RU2642127C2 - Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя - Google Patents
Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642127C2 RU2642127C2 RU2016103745A RU2016103745A RU2642127C2 RU 2642127 C2 RU2642127 C2 RU 2642127C2 RU 2016103745 A RU2016103745 A RU 2016103745A RU 2016103745 A RU2016103745 A RU 2016103745A RU 2642127 C2 RU2642127 C2 RU 2642127C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- load
- leakage current
- rectifier
- phase bridge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
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. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве производится анализ информационного содержания выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю. В качестве информационного параметра используются амплитуды спектральных составляющих сигналов датчиков, равных 2ω (ω - частота питающего выпрямитель входного напряжения), которые после усиления выделяются с помощью узкополосных фильтров. Факт появления на выходе устройства сравнения разностного сигнала амплитуд спектральных составляющих сигналов датчиков напряженности и будет свидетельствовать о появлении тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматического бесконтактного измерения в реальном масштабе времени значения тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя переменного тока при уменьшении величины ее сопротивления изоляции.
Наличие тока утечки считается крайне нежелательным явлением в электрооборудовании. Он возникает в случае существенного снижения сопротивления изоляции в токонесущих жилах кабелей электроустановок (нагрузки). Данный факт ухудшает энергетические характеристики оборудования. Если же ток утечки продолжает возрастать (по причине уменьшения сопротивления изоляции), то может произойти короткое замыкание между токонесущими жилами или одной из жил и корпусом, что может привести к выходу из строя всей аппаратуры.
В этой связи проблема своевременного выявления факта наличия токов утечки в электроустановках и их измерения является весьма актуальной. Особенно эта задача важна для специального оборудования, эксплуатация которого связана с риском возникновения аварийных ситуаций с тяжелыми последствиями. Например, появление потенциала (тока утечки) на корпусе электроустановок, работающих с агрессивными жидкостями или взрывоопасными веществами, может привести к нарушению процессов управления и защиты, образованию ложных цепей срабатывания аппаратуры, появлению искрообразования и т.д., что, в свою очередь, может привести к катастрофическим последствиям.
В качестве измерителей малых токов в электрооборудовании широко применяются различного рода гальванометры, механические (электростатические) и динамические электрометры [1]. Наряду с высокой точностью измерений и высокой чувствительностью отличительной особенностью этих устройств является сложность конструкций и алгоритмов реализации измерений, дороговизна, а также необходимость электрического контакта измерительных цепей приборов с объектом контроля.
Известен способ определения сопротивления путей утечки тока на землю в электрических системах [2], в котором предполагается целый ряд замеров токов утечки на землю и общего тока системы, составление громоздкой системы линейных уравнений по количеству электрических цепей с последующим ее решением, в ходе которого и определяется ток утечки. Недостатками способа являются сложность реализации алгоритма определения сопротивления изоляции, а также необходимость обеспечения гальванической связи между контролирующей аппаратурой и электрическим оборудованием.
Известен способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети [3], в котором предполагается наличие дополнительного источника измерительного напряжения в форме периодической последовательности импульсов определенной формы, измерение тока утечки за два соответствующих интервала, вычисление сопротивления изоляции по формуле и сравнение полученного значения с заданными значениями сопротивлений. Недостатками способа являются также сложность реализации и необходимость наличия гальванической связи между контролирующей аппаратурой и электрооборудованием.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической реализации является устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя [4]. Данное устройство позволяет несложно и бесконтактно в режиме реального времени фиксировать с высокой точностью факт наличия тока утечки в электрооборудовании.
Недостатком прототипа является то, что устройство не позволяет измерять величину тока утечки. Очевидно, что влияние тока утечки на качество работы электрооборудования зависит от его значения: если значение тока утечки меньше максимально допустимого, то он никак не будет оказывать отрицательного влияния на работу электрооборудования; в противном случае в работе электрооборудования могут возникнуть нежелательные последствия. Таким образом, на практике необходимо не только регистрировать факт наличия тока утечки, но и измерять его текущее значение для принятия возможных соответствующих организационно-технических мер.
Целью изобретения является измерение тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя бесконтактным способом в режиме реального времени.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве производится анализ информационного содержания выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю, при этом в качестве информационного параметра используются амплитуды спектральных составляющих сигналов датчиков, равных 2ω (ω - частота питающего выпрямитель входного напряжения), которые после усиления выделяются с помощью узкополосных фильтров и подаются на устройство сравнения. Факт появления на выходе устройства сравнения разностного сигнала амплитуд спектральных составляющих сигналов датчиков UУТ и будет свидетельствовать о появлении тока утечки IУТ в нагрузке однофазного мостового выпрямителя. Очевидно, что значение UУТ будет прямо пропорционально значению реального тока утечки. Введение же в состав устройства задатчика уровней напряжений, пропорциональных соответствующим значениям токов утечки, и порогового устройства, осуществляющего сравнение текущего значения сигнала (напряжения) UУТ с задаваемыми значениями напряжений, позволяет автоматически измерять величину реального тока утечки в нагрузке.
