Способ измерения тока короткого замыкания

Авторы патента:

Исабекова Бибигуль Бейсембаевна (KZ)

Жантлесова Асемгуль Бейсембаевна (RU)

G01R19/30 - измерение максимальных или минимальных значений токов или напряжений в определенном промежутке времени (G01R 19/04 имеет преимущество; модификации приборов для индикации максимальных или минимальных величин в определенном промежутке времени G01R 1/40)

Владельцы патента RU 2554282:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для измерения токов в электроустановках. Способ измерения тока короткого замыкания в проводнике с помощью герконов заключается в том, что n герконов с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания I_CP1 и I_CP2 и размыкали контакты при токах возврата I_B1 и I_B2. Причем n герконов устанавливают на безопасных расстояниях h₁ h₂, …, h_n-1, h_n от проводника. Настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания I_CPn>I_CPn-1>…>I_CP2>I_CP1 и возвращались в исходное положение при токах возврата I_Bn>I_Bn-1>…>I_B2>I_B1. Затем измеряют время между замыканием первого и второго геркона, …, n-1-го и n-го геркона, время между срабатыванием и возвратом n-го геркона, время между возвратом контактов n-го геркона и возвратом контактов n-1-го геркона, …, возвратом контактов второго геркона и возвратом контактов первого геркона. По полученным данным строят графическую зависимость искомого тока I=f(t), аппроксимируют ее

I(t)=A₀+A₁·t+A₂·t²+А₃·t³+A₄·t⁴+А₅·t⁵+A₆·t⁶,

где A₀, A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ и A₆ - коэффициенты полинома, и определяют максимальное отклонение тока, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания. Техническим результатом является повышение точности измерения тока короткого замыкания. 2 ил.

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

Известен способ измерения тока в проводнике [Хомерике O.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 G01R 19/30 (2006.01), опубл. 20.08.2010], заключающийся в том, что два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника и настраивают их так, чтобы они срабатывали и замыкали контакты при соответствующих токах срабатывания I_CP1, I_CP2 в проводнике, возвращались в исходное положение и размыкали контакты при токах возврата I_B1 и I_B2 соответственно. Второй геркон настраивают так, чтобы он срабатывал при токах срабатывания I_CP1=I_CP2, а возвращался при токах возврата I_B1<I_B2. Измеряют время t₁ между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле

Недостатком способа является низкая точность, обусловленная погрешностью в измерении тока замыкания, возникшей из-за пренебрежения влиянием апериодической составляющей тока I_an.

Задачей изобретения является повышение точности измерения тока короткого замыкания.

Это достигается тем, что способ измерения тока короткого замыкания в проводнике с помощью герконов, так же как в прототипе, заключается в том, что два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания I_CP1 и I_CP2размыкали контакты при токах возврата I_B1 и I_B2.

Согласно изобретению n герконов устанавливают на безопасных расстояниях h₁, h₂, …, h_n-1, h_n от проводника, настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания I_CPn>I_CPn-1>…>I_CP2>I_CP1 и возвращались в исходное положение при токах возврата I_Bn>I_Bn-1>…>I_B2>I_B1, измеряют время между замыканием первого и второго герконов, …, n-1 и n геркона, время между срабатыванием и возвратом n - геркона, время между возвратом контактов n - геркона и возвратом контактов n-1 геркона, …, возвратом контактов второго геркона и возвратом контактов первого геркона, по полученным данным строят графическую зависимость искомого тока I=f(t), аппроксимируют ее:

I(t)=A₀+A₁·t+A₂·t²+А₃·t³+A₄·t⁴+А₅·t⁵+А⁶·t⁶,

где A₀, А₁, А₂, А₃, А₄, А₅ и А₆ - коэффициенты полинома, и определяют максимальное отклонение тока, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания.

Таким образом, предложенный способ позволяет учесть влияние апериодической составляющей тока I_an. По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет легко подобрать герконы для измерения тока короткого замыкания в проводнике, так как не нужно подбирать равные токи их срабатывания.

