СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ В ТРЕХЖИЛЬНОМ КАБЕЛЕ БЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРОВОВ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при построении устройств для бесконтактного измерения мгновенных значений токов в симметричном трехжильном кабеле без металлических покровов с круглыми жилами.

Известен способ бесконтактного измерения электрического тока (Патент РФ 2133473. Способ бесконтактного измерения электрического тока / Долгих В.В., Кириевский Е.В.). В способе бесконтактного измерения электрического тока, заключающемся в том, что в ферромагнитном сердечнике с помощью нанесенной на него первичной обмотки с измеряемым током создают основной магнитный поток, с помощью нанесенной на упомянутый сердечник вторичной обмотки с компенсирующим током создают встречный магнитный поток, причем знак производной компенсирующего тока периодически изменяют, а о величине измеряемого тока судят по значению низкочастотной составляющей компенсирующего тока, дополнительно упомянутое периодическое изменение знака производной компенсирующего тока осуществляют при выходе мгновенного значения этого тока из зоны, ограниченной значениями

Iмакс W1/W2+H_s⋅L/W2,

Iмин W1/W2-H_s⋅L/W2,

где Iмакс и Iмин - граничные значения заданного диапазона измерения тока;

W1 и W2 - количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток;

H_s - напряженность магнитного поля в ферромагнитном сердечнике, соответствующая границе его насыщения;

L - длина средней магнитной силовой линии.

Недостатками данного способа являются необходимость дополнительного источника для создания компенсирующего тока во вторичной обмотке и отсутствие возможности определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения мгновенного значения тока в одножильном кабеле (Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники, 1996 год, часть 1, стр. 23), заключающийся в измерении напряженности магнитного поля над одножильным кабелем, вычисление мгновенного значения тока в жиле по закону полного тока:

i(t)=2πRH,

где Н - измеряемая напряженность магнитного поля;

R - расстояние от оси одножильного кабеля до точки измерения напряженности магнитного поля.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности определения мгновенных значений токов в каждой жиле трехжильного кабеля без металлических покровов.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов при расположении датчиков на расстоянии от кабеля. Поскольку для измерения напряженности магнитного поля могут применяться датчики различной конструкции и размеров необходимо учитывать, что установить датчик непосредственно на поверхность кабеля не всегда представляется возможным.

Для достижения указанной цели в предлагаемом способе определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов, включающем измерение напряженности магнитного поля над жилой кабеля, вычисление мгновенного значения тока в жиле, измерения проводятся тремя однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля, расположенными на расстоянии d над жилами кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля, а вычисление мгновенных значений токов в каждой жиле осуществляется по формулам:

;

;

;

где Н₁, Н₂, H₃ - напряженности магнитного поля, измеряемые с помощью однокомпонентных датчиков;

;

;

r₁ - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля;

r₂ - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля;

d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика.

На фиг. представлена функциональная схема устройства, реализующая измерения по данному способу.

Устройство содержит три однокомпонентных датчика напряженности магнитного поля 1, 2 и 3, к датчикам подключены измерительные приборы 4, 5, 6, сигнал с которых подается на вычислительный блок 7, и индикатор 8.

Мгновенные значения токов в трехжильном кабеле без металлических покровов определяется следующим образом. Каждый из трех датчиков располагается на расстоянии d над жилой кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля. Напряженность магнитного поля от токов в жилах кабеля преобразуется однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля 1, 2 и 3 в напряжения U₁, U₂ и U₃, которые подаются на вход измерительных приборов 4, 5 и 6, сигнал с которых в свою очередь подается на вычислительный блок 7, затем на индикатор 8.

Расстояние d следует выбирать в соответствии с законом полного тока.

Определение мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов производится следующим образом. Напряженность магнитного поля от токов в жилах преобразуется датчиком напряженности магнитного поля в напряжение и с коэффициентом преобразования K, т.е.

u=KH.

Напряженность магнитного поля в точке измерения определяется по принципу суперпозиции полей от токов в жилах кабеля. Тогда мгновенное значение напряжения на выходе первого датчика напряженности магнитного поля равно:

,

где i₁(t), i₂(t), i₃(t) - мгновенные значения токов в жилах трехжильного кабеля,

r₁ - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля;

;

r₂ - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля;

d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика;

.

Мгновенное значение напряжения на выходе второго датчика напряженности магнитного поля равно:

.

Мгновенное значение напряжения на выходе третьего датчика напряженности магнитного поля равно:

.

Из приведенных выражений, зная расстояния r₁, r₂ и d, находим:

;

;

;

где Н₁, Н₂, H₃ - напряженности магнитного поля, измеряемые с помощью однокомпонентных датчиков;

;

;

r₁ - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля;

r₂ - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля;

d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика.

В данном способе измерения проводятся тремя однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля, расположенными на расстоянии d над жилами кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля, что позволяет определить мгновенные значения токов в трехжильном кабеле без металлических покровов при расположении датчиков на расстоянии от кабеля.