В рассматриваемом устройстве для решения задачи фиксации тока утечки может быть использован широкий круг магниточувствительных датчиков (индукционных, магнитодиодных, основанных на эффекте Холла и др.). Выбор типа датчика может определяться разными факторами: обеспечения необходимой чувствительности измерений, особенностями и удобством размещения (крепления), стоимостными соображениями и т.п. В качестве такого датчика для реализации предлагаемого изобретения может быть использован универсальный комплексный измерительный преобразователь параметров токов и напряжений при работе электрооборудования различного назначения [5], отвечающий критериям чувствительности, удобства установки и дешевизны.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя. В состав устройства входят два датчика напряженности внешнего магнитного поля 11 и 12 (Д1 и Д2), каждый из которых состоит из чувствительного элемента (ЧЭ), размещенного в микроиндуктивном соленоиде-концентраторе из нескольких витков провода, намотанного на диэлектрическую цилиндрическую трубку. Данные датчики подключены по схеме, аналогичной трансформатору тока, соответственно в токоподводящий и токоотводящий провода, соединяющие однофазный мостовой выпрямитель 2 и нагрузку 3. Выходы чувствительных элементов датчиков 11 и 12 связаны с соответствующими усилителями 41 и 4 2 (У1 и У2), выходы которых подключены к входам узкополосных фильтров 51 и 52 (Ф1 и Ф2). Выходы узкополосных фильтров связаны соответственно с первым и вторым входами устройства сравнения 6 (УС), выход которого в свою очередь связан с первым входом порогового устройства 7 (ПУ). Второй и третий входы порогового устройства связаны с соответствующими выходами задатчика уровня напряжений 8 (ЗУН), а выход ПУ подключен к блоку индикации 9 (БИ).
Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя работает следующим образом.
Входное однофазное переменное питающее напряжение ~uП преобразуется (повышается или понижается) трансформатором Тр и прикладывается к входу мостового выпрямителя 2. Выпрямленный пульсирующий ток протекает по цепи: (+) выпрямителя 2, соленоид-концентратор датчика 11, нагрузка 3, соленоид-концентратор датчика 12, (-) выпрямителя 2.
В датчике 11 провод, образующий соленоид-концентратор, является токоподводящим и по нему протекает ток IПОД, а в датчике 12 аналогичный провод является токоотводящим и по нему, соответственно, протекает ток IОТВ. Магнитные поля, создаваемые этими токами в микроиндуктивных соленоидах-концентраторах, индуцируют в датчиках Д1 и Д2 электродвижущую силу (эдс), в результате чего формируются сигналы, пропорциональные величине протекающих по проводам токов. После усиления в усилителях 41 и 42 эти сигналы поступают на узкополосные фильтры 51 и 52, настроенные на частоту 2ω, где происходит выделение амплитуд спектральной составляющей сигналов с данной частотой.
В том случае, если ток утечки в нагрузке практически отсутствует, т.е. IПОД≈IОТВ (или IПОД - IОТВ ≈ 0), то амплитуды спектральных составляющих с частотой 2ω сигналов датчиков также будут равны, и разностный сигнал на выходе устройства сравнения 6 UУТ, очевидно, будет отсутствовать. В результате на выходе блока индикации 9 никакого сигнала также не будет, что регистрируется загоранием на БИ индикатора «Норма».
В том случае, если в нагрузке появляется ток утечки IУТ, то по первому закону Кирхгофа IПОД>IОТВ или IПОД = IОТВ + IУТ. Тогда величина амплитуды спектральной составляющей с выхода датчика Д2, размещенного на токоотводящем проводе, будет меньше величины амплитуды спектральной составляющей с выхода датчика Д1, размещенного на токоподводящем проводе, на величину, пропорциональную значению тока утечки IУТ. В результате сравнения этих амплитуд на выходе устройства сравнения 6 появится разностный сигнал UУТ, означающий, что в нагрузке появился соответствующий пропорциональный ток утечки IУТ. Данное напряжение поступает на первый вход порогового устройства 7.
