Устройство для измерения токов утечки

Разработка относится к области измерительной техники. Сущность устройства для измерения токов утечки заключается в том, что в устройстве, содержащем блок измерения с дифференциальным трансформатором тока, устройство для подключения к измеряемой цепи, фильтр низких частот, измерительный прибор для отображения сигнала фильтр связан с усилителем сигнала и высоким входным сопротивлением, усилитель сигнала соединен с аналоговым входом микроконтроллера, который служит для преобразования сигнала с цифровое значение, а отображение сигнала осуществляется на цифровом индикаторе блока индикации с учетом температуры окружающей среды, которую измеряет блок измерения температуры, н на внешнем устройстве (ЭВМ) с помощью интерфейса RS-485. У предлагаемого устройства расширены функциональные возможности для измерения токов утечки в системах электроснабжения, увеличен объем получаемой информации при упрощении последовательного анализа результатов и повышении их точности.

Предлагаемая разработка относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения токов утечки с объектов, подключенных к источникам электрического напряжения, например для измерения токов утечки в квартирных сетях, а также для измерения токов утечки отдельных бытовых электроприборов.

Известно устройство для измерения токов утечки, использующее разъемный дифференциальной трансформатор тока нулевой последовательности, входной делитель напряжения для расширения пределов измерения, усилительное устройство, миллиамперметр для регистрации измеряемой величины (1).

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и точность измерения, обусловленная плохим контактом составных частей магнитопровода измерительного трансформатора (различная во времени степень прижатия, величина зазора, смещение, износ поверхности и т.д.)

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения токов утечки, состоящее из датчика тока утечки, представляющего собой дифференциальный трансформатор с двумя первичными обмотками, фильтра низких частот и измерительного прибора «ЛВ9-2» (2).

Недостатком данного устройства является возможность йспользовйунвд для измерения только в однофазной сети, невысокая точность измерительного прибора и необходимость вспомогательного источника питания для него.

Технической задачей полезной модели является создание универсального и функционально приспособленного устройства измерения токов утечки.

Одновременной задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности использования современных, предписанных седьмым изданием Правил устройства электроустановок (ПУЭ), Государственными стандартами Российской Федерации (ГОСТ Р 50571.10-96), инструктивными письмами Главгосэнергонадзора РФ и Главного управления государственной службы МВД России средств обеспечения пожарной и электробезопасности - устройств защитного отключения.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в расширении функциональных возможностей устройства для систем электроснабжения с трехфазными и однофазными участками, упрощении его аппаратной реализации с использованием мобильного стандартного оборудования, увеличении объема получаемой информации, упрощении последовательного анализа результатов и повышении их точности.

При решении технической задачи разработано устройство для измерения токов утечки в системах электроснабжения с трехфазными и однофазными участками.

На фиг.1 представлена структурная схема, состоящая из устройства для измерения токов утечки в системах электроснабжения, которая содержит: блок измерения 1, фильтр низких частот 2, усилитель сигнала 3, блок питания 4, микроконтроллер 5, блок индикации б, интерфейс RS-485 7, блок измерения температуры 8, и внешнего устройства (ЭВМ) 9.

Блок измерения 1 состоит из дифференциального трансформатора тока нулевой последовательности (ДТТНП) и устройства для подключения к измеряемой цепи. Первичной обмоткой дифференциального трансформатора тока нулевой последовательности являются фазные и нулевой провода контролируемой сети. Вторичная обмотка трансформатора намотана по всей окружности тороидального сердечника. Так как прибор должен реагировать на малые токи утечки - от нескольких десятков микроампер до десятков миллиампер, то необходимо выбирать сердечники из материала, способного работать в слабых магнитных полях. Этому условию хорошо удовлетворяют железоникелевые сплавы (пермалои), обладающие высока чувствительностью к слабым изменениям магнитного поля.

Для трансформаторов малой мощности важную роль играют собственное и внешнее рассеяние и восприимчивость к внешним магнитным полям, поэтому ДТТНП целесообразно изготавливать на тороидальном сердечнике.

Фильтр 2 используется для уменьшения влияния помех и совместно с индуктивностью L вторичной обмотки образует контур LC, настроенный в резонанс на частоту сети 50 Гц. За счет резонанса в контуре LC возрастает также выходное напряжение.

