Устройство измерения тока в первичной обмотке измерительного трансформатора напряжения

Устройство измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения относится к области электроэнергетики и обеспечивает повышение помехозащищенности устройства. Устройство измерения тока в первичной обмотке [1] однофазного измерительного трансформатора напряжения [2], один конец [3] которой присоединен к фазному проводу [4], а второй присоединен к первому выводу [5] резистора [6], второй вывод [7] которого соединен с проводящей поверхностью [8] с земляным потенциалом. Устройство содержит блок [9] измерения напряжения на резисторе [6]. Резистор [6] выполнен в виде проводящих стенок [10] осесимметричного корпуса, ограничивающего замкнутую полость [11]. Первый вывод [5] резистора [6] выполнен на оси симметрии замкнутой полости [11], а второй вывод [7] резистора [6] выполнен точками [12] на периметре полости [11], присоединенными к проводящей поверхности [8] с земляным потенциалом. Блок [9 измерения напряжения на резисторе [6] размещен внутри замкнутой полости [11], причем один из входных зажимов блока измерения напряжения на резисторе [6] присоединен к первому выводу [5] резистора [6] на оси симметрии замкнутой полости [11], а другой из входных зажимов блока [9] измерения присоединен к проводящей поверхности [8] с земляным потенциалом. В стационарном режиме работы трансформатора напряжения [2] в его обмотке [1] протекает ток i₁, который создает на резисторе [6], включенном последовательно с обмоткой [1], напряжение пропорциональное сопротивлению резистора [6, которое формируется сопротивлениями стенок [10] полости [11], которые определяются длиной стенок [10] между выводом [5] резистора [6] и выводом [7], а также их толщиной и проводимостью материала. Рабочая среда блока [9] характеризуется сильными электромагнитными полями, формируемыми напряженностью электрического поля за счет высокой разности потенциалов силового фазного провода, находящегося под напряжением, и напряженностью магнитного поля, формируемого током фазного провода [4]. 1 илл.

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам контроля режимов и технического состояния высоковольтного электротехнического оборудования.

Известно устройство для контроля тока в проводе, подключенном к цепи высокого напряжения, содержащее чувствительный элемент в виде оптического трансформатора тока, установленного на диэлектрическом изоляторе, цилиндрической формы, имеющем продольный воздушный зазор и установленном соосно с проводом (патент РФ 2442175 G01R 15/24 (2006/01), БИ 4 от 10.02.12 г.).

Недостатком устройства для контроля силы тока в проводе, подключенном к цепи высокого напряжения является низкая чувствительность преобразования силы тока в проводе в соответствующее ему измеряемое напряжение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения является устройство трехфазной группы, состоящее из трех однофазных измерительных трансформаторов, высоковольтные первичные обмотки которых одним концом присоединены к фазному проводу, а другой конец которых присоединен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с земляным потенциалом (Трансформэлектро. Электрощит-K^о, Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Каталог, 2013, с. 70). Резистор выполняет функцию преобразования силы тока в проводе в соответствующее ему измеряемое напряжение.

Недостатком устройства трехфазной группы для измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения является низкая помехозащищенность преобразователя силы тока, действующее значение которого составляет 0,05 А в первичной обмотке измерительного трансформатора напряжения, в соответствующее ему измеряемое напряжение.

Техническим результатом полезной модели является повышение помехозащищенности устройства для измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения, функционирующего в рабочей среде цепи высокого напряжения.

Это достигается тем, что в известном устройстве измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения, содержащем резистор, блок измерения напряжения на резисторе, причем один конец первичной обмотки однофазного измерительного трансформатора напряжения присоединен к фазному проводу, а второй присоединен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с проводящей поверхностью с земляным потенциалом, резистор выполнен в виде проводящих стенок осесимметричного корпуса, ограничивающего замкнутую полость, первый вывод резистора выполнен на оси симметрии замкнутой полости, а второй вывод резистора выполнен точками на периметре замкнутой полости, присоединенными к проводящей поверхности с земляным потенциалом, блок измерения напряжения на резисторе размещен внутри замкнутой полости, причем один из входных зажимов блока измерения напряжения на резисторе присоединен к первому выводу резистора, а другой из входных зажимов блока измерения присоединен к проводящей поверхности с земляным потенциалом.

Сущность технического решения поясняется фиг. 1, на которой показана структурная схема устройства измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения.

Устройство измерения тока в первичной обмотке 1 однофазного измерительного трансформатора напряжения 2, один конец 3 которой присоединен к фазному проводу 4, а второй присоединен к первому выводу 5 резистора 6, второй вывод 7 которого соединен с проводящей поверхностью 8 с земляным потенциалом. Устройство содержит блок 9 измерения напряжения на резисторе 6. Резистор 6 выполнен в виде проводящих стенок 10 осесимметричного корпуса, ограничивающего замкнутую полость 11.

Первый вывод 5 резистора 6 выполнен на оси симметрии замкнутой полости 11, а второй вывод 7 резистора 6 выполнен точками 12 на периметре замкнутой полости 11, присоединенными к проводящей поверхности 8 с земляным потенциалом. Блок 9 измерения напряжения на резисторе 6 размещен внутри замкнутой полости 11, причем один из входных зажимов блока измерения напряжения на резисторе 6 присоединен к первому выводу 5 резистора 6 на оси симметрии замкнутой полости 11, а другой из входных зажимов блока 9 измерения присоединен к проводящей поверхности 8 с земляным потенциалом.

Устройство измерения тока в первичной обмотке 1 однофазного измерительного трансформатора напряжения 2 работает следующим образом.

