Устройство для измерения дифференциального тока

Авторы патента:

G01R31/02 - испытание электрической аппаратуры, линий и элементов на короткое замыкание, обрыв, утечку или неправильное соединение

G01R19/10 - измерения суммы, разности или отношения

Владельцы патента RU 2645434:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения токов утечки в электропроводке и электрооборудовании. Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора. Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения дифференциального тока, содержащее чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель, блок индикации и блок питания, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, фотодиод и источник светового потока, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к первому плечу фотодиода, второе плечо которого соединено с выходом источником светового потока, вход светового потока подключен к блоку питания, третье плечо фотодиода через усилитель соединено с входом блока индикации. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной 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 защитного отключения (см. В.К. Монаков, В.С. Розанов, А.В. Трубицын. Безопасность жизнедеятельности. М.: МГТУ МИРЭА, 2014, стр. 30-33). Это устройство содержит дифференциальный трансформатор тока, пусковой орган, исполнительный механизм и блок для тестирования. Дифференциальный трансформатор с помощью двух первичных обмоток, подключается к электроприемнику (нагрузке) и источнику переменного тока. Вторичная обмотка трансформатора соединена с пусковым органом, который в свою очередь подключается к исполнительному механизму.

При отсутствии дифференциального тока - тока утечки, по первичным встречно включенным обмоткам трансформатора протекают равные по величине токи, определяющие характер нагрузки. Равные токи во встречно включенных обмотках, наводят в магнитном сердечнике трансформатора векторно встречно направленные магнитные потоки. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю.

При появлении тока утечки равенство токов в обмотках нарушается и возникает разностный ток, благодаря чему наступает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформатора э.д.с., пропорциональной току утечки. Сигнал с выхода вторичной обмотки через пусковой орган воздействует на исполнительный механизм, который обеспечивает размыкание электрической цепи.

Недостатком этого известного устройства является низкая точность при преобразовании э.д.с. вторичной обмотки трансформатора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип (RU 41374 U1, 20.04.2004), содержащее блок измерения, включающий дифференциальный трансформатор тока и элемент для подключения к измеряемой цепи, и фильтр низких частот, усилитель сигнала, блок питания, микроконтроллер, блок индикации, интерфейс, блок измерения температуры и внешнее устройство.

Принцип действия данного устройства основан на измерении разностного тока нулевой последовательности фаз, возникающего при появлении в сети некомпенсированного 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 некомпенсированного магнитного потока, который наводит э.д.с. во вторичной обмотке, значение которой пропорционально значению тока утечки.

Устройство работает следующим образом. Блок измерения подключается в рассечку фазных и нулевого проводов. С помощью фильтра низких частот производится выделение необходимого сигнала, этот сигнал усиливается в усилителе сигнала с высоким входным сопротивлением, усиленный сигнал поступает на аналоговый вход микроконтроллера, с помощью встроенного АЦП микроконтроллера полученный сигнал преобразуется в цифровое значение. С помощью заложенной в микроконтроллер градировочной 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, одновременно эти значения могут быть переданы на внешнее устройство по интерфейсу.

Недостатком этого известного устройства является сложность процедуры преобразования э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора, пропорциональной току утечки.

Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения дифференциального тока, содержащее чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель, блок индикации и блок питания, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, фотодиод и источник светового потока, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к первому плечу фотодиода, второе плечо которого соединено с выходом источником светового потока, вход светового потока подключен к блоку питания, третье плечо фотодиода через усилитель соединено с входом блока индикации.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что преобразованная э.д.с. вторичной обмотки тороидального трансформатора воздействует на освещенный световым потоком фотодиод и по величине фототока фотодиода измеряется значение дифференциального тока.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения дифференциального тока на основе измерения фототока фотодиодам с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процесса преобразования сигнала вторичной обмотки тороидального трансформатора (чувствительного элемента).

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Данное устройство содержит источник переменного тока 1, подключенный к входу чувствительного элемента 2, преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение 3, фотодиод 4, источник светового потока 5, блок питания 6, усилитель 7, подключенный выходом к входу блока индикации 8.

