RU2648020C1 - Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution - Google Patents

Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution Download PDF

Info

Publication number
RU2648020C1
RU2648020C1 RU2017112478A RU2017112478A RU2648020C1 RU 2648020 C1 RU2648020 C1 RU 2648020C1 RU 2017112478 A RU2017112478 A RU 2017112478A RU 2017112478 A RU2017112478 A RU 2017112478A RU 2648020 C1 RU2648020 C1 RU 2648020C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
current
analog
measuring
circuit
Prior art date
Application number
RU2017112478A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Игоревич Марценюк
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АЙ-ТОР"
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 Общество с ограниченной ответственностью "АЙ-ТОР" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АЙ-ТОР"
Priority to RU2017112478A priority Critical patent/RU2648020C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2648020C1 publication Critical patent/RU2648020C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2503Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques for measuring voltage only, e.g. digital volt meters (DVM's)

Landscapes

  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electrical equipment for measuring (scaling) the values of alternating current and voltage. Device for measuring alternating current and voltage with galvanic isolation contains an electromagnetic current transformer, a current transformer with an air core or with a core of a ferromagnet with a concentrated or dispersed non-magnetic gap, an analog-to-digital converter with an optical output of the converted signal, power supply unit, optical glass fiber (fiber optic cable) or optical communication channel, power supply unit, digital-to-analog converter with optical input, voltage divider, output matching device with transformer galvanic isolation. To power the analog-to-digital converter, a photo converter, a light emitter and light guides, or a receiving coil together with a power transmission coil with a generator are used to create a resonance frequency.
EFFECT: extending the range of measured currents from zero to 40–60 times of the nominal range, simplifying the device, increasing reliability, the ability to operate the device as part of circuit protection systems against short-circuit currents.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрическому оборудованию для измерения (масштабного преобразования) величин переменного тока и напряжения, не пригодных для измерения стандартными электроизмерительными приборами, до величин тока и напряжения соответственно, пригодных для измерения стандартными электроизмерительными приборами, а также для обеспечения гальванической развязки между электрической цепью, в которой производится измерение, и цепями выходов.The invention relates to electrical equipment for measuring (scale conversion) of alternating current and voltage values, not suitable for measurement by standard electrical measuring instruments, to current and voltage values, respectively, suitable for measuring by standard electrical measuring instruments, and also for providing galvanic isolation between an electric circuit, which is measured, and output circuits.

В качестве электрического оборудования для измерения (масштабного преобразования) величин переменного тока и напряжения, с обеспечением гальванической развязки, в настоящее время повсеместно применяются классические электромагнитные измерительные трансформаторы тока и напряжения. Их описания можно найти в следующих источниках:As electrical equipment for measuring (large-scale conversion) of AC and voltage values, with galvanic isolation, classical electromagnetic current and voltage transformers are widely used today. Their descriptions can be found in the following sources:

1. Барзилович В.М. Высоковольтные трансформаторы тока. Л.: «Госэнергоиздат», 1962 г.1. Barzilovich V.M. High voltage current transformers. L .: Gosenergoizdat, 1962

2. Бачурин Н.И. Трансформаторы тока. Л.: «Энергия», 1964 г.2. Bachurin N.I. Current transformers. L .: "Energy", 1964

3. Вавин В.Н. Трансформаторы тока. М.: «Энергия», 1966 г.3. Vavin V.N. Current transformers. M .: "Energy", 1966

4. Вавин В.Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи. 2-е изд. - М.: «Энергия», 1977 г.4. Vavin V.N. Voltage transformers and their secondary circuits. 2nd ed. - M .: "Energy", 1977

5. Трансформаторы тока / В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель и др. - 2-е изд., - Л.: «Энергоатомиздат». Ленингр. Отд., 1989 г.5. Current transformers / V.V. Afanasyev, N.M. Adonyev, V.M. Kibel et al. - 2nd ed., - L .: Energoatomizdat. Leningra. Sep., 1989

Более современное электрическое оборудование для измерения (масштабного преобразования) величин переменного тока и напряжения тока и напряжения известно, как преобразователи с измерением тока и напряжения на основе эффектов Фарадея и Поккельса, Холла. Также известны преобразователи, преобразующие ток или напряжение первичными высокоточными датчиками, находящиеся около измеряемой цепи, а в некоторых случаях имеющие с ней одинаковый потенциал, с дальнейшим преобразованием измеренной величины тока или напряжения в магнитный, электромагнитный или оптический сигнал, при этом расстояние между передатчиком и приемником сигнала служит гальванической развязкой. Это электрическое оборудование известно из следующих источников:More modern electrical equipment for measuring (scale conversion) of AC and voltage and voltage and voltage is known as converters with current and voltage measurements based on the Faraday and Pockels effects, Hall. Converters are also known that convert current or voltage with primary high-precision sensors, located near the measured circuit, and in some cases having the same potential with it, with further conversion of the measured current or voltage into a magnetic, electromagnetic or optical signal, the distance between the transmitter and receiver signal serves as a galvanic isolation. This electrical equipment is known from the following sources:

