RU2690860C1 - Устройство и способ измерения высокого напряжения - Google Patents

Устройство и способ измерения высокого напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2690860C1
RU2690860C1 RU2018122866A RU2018122866A RU2690860C1 RU 2690860 C1 RU2690860 C1 RU 2690860C1 RU 2018122866 A RU2018122866 A RU 2018122866A RU 2018122866 A RU2018122866 A RU 2018122866A RU 2690860 C1 RU2690860 C1 RU 2690860C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
measuring
transformer
circuit
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2018122866A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
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 Дмитрий Валерьевич Хачатуров filed Critical Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority to RU2018122866A priority Critical patent/RU2690860C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2690860C1 publication Critical patent/RU2690860C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04Voltage dividers
    • 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
    • G01R19/252Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with conversion of voltage or current into frequency and measuring of this frequency
    • H02J5/005
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30Delta-sigma modulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к измерительным устройствам высокого напряжения в цепях питания и управления промышленного оборудования. Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что измерительная схема и схема питания устройства измерения высокого напряжения разделены высоковольтным высокочастотным трансформатором и заключены в общем изоляционном корпусе. Схема питания содержит генератор переменного напряжения, связанный с первичной обмоткой высоковольтного высокочастотного трансформатора, и стабилизатор напряжения, при этом измерительная схема содержит делитель напряжения с выводами для каждой фазы, которые помещены в изоляционные трубки. Также измерительная схема содержит микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, связанный с вторичной обмоткой высоковольтного высокочастотного трансформатора. При этом микроконтроллер связан с устройством обработки данных посредством оптической линии связи. Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного решения, является уменьшение габаритов, упрощение конструкции, повышение эффективности изоляции и охлаждения элементов конструкции устройства измерения высокого напряжения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники в частности к измерительным устройствам высокого напряжения в цепях питания и управления промышленного оборудования.
Измерение высоких напряжений является одной из основных задач при эксплуатации высоковольтного оборудования. Сложность измерения высоких напряжений обусловлена тем, что на точность измерения оказывают влияние факторы, имеющие сложные и случайные зависимости от частоты, напряжения, тепловых явлений и внешних условий.
Известны устройства для измерения напряжения в линиях электропередачи сети электропитания с переменным напряжением. В некоторых вариантах реализации в таких устройствах применяются измерительные трансформаторы для преобразования переменного сетевого напряжение в более низкое переменное напряжение для гарантирования гальванической развязки самого измерительного прибора от сети электропитания и получения напряжения, используемого измерительными устройствами.
Основным недостатком данного способа является то, что измерительные трансформаторы работаю только с переменным напряжением, а также являются дорогостоящими и имеют значительные габариты, в трехфазных сетях необходимо использовать указанный трансформатор для каждой фазы, что в условиях ограниченного пространства шкафа электротехнического устройства существенно влияет на эргономические показатели устройства.
Одним из способов устранения указанных недостатков, является изготовление прибора для измерения напряжения, который измеряет собственное сетевое напряжение с применением микропроцессорного контроллера с аналого-цифровым преобразователем и трансформатора, входящего в состав измерительного прибора с функцией питания его элементов.
Из патента на изобретение № RU 2584177 от 20.05.2016 известен способ и устройство измерения высокого переменного напряжения, согласно которому измерительное устройство с гальванической развязкой для измерения переменного напряжения содержит измерительную схему, имеющую микроконтроллер, схему питания, которая может осуществлять питание измерительной схемы, трансформатор (T), имеющий первичную обмотку, питаемую при помощи сетевого синусоидального напряжения (U1) и соединенную с линией электропередачи, и вторичную обмотку. Вторичная обмотка соединена с измерительной схемой и со схемой питания. Схема питания и измерительная схема содержат соответственно первый и второй двухполупериодные выпрямительные элементы, отличающиеся друг от друга. Второй выпрямительный элемент сконфигурирован так, чтобы не создавать влияний нагрузки на вторичную обмотку трансформатора (T).