На фиг.1 представлена зависимость I=f(t), где кривая 1 - полупериод тока с амплитудой I_CP2>I_m>I_CP1, кривая 2 - полупериод измеряемого тока короткого замыкания.

На фиг.2 показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Предложенный способ измерения тока короткого замыкания может быть реализован с помощью устройства, в котором первый 1, второй 2,…, n-1 и n герконы (фиг.2) 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.

Например, первый 1, второй 2, третий и четвертый герконы с нормально разомкнутыми контактами установлены вблизи проводника 3 на безопасном расстоянии. Расстояние h₁ от проводника до первого 1 геркона равно 0.1 м, и расстояние h₂ до второго 2 геркона составляет 0.15 м, расстояние h₃=0.2 м и h₄=0.24 м. Угол между перпендикулярной линей продольной оси проводника 3 и продольной осью первого геркона 1, второго геркона 2 и остальных n герконов составляют 90° градусов. Герконы подобраны так, чтобы токи срабатывания I_CP1, I_CP2, I_CP3, I_CP4 и токи возврата I_B1, I_B2, I_B3, I_B4 первого 1, второго 2, третьего и четвертого герконов соответствовали неравенствам

I_CP4>I_CP3>I_CP2>I_CP1, а I_B4>I_B3>I_B2>I_B1.

В проводнике 3 протекает ток короткого замыкания с амплитудой I_m. При увеличении тока (фиг.1, кривая 1) до тока срабатывания I_CP1=77.88 А первого 1 геркона он замыкает разомкнутые до этого контакты, которые срабатывают. При уменьшении тока до тока возврата I_B1=30,3 А первого 1 геркона он замыкает разомкнутые до этого контакты, которые возвращаются в исходное положение, размыкая их. Это происходит под действием созданного токами I_CP1/I_B1 магнитного поля напряженностью срабатывания / возврата в зазоре между контактами первого 1 геркона, направленной вдоль его продольной оси. Второй 2 геркон замыкает контакты при токе срабатывания I_CP2=176,8 A, а размыкает при токе возврата I_B2=67,14 А. Третий геркон замыкает контакты при токе срабатывания I_CP3=293,7 A, а размыкает при токе возврата I_B3=117,2 А. Четвертый геркон замыкает контакты при токе срабатывания I_CP4=374,6 А, а размыкает при токе возврата I_B4=149,8 А.

Измерение тока в проводнике 3 с помощью первого 1, второго 2, третьего и четвертого герконов осуществляют следующим образом.

При увеличении тока в проводнике 3 до величины тока срабатывания I_CP1 (фиг.1, кривая 1) первый геркон 1 срабатывает, его контакты замыкаются, микроконтроллер 4 (МК) фиксирует значение тока и начинает отсчет времени t_1,2. Если ток не увеличился до тока срабатывания I_CP2, то второй геркон 2 не срабатывает и микроконтроллер 4 (МК) обнуляет все значения.

Но если ток в проводнике 3 увеличивается до тока срабатывания I_CP2, то срабатывает второй геркон 2 (фиг.1, кривая 2). Микроконтроллер 4 (МК) фиксирует срабатывание второго 2 геркона, промежуток времени t_1,2 и начинает отсчет времени t_2,3 до тех пор, пока не увеличится ток до тока срабатывания I_CP3 и зафиксируется ток срабатывания третьего геркона и время t_2,3 (начнется отсчет времени t_3,4) и так далее I_CP4 и t_3,4, I_B4 и t_4,4, I_B3 и t_4,3, I_B2 и t_3,2, I_B1 и t_2,1.

Затем с помощью микроконтроллера 4 (МК) аппроксимируют по полученным данным значения токов срабатывания и возврата герконов и времени зависимость I=f(t) (кривая тока короткого замыкания), определяют максимальное отклонение, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания.

Если аппроксимируют полиномом

I(t)=A₀+A₁·t+A₂·t²+А₃·t³+A₄·t⁴+А₅·t⁵+A₆·t⁶

то коэффициенты А₀, А₁, А₂, А₃, А₄, А₅ и А₆ определяют с помощью математических программ, например, MathCAD 14.

