RU2643160C1 - Coil of differentiation induction current converter - Google Patents
Coil of differentiation induction current converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643160C1 RU2643160C1 RU2016138354A RU2016138354A RU2643160C1 RU 2643160 C1 RU2643160 C1 RU 2643160C1 RU 2016138354 A RU2016138354 A RU 2016138354A RU 2016138354 A RU2016138354 A RU 2016138354A RU 2643160 C1 RU2643160 C1 RU 2643160C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- solenoid
- frame
- toroid
- winding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/20—Instruments transformers
- H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
- H01F38/28—Current transformers
- H01F38/32—Circuit arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
- H02H7/045—Differential protection of transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Transformers For Measuring Instruments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции дифференцирующих индукционных преобразователей тока (ДИПТ), и предназначено для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем.The invention relates to electrical engineering, namely to the design of differentiating induction current converters (DIPT), and is intended for measuring current in the conductors of high-voltage electric power systems.
ДИПТ является, как и трансформатор тока, измерительным преобразователем трансформаторного типа. В катушке ДИПТ наводится ЭДС, которая равна произведению производной измеряемого тока по времени на взаимную индуктивность между катушкой ДИПТ и проводником с измеряемым током.DIPT is, like a current transformer, a transformer-type measuring transducer. An EMF is induced in the DIPT coil, which is equal to the product of the time derivative of the measured current by the mutual inductance between the DIPT coil and the conductor with the measured current.
Известны двухобмоточные ДИПТ, в которых этот проводник, выполненный в виде короткого стержня или короткой трубки, является вторым основным конструктивным элементом ДИПТ, играя при этом роль первичной обмотки, как у трансформатора тока (ТТ). ДИПТ, в отличие от ТТ, работает в режиме, близком к идеальному холостому ходу. Его выходное напряжение практически равно указанной ЭДС. Ток нагрузки катушки ДИПТ во много раз меньше тока вторичной обмотки трансформатора тока. Поэтому масса двухобмоточного ДИПТ в десятки и даже тысячи раз меньше, чем масса трансформатора тока. Этим и объясняется имеющее место в настоящее время нарастающее использование ДИПТ взамен ТТ.Two-winding DIPTs are known in which this conductor, made in the form of a short rod or a short tube, is the second main structural element of the DIPT, while playing the role of the primary winding, like a current transformer (CT). DIPT, unlike the TT, operates in a mode close to perfect idle. Its output voltage is almost equal to the indicated EMF. The load current of the DIPT coil is many times less than the current of the secondary winding of the current transformer. Therefore, the mass of a double-winding DIPT is tens and even thousands of times less than the mass of a current transformer. This explains the current increasing use of DIPT in place of TT.
Конструкция катушки ДИПТ зависит от ее назначения (для стационарной установки или для проведения экспериментальных исследований), а также от наличия мешающих магнитных полей, которые создают расположенные вблизи от катушки проводники с посторонними токами. Предлагаемая катушка ДИПТ предназначена для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем. В этом случае катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является тем проводником, по которому проходит измеряемый ток. Диаметр катушки составляет десятки сантиметров, расстояние от катушки до проводника с измеряемым током близко к расстояниям между катушкой и токопроводами других токов (например, токопроводами других фаз). Поэтому проблема защиты ДИПТ от влияния магнитных полей сторонних токов выходит на первый план.The design of the DIPT coil depends on its purpose (for stationary installation or for carrying out experimental studies), as well as on the presence of interfering magnetic fields that create conductors located near the coil with extraneous currents. The proposed DIPT coil is designed to measure current in the conductors of high voltage electric power systems. In this case, the coil covers the insulator input to any electrical equipment: switch, power transformer or other. The input bus is the conductor through which the measured current passes. The diameter of the coil is tens of centimeters, the distance from the coil to the conductor with the measured current is close to the distances between the coil and the current conductors of other currents (for example, current conductors of other phases). Therefore, the problem of protecting the DIPT from the influence of magnetic fields of external currents comes to the fore.
