RU2797293C1 - Device for measuring current, voltage in the transmission line - Google Patents

Device for measuring current, voltage in the transmission line Download PDF

Info

Publication number
RU2797293C1
RU2797293C1 RU2022120984A RU2022120984A RU2797293C1 RU 2797293 C1 RU2797293 C1 RU 2797293C1 RU 2022120984 A RU2022120984 A RU 2022120984A RU 2022120984 A RU2022120984 A RU 2022120984A RU 2797293 C1 RU2797293 C1 RU 2797293C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
transmission line
voltage
toroidal coil
resonant system
Prior art date
Application number
RU2022120984A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Семенович Шилин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Application granted granted Critical
Publication of RU2797293C1 publication Critical patent/RU2797293C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering; accelerator technology; electronics; plasma physics; radio engineering.
SUBSTANCE: invention is intended for measuring pulsed currents, voltages in forming and transmitting lines, and can be mainly used to measure their amplitudes. In addition, the invention can be used to measure frequency, determine the presence of electromagnetic energy in transmission lines and to create sensors for currents, voltages of harmonic signals or pulse trains without breaking the line or where a beam of charged particles propagates or a plasma column is located. This technical result is achieved by the fact that in the device for measuring current, voltage in the transmission line, which is a closed toroidal coil, the leads of which are connected to the load, from which useful information is taken, and the current-carrying wire of the transmission line passes through the toroidal coil, where it is necessary to measure the current, consisting of at least one current-carrying conductor and one return current conductor. According to the invention, the toroidal coil covers the entire transmission line, including both the current-carrying wire and the return current conductor, the conclusions of the toroidal coil and the load are connected to the resonant system, the location and parameters of the resonant system ensure that its resonant frequency is equal to the frequency of the measured current or voltage.
EFFECT: implementation of the claimed invention is the ability to measure the amplitude and frequency of the current, the voltage of harmonic signals or a sequence of pulses, to determine the presence of electromagnetic energy in the forming and transmitting lines without breaking the forming or transmitting line.
5 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к электротехнике, ускорительной технике, электронике, физике плазмы, радиотехнике и предназначено для измерения импульсных токов, напряжений в формирующих и передающих линиях, может быть преимущественно использовано для измерения их амплитуд. Кроме этого, изобретение может найти применение для измерения частоты, определения наличия электромагнитной энергии в передающих линиях и для создания датчиков токов, напряжений гармонических сигналов или последовательности импульсов без разрыва линии или где распространяется пучок заряженных частиц, или находится столб плазмы. Заявляемое устройство позволяет проводить измерения токов снаружи корпусов передающих линий.The present invention relates to electrical engineering, accelerator technology, electronics, plasma physics, radio engineering and is intended for measuring pulsed currents, voltages in forming and transmitting lines, and can be mainly used to measure their amplitudes. In addition, the invention can be used to measure frequency, determine the presence of electromagnetic energy in transmission lines and to create sensors for currents, voltages of harmonic signals or pulse trains without breaking the line or where a beam of charged particles propagates or a plasma column is located. The claimed device makes it possible to measure currents outside the housings of transmission lines.

Известно устройство - пояс Роговского, предназначенное для измерения импульсных токов, напряжений в формирующих и передающих линиях. Главная особенность пояса Роговского его охват провода основного контура, где необходимо измерять протекающий ток. Данный провод (шина, проводник) может называться различно: сигнальный, потенциальный, токоведущий, токопроводящий, проводящий, фазный, просто токопровод и т.д. Кроме этого, он может быть как одножильным, так и многожильным.A device is known - a Rogowski belt, designed to measure pulsed currents, voltages in forming and transmitting lines. The main feature of the Rogowski coil is its coverage of the wire of the main circuit, where it is necessary to measure the flowing current. This wire (bus, conductor) can be called differently: signal, potential, current-carrying, current-carrying, conductive, phase, just a current conductor, etc. In addition, it can be both single-core and multi-core.

Известно устройство измерения тока, протекающего по линии, названное поясом Роговекого [Rogowski W., Steinhaus W. Die messung dor magnetisehen spannung // Archiv fur Elektrotechnik, 1912, 1, p.141-150]. Устройство представляет собой катушку измерения, намотанную проводом на какой-либо сердечник и замкнутую в тороидальную форму. К концам провода подключается нагрузка, с которой снимается полезная информация. Внутри катушки проходит один токоведущий провод. Способ измерения состоит в следующем: протекающий по одному токоведущему проводу ток при своем изменении создает своим магнитным полем в катушке, надетой на этот токоведущий провод, электродвигающую силу (ЭДС) самоиндукции, которая в дальнейшем регистрируется и несет информацию о токе, протекающему по токоведущему проводу.A device for measuring the current flowing along the line is known, called the Rogowski belt [Rogowski W., Steinhaus W. Die messung dor magnetisehen spannung // Archiv fur Elektrotechnik, 1912, 1, p.141-150]. The device is a measuring coil wound with a wire on some core and closed in a toroidal shape. A load is connected to the ends of the wire, from which useful information is taken. Inside the coil there is one current-carrying wire. The measurement method is as follows: the current flowing through one current-carrying wire, when it changes, creates by its magnetic field in the coil put on this current-carrying wire, the electromotive force (EMF) of self-induction, which is subsequently recorded and carries information about the current flowing through the current-carrying wire.