6. Преобразователь типа NXVCT производства фирмы "NxtPhase T&D Corporation": http://pro-ln.ru/ru/production_services/nxvct.html (ссылка в сети интернет).6. Converter type NXVCT manufactured by NxtPhase T&D Corporation: http://pro-ln.ru/en/production_services/nxvct.html (link on the Internet).

7. Датчики типов NCS или ES производства концерна ABB: http://fmccgroup.ru/products/protecting_measuring/sensors (ссылка в сети интернет).7. Sensors of types NCS or ES manufactured by ABB: http://fmccgroup.ru/products/protecting_measuring/sensors (link on the Internet).

8. Голодолинский Г. В. Электрооптические методы и аппаратура для измерения токов и напряжений // «Электричество», 1963 г., №4, стр. 24-27.8. Golodolinsky GV Electro-optical methods and apparatus for measuring currents and voltages // "Electricity", 1963, No. 4, pp. 24-27.

9. Марценюк С.И. Оптико-электронный трансформатор тока и напряжения // «Энергоэксперт», 2012 г. №4 (44), стр. 42-45.9. Martsenyuk S.I. Optoelectronic current and voltage transformer // Energoekspert, 2012 No. 4 (44), pp. 42-45.

10. Авторское свидетельство СССР №099753 «Устройство для измерения электрических напряжений в высоковольтных сетях», авт. Голодолинский Г В., приоритет 10.02.1953 г.10. USSR author's certificate No. 099753 "Device for measuring electrical voltages in high-voltage networks", ed. Golodolinsky GV, priority 10.02.1953

11. Авторское свидетельство СССР №110607 «Устройство для измерения электрических напряжений в высоковольтных сетях», авт. Голодолинский Г.В., приоритет 10.05.1956 г.11. USSR author's certificate No. 110607 "Device for measuring electrical voltages in high-voltage networks", ed. Golodolinsky G.V., priority 10.05.1956

12. Патент РФ на изобретение №2166218 «Измерительный трансформатор тока».12. RF patent for the invention No. 2166218 "Measuring current transformer."

13. Патент РФ на изобретение №2171996 «Датчик тока».13. RF patent for the invention No. 2171996 "Current sensor".

14. Патент РФ на изобретение №2176799 «Способ бесконтактного цифрового измерения тока и устройство его реализации».14. RF patent for the invention No. 2176799 "Method of non-contact digital measurement of current and device for its implementation."

15. Патент РФ на изобретение №2222021 «Способ измерения переменного электрического тока или напряжения и устройство для его осуществления».15. RF patent for the invention No. 2222021 "Method for measuring alternating electric current or voltage and a device for its implementation."

16. Патент РФ на изобретение №2223512 «Способ оптоэлектронного измерения тока».16. RF patent for the invention No. 2223512 "Method of optoelectronic current measurement."

17. Патент РФ на изобретение №2261450 «Способ измерения высоковольтного напряжения».17. RF patent for the invention No. 2261450 "Method for measuring high voltage".

18. Патент РФ на изобретение №2346285 «Высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока».18. RF patent for the invention No. 2346285 "High-voltage optoelectronic device for measuring current."

19. Патент РФ на изобретение №2365922 «Оптико-электронный датчик тока».19. RF patent for the invention No. 2365922 "Optoelectronic current sensor".

20. Патент РФ на изобретение №2368906 «Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока».20. RF patent for the invention No. 2368906 "High-voltage digital device for measuring current."

21. Патент РФ на изобретение №2371729 «Датчик тока и напряжения».21. RF patent for the invention No. 2371729 "Current and voltage sensor".

22. Патент РФ на изобретение №2408891 «Устройство для измерения тока в высоковольтной сети, способ измерения переменного тока».22. RF patent for the invention No. 2408891 "Device for measuring current in a high voltage network, a method of measuring alternating current."

23. Патент РФ на изобретение №2437106 «Волоконно-оптический датчик тока».23. RF patent for the invention No. 2437106 "Fiber-optic current sensor."