Например, при токах срабатывания I_CP1, I_CP2, I_CP3, I_CP4, токах возврата I_B4, I_B3, I_B2, I_B1, времени: между замыканием первого и второго герконов t_1,2=0.001177 с, между замыканием второго и третьего герконов t_2,3=0.001282 с, между замыканием третьего и четвертого герконов t_3,4=0.000939 с, между срабатыванием и возвратом четвертого геркона t_4,4=0.009137 с, между возвратами контактов четвертого и третьего герконов t_4,3=0.000351 с, между возвратами контактов третьего и второго герконов t_3,2=0.000567 с, между возвратами контактов второго и первого герконов t_2,1=0.000454 с были получены следующие коэффициенты полинома:

I(t)=77.88+7.65·10⁴·t+7.97·10⁶·t²-1.18·10⁹·t³-1.07·10¹¹·t⁴+1.31·10¹³·t⁵-3.2·10¹⁴·t⁶.

Затем определяют максимальное время t_max=0.007038 с и амплитуду I_m=525.1 А при токе в токопроводе электроустановки, равном 526,2 А. Погрешность способа составила 0,2%.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет определить амплитуду тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей тока I_aп.

Способ измерения тока короткого замыкания 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_СР1 и I_СР2 и размыкали контакты при токах возврата I_B1 и I_В2, отличающийся тем, что n герконов устанавливают на безопасных расстояниях h₁, h₂, …, h_n-1, h_n от проводника, настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания I_CPn>I_CPn-1>…>I_CP2>I_CP1 и возвращались в исходное положение при токах возврата I_Bn>I_Bn-1>…>I_B2>I_B1,измеряют время между замыканием первого и второго геркона, …, n-1-го и n-го геркона, время между срабатыванием и возвратом n-го геркона, время между возвратом контактов n-го геркона и возвратом контактов n-1-го геркона, …, возвратом контактов второго геркона и возвратом контактов первого геркона, по полученным данным строят графическую зависимость искомого тока I=f(t), аппроксимируют ее
I(t)=A₀+A₁·t+A₂·t²+A₃·t³+А₄·t⁴+А₅·t⁵+A₆·t⁶,
где A₀, A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ и A₆ - коэффициенты полинома, и определяют максимальное отклонение тока, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания.

Изобретение относится к устройствам защиты трехфазных двигателей от неполнофазной работы и может быть использовано, преимущественно, при разработке систем управления, диагностики и защиты от аварийных режимов для шахтных взрывобезопасных магнитных пускателей.

Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов // 2397499

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике. .

Способ измерения тока // 2377579

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике. .

Способ определения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в трехфазной кабельной электрической сети с заземляющим дугогасящим плавнорегулируемым реактором // 2262116

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к способам определения параметров изоляции кабельной сети, и может быть использовано при экспериментальных измерениях.

Устройство для автоматического контроля n гальванически связанных аккумуляторов // 2199759

Изобретение относится к электротехнике, к системам автоматического поэлементного контроля напряжения химических источников тока. .

Способ комплексного определения параметров переменного напряжения или тока синусоидальной формы // 2153679

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в тех областях научной и промышленной деятельности, где необходимо знание параметров синусоидального напряжения или тока.

Способ измерения тока короткого замыкания однофазной питающей сети и устройство для его реализации // 2138825

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборах для измерения сопротивления петли "фаза-нуль" однофазной питающей сети любого типа при проведении сертификации электроустановок зданий и соответствующих испытаний электрооборудования и электроустановок промышленных и жилых зданий.

Способ создания аномальной проводимости при повышенных температурах // 1826744

Изобретение относится к электрохимии. .

Устройство для регистрации случайных импульсных сигналов // 1586398

Устройство индикации канала с экстремальным уровнем сигнала // 1467518

Изобретение относится к радиотехнике . .