Недостатком данного устройства является необходимость разрывать кабель, линию чтобы использовать только токоведущий провод. Если сквозь катушку будет одновременно проходить обратный токопровод и токоведущий провод, где необходимо измерить ток, то на выходе катушки будет регистрироваться шум, обусловленный тем, что оба тока, текущих в разных направлениях по токоведущему проводу и обратному токопроводу, будут наводить в катушке ЭДС противоположных полярностей, уничтожающих друг друга.The disadvantage of this device is the need to break the cable line in order to use only a current-carrying wire. If a return conductor and a current conductor pass through the coil at the same time, where it is necessary to measure the current, then noise will be recorded at the output of the coil, due to the fact that both currents flowing in different directions along the current conductor and the return current conductor will induce an EMF of opposite polarities in the coil that destroy each other.

Известно также устройство для измерения тока, протекающего по линии, называемое поясом Роговского [Казаков М.К. Использование воздушного трансформатора в составе измерительных преобразователей тока в электроэнергетике // Информатика, вычислительная техника и управление, 2019, №6-2, с. 74-80]. Пояс Роговского представляет собой типичную обмотку, намотанную на неферромагнитный каркас (возможен гибкий каркас). Обмотка охватывает токопровод с измеряемым переменным током, на выходе обмотки появляется напряжение, связанное с измеряемым током постоянным коэффициентом пропорциональности.It is also known a device for measuring the current flowing through the line, called the Rogowski coil [Kazakov M.K. The use of an air transformer as part of measuring current transducers in the electric power industry // Informatics, Computer Science and Management, 2019, No. 6-2, p. 74-80]. The Rogowski coil is a typical winding wound on a non-ferromagnetic frame (a flexible frame is possible). The winding covers the conductor with the measured alternating current, at the output of the winding there is a voltage associated with the measured current by a constant coefficient of proportionality.

Недостатком известного устройства является то, что необходимо разрывать кабель, линию, чтобы использовать только токопровод, проходящий через пояс. Известное устройство не позволяет производить измерение тока, если пропустить целый кабель или линию с прямым (токоведущим) и обратным токопроводом через пояс, не разрывая их. Указанный недостаток обусловлен тем, что оба тока, текущих в разных направлениях по токопроводу и обратному токопроводу, будут наводить в поясе ЭДС противоположных полярностей, уничтожающих друг друга.The disadvantage of the known device is that it is necessary to break the cable line to use only the conductor passing through the belt. The known device does not allow measuring the current if you pass a whole cable or line with a direct (current-carrying) and reverse conductor through the belt without breaking them. This drawback is due to the fact that both currents flowing in different directions along the current conductor and the return current conductor will induce an EMF of opposite polarities in the belt, destroying each other.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, присуща известному устройству измерения тока, напряжения в передающей линии [Техника высоких напряжений: учебник для вузов / И.М. Богатенков. Ю.Н. Бочаров. Н.И. Гумерова. Г.М. Иманов и др. Под редакцией Г.С. Кучинского. - Санкт-Петербург: Энергоатомиздат. 2003. - 608 с. (С. 560-563)]. Пояс Роговского представляет собой тороидальную катушку, которая охватывает провод основного контура. Для измерения тока его выводы замыкают на резистор с малым сопротивлением, затем подсоединяют к осциллографу.The set of features closest to the set of essential features of the invention is inherent in the known device for measuring current, voltage in the transmission line [High voltage technique: a textbook for universities / I.M. Bogatenkov. Yu.N. Bocharov. N.I. Gumerov. G.M. Imanov and others. Edited by G.S. Kuchinsky. - St. Petersburg: Energoatomizdat. 2003. - 608 p. (S. 560-563)]. The Rogowski coil is a toroidal coil that encloses the main circuit wire. To measure the current, its outputs are closed to a resistor with low resistance, then connected to an oscilloscope.