24. Патент РФ на изобретение №2438138 «Волоконно-оптический трансформатор тока».24. RF patent for the invention No. 2438138 "Fiber optic current transformer."

25. Патент РФ на изобретение №2451941 «Волоконно-оптический измерительный преобразователь тока».25. RF patent for the invention No. 2451941 "Fiber-optic measuring current transducer".

26. Патент РФ на изобретение №2482502 «Устройство для измерения тока в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации».26. RF patent for the invention No. 2482502 "Device for measuring current in a high voltage circuit with remote transmission of information."

27. Патент РФ на изобретение №2482503 «Устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации».27. RF patent for the invention No. 2482503 "Device for measuring voltage in a high voltage circuit with remote transmission of information."

28. Патент РФ на изобретение №2508554 «Комбинированное электрическое измерительное устройство».28. RF patent for the invention No. 2508554 "Combined electrical measuring device."

29. Патент РФ на изобретение №2516034 «Устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети».29. RF patent for the invention No. 2516034 "Device for measuring current and voltage in a high voltage network."

30. Патент РФ на изобретение №2525581 «Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале».30. RF patent for the invention No. 2525581 "Electronic sensor of current and voltage at high potential."

31. Патент РФ на изобретение №2531040 «Датчик тока изолированный».31. RF patent for the invention No. 2531040 "Isolated current sensor."

32. Патент РФ на изобретение №2555524 «Электронный трансформатор тока».32. RF patent for the invention No. 2555524 "Electronic current transformer."

33. Патент РФ на полезную модель №100284 «Устройство измерения и обработки электрических величин в цепях с полной гальванической развязкой».33. RF patent for utility model No. 100284 "Device for measuring and processing electrical quantities in circuits with full galvanic isolation."

34. Патент РФ на полезную модель №166063 «Устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети».34. RF patent for utility model No. 166063 "Device for measuring current and voltage in a high-voltage network."

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому устройству следует считать устройства, описанные в источниках [9], [29], [33] и [34].The closest in technical essence to the patented device should be considered the devices described in sources [9], [29], [33] and [34].

Эти устройства содержат первичный преобразователь тока (в частности, электромагнитный трансформатор тока или токовый шунт), первичный преобразователь напряжения (в частности, делитель напряжения), масштабирующие ток и напряжение до величин, пригодных для обработки электронными схемами, с дальнейшим кодированием сигнала аналого-цифровым преобразователем и передачей его по оптическим каналам связи (световодам) на цифро-аналоговые преобразователи, с дальнейшей выдачей аналогового масштабированного сигнала. Оптический канал связи служит гальванической развязкой, а датчик тока (трансформатор тока или токовый шунт), находящийся непосредственно около цепи, в которой происходит измерение тока, совместно с цифровой обработкой и передачей сигнала гарантирует заданную точность измерения (масштабного преобразования). Питание для работы аналого-цифрового преобразователя, находящегося на стороне потенциала цепи, в которой производится измерение, осуществляется при помощи оптических каналов связи, с преобразованием светового потока в электрический ток с помощью фотопреобразователя, или от быстронасыщающегося трансформатора тока, работающего совместно с блоком питания, или от трансформатора, работающего от тока высоковольтного делителя напряжения.These devices contain a primary current transducer (in particular, an electromagnetic current transformer or a current shunt), a primary voltage transducer (in particular, a voltage divider), scaling the current and voltage to values suitable for processing by electronic circuits, with further signal coding by an analog-to-digital converter and transmitting it via optical communication channels (optical fibers) to digital-to-analog converters, with the subsequent issuance of an analogue scaled signal. The optical communication channel serves as galvanic isolation, and the current sensor (current transformer or current shunt), located directly next to the circuit in which the current is measured, together with digital processing and signal transmission guarantees the specified measurement accuracy (scale conversion). The power for operation of an analog-to-digital converter located on the potential side of the circuit in which the measurement is carried out is carried out using optical communication channels, with the conversion of the light flux into electric current using a photoconverter, or from a rapidly saturable current transformer working in conjunction with a power supply, or from a transformer operating from the current of a high voltage voltage divider.

