SU966608A1 - Способ измерени тока - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

-1

Изобретение относитс  к измерительной технике, и предназначено дл  бесконтактного измерени  больших посто нных токов.

Известен способ бесконтактного измерени  тока, основанный на измерении магнитного потенциала, действ ующего вдоль замкнутого-контураЬ , охватывающего токопровод с измер емым током.3. Определение силы тока осуществл етс  на основе известного закона полного Toica.

Ф,

гдеН

тангенциальна  составл юща  напр женности магнитного пол  на участке с16 замкнутого контура Ь .

Данный способ предусматривает одновременное измерение тангенциальной составл ющей Н2 напр женности магнитного пол  в и точках замкнутого контура, охватывающего токопровод, и определение силыизмер емо1Х) тока по сумме элементарных магнитных потенциалов Mg

ХлЕ- , действующих на каждом элементарном отрезке замкнутого контура U , т. е.

.S

.

i-1 i

Необходима  точность измерени  тока может быть достигнута либо за счет увеличени  числа v -дискретных точек измерени , либо за счет точного оп ределени  коэффициента пропорциональности между замеренным значением Н и истинным значением измер емого тока в токопроводе flj.

Известный способ обладает следую15 щими недостатками, при высокой неоднородности магнитного пол , имеющей место при протекании тока по токопроводу сложного профил , дл  измерений требуетс  огромное количество высокоточных , а следовательно, дорогосто щих измерителей чапр женности магнитного пол . Попытка уменынениа необходимого количества из юртолей напр женности 396 магнитного поп  за счет использовани  магнитных концентраторов пол  (например , ферромагнитного  рма с определенным количеством немагнитных зазоров, в которых размещены измерительные преобразователи) также наталкиваетс  на р и трудностей, обусловленных возможностью насыщени  ферромагнитного  рма - это резкое увеличение массы в зависимости от роста верхней границы динамического диапазона измер емого тока, вли5шие гистерезиса ферромагнитного материала и др. Увеличение точности измерени  за счет точного определени  коэффициента пропорциональности между показани ми измерителей и истинным значением измер емого тока также наталкиваетс  на определенные трудйости. В частности, из-за с ложности профил  токопровода невозможн с достаточной дл  практики точностью по лучить значение этого коэффициента, а экспериментальное определение значени  . этого коэффициента требует проведени  проверки, и калибровки всей системы TOKO провод-измеритель, в целом, т. е. требует изготовлени  специальных конструкций токопроводов (например, монолитных с закрепленными на них измерител ми на пр женности пол ). При этом калибровка такой системы в одном месте с последующим ее монтажем на рабочем месте со провождаетс  погрешност ми, возникаю -г щими из-за наличи  вблизи измерител  обратной ветви токопровода, посторонних ферромагнитных масс и т. п. Наиболее близким по тех нической сущности к предлагаемому  вл етс  способ измерени  больших токов, основанный на измерении тангенциальной составл ющей напр женности пол  ву1 -точках контура последовательно во времени и одновремен но с измерением напр женности магнитного пол  в VI+1 точке пространстве, при этом магнитный потенциал, действующий В замкнутом контуре, определ ют по -за- меренному значению измер емой составл ющей в первой точке контура и по ее измеренным значени5пл в остальных точках контура с учетом относительного при ращени  этих значений за врем  пере- 5 хода от измерени  в первой точке к измеренто к текущей точке которое определ ют по приращению измер емой- величины в Vi+l точке пространства.