Известны гибкие катушки ДИПТ. Витки такой катушки равномерно наматываются на гибкую трубку по всей ее длине от ее начала до конца, затем обмоточный провод пропускают внутри трубки и его конец, как и начало обмотки катушки, подключается к коаксиальному проводу, по которому передается напряжение катушки. Эта трубка обводится вокруг проводника с измеряемым током, образуя петлю. Конец трубки прикрепляется к ней в области, примыкающей к местам соединения начала обмотки катушки и конца обратного провода с центральным проводником и наружной оплеткой коаксиального провода. Такая катушка, которая называется катушкой Роговского, является аналогом предлагаемого изобретения [W. F. Ray, C. R. Hewson. Practical Aspects of Rogowski Current Transducer Performance. PEM_paper_PCIM, 2001. – 6 p.].Flexible DIPT coils are known. The turns of such a coil are evenly wound on a flexible tube along its entire length from its beginning to the end, then the winding wire is passed inside the tube and its end, like the beginning of the coil winding, is connected to a coaxial wire through which the voltage of the coil is transmitted. This tube is circled around the conductor with the measured current, forming a loop. The end of the tube is attached to it in the area adjacent to the junction of the beginning of the coil winding and the end of the return wire with the central conductor and the outer braid of the coaxial wire. Such a coil, called a Rogowski coil, is an analogue of the invention [W. F. Ray, C. R. Hewson. Practical Aspects of Rogowski Current Transducer Performance. PEM_paper_PCIM, 2001. - 6 p.].
Мешающие магнитные поля первого рода, проходящие сквозь окно замкнутой катушки, наводят в обмотке катушки и в контуре, образованном проводом, проходящим внутри трубки, две ЭДС помехи, практически одинаковые по абсолютному значению, но противоположные по направлению. Сумма этих ЭДС, которые оказываются включенными последовательно, практически равна нулю. Этим достигается высокая помехозащищенность катушек Роговского, по отношению к мешающим магнитным полям первого рода. Идеальная торообразная катушка имеет одинаковые размеры всех своих круговых витков, которые равномерно распределены вдоль всей продольной, имеющей форму окружности, осевой линии катушки. Причем центры всех витков находятся на одинаковом расстоянии от осевой линии катушки. Такая катушка является практически абсолютно защищенной также и от мешающих магнитных полей второго рода, которые созданы расположенными вне окна катушки проводниками с посторонними токами, а их магнитные линии лежат в плоскостях, расположенных параллельно плоскости продольной осевой линии катушки. Сумма тех составляющих ЭДС всех витков катушки, которые наводятся указанными мешающими магнитными полями второго рода, близка к нулю.Interfering magnetic fields of the first kind passing through the window of a closed coil induce two EMF noise in the coil winding and in the circuit formed by the wire passing inside the tube, almost identical in absolute value, but opposite in direction. The sum of these EMFs, which turn out to be connected in series, is practically zero. This ensures high noise immunity of the Rogowski coils, in relation to interfering magnetic fields of the first kind. An ideal toroidal coil has the same dimensions for all of its circular turns, which are evenly distributed along the entire longitudinal, circumferential, center line of the coil. Moreover, the centers of all the turns are at the same distance from the center line of the coil. Such a coil is also almost completely protected from interfering magnetic fields of the second kind, which are created by conductors located outside the coil window with extraneous currents, and their magnetic lines lie in planes parallel to the plane of the longitudinal axial line of the coil. The sum of those components of the EMF of all coil turns that are induced by the indicated interfering magnetic fields of the second kind is close to zero.
