Датчик тока

 

О П И С А Н И Е пц 6I7736

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Воветских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.02.75 (21) 2104527/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) M. Кл.2 G 01R

19/00

Гвсударствентьй коннтет

Совета Министров СССР ло делам иэоорвтений и открытий (43) Опубликовано 30.07.78, Бюллетень № 28 (53) УДК 621.317.7 (088.8) (45) Дата опубликования описания 17.07.78 (54) ДАТЧИК ТОКА

Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения больших постоянных токов ()1 кА) в шинах прямоугольного сечения и может быть использовано в качестве датчика тока релейных защит мощных низковольтных сетей автономных энергосистем.

Известно устройство для измерения больших постоянных токов, содержащее ряд однотипных последовательно соединенных 10 магнитных зондов, установленных симметрично попарно по обе стороны токопровода так, чтобы действия полей, создаваемых измеряемым током, суммировались, а влияния внешних (неизмеряемых) полей взаим- 15 но компенсировались (1). Помехоустойчивость такого устройства обеспечивается только при наличии однородных внешних магнитных полей, кроме того, оно имеет большие габариты. 20

Наиболее близким к изобретению является устройство, состоящее из двух дифференциально включенных датчиков Холла, один из которых находится внутри токопровода, а второй расположен снаружи у его поверх- 25 ности таким образом, чтобы его плоскость совпадала с направлением силовых линий магнитного поля, создаваемого измеряемым током (2). Это устройство также обладает высокой помехоустойчивостью только при однородных внешних мешающих магнитных полях.

Кроме того, уменьшение величины сечения токопроводов (токоведущих шин) ведет к неравномерному распределению плотности тока по сечению токопровода и к его перегреву. Датчики Холла внутри и вне токопровода находятся в разных температурных условиях, что увеличивает погрешность.

В аварийном режиме перегрев токопровода приводит к поломке датчика Холла.

В автономных энергосистемах датчики тока систем быстродействующих селективных релейных защит постоянного тока должны обладать высокой помехозащищенностью и минимальными габаритами, так как прямая и обратная токоведущие ветви токопровода располагаются друг от друга на расстоянии 30 — 60 мм, а соседние токопроводы — на расстоянии 100 мм в наиболее неблагоприятном случае. При этом номинальные токи фидеров равны 5 — 10 кА, а токи короткого замыкания в токопроводах соседних фидеров достигают 100 кА. В этих условиях названное выше устройство (2) не может быть использовано из-за низкой помехоустойчивости.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем, что датчик тока снабжен

617736

4 третьим датчиком Холла, расположенным на середине узкой грани токопровода и перпендикулярно к ней, а первый и второй датчики Холла расположены симметрично относительно третьего параллельно ему на уровне широких граней, причем чувствительность третьего датчика Холла в два раза больше чувствительности первого и второго датчиков в отдельности, а Холловские электроды третьего датчика включены последовательно-встречно по отношению к

Холловским электродам первого и второго датчиков.

На чертеже представлена схема предлагаемого датчика.

Датчики Холла 1, 2 и 3 расположены сбоку от токопровода 4 перпендикулярно ему, причем датчик 1 — посередине узкой грани, а датчики 2 и 3 — соответственно над и под датчиком 1 на уровне широких граней токопровода. Первичная обмотка 5 трансформатора 6 подключена к выходу генератора 7, а вторичные обмотки 8, 9 и 10— к токовым электродам соответствующих датчиков Холла. Холловские электроды всех датчиков соединены между собой последовательно-встречно и подключены на вход усилителя 11.

При протекании тока в обратном или соседнем токопроводе вокруг него возникает магнитное поле. Так как датчики Холла включены встречно-последовательно, то напряжение помехи на входе усилителя (.1п — U f U2 (-13 где U<, U и U3 — напряжения на выходе соответствующих датчиков Холла, возникающие под действием внешнего поля. Напряжение на выходе i-го датчика Холла равно (-1г = А . В ь где ?; — постоянная Холла i-ro датчика, I; — его управляющий ток, В; — индукция магнитного поля, нормальная к плоскости

i-го датчика. В соответствии с этим

Un = А — уз 4Вз — уз7здз.

Датчики Холла находятся в непосредственной близости друг от друга, поэтому в области их расположения поле можно считать практически равномерным. Всегда можно подобрать датчики Холла таким образом, чтобы

y>I< = 2у 1з з= 2?з1з.

Б этом случае

u„=,I (2В„, — В„, — В„,) и при условии равномерности поля напря:кение помехи U почти полностью компенспруется напряжением (U +Up).

При протекании измеряемого тока по токопроводу-помехе поле в точках расположения датчиков Холла резко неоднородно:

В,,)В„= В,, Суммарное напряжение на выходе датчиков

Холла

u, = ) I(2a„— в„— в„) и отличается от нуля. Помехозащищенность определяется отношением

Uc "ф(2 —  — В ) п 1 (2Вп — Вп, Вд ) 15

2В, —  — В

2„— „— „

Индукция магнитного поля — выражением

0 а Ь

16;.ab J „1 (х — хо)з + (у — yp) — а — Ь

Формула изобретения

Датчик тока, содержащий токопровод, 50 датчики Холла, генератор питания токовых электродов датчиков и усилитель, ко входу которого подключены выходы датчиков

Холла, отличающи йся тем, что, с целью повышения, помехоустойчивости, on

55 снабжен третьим датчиком Холла, расположенным на середине узкой грани токопровода и перпендикулярно к ней, а первый и второй датчики Холла располо?кены симметрично относительно третьего и парал60 лельно ему на уровне широких граней, причем чувствительность третьего датчика Хол25 где а и b — / толщины и ширины токопровода, х и у — координаты точки, в которой вычисляется индукция поля, хо и уо— текущие координаты интегрирования токопровода, 1 — ток, протекающий по токопро30 воду, Мо — магнитная постоянная. Для у— составляющей индукции в числителе подинтегрального выражения стоит (х — xp) вместо (у — уо).

Таким образом, помехозащищенность

35 предлагаемого датчика тока в десятки раз выше, чем известного.

Следует отметить, что датчик тока можно использовать для измерения и постоянного и переменного тока промышленной

40 частоты, так как картины поля таких токов практически пе отличаются и принцип компенсации помех, используемый в предлагаемом датчике, пригоден и в том и в другом случае.

617736

Составитель Т. Веремейкина

Редактор Н. Громов

Техред Н. Рыбкина

Корректор А. Степанова

Заказ )357/16 Изд. Ко 500 Тираж 1122

НПО Государственного комигега Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб. д. 4/5

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 ла в два раза больше чувствительности первого и второго датчиков в отдельности, а

Холловские электроды третьего датчика включены последовательно-встречно по отношению к Холловским электродам первого и второго датчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 113957, кл. G 01К 19/00, 1957.

5 2. Авторское свидетельство СССР № 116053, кл. G 01R, 19/00, 1957.