К недостатком, описанного технического решения, можно отнести, сниженную скорость передачи сигналов. Возможность измерения только переменного напряжения, а также использование в конструкции устройства стандартного трансформатора, что может привести к увеличению габаритов устройства и неточностям в измерении связанными с конструктивными особенностями трансформаторов. Также данное устройство не позволяет измерять напряжения турбинного вращения после отключения питающего напряжения.
Из патента на изобретение № RU 2516034 от 08.10.2012 МПК G01R 19/25 известно устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети. Описанное устройство содержит изоляционную конструкцию, первичный масштабный преобразователь тока, первичный масштабный преобразователь напряжения (высокоомный делитель напряжения), аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом, световод, приёмное устройство, блок питания, быстронасыщающийся трансформатор тока с дополнительной обмоткой, триггерное устройство. В запатентованном устройстве питание компонентов, находящихся на высоком потенциале сети реализовано от быстронасыщающегося трансформатора тока, включенного в высоковольтную сеть. Быстронасыщающийся трансформатор тока содержит дополнительную обмотку, подключаемую при отсутствии тока в высоковольтной сети триггерным устройством между высоковольтной сетью и делителем напряжения.
К недостаткам технического решения можно отнести увеличенные габариты устройства и сложность конструкции, также в данном изобретении не компенсируется погрешность, вносимая схемой питания, обусловленная включением в цепь делителя напряжения дополнительно первичной обмотки трансформатора, на которой падает часть измеряемого напряжения. Кроме того, коммутатор, подключающий обмотку трансформатора в цепь делителя напряжения, не обладает высокой надежностью. Также данное устройство не позволяет измерять напряжения турбинного вращения после отключения питающего напряжения.
Из патента на изобретение № RU2624977 от 11.04.2017, МПК G01R 19/25 известен преобразователь тока и напряжения, который содержит опорный изолятор, измерительный модуль в состав которого входят первичный масштабный преобразователь тока, делитель напряжения, блок измерительного преобразователя, включающий аналого-цифровой преобразователь и оптический коммуникационный модуль, волоконно-оптическую линию передачи, дополнительный датчик тока, приемное коммуникационное устройство, блок питания и трансформатор питания с дополнительной вторичной обмоткой.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести сложность конструкции за счет использования измерительного и питающего трансформатора, что также влечет за собой увеличение габаритов устройства. Также данное устройство не позволяет измерять напряжения турбинного вращения после отключения питающего напряжения.
Технической задачей, на решений которой направлено заявляемое техническое решения является создание устройства измерения высокого напряжения с возможностью измерения линейных и фазных напряжений, постоянного и переменного напряжения в широком диапазоне частот, с эффективной изоляцией устройства и входных контактов делителя друг от друга и от корпуса шкафа.
Технический результат, достигнутый от реализации изобретения заключается в:
-уменьшении габаритов устройства и упрощении его конструкции;
-повышении эффективности изоляции и охлаждения элементов конструкции устройства измерения высокого напряжения;
-повышении функциональности за счет обеспечения измерения линейных и фазных напряжений, постоянного и переменного напряжения в широком диапазоне частот;
-повышении точности и скорости выполнения измерений и передачи информации, посредством применения 16-розрядного микропроцессора с АЦП и оптико-волоконной линии связи с устройством обработки данных.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что измерительная схема и схема питания устройства измерения высокого напряжения, разделены высоковольтным высокочастотным трансформатором и заключены в общем изоляционном корпусе. Схема питания содержит, генератор переменного напряжения, связанный с первичной обмоткой высоковольтного высокочастотного трансформатора, при этом измерительная схема, содержит делитель напряжения с выводами для каждой фазы, которые помещены в изоляционные трубки. Также измерительная схема содержит микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, связанный с вторичной обмоткой высоковольтного высокочастотно трансформатора. При этом микроконтроллер связан с устройством обработки данных посредством оптической линии связи.
Согласно описанного варианту реализации изобретения, высоковольтный высокочастотный трансформатор содержит ферритовый сердечник вторичную и первичную обмотки, причем вторичная обмотка выполнена в виде витка высоковольтного кабеля с изоляцией, формирующего защитный экран, разделяющий питающую и измерительную схемы.