Задатчик 8 формирует два уровня напряжений U1 и U2, пропорциональных соответственно допустимому значению тока утечки (I1) и предельно-допустимому (аварийному) значению тока утечки (I2). Эти напряжения прикладываются к второму и третьему входам порогового устройства 7. В пороговом устройстве происходит постоянное сравнение текущего значения напряжения UУТ с заданными уровнями напряжений U1 и U2.
Алгоритм работы устройства может быть следующим.
1. Если ток утечки имеет место, но он мал, т.е. IУТ<I1, то это означает, что значение тока утечки находится в норме. Очевидно, что этому событию соответствует соотношение UУТ<U1. При этом выходной сигнал с ПУ 7 поступит в БИ 9 опять же на индикатор «Норма».
2. Если ток утечки превысил значение I1, но остался меньше значения I2, т.е. I1≤IУТ<I2, то это будет означать, что он находится все еще в допустимых пределах, но на этот факт уже следует обратить внимание. Аналогично, этому событию будет соответствовать соотношение U1≤UУТ<U2. При этом выходной сигнал с ПУ 7 поступит в БИ 9 на индикатор «Предупреждение». В этом случае контролируемое электрооборудование может функционировать, но обслуживающему персоналу необходимо готовиться к соответствующим профилактическим работам по уменьшению значения тока утечки.
3. Если ток утечки продолжает возрастать и превысил значение I2, т.е. IУТ≥I2, то это будет означать, что ток достиг максимально допустимого значения. При этом выполнится соотношение UУТ≥U2. Тогда пороговое устройство 7 сформирует выходной сигнал, который отразится на БИ 9 высвечиванием индикатора «Авария». В этом случае необходимо отключить работающее электрооборудование и провести обязательные ремонтно-восстановительные работы.
Таким образом, предлагаемое устройство с высокой достоверностью бесконтактно определяет факт наличия тока утечки в электрооборудовании, питающегося от однофазного мостового выпрямителя, и осуществляет дискретно его измерение.
Следует отметить, что при необходимости ЗУН 8 можно запрограммировать на формирование не двух, а большего количества фиксированных уровней напряжения, что позволит, в конечном итоге, более точно измерять реальное значение тока утечки. Однако практика показывает, что в этом нет острой необходимости. Достоинством данного устройства является также то, что подобным образом можно измерять токи утечки в нагрузке трехфазных выпрямителей.
Предлагаемое устройство имеет несложную техническую реализацию и большие функциональные возможности.
Источники информации
1. Грибанов Ю.И. Измерение слабых токов, зарядов и больших сопротивлений. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962.
2. Седов А.В., Лачин В.И., Малина А.К. Способ определения сопротивления путей утечки тока на землю в электрических системах. Патент РФ на изобретение №2010247, 1994.
3. Малафеев С.И., Мамай B.C. и др. Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети. Патент РФ на изобретение №2144679, 2000.
4. В.Ф. Вербов, Б.Н. Просянников, А.Г. Сукиязов. Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя. Патент РФ на изобретение №2556332, 2015 (прототип).
5. Сукиязов А.Г., Просянников Б.Н. и др. Комплексный измерительный преобразователь параметров токов и напряжений при работе электрооборудования различного назначения. Патент РФ на полезную модель №100291, 2010.
Claims (1)
- Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя, содержащее блок индикации и два датчика напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю, причем выходы чувствительных элементов датчиков напряженности подсоединены соответственно к первому и второму входам устройства сравнения через соответствующие усилители и узкополосные фильтры, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введены пороговое устройство и задатчик уровня напряжений, причем выход устройства сравнения связан с первым входом порогового устройства, второй и третий входы которого связаны с соответствующими выходами задатчика уровня напряжений, а выход порогового устройства подключен ко входу блока индикации, на котором высвечивается информация о текущем значении тока утечки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016103745A RU2642127C2 (ru) | 2016-02-04 | 2016-02-04 | Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016103745A RU2642127C2 (ru) | 2016-02-04 | 2016-02-04 | Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016103745A RU2016103745A (ru) | 2017-08-10 |
RU2642127C2 true RU2642127C2 (ru) | 2018-01-24 |
Family
ID=59631925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016103745A RU2642127C2 (ru) | 2016-02-04 | 2016-02-04 | Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2642127C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204520U1 (ru) * | 2021-04-22 | 2021-05-28 | Евгений Николаевич Коптяев | Датчик тока утечки |
