Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов

Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике и может быть использовано для измерения токов в электроустановках.

Известен способ измерения тока в проводнике [Хомерике О.К. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 7-19] путем фиксации напряжения на выходе датчика Холла, установленного вблизи проводника, при котором по напряжению определяют величину магнитной индукции, создавшей его, а по последней - величину тока в проводнике.

Однако величина контролируемого напряжения незначительна и зависит от температуры окружающей среды, что требует дополнительного усиления сигнала и компенсации температурных погрешностей. В конечном итоге это ведет к снижению точности измерения тока.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения тока в проводнике с помощью герконов [RU 2397499 C2, МПК G01R19/30 (2006.01), опубл. 20.08.2010], при котором два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника. Их настраивают так, чтобы они срабатывали и замыкали контакты при токе I С Р 1 , I С Р 2 , соответственно, в проводнике, возвращались в исходное положение и размыкали контакты при токе I В 1 и I В 2 , соответственно. Второй геркон настраивают так, чтобы он срабатывал при токе I С Р 1 = I С Р 2 , а возвращался при токе I В 1 < I В 2 . Измеряют время t 1 между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле:

I m = I B 1 ⋅ 1 + ( I B 2 / I B 1 ) 2 − 2 ⋅ ( I B 2 / I B 1 ) ⋅ cos ω t 1 / sin ω t 1 ,

где

I m - амплитуда измеряемого тока,

ω - угловая частота тока,

I В 1 , I В 2 - токи возврата соответственно первого и второго герконов, которые создают магнитное поле, достаточное для возврата контактов герконов [Клецель М.Я., Мусин В.В. О построении на герконах защит высоковольтных установок без трансформаторов тока //Электротехника. - 1987. - №4].

t 1 - время между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания.

Недостатком способа является зона нечувствительности при измерении тока в диапазоне I С Р 2 > I m > I С Р 1 и невозможности добиться равенства I С Р 1 = I С Р 2 , поскольку герконы даже одного типа с одинаковым током I T P трогания имеют различные зависимости времени t C P срабатывания от кратности К (К= I m / I С Р 1 ) [Клецель М.Я., Алишев Ж.Р., Мануковский А.В., Мусин В.В. Свойства герконов при использовании их в релейной защите //Электричество. - 1993. - №9].

Задачей изобретения является повышение надежности, за счет исключения зоны нечувствительности.

Это достигается тем, что в способе измерения тока в проводнике с помощью герконов, также как в прототипе, два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания I С Р 1 и I С Р 2 и размыкали контакты при токах возврата I В 1 и I В 2 , измеряют время t 1 между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле:

I m 1 = I B 1 2 + I B 2 2 − 2 ⋅ I B 1 ⋅ I B 2 ⋅ cos ω t 1 / sin ω t 1 , (1)

где ω - угловая частота тока.

Согласно изобретению герконы устанавливают на безопасных расстояниях h₁ и h₂ от проводника, и настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания I С Р 2 > I С Р 1 и возвращались в исходное положение при токах возврата I В 2 > I В 1 , измеряют время замкнутого состояния t 2 контактов первого геркона и, если второй геркон не срабатывает, определяют амплитуду тока по формуле:

I m 2 = I С Р 1 2 + I B 1 2 − 2 ⋅ I С Р 1 ⋅ I B 1 ⋅ cos ω t 2 / sin ω t 2 , (2)

если срабатывают оба геркона, то измеряют время t 2 замкнутого состояния контактов первого геркона и время t 1 между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания, а амплитуду тока для этого случая определяют как среднее значение амплитуд тока I m 1 и I m 2 .

По сравнению с прототипом предложенным способом можно измерять ток в диапазоне I С Р 2 > I m > I С Р 1 . Это исключает зону нечувствительности и повышает надежность измерения тока в проводнике. Кроме того, такой способ облегчает выбор герконов, так как не нужно подбирать равные токи срабатывания первого и второго герконов.

На фиг. 1 приведено устройство для реализации предлагаемого способа.

На фиг. 2 представлены: кривая 1 - полупериод кривой измеряемого тока при I m > I С Р 2 > I С Р 1 ; кривая 2 - полупериод кривой измеряемого тока при I С Р 2 > I m > I С Р 1 .

Предложенный способ может быть реализован с помощью устройства, в котором первый 1 и второй 2 герконы (фиг. 1) с нормально разомкнутыми контактами размещены в магнитном поле проводника 3 с током и подключены к микроконтроллеру 4 (МК).

Могут быть использованы герконы типа МКА-14103 группы А производителя ОАО "Рязанского завода металлокерамических приборов". Микроконтроллер 4 (МК) может быть выполнен на микроконтроллере серии 51 производителя amtel AT89S53.

Способ осуществляют следующим образом.