Гибкая катушка не обладает всеми перечисленными свойствами идеального тороида. Наиболее существенным нарушением условия равномерного распределения витков катушки является их отсутствие на участке между концом катушки, прикрепленным к ней в области ее начала, и этим началом. Если указанный участок входит в петлю, охватывающую проводник с измеряемым током, то ЭДС катушки меньше теоретического значения этой ЭДС, что является первым недостатком катушки аналога. Как свидетельствуют технические данные, которые указывают фирмы, выпускающие эти катушки, погрешность измерения в этом случае достигает 4%. Отмеченное обстоятельство является также причиной недостаточной защищенности гибкой катушки Роговского по отношению к мешающим магнитным полям второго рода. Слишком малый диаметр витков гибкой катушки Роговского (не более нескольких миллиметров) является причиной других недостатков аналога. ЭДС, которая наводится в тонкой катушке магнитным полем проводника с измеряемым током, мала, она не превосходит нескольких милливольт. Поэтому для повышения точности измерения необходимо увеличить отношение ЭДС, созданной действием измеряемого тока к ЭДС различных помех, которые наводятся в линии, по которой передается сигнал, вызванный действием измеряемого тока. Поэтому в непосредственной близости от стационарно установленной гибкой катушки Роговского приходится помещать усилитель, к входу которого подключена катушка, а выход усилителя подключается к линии, передающей сигнал, вызванный действием измеряемого тока. Усложнение схемы измерительного преобразователя, связанное с наличием усилителя, и необходимость обеспечить этот усилитель источником питания и являются вторым и третьим недостатками аналога. Четвертый недостаток катушки Роговского заключается в том, что она не позволяет проводить подрегулировку (изменять в небольших пределах) значения взаимной индуктивности между катушкой и проводником с измеряемым током.A flexible coil does not possess all of the listed properties of an ideal toroid. The most significant violation of the condition for a uniform distribution of coil turns is their absence in the area between the end of the coil attached to it in the region of its beginning and this beginning. If this section is included in the loop covering the conductor with the measured current, then the EMF of the coil is less than the theoretical value of this EMF, which is the first disadvantage of the analogue coil. According to the technical data indicated by the companies producing these coils, the measurement error in this case reaches 4%. This circumstance is also the reason for the insufficient protection of the Rogowski flexible coil with respect to interfering magnetic fields of the second kind. Too small diameter of the turns of the flexible Rogowski coil (not more than a few millimeters) is the reason for other disadvantages of the analogue. The EMF, which is induced in a thin coil by the magnetic field of a conductor with a measured current, is small, it does not exceed several millivolts. Therefore, to increase the accuracy of the measurement, it is necessary to increase the ratio of the EMF created by the action of the measured current to the EMF of various disturbances, which are induced in the line along which a signal is transmitted caused by the action of the measured current. Therefore, in the immediate vicinity of the permanently installed flexible Rogowski coil, it is necessary to place an amplifier, to the input of which a coil is connected, and the output of the amplifier is connected to a line transmitting a signal caused by the action of the measured current. The complication of the transducer circuit associated with the presence of an amplifier, and the need to provide this amplifier with a power source are the second and third disadvantages of the analogue. The fourth drawback of the Rogowski coil is that it does not allow for the adjustment (to vary within small limits) of the mutual inductance between the coil and the conductor with the measured current.
От первых трех недостатков аналога свободен ДИПТ с секционированной катушкой ДИПТ, который наиболее близок по технической сущности к заявляемому устройству (прототип) [Патент RU 2396661, МПК H02H3/34, H01F38/28, 2010г.].From the first three disadvantages of the analog free DIPT with a sectioned coil DIPT, which is closest in technical essence to the claimed device (prototype) [Patent RU 2396661, IPC H02H3 / 34, H01F38 / 28, 2010].
Прототип содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой, находящиеся на ее концах, плотно соединяются одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку того высоковольтного ввода выключателя, через который проходит измеряемый ток, а продольная осевая линия этого тороида представляет собой окружность, расположенную в плоскости, перпендикулярной продольной оси шины ввода, которая проходит через окно несущего тороида.The prototype contains a bearing toroid made on the basis of an elastic tube made of dielectric material, the connecting surfaces of which are located at its ends, are tightly connected to each other when installing the DIPT coil on the connecting sleeve of the high-voltage input of the switch through which the measured current passes, and the longitudinal axial line This toroid is a circle located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the input bus, which passes through the window of the carrier toroid.