Недостатками указанных устройств служит:The disadvantages of these devices are:

- малый диапазон измеряемых токов - ввиду наличия электромагнитного трансформатора тока, работающего в качестве первичного преобразователя, обеспечивается измерение тока в небольшом заданном диапазоне токов - как правило, до 120% от его номинального значения тока. Трансформаторы, которые обеспечивают большие диапазоны измерения (до 40 - 60 крат от номинального значения тока), не могут выполнить измерение тока с высокой точностью при малых значениях тока (до 120% номинального);- a small range of measured currents - due to the presence of an electromagnetic current transformer operating as a primary converter, current measurement in a small specified range of currents is provided - as a rule, up to 120% of its rated current value. Transformers that provide large measuring ranges (up to 40-60 times of the nominal current value) cannot measure current with high accuracy at low current values (up to 120% of the nominal);

- невозможность работы как устройств для защиты от токов короткого замыкания (для устройств по источникам [29], [34]), ввиду того, что для устройств защиты необходимо постоянно быть в работе - даже при продолжительном отсутствии напряжения и тока в цепи, в которой производится измерение (масштабное преобразование). Аналого-цифровые преобразователи и источники питания устройств, описанные в источниках [29] и [34], при длительном отсутствии тока и напряжения в цепи не смогут быстро стартовать и передать измеренный (масштабированный) сигнал о токе в измеряемой цепи;- the inability to work as devices for protection against short circuit currents (for devices according to the sources [29], [34]), due to the fact that for protection devices it is necessary to constantly be in operation - even with a prolonged absence of voltage and current in the circuit in which measurement is performed (scale transformation). The analog-to-digital converters and power supplies of the devices described in sources [29] and [34], with a long absence of current and voltage in the circuit, will not be able to quickly start and transmit the measured (scaled) signal about the current in the measured circuit;

- излишняя сложность устройства - ввиду наличия 2-х аналого-цифровых преобразователей и 2-х цифро-аналоговых преобразователей, находящихся на стороне потенциала цепи, в которой производится измерение. При аналого-цифровом преобразовании величины напряжения на потенциале цепи, в которой производится измерение, смысл такой развязки есть (устройство по источнику [29]), а при аналого-цифровом преобразовании напряжения на стороне приборов измерения (устройство по источнику [34]) смысл двойного преобразования теряет смысл, добавляет излишнюю погрешность в измерение (масштабное преобразование) и делает устройство ненадежным ввиду его сложности. Наличие быстронасыщающегося трансформатора и блока питания в качестве источника питания для аналого-цифрового преобразователя без дополнительных источников (устройство по источнику [34]), находящегося на стороне потенциала измеряемой цепи, ограничивает измерение токов с нуля, так как быстронасыщающийся трансформатор также начинает работать с определенного минимального значения тока.- excessive complexity of the device - due to the presence of 2 analog-to-digital converters and 2 digital-to-analog converters located on the potential side of the circuit in which the measurement is made. In the case of analog-to-digital conversion of the voltage value at the potential of the circuit in which the measurement is carried out, there is a sense of such an isolation (device by source [29]), and in analog-digital conversion of voltage on the side of the measurement devices (device by source [34]), the meaning of double The conversion loses its meaning, adds an excessive error to the measurement (large-scale conversion) and makes the device unreliable due to its complexity. The presence of a rapidly saturable transformer and a power supply as a power source for an analog-to-digital converter without additional sources (device by source [34]) located on the potential side of the measured circuit limits the measurement of currents from scratch, since the fast saturable transformer also starts to work from a certain minimum current values.

Изобретением решается задача расширения диапазона измеряемых токов от нуля до 40-60 крат номинального, упрощения устройства, повышения его надежности и придания нового качества устройству - возможность работы в составе систем защиты цепи от токов короткого замыкания.The invention solves the problem of expanding the range of measured currents from zero to 40-60 times the nominal, simplifying the device, increasing its reliability and giving a new quality to the device — the ability to work as part of a circuit protection system against short circuit currents.

В качестве реализации предлагается для патентования два варианта нового устройства. Схема нового устройства, вариант 1, приведена на фиг. 1. Патентуемое устройство содержит (цифры на фиг. 1):As an implementation, two versions of the new device are proposed for patenting. The layout of the new device, option 1, is shown in FIG. 1. The patented device contains (numbers in Fig. 1):

1 - электромагнитный трансформатор тока для измерения (масштабного преобразования) тока цепи с высокой точностью в диапазоне до 120% от номинального тока;1 - electromagnetic current transformer for measuring (scale conversion) of the circuit current with high accuracy in the range up to 120% of the rated current;

2 - трансформатор тока с воздушным сердечником (пояс Роговского) или с сердечником из ферромагнетика с сосредоточенным или рассредоточенным немагнитным зазором для измерения (масштабного преобразования) тока с высокой точностью в диапазоне от 1 до 60 от номинального тока;2 - a current transformer with an air core (Rogowski belt) or with a ferromagnet core with a concentrated or dispersed non-magnetic gap for measuring (scale conversion) of current with high accuracy in the range from 1 to 60 of the rated current;