В стационарном режиме работы однофазного измерительного трансформатора напряжения 2 в его первичной обмотке 1 протекает ток i₁ , который создает на резисторе 6, включенном последовательно с первичной обмоткой 1, напряжение пропорциональное сопротивлению резистора 6. Сопротивление резистора 6 формируется сопротивлениями проводящих стенок 10 замкнутой полости 11, которые определяются длиной стенок 10 между выводом 5 резистора 6 и вторым выводом 7, а также их толщиной и проводимостью материала. Для проведения достоверных измерений разности потенциалов между выводом 5 резистора 6 и вторым выводом 7 при токе i₁0,05 А сопротивление

резистора 6 должно составлять величину порядка 100 Ом. При этом значение разности потенциалов на зажимах резистора 6 составит примерно 5 В, что достаточно для осуществления цифровой обработки информационного сигнала, осуществляемого с применением аналого-цифрового преобразователя, образующего входные цепи блока 9 измерения напряжения на резисторе 6.

Требуемое для создания измеримого напряжения на зажимах резистора 6 значение сопротивления 100 Ом много меньше активной составляющей сопротивления первичной обмотки первичной обмотки 1 W₁ однофазного измерительного трансформатора напряжения 2, которое составляет примерно 525 кОм. Поэтому введение в измерительную цепь однофазного измерительного трансформатора напряжения 2 такого добавочного сопротивления 6 не изменит качественного состояния цепи.

Рабочая среда блока 9 измерения напряжения на резисторе 6 характеризуется сильными электромагнитными полями, формируемыми напряженностью электрического поля за счет высокой разности потенциалов силового фазного провода, находящегося под напряжением 24 кВ, и напряженностью магнитного поля, формируемого током фазного провода 4 силой до 30 кА. При этом, если для защиты блока 9 измерения напряжения от действия электрической составляющей поля достаточно применить квази электростатический экран, образованный стенками 10 заземленной проводящей полости 11, то ограничить паразитное действие напряженности магнитного поля, формируемого током фазного провода 4, с применением такого экрана не удается.

Паразитное действие напряженности магнитного поля тока ограничивает замкнутая полость 11, образующая магнитный экран. Причем, экранирование составляющих магнитного поля тока в фазном проводе магнитный экран обеспечивает аналогично противодействию цилиндрическим экраном внешнему низкочастотному поперечному переменному магнитному полю. В области промышленной частоты магнитного поля ослабление магнитного поля в большей степени пропорционально росту относительной магнитной проницаемости проводящего материала. Поэтому проводящая полость 11 должна быть образована стальным проводником, у которого относительная магнитная проницаемость составляет 5001000. Это согласуется с требованием обеспечения продольного омического сопротивления резистора 6, образованного полостью 11 равного примерно 100 Ом, так как проводимость стали меньше проводимости меди, дюраля и пр., а, значит, может быть обеспечена при относительно большой толщине стеной 10 полости 11.

Итак, на низких частотах, формируемые фазным током, протекающем в силовом проводе 4, составляющие магнитного поля, которые практически нормально входят в стенки 10 замкнутой полости 11, преломляются в стенке 10 подобно силовым линиям в стенке магнитостатического экрана, т.е. вдоль оси полости 11. При этом наводимые в стенках замкнутой полости 11 паразитные токи i_пар образуют концентрические линии в плоскостях параллельных плоскости земли. Эти токи не вносят существенных изменений в величину разности потенциалов на резисторе 6.

Экранирующее действие полости 11 для напряженности магнитного поля, формируемого током i₁ в высоковольтной обмотке W₁ однофазного измерительного трансформатора напряжения 2, обеспечивается функциональным действием полости 11, образующей клетку Фарадея, а именно, формирующей пути обтекания током экранируемой полости по проводящим стенкам 10 полости 11. Принцип действия клетки Фарадея основан на законе полного тока.

В результате действия проводящей полости 11 внутри полости 11 паразитные составляющие полей уменьшаются. На входных зажимах блока измерения напряжения на резисторе 6, присоединенных один к первому выводу 5 резистора 6 на оси симметрии замкнутой полости 11, а другой - к проводящей поверхности 8 с земляным потенциалом, формируется напряжение пропорциональное силе тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения.

Таким образом, совокупность признаков предложенного технического решения обеспечивает достижение технического результата полезной модели, а именно, повышение помехозащищенности устройства для измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения, функционирующего в рабочей среде цепи высокого напряжения. Причем конструктивное исполнение проводящей полости 11 формирует резистор 6, на зажимах которого образуется разность потенциалов, пропорциональная измеряемому току. При этом проводящая полость 11 образует экраны от действия электрического и магнитного помеховых полей рабочей среды.

Устройство измерения тока в первичной обмотке однофазного измерительного трансформатора напряжения, содержащее резистор, блок измерения напряжения на резисторе, причем один конец первичной обмотки однофазного измерительного трансформатора напряжения присоединен к фазному проводу, а второй присоединен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с проводящей поверхностью с земляным потенциалом, отличающееся тем, что резистор выполнен в виде проводящих стенок осесимметричной поверхности, ограничивающей замкнутую полость, первый вывод резистора выполнен на оси симметрии замкнутой полости, а второй вывод резистора образован точками на периметре замкнутой полости, присоединенными к проводящей поверхности с земляным потенциалом, блок измерения напряжения на резисторе размещен внутри замкнутой полости, причем один из входных зажимов блока измерения напряжения на резисторе присоединен к первому выводу резистора, а другой из входных зажимов блока измерения присоединен к проводящей поверхности с земляным потенциалом.