Катушка прототипа является секционированной: она состоит из n одинаковых по своей конструкции круговых соленоидов, расположенных по часовой стрелке, в порядке увеличения их номеров, вдоль осевой линии катушки. Каждый соленоид имеет выполненный из жесткого изоляционного материала трубчатый каркас. Конечный торец любого m–го каркаса прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса, а начальный торец m–го каркаса – к концу(m-1)–го каркаса, причем конечный торец n–го каркаса прилегает к начальному торцу 1–го каркаса. На наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого (или левого) винта. Шаг спирали равен диаметру обмоточного провода. Начало и конец обмотки каждого соленоида находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса. Начало обмотки первого соленоида подключено к первому зажиму катушки ДИПТ, а конец обмотки n–го соленоида – ко второму зажиму катушки ДИПТ. Благодаря перечисленным признакам катушки – прототипа высота обмоток соленоидов во много раз больше длины необмотанных участков между концом обмотки любого m–го соленоида и началом обмотки (m+1)–го соленоида, что и объясняет практическое отсутствие всех трех первых, указанных выше, недостатков катушки-аналога.The prototype coil is partitioned: it consists of n identical in design circular solenoids located clockwise in the order of increasing numbers along the center line of the coil. Each solenoid has a tubular frame made of rigid insulating material. The end face of any m-th skeleton is adjacent to the initial end of the (m + 1) -th skeleton, and the initial end of the m-th skeleton is adjacent to the end of the (m-1) -st skeleton, and the end end of the nth skeleton is adjacent to the initial end 1st frame. On the outer cylindrical surface of each solenoid there is a solenoid winding wound in the form of a spiral according to the rule of the right (or left) screw. The pitch of the spiral is equal to the diameter of the winding wire. The beginning and end of the winding of each solenoid are located close to the initial and final ends of its tubular frame, respectively. The beginning of the winding of the first solenoid is connected to the first terminal of the DIPT coil, and the end of the winding of the nth solenoid is connected to the second terminal of the DIPT coil. Due to the listed features of a prototype coil, the height of the solenoid windings is many times greater than the length of the unwound sections between the end of the winding of any m-th solenoid and the beginning of the winding of the (m + 1) -th solenoid, which explains the practical absence of all three of the first three shortcomings of the coil -analogue.
Отсутствие возможности проводить подрегулировку взаимной индуктивности между катушкой и проводником с измеряемым током является первым недостатком катушки – прототипа.The lack of the ability to adjust the mutual inductance between the coil and the conductor with the measured current is the first disadvantage of the coil prototype.
Для исключения тех погрешностей измерения производной измеряемого тока, которые вызываются мешающими магнитными полями первого рода катушка-прототип является двухслойной. На описанной выше секционированной катушке, которая является первым слоем катушки прототипа, размещен второй слой. Большая часть существенных признаков конструкции обмотки второго слоя такая же, как и у первого слоя. Исключение составляют только два признака. Во-первых, соленоиды второго слоя располагаются в порядке увеличения их номеров против часовой стрелки. Во-вторых, первая катушка второго слоя располагается над n–й катушкой первого слоя, причем начало первой катушки второго слоя подключено к второму зажиму катушки-прототипа, то есть к концу обмотки первого слоя, а конец n–й катушки второго слоя – к третьему зажиму катушки-прототипа. При этом первый и третий зажимы катушки-прототипа являются ее выходными зажимами.To exclude those measurement errors of the derivative of the measured current, which are caused by interfering magnetic fields of the first kind, the prototype coil is two-layer. On the sectioned coil described above, which is the first layer of the prototype coil, a second layer is placed. Most of the essential features of the winding design of the second layer are the same as those of the first layer. The exception is only two signs. Firstly, the solenoids of the second layer are arranged in the order of increasing their numbers counterclockwise. Secondly, the first coil of the second layer is located above the nth coil of the first layer, and the beginning of the first coil of the second layer is connected to the second clamp of the prototype coil, that is, to the end of the winding of the first layer, and the end of the nth coil of the second layer to the third clamp prototype coil. In this case, the first and third clamps of the prototype coil are its output clamps.
Благодаря указанным отличительным признакам, две ЭДС помехи, которые наводятся мешающими магнитными полями первого рода в катушках первого и второго слоев, практически одинаковы по абсолютному значению, но противоположны по направлению. Поэтому сумма этих ЭДС практически равна нулю. Этим достигается высокая помехозащищенность ДИПТ, по отношению к мешающим магнитным полям первого родаDue to these distinguishing features, the two EMF interference, which are induced by interfering magnetic fields of the first kind in the coils of the first and second layers, are almost identical in absolute value, but opposite in direction. Therefore, the sum of these EMFs is practically zero. This achieves high noise immunity DIPT, in relation to interfering magnetic fields of the first kind
В то же время ЭДС, которые наводятся магнитным полем проводника с измеряемым током в катушках первого и второго слоев, одинаковы как по абсолютному значению, так и по направлению. При этом выходной сигнал ДИПТ увеличивается в два раза, что, во-первых, дополнительно улучшает помехозащищенность ДИПТ от мешающих магнитных полей первого рода, и, во-вторых, позволяет освободиться от применения усилителя выходного сигнала ДИПТ, как это имеет место у аналога.At the same time, the EMF induced by the magnetic field of the conductor with the measured current in the coils of the first and second layers are the same both in absolute value and in direction. In this case, the DIPT output signal doubles, which, firstly, additionally improves the noise immunity of the DIPT from interfering magnetic fields of the first kind, and, secondly, allows you to get rid of the use of the DIPT output signal amplifier, as is the case with the analogue.