Способ измерения тока короткого замыкания // 2575139

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для измерения токов в электроустановках. Способ измерения тока короткого замыкания заключается в том, что четыре геркона устанавливают на безопасных расстояниях h1, h2, h3, h4 от проводника, угол между перпендикулярной линией продольной оси проводника и продольной осью первого геркона, второго, третьего и четвертого герконов составляет 90°. Настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания IСР4>ICP3>IСР2>ICP1. Измеряют время между замыканием первого и второго, второго и третьего геркона, третьего и четвертого геркона, которые расположены в магнитном поле проводника так, чтобы они замыкали контакты при соответствующих токах срабатывания IСР1, IСР2, IСР3, ICP4 в проводнике. Определяют амплитуду периодической составляющей измеряемого тока Im и начальное значение апериодической составляющей измеряемого тока ima путем решения системы уравнений для токов срабатывания IСР1, IСР2, IСР3, ICP4, после чего определяют амплитуду полного тока короткого замыкания Iпол по формуле: Технический результат заключается в повышении быстродействия релейной защиты. 2 ил.

Способ идентификации переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона // 2618795

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для построения дифференциально-фазных защит. Способ идентификации переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона, заключающийся в том, что геркон устанавливают вблизи проводника, настраивают его так, чтобы он срабатывал и замыкал контакты при токе Iср в проводнике, возвращался в исходное положение и размыкал контакты при токе Iв. После настройки геркона включают электроустановку и при появлении переменного тока в проводнике: а) измеряют промежуток времени t1,2 между моментами первого и второго размыкания контактов геркона и продолжают измерять промежутки времени между следующими размыканиями контактов геркона до достижения 0,01 с; б) измеряют промежуток времени между моментом tCP(n) замыкания и моментом tB(n) размыкания контактов, фиксируют время момента tB(n) размыкания контактов геркона и определяют амплитуду переменного тока где ; f - частота переменного тока, в) определяют промежуток времени t01(n) от момента tB(n) размыкания контактов геркона до момента t0(n) перехода синусоиды переменного тока через ноль: г) затем определяют время момента перехода синусоиды через ноль t0(n)=tB(n)+t01(n) и запоминают его; д) определяют длительность полуволны синусоиды переменного тока tT/2=t01(n)-t0(n-1); е) если tT/2=0,01 с, то повторяют измерение промежутка времени t1(n+1) между замыканием и размыканием контактов геркона и действия б), в), г), д); ж) при других значениях tT/2, или когда t1(n)≥0,01 с, или t1(n)≥1.2⋅t1(n-1), или , измеряют промежуток времени t1(n+1) между замыканием и размыканием контактов геркона, повторяют действия б), в), г) и определяют длительность периода tT=t0(n+l)-t0(n-1); з) если tT=0,02 с, то повторяют измерение промежутка времени t1(n+2) между замыканием и размыканием контактов геркона и действия б), в), г), д); и) при других значениях tT определяют сдвиг фазы переменного тока: . Техническим результатом заявленного изобретения выступает расширение области использования способа идентификации переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона за счет определения моментов перехода синусоиды тока через ноль. 6 ил.

Способ идентификации установившегося переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона // 2643680