3 - аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом преобразованного сигнала, для преобразования сигнала тока в цифровой код и выдачи его в виде оптического сигнала;3 - analog-to-digital Converter with the optical output of the converted signal, for converting the current signal into a digital code and issuing it in the form of an optical signal;

4 - оптическое стеклянное волокно (оптоволоконный кабель) или оптический канал связи для обеспечения гальванической развязки;4 - optical glass fiber (fiber optic cable) or optical communication channel to provide galvanic isolation;

5 - блок питания для обеспечения стабилизированным напряжением аналого-цифрового преобразователя с оптическим выходом;5 - power supply to provide a stabilized voltage analog-to-digital Converter with optical output;

6 - фотопреобразователь для преобразования светового потока, направленного с другой стороны гальванической развязки, в электрическую энергию и подачи ее на блок питания;6 - a photoconverter for converting the light flux directed on the other side of the galvanic isolation into electrical energy and supplying it to the power supply;

7 - излучатель светового потока, для создания светового потока;7 - emitter of light flux, to create a light flux;

8 - световоды для передачи светового потока на сторону потенциала цепи, в которой производится измерение, и создания гальванической развязки;8 - optical fibers for transmitting the light flux to the potential side of the circuit in which the measurement is made, and creating a galvanic isolation;

9 - цифро-аналоговый преобразователь с оптическим входом;9 - digital-to-analog converter with optical input;

10 - делитель напряжения;10 - voltage divider;

11 - устройство согласования выхода с трансформаторной гальванической развязкой.11 - output matching device with transformer galvanic isolation.

Взамен комплекса устройств, передающих энергию для питания аналого-цифрового преобразователя на стороне потенциала цепи, в которой производится измерение (фотопреобразователь 6, излучатель светового потока 7 и световоды для передачи светового потока 8) также может быть применена не менее эффективная схема с передачей энергии через переменное синусоидальное магнитное поле взаимосвязанных индуктивных катушек, настроенных в резонанс.Instead of a set of devices that transmit energy to power an analog-to-digital converter on the potential side of the circuit in which the measurement is performed (photoconverter 6, light emitter 7 and light guides for transmitting light flux 8), a no less efficient circuit with energy transfer through an alternating current can also be applied sinusoidal magnetic field of interconnected inductive coils tuned to resonance.

Схема устройства, вариант 2, с передачей энергии через переменное синусоидальное магнитное поле взаимосвязанных индуктивных катушек, настроенных в резонанс, приведена на фиг. 2.The device diagram, option 2, with energy transfer through an alternating sinusoidal magnetic field of interconnected inductive coils tuned to resonance, is shown in FIG. 2.

Устройство содержит (цифры на фиг. 2):The device contains (numbers in Fig. 2):

1 - электромагнитный трансформатор тока для измерения (масштабного преобразования) тока цепи с высокой точностью в диапазоне до 120% от номинального тока;1 - electromagnetic current transformer for measuring (scale conversion) of the circuit current with high accuracy in the range up to 120% of the rated current;

2 - трансформатор тока с воздушным сердечником (пояс Роговского) или с сердечником из ферромагнетика с сосредоточенным или рассредоточенным зазором для измерения (масштабного преобразования) тока цепи с высокой точностью в диапазоне от 1 до 60 от номинального тока;2 - a current transformer with an air core (Rogowski belt) or with a ferromagnet core with a concentrated or dispersed gap for measuring (scale conversion) of the circuit current with high accuracy in the range from 1 to 60 of the rated current;

3 - аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом преобразованного сигнала для преобразования сигнала тока в цифровой код и выдачи его в виде оптического сигнала;3 - analog-to-digital Converter with the optical output of the converted signal to convert the current signal into a digital code and output it in the form of an optical signal;

4 - оптическое стеклянное волокно (оптоволоконный кабель) или оптический канал связи для обеспечения гальванической развязки; 4 - optical glass fiber (fiber optic cable) or optical communication channel to provide galvanic isolation;

5 - блок питания для обеспечения стабилизированным напряжением аналого-цифрового преобразователя с оптическим выходом;5 - power supply to provide a stabilized voltage analog-to-digital Converter with optical output;

9 - цифро-аналоговый преобразователь с оптическим входом;9 - digital-to-analog converter with optical input;

10 - делитель напряжения;10 - voltage divider;

11 - устройство согласования выхода с трансформаторной гальванической развязкой;11 - device matching output with transformer galvanic isolation;

12 - приемная катушка, расположенная на потенциале цепи;12 - receiving coil located on the potential of the circuit;

13 - катушка передачи энергии, расположенная на потенциале выходов;13 - power transmission coil located on the potential of the outputs;

14 - генератор для создания резонансной частоты, при котором система передачи энергии будет работать с максимальным КПД.14 - generator to create a resonant frequency at which the energy transfer system will work with maximum efficiency.