Первый 1 и второй 2 герконы с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника 3 на безопасном расстоянии. Например, расстояние h₁ от проводника 3 до первого геркона 1 равно 0,1 м и расстояние h₂ до второго геркона 2 составляет 0,15 м. Угол между перпендикулярной линией продольной оси проводника 3 и продольной осью первого геркона 1 и второго геркона 2 составляет 90^° градусов. Герконы подобраны так, чтобы токи срабатывания I С Р 1 , I С Р 2 и возврата I В 1 , I В 2 первого 1 и второго 2 герконов соответствовали неравенствам:

I С Р 2 > I С Р 1 , а I В 2 > I В 1 .

В проводнике 3 протекает синусоидальный ток с амплитудой I m . При увеличении тока до мгновенной величины (фиг. 2, кривая 1), являющейся током срабатывания I СР1 =77.88А первого геркона 1, замыкаются разомкнутые до этого контакты, которые срабатывают. При уменьшении тока до мгновенной величины, являющийся током возврата I B 1 =30,3А первого геркона 1, замыкаются разомкнутые до этого контакты, которые возвращаются в исходное положение, размыкая их. Это происходит под действием созданного током I СР1 / I B 1 магнитного поля напряженностью срабатывания H ¯ СР1 /возврата H ¯ В 1 в зазоре между пластинами первого геркона 1, направленной вдоль его продольной оси. Второй геркон 2 замыкает контакты при токе - I С Р 2 =176,8А, а размыкает при токе - I В 2 =67,14А.

Измерение тока в проводнике 3 с помощью герконов 1 и 2 осуществляют следующим образом:

1. При увеличении тока в проводнике 3 до величины тока срабатывания I СР1 (фиг. 2, кривая 2) первый геркон 1 срабатывает, его контакты замыкаются, запускается первый таймер внутри микроконтроллера 4 (МК) и начинается отчет времени t 2 . Если ток не увеличился до I С Р 2 , то второй геркон 2 не срабатывает, так как I С Р 2 > I m > I С Р 1 , его контакты не замкнутся и не будет их возврата. Фиксируется время t 2 =0,6 мс в момент размыкания контактов первого геркона 1 при токе возврата I B 1 , и микроконтроллер 4 рассчитывает амплитуду тока по формуле (2):

I m 2 = 77.88 2 + 30.3 2 − 2 ⋅ 77.88 ⋅ 30.3 ⋅ cos ω ⋅ 0.0006 / sin ω ⋅ 0.0006 = 258.5 А.

2. При увеличении тока в проводнике 3 до величины тока срабатывания I СР1 , фиксируют первым таймером внутри микроконтроллера 4 время t 2 , и если ток в проводнике 3 увеличивается до тока срабатывания I С Р 2 , то срабатывает второй геркон 2 (фиг. 2, кривая 1). Второй таймер внутри микроконтроллера 4 (МК) в момент возврата контактов второго геркона 2 начинает отсчет времени, который заканчивается, когда происходит возврат контактов первого геркона 1. Второй таймер зафиксировал время t 1 =1 мкс, а первый таймер время t 2 =105 мкс. С помощью микроконтроллера 4 (МК) определяют амплитуды тока по формулам (1) и (2):

I m 1 = 67.14 2 + 30.3 2 − 2 ⋅ 67.14 ⋅ 30.3 ⋅ cos ω ⋅ 0.000001   / sin ω ⋅ 0.000001   = 1484.2 А

I m 2 = 77.88 2 + 30.3 2 − 2 ⋅ 77.88 ⋅ 30.3 ⋅ cos ω ⋅ 0.000105 / sin ω ⋅ 0.000105 = 1443.5 А.

Используя среднее значение амплитуд тока I m 1 и I m 2 определяют амплитуду тока I m =(1484.2+1443.5)/2=1463.85.

Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов, при котором два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания I С Р 1 и I С Р 2 и размыкали контакты при токах возврата I В 1 и I В 2 , измеряют время t 1 между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле: I m 1 = I B 1 2 + I B 2 2 − 2 ⋅ I B 1 ⋅ I B 2 ⋅ cos ω t 1 / sin ω t 1 ,где ω - угловая частота тока,отличающийся тем, что герконы устанавливают на безопасных расстояниях h₁ и h₂ от проводника, и настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания I С Р 2 > I С Р 1 и возвращались в исходное положение при токах возврата I В 2 > I В 1 , измеряют время замкнутого состояния t 2 контактов первого геркона и, если второй геркон не срабатывает, определяют амплитуду тока по формуле: I m 2 = I С Р 1 2 + I B 1 2 − 2 ⋅ I С Р 1 ⋅ I B 1 ⋅ cos ω t 2 / sin ω t 2 ,если срабатывают оба геркона, то измеряют время t 2 замкнутого состояния контактов первого геркона и время t 1 между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания, а амплитуду тока для этого случая определяют как среднее значение амплитуд тока I m 1 и I m 2 .