Недостатком известного устройства, принятою за прототип, является то, что необходимо разрывать кабель, линию, чтобы использовать только провод основного контура, проходящий через катушку. Через известное устройство нельзя пропустить целый кабель или линию с проводом основного контура и обратным токопроводом и проводить измерения. Указанный недостаток обусловлен тем, что оба тока, текущих в разных направлениях по проводу основного контура и обратному токопроводу будут наводить в катушке ЭДС противоположных полярностей, уничтожающих друг друга.A disadvantage of the known device, taken as a prototype, is that it is necessary to break the cable, the line, in order to use only the wire of the main circuit passing through the coil. It is impossible to pass a whole cable or line with a wire of the main circuit and a return conductor through a known device and take measurements. This disadvantage is due to the fact that both currents flowing in different directions through the wire of the main circuit and the return current conductor will induce an EMF of opposite polarities in the coil, destroying each other.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание нового устройства измерения тока, напряжения, определения наличия электромагнитной энергии в формирующих и передающих линиях без их разрыва.The task to be solved by the claimed invention is the creation of a new device for measuring current, voltage, determining the presence of electromagnetic energy in the forming and transmitting lines without breaking them.

Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность измерения амплитуды и частоты тока, напряжения гармонических сигналов или последовательности импульсов, определения наличия электромагнитной энергии в формирующих и передающих линиях без разрыва формирующей или передающей линии.The technical result of the claimed invention is the ability to measure the amplitude and frequency of the current, the voltage of harmonic signals or a sequence of pulses, to determine the presence of electromagnetic energy in the forming and transmitting lines without breaking the forming or transmitting line.

Дополнительным техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является определение наличия электромагнитной энергии в передающей линии без разрыва линии при однократном возбуждении передающей линии импульсом тока или напряжения.An additional technical result provided by the invention is the determination of the presence of electromagnetic energy in the transmission line without breaking the line with a single excitation of the transmission line by a current or voltage pulse.

Данный технический результат достигается тем, что в устройстве измерения тока, напряжения в передающей линии, представляющем собой замкнутую тороидальную катушку, выводы которой подключены к нагрузке, с которой снимается полезная информация, а сквозь тороидальную катушку проходит токоведущий провод передающей линии, где необходимо измерить ток, состоящей из, по крайней мере, одного токоведущего провода и одного обратного токопровода. Согласно изобретению тороидальная катушка охватывает всю передающую линию, включающую одновременно и токоведущий провод, и обратный токопровод, выводы тороидальной катушки и нагрузка подсоединены к резонансной системе, расположение и параметры резонансной системы обеспечивают равенство ее резонансной частоты частоте измеряемого тока или напряжения.This technical result is achieved by the fact that in the device for measuring current, voltage in the transmission line, which is a closed toroidal coil, the leads of which are connected to the load, from which useful information is taken, and the current-carrying wire of the transmission line passes through the toroidal coil, where it is necessary to measure the current, consisting of at least one current-carrying conductor and one return current conductor. According to the invention, the toroidal coil covers the entire transmission line, including both the current-carrying wire and the return current conductor, the conclusions of the toroidal coil and the load are connected to the resonant system, the location and parameters of the resonant system ensure that its resonant frequency is equal to the frequency of the measured current or voltage.

Выводы тороидальной катушки подсоединены к резонансной системе через устройство возбуждения, нагрузка подсоединена к резонансной системе через устройство съема.The conclusions of the toroidal coil are connected to the resonant system through the excitation device, the load is connected to the resonant system through the pickup device.

Тороидальная катушка имеет незамкнутую форму, она и резонансная система состоят каждая, но крайней мере, из двух разъемных частей.The toroidal coil has an open shape; it and the resonant system each consist of at least two detachable parts.

В тороидальную катушку, резонансную систему, а также между устройством возбуждения, устройством съема и резонансной системой установлен слой магнетика, либо слой диэлектрика, либо слой плазмы, либо метаматериалы, либо их сочетания.A magnetic layer, or a dielectric layer, or a plasma layer, or metamaterials, or combinations thereof, is installed in the toroidal coil, the resonant system, as well as between the excitation device, the pickup device and the resonant system.

Передающая линия заключена, по крайней мере, в один проводящий экран.The transmission line is enclosed in at least one conductive screen.

Охват тороидальной катушкой всей передающей линии (формирующей линии), включающей одновременно и токоведущий провод, и обратный токопровод позволяет не разрывать передающую линию, не выделять отдельно токоведущий провод и обратный токопровод, дополнительно не принимать мер по их отдельной изоляции. Тем самым отсутствуют затраты на подготовку передающей линии к измерениям.The coverage of the entire transmission line (forming line) with a toroidal coil, which simultaneously includes both a current-carrying wire and a return current conductor, allows not to break the transmission line, not to single out the current-carrying wire and the return current conductor separately, and additionally not to take measures for their separate isolation. Thus, there are no costs for preparing the transmission line for measurements.