Поскольку этим способом предусматриваетс  измерение тангенциальной составл ющей напр женности пол  в точках, расположенных по контуру Ь последоваизмерени  тангенциальной составл ющей напр женности пол  в v точках, расположенных по контуру 1, , и мультипликативной состэвл ющей погрещности измерени , обусловленной воздействием аддитивной составл ющей напр женности пол  на стационарный измерительный 8 тельно во времени, то удаетс  при минимуме средств (а именно, одним измерителем тангенциальной составл ющей напр женности пол ) достичь высокой точности измерени , так как количество точек измерений может быть сколь угодно .большим. По количеству точек измерени , а также времени -Ь измерени  напр женности пол , определ ют врем  Ту, измерени  тока У , т. е. V-Hty,. Указанный способ обеспечивает высокую точность измерени , возмо кность проведени  измерений токов неограниченной величины, отсутствие вли ний на точность измерений внешних источников стационарных магнитных JIC)лeй (поле . намагничённых. тел, поле земного маг- нетизма и т. п.), а также минимум технических средств и экономических затр необходимых дл  его реализации, . значительного времени измерени  следует указать преимущественную об„ применени  известного способа проведение калибровки и поверки измерителей больших токов других систем 2. Однако точность измерени  больших токов известным способом ограничена вли нием сторонних нестационарных маг (фоновых, аддитивных сос тавл ющих, например, поле тока соседней энергосистемы). Эти пол  вли ют как на показани  перемещаемого вдоль контура измерительного преобразовател , так и на показани  стационарного измерительного преобразовател . Действительно, результирующий вектор Я напр женности пол  в любой точке пространства определ етс  вектором h напр женности информационного пол  и вектором } .напр женности аддитивного (фонового) пол , т. е. , ti) Наличие нестабильной во времени ад дитивной составл ющей напр женности пол  приводит к погрешности измерени , котора  может быть представлена двум  составл ющими: аддитивной составл ющей погрешности измерени , обусловленной вли нием аддитивной составл ющей напр женности пол  на результат преобразователь, т. е. на точность измерени  информативной составл ющей напр женности магнитного пол  BVI+l точке измерени . Действительно в i-ой точке измерени  нар ду с тангенциальной составл ю гдей щей н;; -vfi- .. COMSt . g - функци , учитывающа  распределение тангенциальной составл ющей Нр Н Vg напр женности магнитного пол  вдоль контура Ь , V - функци  времени учитывающа  измерение тока во времени , будет присутствовать, составл юща  обусловленна  аддитивной составл ющей напр женности магнитного пол  ,w,. гдеИ , Wg -функци , учитыва юща  распределение аддитивной составл ющей напр51женности магнитного пол  вдоль контура U , It - функци  времени , учитывающа  измерение во времени тока, создающего указанную аддитивную составл ющу1д напр5Ркенности магнитного пол . При этом сумма вида , 1 VT е .. . Л е i не будет равна нулю из-за присутстви  при ее членах множител  , который и определ ет аддитивную составл ющую погрещности измерени . Поскольку значени  напр женности пол  в М+1 точке, измеренные в различные моменты времени, вхо д т в выражени  дл  мгновенного значе ни  измер емого тока в качестве множител , то вли ние на результат измерени  в этой точке аддитивной составл ющей напр женности пол  приведет к мультипликативной составл ющей погрещ ности измерени . Целью изобретени   вл етс  минимизаци  погрещности измерени , обусловленной вли нием внещнего нестационарн го магнитного пол . Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  тока, основанному на измерени х Тангенциальной составл ющей напр женности маг нитного пол  в У - очках замкнутого контура, охватывающего токопровод с измер емыми током, измерении напр жен ности пол  BV1+1 точке пространства, проводимых синхрюнного с измерени ми, тангенциальной составл ющей напр женности в VI-точках контура, определении значени  измер емого тока суммированием результатов измерени  тангенциальной составл ющей напр женности маг нитного пол  в У -точках контура с учетом относительного изменени  напр - женности пол  точке пространства за временной интервал между проводимыми измерени ми, замкнутому контуру придают форму, имеющую центральную ось симметрии, измерени  тангенциальной составл ющей нап{) женноств магнитного пол  осушествл куг одновреMeiHo Б попарно симметричных точках контура, дополнительно измер ют составл юшую напр женности магнитного пол  точке пространства, расположенной симметрично относительио оси симметрии ц точки пространства, причем суммирование результатов измерени  тангенциальной составл ющей иапр женности магнитного пол  в Vi -точках контура осуществл ют с учетом отйоситедьного измерени  усредненного значени  напр женностей пол  в Vi+1 и И+2 точках пространства. Способ осуществл ют следующим образом . Пусть токопровод с измер емым гоном 1а охвачен контуром L в виде окружности радиуса Z , с расположенными .-на ней V -точками измерени  тангенциа.пьной составл ющей напр женности магнитного пол . На удалении ft г от токопровода с измер емым током расположен токопровод с током ;} м, другой энергосистемы , при этом в пределах измерительного контура Ь можно фоновое магнитное поле считать однородным, т. е. его напр женность имеет в один и тот же момент времени посто нное дл  всех точек этого объема направление и значение . Обозначим две симметрично рабположенные на контуре точки индексами 1 и («. + +) соответственно). Тогда в мо 7. мент измерени -t дл  информативных составл ющих напр женности магнитного пол  в этих точках можно записать выражени  V и U Н . - н... р «4, ии.4-1 nPfvi/l 4ч w ч vi VP цп(АТ1/ х,, д д результирующей таигеншшльной , составл ющей напр женности информативного-и фонового полей с учетом того, что первое относительно измервтельиого контура  вл етс  циркул рньы а второе - однородным, будут справедливы следующие выражени  ,Я uv 4vt|a i) o Uviii4.i)4/ ,,co w+Tt; 79 где cL тл (ol. +1С) - углы между вектором напр женности фонового пол  и касатель ными, совпадающими с магнитной осью ( используемых преобразователей, к конту ру, проведенными в точках (1) и ( -+1) соответственно, Дл  стационарных точек измерени  (yi+1) и (И+2) можно записать аналогично -зистему уравнений b(HM)HJ,.Ve(,,-,v,M°X o5cL ) ()V,.Co5 где (-ь ТС ) - углы между вектором напр женности фонового пол  и магнитными ос ми соответствующих измерительных преобразователей. При этом определение мгновенного значени  суммартого элементарного магнитного потенциала на двух симметричных участках измерительного контура осуществл етс  без дополнительной погрешности . возможной ранее из-«а вли ни  фонового пол  ( HP,,,),4V5,.,,)Y,