У прототипа имеется еще один отличительный признак, который не используется в заявляемом устройстве: соленоиды с двухслойной обмоткой надеты на трубку из эластичного изоляционного материала, при этом выдерживается одно и то же расстояние между любыми соседними соленоидами. После размещения соленоидов вдоль указанной трубки ее концы соединяются друг с другом.The prototype has another distinctive feature that is not used in the claimed device: solenoids with a two-layer winding are worn on a tube of elastic insulating material, while maintaining the same distance between any adjacent solenoids. After placing the solenoids along the specified tube, its ends are connected to each other.
Последний отличительный признак прототипа является причиной его второго недостатка, заключающегося в том, что при монтаже катушки возникают затруднения с обеспечением точности равномерного распределения жестких соленоидов, высота которых в несколько раз больше наружного диаметра эластичной трубки, вдоль длины ее осевой линии, что может привести к увеличению погрешности измерения, вызванной мешающими магнитными полями второго рода.The last distinguishing feature of the prototype is the reason for its second drawback, which is that when installing the coil there are difficulties in ensuring the accuracy of the uniform distribution of rigid solenoids, the height of which is several times greater than the outer diameter of the elastic tube, along the length of its axial line, which can lead to an increase measurement errors caused by interfering magnetic fields of the second kind.
Третий недостаток прототипа заключается в том, что длина обмоточного провода двухслойной катушки примерно в 
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение показателей ДИПТ для сетей высокого напряжения.The problem to which the invention is directed, is to improve the performance of DIPT for high voltage networks.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в снижении стоимости ДИПТ для сетей высокого напряжения путем упрощения технологии изготовления и монтажа катушки ДИПТ, уменьшении суммарной массы проводников катушки и обеспечении возможности подрегулировать значение взаимной индуктивности между катушкой ДИПТ и проводником с измеряемым током.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in reducing the cost of DIPT for high voltage networks by simplifying the manufacturing and installation of the DIPT coil, reducing the total mass of the coil conductors and providing the ability to adjust the mutual inductance between the DIPT coil and the conductor with the measured current.
Поставленная задача достигается тем, что в катушку дифференцирующего индукционного преобразователя тока, состоящую из несущего тороида, выполненного на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой, находящиеся на ее концах, плотно соединены одна с другой при установке катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока на соединительную втулку того высоковольтного ввода, через который проходит измеряемый ток, а продольная осевая линия этого тороида находится в плоскости, перпендикулярной осевой линии токоведущей шины ввода, и n одинаковых по своей конструкции секционных круговых соленоидов, расположенных по часовой стрелке, в порядке увеличения их номеров, вдоль осевой линии катушки, и каждый такой соленоид имеет выполненный из жесткого изоляционного материала трубчатый каркас, имеющий сквозное цилиндрическое отверстие, проходящее вдоль упомянутого трубчатого каркаса, при этом конечный торец любого m–го каркаса прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса, а начальный торец m–го каркаса – к конечному торцу (m-1)–го каркаса, причем конечный торец n–го каркаса прилегает к начальному торцу первого каркаса, кроме того, на наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого (или левого) винта, шаг спирали равен диаметру обмоточного провода, причем начала и концы обмоток каждого соленоида находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса, начала каждой, кроме первой, обмоток каждого соленоида соединены с концами обмоток соленоидов предыдущих секций, начало обмотки первого соленоида подключено к первому зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец обмотки n–го соленоида соединен со вторым зажимом катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, согласно изобретению дополнительно введены проходящий внутри секционированной катушки в направлении против часовой стрелки обратный провод, начало которого подключено к концу обмотки n–го соленоида и к третьему зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец, соединенный с началом обмотки первого соленоида, подключен ко второму зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, предназначенные для соединения начал и концов обмоток соленоидов между собой и с внешними зажимами катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока обмоточные соединители с разъемными контактами и (п-1) выполненных из жесткого изоляционного материала и прикрепленных к несущему тороиду соединительных муфт, каждая из которых снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, причем первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида, при этом совокупность продольных осевых линий обоих шипов и основного тела каждой соединительной муфты представляет собой, имеющую форму отрезка прямой, осевую линию соединительной муфты, а совокупность осевых линий всех соединительных муфт линии образует продольную осевую линию катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, имеющую форму правильного n–угольника, кроме того, в каждой соединительной муфте выполнен сквозной цилиндрический канал, продольной осью которого является осевая линия соединительной муфты, а упомянутый обратный провод проходит через сквозные цилиндрические отверстия трубчатых каркасов всех секционных соленоидов.The problem is achieved in that the coil of the differentiating induction current transducer, consisting of a bearing toroid made on the basis of an elastic tube made of dielectric material, the connecting surfaces of which are at its ends, are tightly connected to each other when installing the coil of the differentiating induction current transducer on the connecting the sleeve of the high-voltage input through which the measured current passes, and the longitudinal axial line of this toroid is in the plane, perpend of the main axial line of the current-carrying input bus, and n identical in design sectional circular solenoids located clockwise in the order of increasing their numbers along the axial line of the coil, and each such solenoid has a tubular frame made of rigid insulating material having a through cylindrical hole passing along the said tubular frame, with the end face of any m-th frame adjacent to the initial end of the (m + 1) -th frame, and the initial end of the m-th frame adjacent to the final end (m-1) –Th skeleton, with the end end of the nth skeleton adjacent to the initial end of the first skeleton, in addition, on the outer cylindrical surface of each solenoid there is a solenoid coil wound in the form of a spiral according to the rule of the right (or left) screw, the spiral pitch is equal to the diameter of the winding wire moreover, the beginnings and ends of the windings of each solenoid are located close to the start and end ends of its tubular frame, respectively, the beginnings of each, except the first, windings of each solenoid are connected to the ends of the windings of the solenoids of the previous sections, the beginning of the winding of the first solenoid is connected to the first terminal of the coil of the differentiating induction current transducer, and the end of the winding of the nth solenoid is connected to the second terminal of the coil of the differentiating induction current transducer, according to the invention, a return wire passing inside the sectioned coil in a counterclockwise direction is additionally introduced the beginning of which is connected to the end of the winding of the nth solenoid and to the third terminal of the coil of the differentiating induction converter current, and the end connected to the beginning of the winding of the first solenoid is connected to the second terminal of the coil of the differentiating induction current transducer, designed to connect the beginnings and ends of the windings of solenoids to each other and to the external terminals of the coil of the differentiating induction current transformer, winding connectors with detachable contacts and (p -1) made of rigid insulating material and attached to the toroid-bearing connecting sleeves, each of which is equipped with two circular cylindrical shaped with spikes, and the first spike of the mth coupling is tightly connected to the cylindrical hole of the frame of the mth solenoid, and the second spike of the mth coupling is tightly connected to the cylindrical hole of the frame of the (m + 1) –th solenoid, while the set of longitudinal axial lines of both the studs and the main body of each coupling is an axial line of the coupling, having the shape of a straight line segment, and the set of axial lines of all the coupling couplings of the line forms the longitudinal axial line of the coil of the differential induction transducer I current, having the shape of a regular n-gon, in addition, a through cylindrical channel is made in each connecting sleeve, the longitudinal axis of which is the axial line of the connecting sleeve, and said return wire passes through the through cylindrical holes of the tubular frames of all section solenoids.
При этом угол между продольными осями первого и второго шипов каждой соединительной муфты равен 
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."
