СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

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_CP2 размыкали 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.