Устройство работает следующим образом. Отсутствие дифференциального тока в сети приводит к тому, что на выходе чувствительного элемента наблюдается нулевой сигнал. Появившийся на выходе чувствительного элемента 2 сигнал, отличный от нулевого значения, и соответствующий току утечки, поступает на вход преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение 3. После выпрямления этого сигнала в этом преобразователе, его постоянное напряжение подают на фотодиод 4. При этом согласно предлагаемому техническому решению в данном случае используется фотодиодный режим (приложение к фотодиоду запирающее напряжение) фотодиода. При освещении фотодиода световым потоком источника светового потока 5 через фотодиод протечет фототок. Предварительно с выхода блока питания 6 подают напряжение на источник светового потока для выработки светового излучения. Как правило, величина этого фототока, возникающего в этом случае, зависит от приложенного к фотодиоду напряжения и интенсивности светового потока. В рассматриваемом случае принимается интенсивность светового потока постоянной величиной. Тогда фототок данного фотодиода (при постоянном значении светового потока) будет являться функцией приложенного к диоду напряжения. Другими словами по величине возникающего в этом случае фототока можно судить о токе утечки в сети. Далее фототок усиливается усилителем 7 и предается в блок индикации 8. Здесь отображается информация, позволяющая измерить величину дифференциального тока.

Таким образом, согласно предлагаемому техническому решению на основе измерения фототока фотодиода, освещенного постоянной величиной светового потока и управляемого напряжением преобразователя переменного напряжение в постоянное напряжение, можно обеспечить упрощение процедуры преобразования сигнала вторичной обмотки дифференциального трансформатора.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано в качестве технического средства предупреждения о возникновении тока утечки в электропроводке и электрооборудовании.

Устройство для измерения дифференциального тока, содержащее чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с двумя первичными и одной вторичной обмотками, источник переменного тока, усилитель, блок индикации и блок питания, отличающееся тем, что в него введены преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, фотодиод и источник светового потока, причем вход чувствительного элемента соединен с источником переменного тока, выход чувствительного элемента через преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение подключен к первому плечу фотодиода, второе плечо которого соединено с выходом источником светового потока, вход источника светового потока подключен к блоку питания, третье плечо фотодиода через усилитель соединено с входом блока индикации.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе проведения сейсморазведочных работ. Предлагается устройство сбора данных, содержащее пару входных выводов, выполненных с возможностью соединения с набором, состоящим по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, формирующего полезный сейсмический сигнал, и средство обнаружения отключения для обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика.

Устройство для диагностики межвитковых замыканий в обмотках силового трансформатора // 2642521

Устройство предназначено для диагностики силовых трансформаторов 6-10/0,4 кВ любой мощности на наличие межвитковых замыканий в обмотках трансформатора на ранней стадии развития на месте эксплуатации силового трансформатора.

Автоматизированная система контроля параметров кабельно-жгутовых сетей автономных объектов // 2642478

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в системе содержится блок общего управления, блок сетевого информационного обмена, магистраль информационного обмена, распределенная сеть локальных контрольно-измерительных коммутаторов, причем выход - вход блока общего управления соединен с входом - выходом блока сетевого обмена, выход - вход которого соединен посредством магистрали информационного обмена с входами - выходами локальных контрольно-измерительных коммутаторов, отличающаяся тем, что в систему введены n локальных контрольно-измерительных коммутаторов, информационно и аппаратно объединенных в единую информационную сеть, каждый из которых содержит блок информационного обмена, блок управления и вычисления, блок управления коммутаторами, блок задатчика допустимых пределов параметров, блок контроля, измерения и сравнения, коммутатор режимов контроля, шину контроля и измерения, коммутатор точек входа - выхода, обеспечивающий коммутацию точек входа - выхода на шину контроля и измерения или на корпус автономного объекта, блок входных - выходных разъемов.

Устройство для контроля электрического монтажа // 2642397

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам для контроля электрического монтажа. Технический результат - упрощение устройства, обеспечение возможности проверки кабелей с большим количеством проводов и со специальным монтажом.

Устройство для контроля электрического монтажа // 2642397

Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя // 2642127

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является автоматическое измерение тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя бесконтактным способом в реальном масштабе времени без выключения выпрямителя из процесса функционирования путем сравнения соответствующих напряжений, пропорциональных реальному и заданным значениям токов утечки.

Способ испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю // 2640376

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами.