При этом совокупность отличительных признаков формулы предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:In this case, the set of distinctive features of the formula of the proposed solution perform the following functional tasks:
Признаки, указывающие, что «проходящий внутри секционированной катушки в направлении против часовой стрелки обратный провод, начало которого подключено к концу обмотки n–го соленоида и к третьему зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, а конец, соединенный с началом обмотки первого соленоида, подключен ко второму зажиму катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока», «(п-1) выполненных из жесткого изоляционного материала и прикрепленных к несущему тороиду соединительных муфт, каждая из которых снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами» и «совокупность продольных осевых линий обоих шипов и основного тела каждой соединительной муфты представляет собой, имеющую форму отрезка прямой, осевую линию соединительной муфты, а совокупность осевых линий всех соединительных муфт линии образует продольную осевую линию катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока, имеющую форму правильного n–угольника, кроме того, в каждой соединительной муфте выполнен сквозной цилиндрический канал, продольной осью которого является осевая линия соединительной муфты, а упомянутый обратный провод проходит через сквозные цилиндрические отверстия трубчатых каркасов всех секционных соленоидов» позволяют устранить влияние мешающих магнитных полей первого рода, уменьшить влияние мешающих магнитных полей второго рода, упростить технологию изготовления и монтажа катушек ДИПТ, а также снизить их стоимость.Signs indicating that “the return wire passing inside the sectioned coil in a counterclockwise direction, the beginning of which is connected to the end of the winding of the nth solenoid and to the third terminal of the coil of the differentiating induction current transducer, and the end connected to the beginning of the winding of the first solenoid, is connected to the second terminal of the coil of the differentiating induction current transducer "," (p-1) made of rigid insulating material and attached to the toroid-carrying connecting couplings, each of It is provided with two spikes having the shape of a circular cylinder ”and“ the set of longitudinal axial lines of both studs and the main body of each coupling is an axial line of the coupling having the shape of a straight line segment, and the set of axial lines of all connecting couplings forms the longitudinal axial line of the differentiating coil an induction current transducer having the shape of a regular n-gon; in addition, a through cylindrical channel with a longitudinal axis is made in each coupling which is the center line of the coupler, and said return wire passes through the through cylindrical holes of the tubular frames of all sectional solenoids ”to eliminate the influence of interfering magnetic fields of the first kind, reduce the influence of interfering magnetic fields of the second kind, simplify the manufacturing and installation of DIPT coils, and also reduce their cost.
Высота каждой катушки соленоида во много раз больше расстояний между крайними витками соседних соленоидов, поэтому вся секционированная однослойная катушка ДИПТ, по воздействию на нее мешающих магнитных полей первого рода, эквивалентна первому контуру, совпадающему по своей форме с продольной осевой линией катушки. Другой, подобный ему, второй контур эквивалентен контуру обратного провода. Площади этих, первого и второго, контуров равны, а направления их, по отношению к токопроводу с измеряемым током, противоположны, причем первый и второй контуры включены последовательно. Поэтому ЭДС, наводимые в этих контурах мешающими магнитными полями первого рода, равны по абсолютному значению и противоположны по направлению, а их сумма равна нулю, чем достигается высокая помехозащищенность ДИПТ, по отношению к мешающим магнитным полям первого рода. При большом отношении высоты катушки соленоида к расстоянию между крайними витками соседних соленоидов влияние мешающих магнитных полей второго рода на ЭДС катушки ДИПТ ничтожно мало и оно тем меньше, чем больше указанное отношение.The height of each solenoid coil is many times greater than the distance between the extreme turns of adjacent solenoids, therefore, the entire sectioned single-layer DIPT coil, by the effect of interfering magnetic fields of the first kind on it, is equivalent to the first circuit, which coincides in shape with the longitudinal axis of the coil. Another, similar to him, the second circuit is equivalent to the circuit of the return wire. The areas of these, the first and second, circuits are equal, and their directions, with respect to the current path with the measured current, are opposite, with the first and second circuits connected in series. Therefore, the EMF induced in these circuits by interfering magnetic fields of the first kind are equal in absolute value and opposite in direction, and their sum is equal to zero, which achieves a high noise immunity of DIPT with respect to interfering magnetic fields of the first kind. With a large ratio of the height of the solenoid coil to the distance between the extreme turns of adjacent solenoids, the influence of interfering magnetic fields of the second kind on the EMF of the DIPT coil is negligible and it is the smaller, the greater the specified ratio.
Признак, указывающий, что «первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида» позволяет изменять глубину вхождения шипов в цилиндрические отверстия каркасов секционных соленоидов и, тем самым, взаимную индуктивность между катушкой ДИПТ и токопроводом с измеряемым током. При увеличении глубины погружения шипов в упомянутые цилиндрические отверстия обмотки секционных соленоидов приближаются к шине ввода, что вызывает увеличение указанной взаимной индуктивности. И, наоборот, при уменьшении этой глубины происходит уменьшение указанной взаимной индуктивности.A sign indicating that “the first tenon of the mth coupling is tightly connected to the cylindrical hole of the frame of the mth solenoid, and the second tenon of the mth coupling is tightly connected to the cylindrical hole of the frame of the (m + 1) solenoid” allows you to change the depth of entry of the studs into the cylindrical holes of the frames of the sectional solenoids and, thus, the mutual inductance between the DIPT coil and the current-conducting conductor with the measured current. With an increase in the immersion depth of the spikes in the aforementioned cylindrical holes, the windings of the sectional solenoids approach the input bus, which causes an increase in the indicated mutual inductance. And, conversely, with a decrease in this depth, the indicated mutual inductance decreases.