Применение резонансной системы, резонансная частота которой близка к частоте измеряемого тока или напряжения, позволяет выделять из шумоподобного сигнала, получаемого тороидальной катушкой и передаваемого в резонансную систему, сигналы с частотой измеряемого тока или напряжения и усиливать их. Расположение резонансной системы относительно тороидальной катушки и передающей линии, а также параметры резонансной системы обеспечивают настройку резонансной частоты резонансной системы на частоту измеряемого тока или напряжения.The use of a resonant system, the resonant frequency of which is close to the frequency of the measured current or voltage, makes it possible to separate signals with the frequency of the measured current or voltage from the noise-like signal received by the toroidal coil and transmitted to the resonant system and amplify them. The location of the resonant system relative to the toroidal coil and the transmission line, as well as the parameters of the resonant system, ensure that the resonant frequency of the resonant system is tuned to the frequency of the measured current or voltage.

Известно, что немагнитные оболочки коаксиальных кабелей плохо экранируют переменные магнитные поля низкой частоты, так в петле, образованной жилами силового коаксиального кабеля и его свинцовыми ободочками определяется магнитное поле [Техника высоких напряжений: учебник для вузов / И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров, Н.И. Гумерова, Г.М. Иманов и др. Под редакцией Г.С. Кубинского. - Санкт-Петербург: Энергоатомиздат. 2003. 608 с. (С. 556, с. 489-490)]. Таким образом, ненулевое значение магнитного потока рядом с коаксиальным кабелем, но которому идет какой-либо сигнал, перехватывается тороидальной катушкой и позволяет резонансной системе выделить частоту данного сигнала, возбудить в себе колебательный процесс на данной частоте и усилить его.It is known that non-magnetic sheaths of coaxial cables poorly shield alternating magnetic fields of low frequency, so in a loop formed by the cores of a power coaxial cable and its lead rims, a magnetic field is determined [High voltage technique: a textbook for universities / I.M. Bogatenkov, Yu.N. Bocharov, N.I. Gumerova, G.M. Imanov and others. Edited by G.S. Cuban. - St. Petersburg: Energoatomizdat. 2003. 608 p. (S. 556, pp. 489-490)]. Thus, a non-zero value of the magnetic flux near the coaxial cable, but to which any signal is received, is intercepted by the toroidal coil and allows the resonant system to select the frequency of this signal, excite an oscillatory process in itself at a given frequency and amplify it.

Подсоединение выводов тороидальной катушки к резонансной системе через устройство возбуждения, а нагрузки к ней через устройство съема обеспечивает удобство применения резонансной системы в виде резонаторов. При настройке резонансной частоты резонатора на частоту измеряемого тока или напряжения следует учитывать влияние на резонансную частоту резонатора устройств возбуждения и съема.Connecting the terminals of the toroidal coil to the resonant system through the excitation device, and the load to it through the pickup device ensures the convenience of using the resonant system in the form of resonators. When tuning the resonant frequency of the resonator to the frequency of the measured current or voltage, one should take into account the influence of the excitation and pickup devices on the resonant frequency of the resonator.

Выполнение тороидальной катушки незамкнутой формы, и резонансной системы, по крайней мере, из двух разъемных частей увеличивает удобство в подготовке к измерениям на передающей линии.The implementation of a toroidal coil of an open shape, and a resonant system of at least two detachable parts increases the convenience in preparing for measurements on the transmission line.

Внесение в тороидальную катушку, резонансную систему, а также между устройством возбуждения и резонансной системой и между устройством съема и резонансной системой слой магнетика, либо слой диэлектрика, либо слой плазмы, либо метаматериалы, либо их сочетания обеспечивает дополнительное управление резонансной частотой резонансной системы, а также усиление или ослабление выходного сигнала из резонансной системы.The introduction of a magnetic layer, or a dielectric layer, or a plasma layer, or metamaterials, or combinations of them into the toroidal coil, resonant system, as well as between the excitation device and the resonant system and between the pickup device and the resonant system, provides additional control of the resonant frequency of the resonant system, as well as amplifying or attenuating the output signal from a resonant system.

Применение резонансной системы для измерения амплитуды и частоты тока или напряжения возможно, когда передающая линия заключена, по крайней мере, в один проводящий экран. Проводящий экран еще больше ослабляет сигнал снаружи передающей линии, который перехватывается тороидальной катушкой и увеличивает требования к параметрам резонансной системы, например, к ее добротности.The use of a resonant system for measuring the amplitude and frequency of current or voltage is possible when the transmission line is enclosed in at least one conductive screen. The conductive screen further attenuates the signal outside the transmission line, which is intercepted by the toroidal coil, and increases the demands on the parameters of the resonant system, such as its quality factor.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 схематично изображено устройство измерения тока, напряжения в передающей линии, где:On FIG. 1 schematically shows a device for measuring current, voltage in the transmission line, where:

1 - передающая линия с измеряемым током или напряжением, состоящая из токоведущего провода и обратного токопровода;1 - a transmission line with a measured current or voltage, consisting of a current-carrying wire and a return conductor;

2 - тороидальная катушка (катушка измерения);2 - toroidal coil (measurement coil);

3 - устройство возбуждения (катушка возбуждения);3 - excitation device (excitation coil);

4 - резонансная система (однослойная катушка - сакральный резонатор);4 - resonant system (single-layer coil - sacral resonator);

5 - устройство съема (катушка съема);5 - pickup device (pickup coil);

6 - генератор;6 - generator;

7 - осциллограф (нагрузка для резонансной системы);7 - oscilloscope (load for the resonant system);

8 - сопротивление нагрузки для передающей линии.8 - load resistance for the transmission line.

