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2079849C1 (en) * 1994-04-25 1997-05-20 Хабаровский государственный технический университет Device for measuring currents
RU35897U1 (en) * 2003-09-30 2004-02-10 Турчинович Руслан Владимирович Differential current sensor
RU41374U1 (en) * 2004-06-07 2004-10-20 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Энергонорма" DEVICE FOR LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT
US20110006779A1 (en) * 2009-07-09 2011-01-13 Tamura Corporation Flux-gate leakage current sensor
US9244110B2 (en) * 2012-02-27 2016-01-26 Atreus Enterprises Limited Leakage current detector for AC and DC systems
US20160154028A1 (en) * 2014-11-27 2016-06-02 Abb S.P.A. Electronic device for measuring a differential current in an electric line
US9411021B2 (en) * 2010-12-10 2016-08-09 Raritan Americas, Inc. Methods and apparatus for sensing ground leakage and automated self testing thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2079849C1 (en) * 1994-04-25 1997-05-20 Хабаровский государственный технический университет Device for measuring currents
RU35897U1 (en) * 2003-09-30 2004-02-10 Турчинович Руслан Владимирович Differential current sensor
RU41374U1 (en) * 2004-06-07 2004-10-20 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Энергонорма" DEVICE FOR LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT
US20110006779A1 (en) * 2009-07-09 2011-01-13 Tamura Corporation Flux-gate leakage current sensor
US9411021B2 (en) * 2010-12-10 2016-08-09 Raritan Americas, Inc. Methods and apparatus for sensing ground leakage and automated self testing thereof
US9244110B2 (en) * 2012-02-27 2016-01-26 Atreus Enterprises Limited Leakage current detector for AC and DC systems
US20160154028A1 (en) * 2014-11-27 2016-06-02 Abb S.P.A. Electronic device for measuring a differential current in an electric line

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI221906B (en) Measuring devices
ES2565005T3 (en) Determination of the part of the fault current of a differential current
AU2014203111B2 (en) Systems and methods for monitoring fiber optic current sensing systems
JP6106992B2 (en) Insulation resistance measuring device
RU2645434C1 (en) Device for measuring differential current
RU2628306C1 (en) Differential current measurement device
RU191056U1 (en) Timer - portable portable electric meter
JP5485344B2 (en) Monitoring device, monitoring system
RU2642127C2 (en) Measuring device of leakage current in load of single-phase rectifier
RU2377581C1 (en) Method of measurement and monitoring of insulation resistance of unearthed power electrical ac networks under operation voltage and device for its implementation
KR100771939B1 (en) Measuring instrument for an electric current leakage
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
CN203893959U (en) Automatic direct-current comparator type temperature measuring bridge
WO2019160437A1 (en) Combined current and voltage transformer
Pawaskar et al. Design and implementation of low cost three phase energy meter
RU182715U1 (en) COMBINED CURRENT AND VOLTAGE TRANSFORMER
EP2746790A3 (en) The method and circuit for measuring own and mutual thermal resistances of a magnetic device
RU2529779C1 (en) Mains electric and leakage meter
RU2556332C1 (en) Leakage current monitor in load of single-phase rectifier
CN104330614A (en) Large current detecting device applied to high-voltage transmission line
RU109865U1 (en) DEVICE FOR CURRENT MEASUREMENT
KR100771583B1 (en) Measuring instrument for an electric current leakage
RU41374U1 (en) DEVICE FOR LEAKAGE CURRENT MEASUREMENT
CN109141495A (en) Sensor interface apparatus
RU2739717C1 (en) Timer - mobile portable three-phase electric meter with data transmission radio channel