Введением для первичного преобразования тока трансформатора тока и трансформатора тока с воздушным сердечником (пояс Роговского) или с сердечником из ферромагнетика с сосредоточенным или рассредоточенным зазором позволит измерять (масштабировать) токи как в нормальном диапазоне (от 1 до 120% номинального значения), так и токи короткого замыкания (до 40-60 крат номинального значения), а использование системы передачи энергии через гальваническую развязку (устройство вариант 1) или через переменное магнитное поле (устройство вариант 2), придает устройству совершенно новое качество - работа в качестве первичного датчика для комплексов защиты от токов короткого замыкания. Кроме этого, устранение одного аналого-цифрового и одного цифро-аналогового преобразователей, быстро-насыщающегося трансформатора упрощает устройство и тем самым повышается его надежность.By introducing a current transformer and a current transformer with an air core (Rogowski belt) or with a ferromagnet core with a concentrated or dispersed gap for primary current conversion, it will be possible to measure (scale) currents in the normal range (from 1 to 120% of the nominal value) and currents short circuit (up to 40-60 times the nominal value), and the use of an energy transmission system through galvanic isolation (device option 1) or through an alternating magnetic field (device option 2), gives Device completely new quality - work as a primary sensor for the protection systems from short circuit currents. In addition, the elimination of one analog-to-digital and one digital-to-analog converters, a rapidly saturable transformer simplifies the device and thereby increases its reliability.

Патентуемое устройство, вариант 1 и вариант 2 работает следующим образом (фиг. 1 и фиг. 2). При протекании измеряемого тока через трансформатор тока 1 и одновременно через трансформатор тока с воздушным сердечником 2 происходит масштабное преобразование тока, сигнал от преобразования передается в аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом 3. В аналого-цифровом преобразователе 3 сигнал масштабирования тока преобразуется в цифровую форму и переводится в оптический вид, и по оптическому стеклянному волокну (оптоволоконному кабелю), или оптическому каналу связи 4 передается в цифро-аналоговый преобразователь с оптическим входом 9, где сигнал принимается в оптической форме, преобразуется в электрический и расшифровывается, преобразуется в аналоговый вид, идентичный исходному сигналу тока с определенным коэффициентом масштабирования. Измерение напряжения происходит делителем напряжения 10, на выходе которого имеется сигнал, идентичный исходному сигналу напряжения, с определенным коэффициентом масштабирования. Для неизменности коэффициента масштабирования напряжения в зависимости от нагрузки, между высокоомным делителем напряжения 10 и выходной цепью вводится устройство согласования выхода с трансформаторной гальванической развязкой 11, которое представляет собой высокоточный аналоговый усилитель напряжения с трансформаторным выходом, у которого входное сопротивление неизменно от выходной нагрузки, что не изменяет сопротивление и емкость нижнего плеча делителя напряжения 10, и тем самым обеспечивает неизменность коэффициента масштабирования напряжения. Питание аналого-цифрового преобразователя с оптическим выходом 3 осуществляется в двух вариантах патентуемого устройства по разному.The patented device, option 1 and option 2 works as follows (Fig. 1 and Fig. 2). When the measured current flows through current transformer 1 and simultaneously through a current transformer with an air core 2, a large-scale current conversion occurs, the signal from the conversion is transmitted to an analog-to-digital converter with optical output 3. In analog-to-digital converter 3, the current scaling signal is converted to digital form and is converted into an optical form, and transmitted via optical glass fiber (fiber optic cable), or optical communication channel 4 to a digital-to-analog converter with optical Kim inlet 9, wherein the signal is received in an optical form, is converted into an electrical and decrypted, converted to analog form, identical to the original current signal with a particular scaling factor. The voltage is measured by a voltage divider 10, at the output of which there is a signal identical to the original voltage signal, with a certain scaling factor. For the voltage scaling coefficient to be unchanged depending on the load, an output matching device with transformer galvanic isolation 11 is introduced between the high-resistance voltage divider 10 and the output circuit, which is a high-precision analog voltage amplifier with a transformer output, whose input resistance is constant from the output load, which is not changes the resistance and capacitance of the lower arm of the voltage divider 10, and thereby ensures the stability of the scale factor voltage. The power of the analog-to-digital Converter with optical output 3 is carried out in two versions of the patented device in different ways.