Усилитель сигнала 3 выполнен на операционных усилителях и обеспечивает усиление сигнала в 10 раз, кроме того, их высокое входное сопротивление обеспечивает режим, близкий к холостому ходу для вторичной обмотки ДТТНП. В результате увеличивается чувствительность ДТТНП, так как по вторичной обмотке не будет протекать ток, создающий противодействующий, согласно закона Ленца, основному потоку размагничивающий поток.

Блок питания 4 используется для питания функциональных элементов устройства, он трансформирует поступающее на вход напряжение до нужных значений, выпрямляет и стабилизирует их.

Микроконтроллер 5 согласно заложенной программе производит преобразование входного сигнала в ток утечки и управляет блоком индикации, накапливает данные о величинах токов утечки и через интерфейс RS-485 7 может производить обмен данными с ЭВМ 9. Блок измерения температуры 8 используется для измерения температуры и последующей корректировки полученных результатов.

Принцип действия прибора основан на измерении разностного тока нулевой последовательности фаз, возникающего при появлении в сети нескомпенсированного тока утечки через проводимость изоляции фаз на землю. При отсутствии повреждения изоляции геометрическая сумма магнитных потоков, наведенных в сердечнике линейными токами, равна нулю, следовательно, во вторичной обмотке э.д.с. не индуктируется. При повреждении изоляции появляются токи нулевой последовательности, вызывающие в сердечнике дифференциального трансформатора возникновение нескомпенсированного магнитного потока, который наводит э.д.с. во вторичной обмотке, значение которой пропорционально значению тока утечки.

Устройство работает следующим образом. Блок измерения 1 подключается в рассечку фазных и нулевого проводов. С помощью фильтра низких частот 2 производится выделение необходимого сигнала, этот сигнал усиливается в усилителе сигнала 3 с высоким входным сопротивлением, усиленный сигнал поступает на аналоговый вход микроконтроллера 5, с помощью встроенного АЦП микроконтроллера полученный сигнал преобразуется в цифровое значение. С помощью заложенной в микроконтроллер 5 градуировочной кривой входной сигнал преобразуется в ток утечки, одновременно производится измерение окружающей температуры и вносится корректировка в значение тока утечки. Полученное значение отображается на цифровом индикаторе блока индикации 6, одновременно эти значения могут быть переданы на внешнее устройство (ЭВМ) 9 по интерфейсу RS-485 7.

Заявленное устройство отличается от прототипа наличием новых блоков и схемных узлов, таких как микроконтроллер 5, блок индикации 6, интерфейс RS-485 7, блок измерения температуры 8.

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что создано универсальное и функционально приспособленное устройство для измерения токов утечки.

Одновременно обеспечена возможность использования современных, предписанных седьмым изданием Правил устройства электроустановок (ПУЭ), Государственными стандартами Российской Федерации (ГОСТ Р 50571.10-96), инструктивными письмами Главгосэнергонадзора РФ и Главного управления государственной службы МВД России средств обеспечения пожарной и электробезопасности - устройств защитного отключения.

При этом расширены функциональные возможности устройства для измерения токов утечки в системах электроснабжения с трехфазными и однофазными участками, увеличен объем получаемой информации, при упрощении последовательного анализа результатов и повышении их точности.

Литература.

1. Никольский O.K. Системы обеспечения электробезопасности в сельском хозяйстве. Барнаул, Алт. Кн. Изд-во, 1977. 192с. с ил. (с. 166-170).

2. Тарнижевский М.В., Стремовский А.Н. Измерение токов утечки бытовых электроприборов. Сборник научных трудов АКХ. Вып. 152. Развитие электрификации быта и электроснабжения городов. М., 1978.

Устройство для измерения токов утечки, содержащее блок измерения, включающий дифференциальный трансформатор тока и блок для подключения к измеряемой цепи, фильтр низких частот, измерительный прибор для отображения сигнала, отличающееся тем, что фильтр связан с усилителем сигнала с высоким входным сопротивлением, усилитель сигнала соединен с аналоговым входом микроконтроллера, служащим для преобразования сигнала в цифровое значение, а отображение сигнала осуществляется на цифровом индикаторе блока индикации с учетом температуры окружающей среды, измеряемой блоком измерения температуры и на внешнем устройстве ЭВМ с помощью интерфейса RS-485.