На Фиг. 2 изображены осциллограммы, характеризующие работу устройства измерения тока, напряжения в передающей линии при подаче периодического сигнала, где:On FIG. 2 shows oscillograms characterizing the operation of the device for measuring current, voltage in the transmission line when a periodic signal is applied, where:

9 - сигнал с генератора (6), поступающий в передающую линию (1);9 - signal from the generator (6) entering the transmission line (1);

10 - сигнал с устройства съема (5);10 - signal from the removal device (5);

11 - сигнал запускающий осциллограф (7).11 - signal triggering the oscilloscope (7).

На Фиг. 3 изображена осциллограмма, характеризующая работу устройства измерения тока, напряжения в передающей линии при подаче единичного импульса, где:On FIG. 3 shows an oscillogram characterizing the operation of a device for measuring current, voltage in a transmission line when a single pulse is applied, where:

12 - сигнал с устройства съема (5);12 - signal from the removal device (5);

13 - импульсный сигнал с генератора (6), поступающий в передающую линию (1).13 - pulse signal from the generator (6) entering the transmission line (1).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Заявляемое устройство включает в себя тороидальную катушку (2), устройство возбуждения (3), резонансную систему (4), устройство съема (5). Тороидальная катушка (2) охватывает передающую линию (1) целиком. Генератор (6) периодического сигнала подключен к передающей линии (1), которая подключена другим концом к сопротивлению нагрузки (8), которое может быть заземлено. Передающая линия (1) проходит через тороидальную катушку (2). Выводы тороидальной катушки (2) подсоединены к выводам устройства возбуждения (3), которое надето на резонансную систему (4). Устройство съема (5) также надето на резонансную систему (4). Вывод устройства съема (5) подключен к нагрузке в виде осциллографа (7).The claimed device includes a toroidal coil (2), an excitation device (3), a resonant system (4), a pickup device (5). The toroidal coil (2) covers the entire transmission line (1). The periodic signal generator (6) is connected to the transmission line (1), which is connected at the other end to the load resistance (8), which can be grounded. The transmission line (1) passes through the toroidal coil (2). The conclusions of the toroidal coil (2) are connected to the conclusions of the excitation device (3), which is put on the resonant system (4). The pickup device (5) is also put on the resonant system (4). The output of the pickup device (5) is connected to the load in the form of an oscilloscope (7).

В качестве резонансной системы (4) используется спиральный резонатор на основе однослойной многовитковой катушки. Спиральная катушка - линия с распределенными параметрами [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. В трех частях. - Москва: Высшая школа. 1961. - 792 с. (С. 465)]. Как и многие резонаторы, спиральный резонатор работает на волновых эффектах пространственной локализации электромагнитной волны в нем [Ханзел Г. Справочник по расчету фильтров // Hansell G.Е. Filter design and evaluation, 1969. Перевод с английского Старостина В.А. Под редакцией Знаменского A.Е. Москва: Советское радио, 1974. 287 с. (С. 257)].A spiral resonator based on a single-layer multi-turn coil is used as a resonant system (4). Spiral coil - line with distributed parameters [Bessonov L.A. Theoretical foundations of electrical engineering. In three parts. - Moscow: Higher School. 1961. - 792 p. (S. 465)]. Like many resonators, the spiral resonator works on the wave effects of the spatial localization of an electromagnetic wave in it [Hanzel G. Handbook for filter calculation // Hansell G.E. Filter design and evaluation, 1969. Translation from English by Starostin V.A. Under the editorship of Znamensky A.E. Moscow: Soviet Radio, 1974. 287 p. (S. 257)].

Полезная информация может сниматься осциллографом (7) между выводом устройства съема (5) и заземлением.Useful information can be taken with an oscilloscope (7) between the output of the pickup device (5) and ground.

Устройство возбуждения (3), резонансная система (4) и устройство съема (5) могут быть заключены в проводящий экран, который не должен быть заземлен. При настройке резонансной системы (4) на частоту измеряемого тока или напряжения следует учитывать влияние на резонансную частоту проводящего экрана.The exciter (3), the resonant system (4) and the pickup device (5) can be enclosed in a conductive shield, which must not be earthed. When tuning the resonant system (4) to the frequency of the measured current or voltage, the influence of the conductive screen on the resonant frequency should be taken into account.