,tVg(,)) , Нг,СУеа- Уе())уайегН(Уе(им)Ур.ги«-,))У / , ..-j)Vt4&eiH5cve(HM)vVe(HfuK.

(«,,Ve(v,,i))

.. Ho(VecH/o v(t,)).tH/a fi ecH/i))ti))L. ,(v,M)-Ve(v,.i))4(H/)

;.,,,..,,be,,,

позвол ет определить мгновеавое (дл  момента времени-t) значение тока в токопроводе с высокой точностью, независимо от присутстви  в пределах измерительного контура однородного фонового пол , так как при этом не наблюдаетс  вли ние фонового пол  на погрешность проводимых измерений.

Таким образом, предлагаемый способ измерени  обеспечивает минимальную погрешность, возникающую за счет присутстви  однородного фонового пол  (например, из-ва магнитного пол  земли , из-ва полей, создаваемых токами в соседних энергосистемах, когда().

Способ обеспечивает значительное ослабление вли ни  неоднородных маггнитных полей на точность измерени  больших токов, т. е. в случае расположени  токопроводоЕ соседних энергосис тем на удалени х, соизмеримых с размерами измерительного контура, охва

o(e(v(4-))e(mi)ytfl.

тывающего токопрювод с измер емым током (т. е.р. (10420 )).

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содеркит токопровод 1 произвольного профил , охватывающую токопровод замкнутую, направл ющую в

2в форме окружности, по которой передвигаетс  каретка 3 с двум  преобразовател ми 4 и 5 тангенциальной состав Л5пошей напр женности магнитного пол , установленными на ней таким образом, что оии всегда наход тс  в диаметральйо противоположных точках измерительного контура (направл ющей 2). Каретка

Claims (2)

