СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА В ПРОВОДНИКЕ С ПОМОЩЬЮ ГЕРКОНОВ

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

Известен способ измерения тока в проводнике [Хомерике О.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 G01R19/30 (2006.01), опубл. 20.08.2010], при котором два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника. Их настраивают так, чтобы они срабатывали и замыкали контакты при токе , , соответственно, в проводнике, возвращались в исходное положение и размыкали контакты при токе и , соответственно. Второй геркон настраивают так, чтобы он срабатывал при токе = , а возвращался при токе < . Измеряют время между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле:

,

где

- амплитуда измеряемого тока,

- угловая частота тока,

, - токи возврата соответственно первого и второго герконов, которые создают магнитное поле, достаточное для возврата контактов герконов [Клецель М.Я., Мусин В.В. О построении на герконах защит высоковольтных установок без трансформаторов тока //Электротехника. - 1987. - №4].

- время между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания.

Недостатком способа является зона нечувствительности при измерении тока в диапазоне > > и невозможности добиться равенства = , поскольку герконы даже одного типа с одинаковым током трогания имеют различные зависимости времени срабатывания от кратности К (К= / ) [Клецель М.Я., Алишев Ж.Р., Мануковский А.В., Мусин В.В. Свойства герконов при использовании их в релейной защите //Электричество. - 1993. - №9].

Задачей изобретения является повышение надежности, за счет исключения зоны нечувствительности.

Это достигается тем, что в способе измерения тока в проводнике с помощью герконов, также как в прототипе, два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания и и размыкали контакты при токах возврата и , измеряют время между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле:

, (1)

где - угловая частота тока.

Согласно изобретению герконы устанавливают на безопасных расстояниях h₁ и h₂ от проводника, и настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания > и возвращались в исходное положение при токах возврата > , измеряют время замкнутого состояния контактов первого геркона и, если второй геркон не срабатывает, определяют амплитуду тока по формуле:

, (2)

если срабатывают оба геркона, то измеряют время замкнутого состояния контактов первого геркона и время между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания, а амплитуду тока для этого случая определяют как среднее значение амплитуд тока и .

По сравнению с прототипом предложенным способом можно измерять ток в диапазоне > > . Это исключает зону нечувствительности и повышает надежность измерения тока в проводнике. Кроме того, такой способ облегчает выбор герконов, так как не нужно подбирать равные токи срабатывания первого и второго герконов.

На фиг. 1 приведено устройство для реализации предлагаемого способа.

На фиг. 2 представлены: кривая 1 - полупериод кривой измеряемого тока при > > ; кривая 2 - полупериод кривой измеряемого тока при > > .

Предложенный способ может быть реализован с помощью устройства, в котором первый 1 и второй 2 герконы (фиг. 1) 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.

Первый 1 и второй 2 герконы с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника 3 на безопасном расстоянии. Например, расстояние h₁ от проводника 3 до первого геркона 1 равно 0,1 м и расстояние h₂ до второго геркона 2 составляет 0,15 м. Угол между перпендикулярной линией продольной оси проводника 3 и продольной осью первого геркона 1 и второго геркона 2 составляет 90^° градусов. Герконы подобраны так, чтобы токи срабатывания , и возврата , первого 1 и второго 2 герконов соответствовали неравенствам:

> , а > .

В проводнике 3 протекает синусоидальный ток с амплитудой . При увеличении тока до мгновенной величины (фиг. 2, кривая 1), являющейся током срабатывания =77.88А первого геркона 1, замыкаются разомкнутые до этого контакты, которые срабатывают. При уменьшении тока до мгновенной величины, являющийся током возврата =30,3А первого геркона 1, замыкаются разомкнутые до этого контакты, которые возвращаются в исходное положение, размыкая их. Это происходит под действием созданного током / магнитного поля напряженностью срабатывания /возврата в зазоре между пластинами первого геркона 1, направленной вдоль его продольной оси. Второй геркон 2 замыкает контакты при токе - =176,8А, а размыкает при токе - =67,14А.

Измерение тока в проводнике 3 с помощью герконов 1 и 2 осуществляют следующим образом:

1. При увеличении тока в проводнике 3 до величины тока срабатывания (фиг. 2, кривая 2) первый геркон 1 срабатывает, его контакты замыкаются, запускается первый таймер внутри микроконтроллера 4 (МК) и начинается отчет времени . Если ток не увеличился до , то второй геркон 2 не срабатывает, так как > > , его контакты не замкнутся и не будет их возврата. Фиксируется время =0,6 мс в момент размыкания контактов первого геркона 1 при токе возврата , и микроконтроллер 4 рассчитывает амплитуду тока по формуле (2):

А.

2. При увеличении тока в проводнике 3 до величины тока срабатывания , фиксируют первым таймером внутри микроконтроллера 4 время , и если ток в проводнике 3 увеличивается до тока срабатывания , то срабатывает второй геркон 2 (фиг. 2, кривая 1). Второй таймер внутри микроконтроллера 4 (МК) в момент возврата контактов второго геркона 2 начинает отсчет времени, который заканчивается, когда происходит возврат контактов первого геркона 1. Второй таймер зафиксировал время =1 мкс, а первый таймер время =105 мкс. С помощью микроконтроллера 4 (МК) определяют амплитуды тока по формулам (1) и (2):

А

А.

Используя среднее значение амплитуд тока и определяют амплитуду тока =(1484.2+1443.5)/2=1463.85.