Установленный в устройстве микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем содержит цифровой компаратор, выполненный с возможностью определения частоты турбинного вращения двигателя при его отключении от питающего напряжения.
Сущность заявляемого изобретения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 – общий вид устройства измерения высокого напряжения;
фиг.2 – общий вид устройства измерения высокого напряжения в изоляционном корпусе;
фиг.3 – высоковольтный высокочастотный трансформатор.
фиг.4 – функциональная электрическая схема устройства измерения высокого напряжения.
Измерение высокого напряжения необходимо в процессе эксплуатации сетей высоких напряжений для целей измерения мощности, для обеспечения работы защит и регистрации перенапряжений.
В одном из возможных вариантов реализации настоящего изобретения, устройство измерения высокого напряжения устанавливается в станциях управления электропогружными насосными установками.
Согласно предпочтительному варианту реализации устройство измерения высокого напряжения (фиг.1, 2) конструктивно выполнено в компактном изоляционном корпусе 1, преимущественно прямоугольной формы, с монтажными кронштейнами 2. На общем основании 3 установлена печатная плата 4 с размещенными в ее приделах высоковольтным высокочастотным трансформатором 5, обеспечивающим гальваническою развязку измерительной схемы 6 (фиг.4) и схемы питания 7. Также на общем основании 3 установлены элементы омического делителя напряжения 8, выводы 9 которого помещены в изоляционные трубки 10.
Схема питания 7 содержит генератор переменного напряжения 11, высоковольтный высокочастотный трансформатор 5 и стабилизатор напряжения 13, через который осуществляется питание элементов измерительной схемы 6, содержащей делитель напряжения 8 с выводами для каждой фазы, которые помещены в изоляционные трубки 10 (фиг.1,2), блок 14 предварительной обработки аналогового сигнала, а также микроконтроллер 15 со встроенным аналого-цифровым преобразователем, связанный с вторичной обмоткой 16 высоковольтного высокочастотно трансформатора 5, при этом микроконтроллер 15 связан посредством оптического приемопередатчика 23 и оптической линии связи 17 (фиг.3) с формирователем сигнала турбинного вращения 24, кроме того информацию об измеренном напряжении можно передать посредством оптического приемопередатчика 18 на внешнее устройство обработки.
Устройством обработки данных в одном из возможных вариантов реализации изобретения может быть представлено в виде микропроцессорного контроллера.
Микроконтроллер 15 со встроенным аналого-цифровым преобразователем содержит цифровой компаратор, обеспечивающий возможность определения частоты турбинного вращения двигателя при его отключении от питающего напряжения.
Также согласно заявляемому изобретению высоковольтный высокочастотный трансформатор 5 содержит ферритовый сердечник 20 с первичной обмоткой, установленный на печатной плате 4, причем вторичная обмотка 16 трансформатора выполнена в виде витка высоковольтного кабеля в изоляции 21, формирующего защитный экран 22 (фиг.3) от высокого напряжения, разделяющий питающую 7 и измерительную 6 схемы.
Основанный на использовании описанного технического решения способ измерения высокого напряжения заключается в том, что в пределах изоляционного корпуса измерительного устройства устанавливают схему питания с измерительной схемой.
Посредством высоковольтного высокочастотного трансформатора обеспечивают гальваническую развязку и питание измерительной схемы 6, содержащей микроконтроллер 15 со встроенным АЦП, блок предварительной обработки аналогового сигнала 14, связанный с делителем напряжения 8.
Высоковольтный высокочастотный трансформатор 5 устанавливают в пределах печатной платы помещенной в изоляционном корпусе измерительного устройства. При этом вторичную обмотку выполняют в виде витка высоковольтного кабеля в изоляции, посредством чего формируют защитный экран, разделяющий питающую и измерительную схемы.
В питающей схеме 7 преобразуют постоянное напряжение в переменное, посредством генератора 11 фиг.4 Переменное напряжение, связанное с первичной обмоткой 12 трансформатора 5, гальванически развязано со вторичной обмоткой трансформатора подключенной через стабилизатор 13 к измерительной схеме 7. В измерительной схеме входное напряжение уменьшают до требуемого, для АЦП уровня, посредством делителя напряжения 8. После чего, посредством микроконтроллера 15 со встроенным АЦП выполняют фильтрацию и оцифровку входного сигнала и посредством оптического приемопередатчика 18 оптической линии связи, передают сформированный цифровой сигнал устройству обработки данных.