В варианте 1 устройства питание осуществляется от блока питания 5 с фотопреобразователем 6, который представляет собой маломощную солнечную батарею, на который направлен световой поток через световоды 8 от излучателя светового потока 7, представляющего собой несколько сверх ярких светодиодов. Световоды 8 выполнены из непроводящего материала, и тем самым обеспечивают гальваническую развязку цепей питания и цепью, в которой происходит измерение. В источнике [9] описана практическая реализация этого метода передачи энергии с положительными результатами - для питания аналого-цифрового преобразователя достаточно мощности сверх ярких светодиодов суммарной мощностью 3 Вт, что является достойным результатом.In embodiment 1 of the device, the power is supplied from a power supply unit 5 with a photoconverter 6, which is a low-power solar battery, to which the light flux is directed through the light guides 8 from the light flux emitter 7, which is several super bright LEDs. The optical fibers 8 are made of non-conductive material, and thereby provide galvanic isolation of the power circuits and the circuit in which the measurement takes place. The source [9] describes the practical implementation of this method of energy transfer with positive results - to power an analog-to-digital converter, enough power over bright LEDs with a total power of 3 W, which is a worthy result.

В варианте 2 устройства питание аналого-цифрового преобразователя 3 осуществляется от блока питания 5 с приемной катушкой 12. В катушке 12 напряжение индуцируется переменным магнитным полем, создаваемым катушкой передачи энергии 13, находящейся на потенциале цепей выхода. Ввиду наличия расстояния между приемной катушкой 12 и катушкой передачи энергии 13 создается гальваническая развязка между цепью, в которой производится измерение, и цепями выхода. Дополнительно, для более эффективной передачи энергии, для питания катушки передачи энергии 13 в систему передачи энергии введен генератор для создания резонансной частоты 14, при котором система передачи энергии через катушки будет работать с максимальным КПД.In embodiment 2 of the device, the analog-to-digital converter 3 is powered from the power supply 5 with the receiving coil 12. In the coil 12, the voltage is induced by an alternating magnetic field created by the energy transfer coil 13 located on the potential of the output circuits. Due to the distance between the receiving coil 12 and the energy transfer coil 13, a galvanic isolation is created between the measurement circuit and the output circuits. Additionally, in order to transfer energy more efficiently, to power the energy transfer coil 13, a generator has been introduced into the energy transfer system to create a resonant frequency 14, at which the energy transfer system through the coils will operate with maximum efficiency.

В результате создано устройство, обладающее новым качеством - возможностью работы в составе систем защиты цепи от токов короткого замыкания, расширен диапазон измеряемых токов, устройство является более простым и надежным по сравнению с аналогами.As a result, a device was created that has a new quality - the ability to work as part of a circuit protection system against short-circuit currents, the range of measured currents has been expanded, the device is simpler and more reliable than analogs.

Claims (1)

Устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой, содержащее электромагнитный трансформатор тока и аналого-цифровой преобразователь на потенциале цепи, в которой производится измерение, цифро-аналоговый преобразователь на стороне цепей выхода, делитель напряжения, отличающееся тем, что совместно с электромагнитным трансформатором тока применяется трансформатор тока с воздушным сердечником, или с ферромагнитным сердечником с сосредоточенным или рассредоточенным немагнитным зазором, а питание аналого-цифрового преобразователя на потенциале цепи, в которой производится измерение, производится либо от фотопреобразователя, получающего световой поток от излучателя светового потока, находящегося на стороне потенциала цепей выхода, либо от катушки с индуцированным напряжением, находящейся на потенциале цепи, в которой производится измерение, от переменного магнитного поля, создаваемого катушкой, находящейся на стороне потенциала цепей выхода, а измерение напряжения производится делителем напряжения, имеющего выводы низковольтного плеча в сторону потенциала цепей выхода, с включенным между делителем напряжения и выходом высокоточным аналоговым усилителем напряжения.An alternating current and voltage measuring device with galvanic isolation, containing an electromagnetic current transformer and an analog-to-digital converter on the potential of the circuit in which the measurement is made, a digital-to-analog converter on the side of the output circuits, a voltage divider, characterized in that it is used together with an electromagnetic current transformer current transformer with an air core, or with a ferromagnetic core with a concentrated or dispersed non-magnetic gap, and power supply a digital converter on the potential of the circuit in which the measurement is carried out, is either from a photoconverter receiving the light flux from the emitter of the light flux located on the side of the potential of the output circuits, or from a coil with an induced voltage located on the potential of the circuit in which the measurement is made, from alternating the magnetic field created by the coil located on the potential side of the output circuits, and the voltage measurement is performed by a voltage divider having low-voltage output leads and potential side output circuits connected between a voltage divider output and a high-precision analog voltage amplifier.
RU2017112478A 2017-04-11 2017-04-11 Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution RU2648020C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112478A RU2648020C1 (en) 2017-04-11 2017-04-11 Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112478A RU2648020C1 (en) 2017-04-11 2017-04-11 Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2648020C1 true RU2648020C1 (en) 2018-03-21