Резонансная система (4), выполненная на основе резонатора, может быть открытой, закрытой, заземленной, открытой только с одной стороны. На Фиг. 1 резонансная система (4) показана в виде спирального резонатора, открытого с одной стороны и заземленного с другой стороны. Размеры, параметры резонансной системы (4) и расположение устройства возбуждения (3), и устройства съема (5) на резонансной системе (4) обеспечивают равенство собственной частоте резонансной системы (4) частоте измеряемого тока или напряжения.The resonant system (4), made on the basis of a resonator, can be open, closed, grounded, open on one side only. On FIG. 1 the resonant system (4) is shown as a helical resonator open on one side and grounded on the other side. The dimensions, parameters of the resonant system (4) and the location of the excitation device (3) and pickup device (5) on the resonant system (4) ensure that the natural frequency of the resonant system (4) is equal to the frequency of the measured current or voltage.

Устройство работает следующим образом. С генератора (6) подается последовательность прямоугольных импульсов (9) в передающую линию (1), которая нагружена на сопротивление нагрузки (8). Передающая линия (1) проходит сквозь тороидальную катушку (2). Или другими словами, тороидальная катушка (2) охватывает вею передающую линию (1) целиком. К выводам тороидальной катушки (2) подсоединены выводы устройство возбуждения (3), которое надето на резонансную систему (4), в виде спирального резонатора, на которую также надето устройство съема (5), вывод устройство съема (5) подсоединен к осциллографу (7). Токи I(t), протекающие по передающей линии (1) в разных направлениях, возбуждают своими магнитными полями ЭДС в тороидальной катушке (2), с которой шумоподобный сигнал подается на выводы устройства возбуждения (3), которое индукционно возбуждает ЭДС и электрические синусоидальные колебания в спиральном резонаторе, который в свою очередь индукционно возбуждает ЭДС в устройстве съема (5), полезный сигнал с которого в виде гармонического синусоидального колебания (10) попадает на осциллограф (7). При совпадении собственной частоты резонансной системы (4) с частотой измеряемого тока, напряжения в передающей линии (1) проявляется резонанс колебаний в резонансной системе (4) и, соответственно, в устройстве съема (5), который выделяет и усиливает частотную составляющую измеряемого сигнала в ЭДС тороидальной катушки (2). Выделенные и усиленные гармонические синусоидальные колебания (10) регистрируются осциллографом (7). Амплитуда гармонического синусоидального сигнала, регистрируемого осциллографом (7). пропорциональна силе тока или напряжения в передающей линии (1). Выбор измеряемого тока или напряжения определяется предварительной калибровкой устройства на известном токе или напряжении заранее.The device works as follows. A sequence of rectangular pulses (9) is fed from the generator (6) to the transmission line (1), which is loaded on the load resistance (8). The transmission line (1) passes through the toroidal coil (2). Or in other words, the toroidal coil (2) covers the entire transmission line (1). The outputs of the excitation device (3) are connected to the outputs of the toroidal coil (2), which is put on the resonant system (4), in the form of a spiral resonator, on which the pickup device (5) is also put on, the output of the pickup device (5) is connected to the oscilloscope (7 ). The currents I(t) flowing along the transmission line (1) in different directions excite with their magnetic fields an EMF in a toroidal coil (2), from which a noise-like signal is applied to the terminals of the excitation device (3), which inductively excites the EMF and electrical sinusoidal oscillations in the spiral resonator, which, in turn, inductively excites the EMF in the pickup device (5), the useful signal from which in the form of a harmonic sinusoidal oscillation (10) enters the oscilloscope (7). When the natural frequency of the resonant system (4) coincides with the frequency of the measured current, the voltage in the transmission line (1), the oscillation resonance appears in the resonant system (4) and, accordingly, in the pickup device (5), which selects and amplifies the frequency component of the measured signal in EMF of the toroidal coil (2). Selected and amplified harmonic sinusoidal oscillations (10) are recorded by an oscilloscope (7). The amplitude of the harmonic sinusoidal signal recorded by the oscilloscope (7). proportional to the current or voltage in the transmission line (1). The choice of measured current or voltage is determined by pre-calibrating the device at a known current or voltage in advance.

При подаче с генератора (6) сигнала в виде одного импульса (13) в передающую линию (1) устройство работает таким же обратом. В тороидальной катушке (2) наводится ЭДС и шумоподобный сигнал подается на выводы устройства возбуждения (3), которое индукционно возбуждает ЭДС и ударно возбуждает электрические синусоидальные колебания в спиральном резонаторе, которые в свою очередь индукционно возбуждают ЭДС в устройстве съема (5), полезный сигнал с которого в виде затухающего синусоидального колебания (12) попадает на осциллограф (7). Таким образом, устройство определяет наличие электромагнитной энергии в передающей линии (1).When a signal is supplied from the generator (6) in the form of a single pulse (13) to the transmission line (1), the device works in the same way. An EMF is induced in the toroidal coil (2) and a noise-like signal is applied to the outputs of the excitation device (3), which inductively excites the EMF and shock excites electrical sinusoidal oscillations in the spiral resonator, which in turn inductively excites the EMF in the pickup device (5), a useful signal from which, in the form of a damped sinusoidal oscillation (12), it enters the oscilloscope (7). Thus, the device detects the presence of electromagnetic energy in the transmission line (1).