Система и способ контроля ячеистой сети возврата тока летательного аппарата // 2639611

Изобретения относятся к области измерительной техники, в частности к системам возврата электрического тока, и могут быть использованы в авиации. Способ содержит этап измерения силы тока, по меньшей мере, в одном электрическом соединении, в котором течет номинальный ток, для определенных условий полета летательного аппарата; этап беспроводной передачи значения измеренной силы тока, этап приема измеренной силы тока, этап сравнения измеренной силы тока с опорной силой номинального тока, определенной для указанного электрического соединения, для указанных определенных условий полета; и этап диагностики состояния исправности электрического соединения после этапа сравнения.

Способ диагностирования по току шины короткого замыкания в цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя // 2637379

Настоящее изобретение относится к способу диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя.

Установка для испытаний кабеля и электрооборудования // 2635855

Изобретение относится к области электротехники, а именно к инверторной переносной установке для испытаний кабеля и электрооборудования напряжением постоянного тока 36 кВ, 60 кВ и 110 кВ.

Способ измерения разности фаз и отношения уровней двух гармонических сигналов // 2618046

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения отношения уровней и разности фаз двух гармонических сигналов. Заявлен способ измерения разности фаз и отношения уровней двух гармонических сигналов, согласно которому измеряют синхронно мгновенные значения двух сигналов через равные промежутки времени.

Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков // 2615167

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к мостовым схемам измерения. Устройство измерения отношения напряжения мостовых датчиков содержит рабочий (измерительный) мост 1, измерительная диагональ которого через последовательно соединенные усилитель 2, селектируемый пиковый детектор 3, запоминающую емкость 4, двуквадрантный генератор управляемой частоты 5 связана с диагональю питания моста 1.

Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков // 2562000

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при обработке информации, получаемой при проведении многофакторных экспериментальных исследований.

Измеритель разности потенциалов геофизический (ирпг) // 2485555

Изобретение относится к геофизике. .

Способ измерения угла диэлектрических потерь // 2349922

Изобретение относится к электротехническим измерениям, предназначено для измерения угла диэлектрических потерь диэлектрических материалов. .

Цифровой измеритель коэффициента передачи // 2236018

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано для измерения параметров усилителей низких и инфранизких частот, а также для автоматизированного контроля трактов прохождения аудиосигналов.

Устройство для определения приращений напряжения между соседними экстремумами // 2213978

Изобретение относится к области информационно-измерительной и аналоговой вычислительной техники, может использоваться в анализаторах качества электроэнергии. .

Устройство для выделения абсолютных приращений напряжения // 2212675

Изобретение относится к области информационно-измерительной и аналоговой вычислительной техники и может использоваться в анализаторе колебаний напряжения. .

Устройство для фиксации коммутационного износа выключателей // 2163382

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным масляным выключателям электрических сетей. .

Устройство для измерения амплитудных и фазовых характеристик гармонических сигналов // 2089919

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к устройствам для измерения отношения K значений амплитуд и величины сдвига фаз F0 двух гармонических сигналов, и может быть использовано при корреляционном анализе, преимущественно сигналов звукового и инфразвукового частотных диапазонов.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики // 2645750

Использование: в области электротехники для защиты электрических линий и приборов. Технический результат - повышение надежности работы электрических сетей 6-35 кВ за счет реализация функции контроля напряжения. Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики (МУРЗ) содержит: корпус, в котором установлены объединенные общей шиной данных: процессорный модуль, содержащий один или более процессоров, осуществляющий основную вычислительную обработку, и модуль часов реального времени; блок памяти, содержащий ПЗУ и ОЗУ; интерфейсы связи, выполненные с возможностью связи с внешними вычислительными устройствами; модули релейной защитной автоматики (РЗА), соединенные с процессорным модулем и включающие в себя измерительные модули, состоящие из модуля аналоговых входов и модуля дискретных входов, модуля реле, представлявшего собой модуль дискретных выходов, и совмещенный модуль дискретных входов/выходов; блок питания, выполненный с возможностью сохранения работоспособности устройства при потере оперативного питания; причем модуль аналоговых входов содержит АЦП, предназначенный для преобразования поступающих аналоговых сигналов, содержит гальванически развязанные входные каналы и служит для измерения токов и напряжений по трем фазам и нулевой последовательности; лицевую панель, подключаемую посредством USB интерфейса связи к процессорному модулю, причем лицевая панель содержит микроконтроллер, интерфейсы связи с внешними вычислительными устройствами, дисплей, светодиоды, клавиатуру и лицевая панель выполнена съемной с возможностью удаленного управления МУРЗ. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.