1. 3при своем движении по направл ющей 2 на врем  измерени  фиксируетс  в реперных точках 6, расположенных на равных рассто ни х одна относительно другой . Выходы преобразователей 4 и 5 посредством сумматора 7 соединены с в,о . дом преобразовател  8 аналог-число им8 а измерение усредненного значени  напр женности магнитного пол  в (И+1) .и и (и +2) точках не подвержено вли нию фонового пол  Чv,.(и..) e(H+a)4i Таким образом, предлагаемый способ измерени  больших токов обеспечивает повышенную точность измерени  из-за компенсаций вли ни  фоновых магнитных полей. Действительно, проделав измерений элементарных магнитных потенциалов, действующих вдоль замкну-. того контура, получим р д значений -иScVe.4Vgtv,|г.л)Ч,, а дл  усреднени  значений пол  в (и+1) и (И+2) точках измерени  дл  -{-го момента времени .||Р . р ( vifi)(M-i-a)%H) + (M4a) ,,j+Ve(jj)v.. Подсчет суммы вида 996 пульсов, к второму входу преобразовател  8 аналог-число импульсов (вход управ лени  коэффициентом передачи преобразовател ) подсоединены посредством сумма тора 9 выходы преобразователей 10 и 11, которые стационарно размещены по разные стороны от токопровода 1. На образующей установлен датчик 12 положени  каретки 3, синхронизирующий рабочие циклы преобразовател  8 аналогчисло импульсов. К выходу преобразовател  8 аналог-число импульсов подключен счетчик 13 импульсов, поступающих за врем  измерени  напр женности пол  во всех точках измерительного конту ра. К выходу счетчика 13 импульсов подключен регистрирующий прибор Г4, К выходу сумматора 9 подсоединен анало го-цифровой преобразователь 15. В исходный момент нахождении каретки 3 в положении, совпадающем с одной из реперных точек 6, осуществл ете измерение тангенциальной составл ющей напр женности магнит- 2S кого пол  в этих точках и вьтисление результирующего магнитного потенциала , действующего на двух симметрично расположенных участках измерительного контура. Дл  этого выходные сигналы с преобразователей 4 и 5 через сумматор 7 подаютс  на ход преобразовател  8 ана лог-число импульсов. Одновременно с указанными измерени ми посредством преобразователей 1О и 11 измер етс  напр женность пол  в двух стационарных h +1 и М+2 точках, расположенных по обе стороны от токопровода 1. Выход ные сигналы преобразователей 1О и 11 посредством сумматора 9 подаютс  на вход аналого-цифрового преобразовател  15 и вход управлени  коэффициентом передачи преобразовател  8. Измерени  во всех ранее указанных точках производитс  одновременно. Это достигаетс  за счет синхронизации преобразовател  8 .аналог-число импульсов от датчика 12 положени  каретки 3. В некоторый исходный момент времени под действием результирующего выходного сигнала сум матора 9 коэффициент передачи преобразовател  8 аналог-число импульсов принимает свое к оминапьное значение К . Кроме этого, в этот момент фиксируетс  показание аналог-цифрового преобразовател  15. Приэтом можно записать вь1- ражение дл  мгновенного значени  выА ходного напр жени  сумматоре, соответствующее моменту Ъ1 ..о(и.о, Количество || импульсов, поступив- щих с выхода преобразовател  8 аналогчисло импульсов на счетчик 13 в исходный момент времени -t/t «.,,.V,(,)V,,. к моменту проведени  второй группы измерений каретка 3 перемещаетс  по направл ющей 2 до совпадени  со следующей реперной точкой. В этом положении производитс  очередное измерение тангбнцигшьной составл ющей напр женности магнитного пол  в двух соответствующих точках измерительного кон .тура и соответствующих двух стационарных точках измерений. При этом под воэдействием выходного сигнала сумматора 9 коэффициент передачи преобразовател  8 аналог-число импульсов принимает зна- чение, устанавливаемое с учетом отно- сительного измерени  уровн  выгодного сигнала сумматора 9, т. е. ., V )()Н. Ч, («..)Ve(,,,,)) Vj. ta . Таким образом, в момент времени Ь/1.на вход счетчика 13 поступает количество импульсов fc(vi/a + y -ba2 . Дл  суммарного количества импульсов , зарегистрированного счетчиком 13 за врем  обхода каретки: половины периметра направл ющей 3 (т. е. за и . циклов измерений), можно записать вырвжение . ,.(XV«.V, Умножив и разделив полученное выражение на Е (рассто ние между соседними точками измерени , расположенными на измерительном контуре, получим .4.Ae-||o,,:;,. где L - периметр контура. Следовательно, суммарное количество импульсов счетчика 13, зафиксированное регистрирующим прибором 14,  вл етс  119 величиной однозначно определ ющей (при известном значении к С ) значение измеримого тока D в момент времени t. Точность измерени  тока при этом определ етс  точностью установки значений Кр и Ь и в незначительной степени зависит от наличи  токопроводов соседних энергосистем. Исход  из показаний регистрирующего прибора 14, могут быть использовг.иы дл  корректировки коэффициента передачи аналого-цифровой преобразователь 15. В дальнейшем, при проведении проверки системы первичные преобр зователи 10 и 11-сумматор Э-аналого Цнфровой преобразователь 15 могут быт использованы в качестве стационарного измерительного средства больших токов, в то врем  как остальна  часть рассмат риваемого измерительного комплекса может быть использована дл  проверки на месте, в рабочих услови х эксплуатации других аналогичных измерительных средств больших токов. Формула изобретени  Спбсоб измерени  тока, основанный на измерени х тангенциальной составл ющей напр женности магнитного пол  в 1 точках замкнутого контура, охватывающего токопровод с измер емым током , измерении напр женности пол  в И точке пространства, проводимых си хронно с измерени ми тангенциальной составл ющей напр женности в И точках контура, определении значени  измер е8 мого тока сумми{кшанием результатов измерени  тангенциальной составл ющей напр женности, магнитного пол  в h точках контура с учетом относительного изменени  напр женности шгнитного пол  точке пространства за временной интервал-между проводимыми измерени ми , отличающийс  тем, что с. целью минимизации погрешности измерени , обусловленной вли нием внешнего магнитного пол , замкнутому контуру придают форму, имеющую центральную ось симметрии, измерени  тангенциальной составл ющей напр женности магнитного пол  осуществл ют одновременно в попарно симметричных точках контура, дополнительно измер ют составл ющую напр женности магнитного пол  в И+2 точке пространства, расположенной симметрично относительно оси симметрии -Ц) точки простр)анства, причем суммирование результатов измерени  тангенциальной составл ющей напр женности магнитно1х пол  в и точках контура осуществл ют с учетом относительного изменени  усредненного значени  напр женностей пол  в и точках пространства . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 474753, кл. GO1R 19/ОО, 1973.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2976735/18-21, кл. GO1R 19/00, 03.09.80.