RU206047U1 (ru) * | 2021-06-12 | 2021-08-17 | Евгений Николаевич Коптяев | Улучшенный датчик тока утечки |
RU206272U1 (ru) * | 2021-06-13 | 2021-09-02 | Евгений Николаевич Коптяев | Датчик тока утечки с повышенной чувствительностью |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2017300C1 (ru) * | 1992-06-15 | 1994-07-30 | Московский институт радиотехники, электроники и автоматики | Устройство для измерения токов утечки на троллейбусе и защитного отключения троллейбуса от питающей сети при превышении заданных значений токов утечки |
RU89246U1 (ru) * | 2009-01-11 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск имени Главного маршала артиллерии М.И. Неделина" Министерство обороны Российской Федерации | Устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей |
RU92197U1 (ru) * | 2008-11-25 | 2010-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" | Устройство контроля за потреблением электроэнергии |
US20130128396A1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-05-23 | Metroic Limited | Current measurement |
RU2556332C1 (ru) * | 2014-03-18 | 2015-07-10 | Государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" | Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя |
US20150301127A1 (en) * | 2010-12-10 | 2015-10-22 | Raritan Americas, Inc. | Methods and Apparatus for Sensing Ground Leakage and Automated Self Testing Thereof |
-
2016
- 2016-02-04 RU RU2016103745A patent/RU2642127C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2017300C1 (ru) * | 1992-06-15 | 1994-07-30 | Московский институт радиотехники, электроники и автоматики | Устройство для измерения токов утечки на троллейбусе и защитного отключения троллейбуса от питающей сети при превышении заданных значений токов утечки |
RU92197U1 (ru) * | 2008-11-25 | 2010-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" | Устройство контроля за потреблением электроэнергии |
RU89246U1 (ru) * | 2009-01-11 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск имени Главного маршала артиллерии М.И. Неделина" Министерство обороны Российской Федерации | Устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей |
US20150301127A1 (en) * | 2010-12-10 | 2015-10-22 | Raritan Americas, Inc. | Methods and Apparatus for Sensing Ground Leakage and Automated Self Testing Thereof |
US20130128396A1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-05-23 | Metroic Limited | Current measurement |
RU2556332C1 (ru) * | 2014-03-18 | 2015-07-10 | Государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" | Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204520U1 (ru) * | 2021-04-22 | 2021-05-28 | Евгений Николаевич Коптяев | Датчик тока утечки |
RU206047U1 (ru) * | 2021-06-12 | 2021-08-17 | Евгений Николаевич Коптяев | Улучшенный датчик тока утечки |
RU206272U1 (ru) * | 2021-06-13 | 2021-09-02 | Евгений Николаевич Коптяев | Датчик тока утечки с повышенной чувствительностью |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016103745A (ru) | 2017-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100429521C (zh) | 绝缘监视方法和设备 | |
EP2960659A1 (en) | An electrical energy meter and a method for installing it | |
RU2642127C2 (ru) | Устройство измерения тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя | |
CN106164695B (zh) | 具有故障检测机构的电力计以及故障检测方法 | |
CA2882297C (en) | Self-powered current sensor with a linear adjustment | |
CN108474819B (zh) | 用于三相负载的短路监测的方法和装置 | |
US9846181B2 (en) | Flux-gate current sensor with additional frequency measuring | |
AU2012208714A1 (en) | Current measuring device | |
RU204520U1 (ru) | Датчик тока утечки | |
CN109946497B (zh) | 电流传感器设备和无接触式电流测量方法 | |
US9977058B2 (en) | Device and method for measuring the power consumption, contactless device and method for measuring power supply status | |
US10228406B2 (en) | Detecting a fault, in particular a transient fault, in an electrical network | |
JP6461698B2 (ja) | 漏電検出装置及び漏電検出方法 | |
RU2556332C1 (ru) | Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя | |
EP4133289B1 (en) | Energy metering and surge current detection | |
US11313888B2 (en) | Hot socket detection at an electric meter | |
KR101954924B1 (ko) | 무정전 절연저항 측정 시스템 및 방법 | |
RU2310875C1 (ru) | Способ определения параметров магнитного поля электроустановок и устройство для его осуществления | |
KR20050048407A (ko) | 접지저항 측정장치 | |
RU2617731C2 (ru) | Устройство бесконтактного контроля исправности электротехнических объектов переменного тока | |
JP2019002812A (ja) | 絶縁抵抗計測システム、分電盤、絶縁抵抗計測方法、及びプログラム | |
KR20110004361U (ko) | 원격 whm 누설전류 검출기 | |
RU2509314C2 (ru) | Устройство контроля сопротивления изоляции электрической сети переменного тока | |
KR102634381B1 (ko) | 비접지 전원 계통의 절연 감시 장치 | |
CN209086326U (zh) | 用于确定电流测量布置的传递函数的设备和电度表 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180206 |