Family

ID=61708027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017112478A RU2648020C1 (en) 2017-04-11 2017-04-11 Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2648020C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU205413U1 (en) * 2020-11-01 2021-07-13 Алексей Витальевич Русскин AC current measuring device
CN113628863A (en) * 2021-08-12 2021-11-09 德清盖格电子有限公司 Zero sequence current transformer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5844409A (en) * 1993-10-01 1998-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for measuring an electric current with two light signals propagating in opposite directions, using the Faraday effect
RU111679U1 (en) * 2011-05-20 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Профессиональная линия" ELECTRIC FIELD TENSION MEASUREMENT DEVICE
US20130128396A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-23 Metroic Limited Current measurement
RU166063U1 (en) * 2016-05-10 2016-11-10 Общество с ограниченной ответственностью"АЙ-ТОР" DEVICE FOR CURRENT AND VOLTAGE MEASUREMENTS IN A HIGH VOLTAGE NETWORK

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5844409A (en) * 1993-10-01 1998-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for measuring an electric current with two light signals propagating in opposite directions, using the Faraday effect
RU111679U1 (en) * 2011-05-20 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Профессиональная линия" ELECTRIC FIELD TENSION MEASUREMENT DEVICE
US20130128396A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-23 Metroic Limited Current measurement
RU166063U1 (en) * 2016-05-10 2016-11-10 Общество с ограниченной ответственностью"АЙ-ТОР" DEVICE FOR CURRENT AND VOLTAGE MEASUREMENTS IN A HIGH VOLTAGE NETWORK

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU205413U1 (en) * 2020-11-01 2021-07-13 Алексей Витальевич Русскин AC current measuring device
CN113628863A (en) * 2021-08-12 2021-11-09 德清盖格电子有限公司 Zero sequence current transformer
CN113628863B (en) * 2021-08-12 2023-01-13 德清盖格电子有限公司 Zero sequence current transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10317433B2 (en) Optoelectric measuring device and method for measuring an electrical current
EP2116854B1 (en) Active current sensor and current measuring device
RU2648020C1 (en) Device for measuring ac voltage and voltage with galvanic distribution
US6437554B1 (en) High current measurement system incorporating an air-core transducer
DK200600285U3 (en) EL meter with switch mode power supply
CN104880686B (en) A kind of portable electronic piece formula current transformer calibration device and method
Djokic et al. An optically isolated hybrid two-stage current transformer for measurements at high voltage
Zhang et al. Design and test of a new high-current electronic current transformer with a Rogowski coil
Kirkham Current measurement methods for the smart grid
CN210090656U (en) Current standard device based on quantum precision measurement
RU2365922C1 (en) Optical-electronic current sensor
RU166063U1 (en) DEVICE FOR CURRENT AND VOLTAGE MEASUREMENTS IN A HIGH VOLTAGE NETWORK
WO2019160437A1 (en) Combined current and voltage transformer
RU198991U1 (en) NON-INVASIVE DEVICE FOR REMOTE CONVERSION OF CURRENT AND VOLTAGE IN A HIGH-VOLTAGE NETWORK
RU2678330C1 (en) Currents in the high-voltage oil-filled transformers, auto-transformers or electrical reactors windings measuring device
RU152974U1 (en) HIGH VOLTAGE DIGITAL CURRENT MEASUREMENT DEVICE
RU150386U1 (en) HIGH VOLTAGE DIGITAL CURRENT MEASUREMENT DEVICE
RU182715U1 (en) COMBINED CURRENT AND VOLTAGE TRANSFORMER
Ghosh et al. Development of a fiber-optic current sensor with range-changing facility using shunt configuration
RU162879U1 (en) AC METER
Gallo et al. Electronic instrument transducer for MV networks with fiber optic insulation
RU170116U1 (en) HIGH VOLTAGE DIGITAL CURRENT MEASUREMENT DEVICE
CN110581007A (en) Novel zero magnetic flux wide-range current transformer device
Houtzager et al. Compact distributed digitizers with metrological precision
RU2624977C1 (en) High voltage network converter and voltage in digital code