Заявляемое устройство измерения тока, напряжения в передающей линии реализовано следующим образом. Тороидальная катушка (2) состоит из 64 витков, выполненных намоткой медным проводом диаметром 1 мм на диэлектрической трубке диаметром 25 мм, и образует тор со средним диаметром 60 мм. Устройство возбуждения (3) является плоской катушкой из 2 витков, навитых медным проводом диаметром 2 мм. Резонансная система (4) является однослойной катушкой, которая состоит из 600 витков, выполненных намоткой друг к другу медным проводом диаметром 0,32 мм на диэлектрической трубке диаметром 60 мм. Устройство съема (5) является плоской катушкой из 2 витков, навитых медным проводом диаметром 2 мм. Передающая линия (1) является коаксиальным кабелем РК 50-4-11 и нагружена на согласованное сопротивление нагрузки (8) равное 50 Ом, генератор (6) - тип TOP110 10 MHz Pulse Generator, осциллограф (7) - тип TDS 3054 С.The inventive device for measuring current, voltage in the transmission line is implemented as follows. The toroidal coil (2) consists of 64 turns wound with copper wire 1 mm in diameter on a dielectric tube 25 mm in diameter and forms a torus with an average diameter of 60 mm. The excitation device (3) is a flat coil of 2 turns wound with copper wire 2 mm in diameter. The resonant system (4) is a single-layer coil, which consists of 600 turns, made by winding copper wire with a diameter of 0.32 mm to each other on a dielectric tube with a diameter of 60 mm. The pickup device (5) is a flat coil of 2 turns wound with copper wire 2 mm in diameter. The transmission line (1) is a RK 50-4-11 coaxial cable and is loaded with a matched load resistance (8) equal to 50 Ohm, the generator (6) is of the TOP110 10 MHz Pulse Generator type, the oscilloscope (7) is of the TDS 3054 C type.

Таким образом, благодаря заявляемому изобретению возможно измерение амплитуды и частоты тока, напряжения, определение наличия электромагнитной энергии гармонического сигнала или последовательности импульсов в формирующей и передающей линиях без их разрыва или снаружи линии, а не внутри. Кроме этого, обеспечивается определение наличия электромагнитной энергии в передающей линии без разрыва линии при однократном возбуждении передающей линии импульсом тока или напряжения.Thus, thanks to the claimed invention, it is possible to measure the amplitude and frequency of current, voltage, determine the presence of electromagnetic energy of a harmonic signal or a sequence of pulses in the forming and transmitting lines without breaking them or outside the line, and not inside. In addition, it is possible to determine the presence of electromagnetic energy in the transmission line without breaking the line with a single excitation of the transmission line by a current or voltage pulse.

Устройство имеет дальнейшее развитие в области электротехники и электроэнергетики, ускорительной техники, электроники, физики плазмы, радиотехники и радиосвязи, промышленности как измеритель или обнаружитель сигнала, определитель пробоя или несанкционированного подключения в кабеле, корпусе линии или канала.The device has further development in the field of electrical engineering and power engineering, accelerator technology, electronics, plasma physics, radio engineering and radio communications, industry as a signal meter or detector, a breakdown or unauthorized connection detector in a cable, line or channel housing.

Claims (5)