Также посредством заявляемого технического решения определяют частоту турбинного вращения двигателя при отключении двигателя от питающего напряжения.
Заявляемое техническое решение способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая уменьшение габаритов устройства и упрощение его конструкции, а также повышение функциональности устройства, обеспечивая повышение скорости и точности измерений.

Claims (6)

1. Устройство измерения высокого напряжения с гальванической развязкой, содержащее измерительную схему с микроконтроллером, схему питания с трансформатором, с первичной обмоткой, питаемой от генератора переменного напряжения, и вторичной обмоткой, питающей измерительную схему, отличающееся тем, что измерительная схема и схема питания разделены высоковольтным высокочастотным трансформатором, установленным в пределах печатной платы, помещенной в изоляционный корпус, схема питания содержит генератор переменного напряжения, связанный с первичной обмоткой высоковольтного высокочастотного трансформатора, при этом измерительная схема содержит делитель напряжения с выводами для каждой фазы, которые помещены в изоляционные трубки, а также микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), связанный с вторичной обмоткой высоковольтного высокочастотного трансформатора, при этом микроконтроллер связан с устройством обработки данных посредством оптической линии связи.
2. Устройство измерения высокого напряжения по п.1, отличающееся тем, что высоковольтный высокочастотный трансформатор содержит ферритовый сердечник вторичную и первичную обмотки, причем вторичная обмотка выполнена в виде витка высоковольтного кабеля в изоляции, формирующего защитный экран, разделяющий питающую и измерительную схемы.
3. Устройство измерения высокого напряжения по п.1, отличающееся тем, что микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем содержит цифровой компаратор и выполнен с возможностью определения частоты турбинного вращения двигателя при его отключении от питающего напряжения.
4. Способ измерения высокого напряжения, согласно которому измерения выполняют посредством устройства, содержащего измерительную схему с микроконтроллером, схему питания с трансформатором с первичной обмоткой, питаемой от генератора переменного напряжения, и вторичной обмоткой, обеспечивающей питание измерительной схемы, отличающийся тем, что посредством высоковольтного высокочастотного трансформатора обеспечивают гальваническую развязку и питание измерительной схемы, содержащей микроконтроллер со встроенным АЦП, блок предварительной обработки аналогового сигнала, связанный с делителем напряжения, при этом в схеме питания преобразуют входное постоянное напряжение в переменное посредством генератора переменного напряжения, связанного с первичной обмоткой трансформатора, переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора гальванически развязано со вторичной обмоткой трансформатора, которую подключают через стабилизатор к измерительной схеме, где входное напряжение уменьшают до требуемого для АЦП уровня посредством делителя напряжения с последующей фильтрацией и оцифровкой полученного сигнала микроконтроллером со встроенным АЦП и передачей сформированного цифрового сигнала устройству обработки данных по оптической линии связи.
5. Способ измерения высокого напряжения по п.4, отличающийся тем, что определяют частоту турбинного вращения двигателя при отключении от питающего напряжения посредством цифрового компаратора встроенного в микроконтроллер.
6. Способ измерения высокого напряжения по п.4, отличающийся тем, что высоковольтный высокочастотный трансформатор устанавливают в пределах печатной платы, помещенной в изоляционном корпусе измерительного устройства, при этом вторичную обмотку выполняют в виде витка высоковольтного кабеля в изоляции, посредством чего формируют защитный экран, разделяющий питающую и измерительную схемы.