Изобретение относится к энергетике, а именно к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для построения микропроцессорных устройств защиты от коротких замыканий. Способ идентификации установившегося переменного тока в проводнике с помощью замыкающего геркона и микропроцессора, при котором в лабораторных условиях в катушку индуктивности (КИ) размещают первый замыкающий геркон так, чтобы их продольные оси совпадали, затем в КИ подают переменный ток, постепенно увеличивая его до тока где - наименьший ток в КИ, при котором происходит срабатывание геркона (замыкание контактов), - амплитуда тока, измеряют его величину время замкнутого состояния контактов геркона от момента срабатывания (замыкания) до момента возврата (размыкания) контактов при первом измерении и ток возврата, при котором геркон возвращается в исходное положение, далее увеличивают ток до I2>I1, измеряют ( - величина амплитуды тока при втором измерении) и время от момента срабатывания до возврата при этом измерении, затем увеличивают ток до I3>I2, измеряют ( - величина амплитуды тока при третьем измерении) и время от момента срабатывания до возврата, затем увеличивают ток до I4>I3 и так далее, повторяя предыдущие операции до In>In-1, где n-1 - количество необходимых измерений времени и тока и (i=1, 2…n), N - кратность тока в КИ по отношению к минимальному току срабатывания геркона n=30÷40, N=50÷100, далее строят зависимость амплитуды тока в проводнике от времени замкнутого состояния от момента срабатывания первого геркона до его возврата и вводят полученную зависимость в микропроцессор (в (1), где - амплитуда тока в проводнике, КПР - коэффициент пересчета тока в КИ на ток в проводнике, h - расстояние от проводника до контактов геркона, ωК - количество витков в первой КИ, - длина первой КИ), далее устанавливают геркон в расчетной точке вблизи проводника и при его срабатывании с помощью микропроцессора измеряют время замкнутого состояния геркона, и по зависимости (1) определяют величину амплитуды отличающийся тем, что при каждом i-м измерении и в катушке индуктивности измеряют еще и i-й ток срабатывания геркона, по окончании всех измерений строят зависимость вводят зависимость (2) и в микропроцессор, затем в лабораторных условиях во второй КИ размещают второй замыкающий геркон так, чтобы их продольные оси совпадали, затем в КИ подают переменное напряжение U(K2), определяют угол ψ между подаваемым напряжением U(K2) и током протекающим во второй КИ, далее постепенно увеличивая U(K2) до увеличения тока в КИ до где - наименьший ток, протекающий в КИ, при котором происходит срабатывание второго геркона (замыкание контактов), - амплитуда тока, измеряют величину время замкнутого состояния контактов второго геркона от момента срабатывания до момента возврата (размыкания контактов) и ток возврата, при котором геркон возвращается в исходное положение, далее увеличивают U(K2) до увеличения тока в КИ до измеряют где - величина амплитуды тока, время от момента срабатывания до возврата, и ток срабатывания затем увеличивают U(K2) до увеличения тока в КИ до измеряют где - величина амплитуды тока, время от момента срабатывания до возврата, и ток срабатывания затем увеличивают U(K2) до увеличения тока в КИ до и так далее, повторяя предыдущие операции до где - ток в КИ при поданном напряжении U(K2)=120 В, k-1 - количество необходимых измерений времени и токов и (i=1, 2…k), k=10÷15, далее строят зависимости величин амплитуды тока и тока срабатывания в КИ от времени замкнутого состояния от момента срабатывания геркона до момента его возврата и вводят полученные зависимости, и ψ в микропроцессор, далее устанавливают первый геркон вблизи проводника, а вторую КИ со вторым герконом подключают к выводам вторичной обмотки трансформатора напряжения, оба геркона могут срабатывать параллельно, поэтому микропроцессор одновременно может выполнять следующие операции, при замыкании контактов первого геркона, установленного вблизи проводника, фиксируют астрономическое время и , при котором произошло замыкание и размыкание его контактов, соответственно, затем с помощью микропроцессора из зависимости (2) по находят ток в проводнике при котором геркон замкнул контакты, находят время и из формул и где и - промежутки времени от перехода синусоиды через ноль до срабатывания и от момента возврата до следующего перехода через ноль, соответственно, затем определяют астрономическое время перехода синусоиды тока через ноль по формуле при срабатывании второго геркона с помощью микропроцессора фиксируют астрономическое время измеряют время замкнутого состояния геркона, при размыкании контактов второго геркона в КИ с помощью микропроцессора фиксируют астрономическое время и по зависимостям (3) определяют величины амплитуды тока и тока срабатывания затем находят время и из формул и где и - промежутки времени от перехода синусоиды через ноль до срабатывания и от момента возврата до следующего перехода через ноль, соответственно, и определяют астрономическое время перехода синусоиды тока во второй КИ через ноль по формуле далее определяют переход синусоиды напряжения через ноль по формуле запоминают это время до определения момента следующего перехода напряжения через ноль, затем определяют с помощью микропроцессора фазу установившегося переменного тока в проводнике относительно напряжения по формуле Технический результат заявленного технического решения заключается в расширение области использования за счет определения фазы установившегося переменного тока путем фиксации астрономического времени моментов срабатываний и возвратов герконов, определения моментов перехода через ноль синусоиды тока и напряжения, используемого в качестве точки отсчета. 2 ил.