1. Устройство измерения тока, напряжения в передающей линии, представляющее собой замкнутую тороидальную катушку, выводы которой подключены к нагрузке, с которой снимается полезная информация, а сквозь тороидальную катушку проходит токоведущий провод передающей линии, где необходимо измерить ток, состоящей из, по крайней мере, одного токоведущего провода и одного обратного токопровода, отличающееся тем, что тороидальная катушка охватывает всю передающую линию, включающую одновременно и токоведущий провод, и обратный токопровод, выводы тороидальной катушки и нагрузка подсоединены к резонансной системе, расположение и параметры резонансной системы обеспечивают равенство ее резонансной частоты частоте измеряемого тока или напряжения.1. A device for measuring current, voltage in the transmission line, which is a closed toroidal coil, the terminals of which are connected to the load, from which useful information is taken, and the current-carrying wire of the transmission line passes through the toroidal coil, where it is necessary to measure the current, consisting of at least , one current-carrying wire and one return current conductor, characterized in that the toroidal coil covers the entire transmission line, including both the current-carrying wire and the return current conductor, the conclusions of the toroidal coil and the load are connected to the resonant system, the location and parameters of the resonant system ensure the equality of its resonant frequency the frequency of the measured current or voltage. 2. Устройство измерения тока, напряжения в передающей линии по п. 1, отличающееся тем, что выводы тороидальной катушки подсоединены к резонансной системе через устройство возбуждения, нагрузка подсоединена к резонансной системе через устройство съема.2. A device for measuring current, voltage in the transmission line according to claim 1, characterized in that the conclusions of the toroidal coil are connected to the resonant system through the excitation device, the load is connected to the resonant system through the pickup device. 3. Устройство измерения тока, напряжения в передающей линии по п. 1, отличающееся тем, что тороидальная катушка имеет незамкнутую форму, она и резонансная система состоят каждая, по крайней мере, из двух разъемных частей.3. A device for measuring current, voltage in the transmission line according to claim 1, characterized in that the toroidal coil has an open shape, it and the resonant system each consist of at least two detachable parts. 4. Устройство измерения тока, напряжения в передающей линии по п. 1, отличающееся тем, что передающая линия заключена, по крайней мере, в один проводящий экран.4. A device for measuring current, voltage in the transmission line according to claim 1, characterized in that the transmission line is enclosed in at least one conductive screen. 5. Устройство измерения тока, напряжения в передающей линии по п. 2, отличающееся тем, что в тороидальную катушку, резонансную систему, а также между устройством возбуждения, устройством съема и резонансной системой установлен слой магнетика, либо слой диэлектрика, либо слой плазмы, либо метаматериалы, либо их сочетания.5. A device for measuring current, voltage in the transmission line according to claim 2, characterized in that a magnetic layer, or a dielectric layer, or a plasma layer, or metamaterials, or their combinations.
RU2022120984A 2022-08-01 Device for measuring current, voltage in the transmission line RU2797293C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797293C1 true RU2797293C1 (en) 2023-06-01

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1561048A1 (en) * 1987-12-14 1990-04-30 Предприятие П/Я Г-4665 Rogovskyъs belt
RU2371729C1 (en) * 2008-06-23 2009-10-27 Анатолий Яковлевич Картелев Current and voltage transducer
RU2516034C1 (en) * 2012-10-08 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Электроинжиниринг" Current and voltage measurement device in high-voltage network
CN103901252B (en) * 2014-04-08 2018-11-02 烟台市华能电器有限公司 10KV power transmission line zero-sequence current detecting systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1561048A1 (en) * 1987-12-14 1990-04-30 Предприятие П/Я Г-4665 Rogovskyъs belt
RU2371729C1 (en) * 2008-06-23 2009-10-27 Анатолий Яковлевич Картелев Current and voltage transducer
RU2516034C1 (en) * 2012-10-08 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Электроинжиниринг" Current and voltage measurement device in high-voltage network
CN103901252B (en) * 2014-04-08 2018-11-02 烟台市华能电器有限公司 10KV power transmission line zero-sequence current detecting systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1102998B1 (en) Closely-coupled multiple-winding magnetic induction-type sensor
EP1060403B1 (en) Apparatus for and method of nuclear quadrupole resonance testing a sample in the presence of interference
CA2325492C (en) Magnetic resonance detection coil that is immune to environmental noise
Nassisi et al. Rogowski coils: theory and experimental results
EP0047065B1 (en) Distributed phase rf coil
Anderson Wide frequency range current transformers
JPH08503297A (en) Method and apparatus for measuring partial discharge in a cable
US4680550A (en) High-frequency antenna device in apparatus for nuclear spin tomography and method for operating this device
EP3800479A1 (en) Line with sensor for detecting line interference in a magnetic resonance tomograph
US20130134964A1 (en) Coil comprising a winding comprising a multi-axial cable
Shibuya et al. Electromagnetic waves from partial discharges in windings and their detection by patch antenna
EP3719522B1 (en) Nuclear quadrupole resonance detection system and antenna thereof
RU2797293C1 (en) Device for measuring current, voltage in the transmission line
US7148679B2 (en) Transformer probe
EP0302746B1 (en) Apparatus for and method of discriminating signals
US20170219667A1 (en) Planar Standing Wave Trap for a Magnetic Resonance Tomograph
US11280861B2 (en) Sheath wave barrier for magnetic resonance (MR) applications
Kluss et al. Influence of sensor selection for observing individual partial discharge waveforms
CN110793993B (en) Nuclear magnetic resonance probe and nuclear magnetic resonance device with dual cores for joint measurement
RU2809738C1 (en) Method of bifactor excitation of fluxgates and modulator device for its implementation
RU2564383C1 (en) Variable magnetic field sensor
RU2829013C1 (en) Small-sized broadband sensor of weak magnetic fields
Gataullin et al. Automation of Detection of Insulation Defects of High-Voltage Electrical Equipment by Partial Discharges Method
RU2436112C1 (en) Magnetometric transducer
JPS62277947A (en) Electric field or magnetic field measuring method and apparatus