RU2018122866A 2018-06-23 2018-06-23 Устройство и способ измерения высокого напряжения RU2690860C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122866A RU2690860C1 (ru) 2018-06-23 2018-06-23 Устройство и способ измерения высокого напряжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122866A RU2690860C1 (ru) 2018-06-23 2018-06-23 Устройство и способ измерения высокого напряжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690860C1 true RU2690860C1 (ru) 2019-06-06

Family

ID=67037847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122866A RU2690860C1 (ru) 2018-06-23 2018-06-23 Устройство и способ измерения высокого напряжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690860C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU111680U1 (ru) * 2011-05-20 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Профессиональная линия" Устройство для измерения напряжения на высоковольтных линиях электропередач
CN102749542B (zh) * 2012-07-17 2014-06-18 江苏中凌高科技有限公司 一种基于双速率双量程采样的电能质量监测装置
WO2014159995A1 (en) * 2013-03-14 2014-10-02 Cooper Technologies Company Systems and methods for energy harvesting and current and voltage measurements
RU2584177C2 (ru) * 2011-01-31 2016-05-20 Эливэлл Контролс С.Р.Л. Кон Унико Сочо Способ и устройство для измерения переменного напряжения
RU166063U1 (ru) * 2016-05-10 2016-11-10 Общество с ограниченной ответственностью"АЙ-ТОР" Устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети
US9678114B2 (en) * 2009-04-16 2017-06-13 Panoramic Power Ltd. Apparatus and methods thereof for error correction in split core current transformers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9678114B2 (en) * 2009-04-16 2017-06-13 Panoramic Power Ltd. Apparatus and methods thereof for error correction in split core current transformers
RU2584177C2 (ru) * 2011-01-31 2016-05-20 Эливэлл Контролс С.Р.Л. Кон Унико Сочо Способ и устройство для измерения переменного напряжения
RU111680U1 (ru) * 2011-05-20 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Профессиональная линия" Устройство для измерения напряжения на высоковольтных линиях электропередач
CN102749542B (zh) * 2012-07-17 2014-06-18 江苏中凌高科技有限公司 一种基于双速率双量程采样的电能质量监测装置
WO2014159995A1 (en) * 2013-03-14 2014-10-02 Cooper Technologies Company Systems and methods for energy harvesting and current and voltage measurements
RU166063U1 (ru) * 2016-05-10 2016-11-10 Общество с ограниченной ответственностью"АЙ-ТОР" Устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3030913A1 (en) Monitoring high voltage bushings safely
RU2007102048A (ru) Способ и устройство для измерения электрического напряжения на устройстве выключения электропитания
KR20080010312A (ko) 고전압 라인에 의해 레일 견인 장치에 공급되는 전기에너지를 측정하기 위한 장치
RU119120U1 (ru) Устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации
RU2690860C1 (ru) Устройство и способ измерения высокого напряжения
RU2578726C1 (ru) Способ определения фазного напряжения, поверхностного сопротивления и тока утечки линейного подвесного изолятора воздушной линии электропередач и устройство для его осуществления
KR101971180B1 (ko) 독립 전원형 절연 기능을 갖는 원격단말유닛
RU2525581C1 (ru) Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале
RU196893U1 (ru) Цифровой трансформатор тока и напряжения
Möller et al. Development of a test bench to investigate the breakdown voltage of insulation oil in a frequency range between 1 kHz and 10 kHz
RU121594U1 (ru) Устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации
UA122255C2 (ru) Устройство и способ измерения высокого напряжения
WO2019160437A1 (ru) Трансформатор тока и напряжения комбинированный
RU182715U1 (ru) Трансформатор тока и напряжения комбинированный
RU150386U1 (ru) Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока
RU2482502C1 (ru) Устройство для измерения тока в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации
RU170116U1 (ru) Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока
RU218569U1 (ru) Устройство мониторинга температуры элементов электроэнергетических устройств, находящихся под высоким напряжением 6-10-35 кВ
JP3390691B2 (ja) 電流測定装置
RU2482503C1 (ru) Устройство для измерения напряжения в высоковольтной цепи с дистанционной передачей информации
RU162879U1 (ru) Измеритель переменного тока
RU152524U1 (ru) Устройство для определения участка повреждения воздушных линий электропередач
RU150093U1 (ru) Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока
RU159201U1 (ru) Высоковольтное комбинированное цифровое устройство для измерения тока и напряжения
CN210270121U (zh) 一种绕组股间短路测试系统