Признак, указывающий, что «угол между продольными осями первого и второго шипов каждой соединительной муфты равен
Признаки, указывающие, что в ДИПТ дополнительно введены «предназначенные для соединения начал и концов обмоток соленоидов между собой и с внешними зажимами катушки дифференцирующего индукционного преобразователя тока обмоточные соединители с разъемными контактами» и «каждая соединительная муфта прикреплена к упомянутому эластичному немагнитному тороиду в точках поверхности последнего, расположенных вдоль большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия» позволяют облегчить работу по монтажу катушки ДИПТ на соединительную втулку того высоковольтного ввода выключателя, через который проходит измеряемый ток. Так как катушка ДИПТ, расположенная с внешней стороны от эластичного немагнитного тороида, входящего в состав ДИПТ, плотно соединена с этим тороидом в n точках, то для установки и закрепления ее на втулку соответствующего ввода достаточно плотно соединить стыковочные поверхности указанного тороида. Наличие указанных обмоточных соединителей, при подключении их к зажимам обмоток соленоидов и к внешним зажимам катушки, нисколько не затрудняет изменение глубины вхождения шипов соединительных муфт в окна трубчатых каркасов секционных соленоидов.Signs indicating that the DIPT additionally includes “designed to connect the beginnings and ends of the solenoid windings with each other and with the external terminals of the coil of the differentiating induction current transformer winding connectors with detachable contacts” and “each coupling is attached to the said elastic non-magnetic toroid at the surface points of the latter located along the largest of the circles that are the boundaries between the surface of this toroid and the plane in which its longitudinal I axial line "can facilitate the mounting work Diptych of the coil on the coupling sleeve of the high-voltage input switch, through which the measured current. Since the DIPT coil located on the outside of the elastic non-magnetic toroid that is part of the DIPT is tightly connected to this toroid at n points, to install and fix it on the sleeve of the corresponding input, it is sufficient to tightly connect the connecting surfaces of the indicated toroid. The presence of these winding connectors, when connected to the terminals of the windings of the solenoids and to the external terminals of the coil, does not complicate the depth of entry of the spikes of the couplings into the windows of the tubular frames of sectional solenoids.
На фиг. 1 показан поперечный разрез секционированной катушки и несущего тороида в границах m-го и (m+1)-го секционных соленоидов; на фиг. 2 показан поперечный разрез секционированной катушки и несущего тороида в границах первого и n-го секционных соленоидов.In FIG. 1 shows a cross section of a sectioned coil and a bearing toroid within the boundaries of the mth and (m + 1) th sectional solenoids; in FIG. 2 shows a cross section of a sectioned coil and a bearing toroid within the boundaries of the first and nth section solenoids.
На чертежах показаны токопровод 1, несущий тороид 2, m-й 3 и (m+1)-й 4 соленоиды, обратный провод 5, соединительная муфта 6, первый 7 и второй 8 шипы, начало 9 и конец 10 обмотки соленоида 3, начало 11 и конец 12 обмотки соленоида 4, обмоточные соединители 13, соленоиды 14 и 15, начало 16 и конец 17 обмотки соленоида 14, начало 18 и конец 19 обмотки соленоида 15, начало 20 обратного провода 5, конечный зажим 21 обратного провода 5, первый зажим 22 катушки, второй зажим 23, третий зажим 24, стыковочные поверхности 25. На чертежах обозначены:The drawings show the current lead 1, carrying the
d – диаметр витков;d is the diameter of the turns;
RC – радиус катушки;R C is the radius of the coil;
Raкс – радиус несущего тороида;R ax is the radius of the bearing toroid;
Rmax – радиус большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия.R max - the radius of the largest of the circles that are the boundaries between the surface of this toroid and the plane in which its longitudinal axial line is located.
Вокруг токопровода 1 с измеряемым током I располагают несущий тороид 2 и состоящую из n секций секционированную катушку, в которую входят (см. Фиг.1) секционные соленоиды, m-й 3 и (m+1)-й 4. Диаметры витков (d) этих, как и всех остальных секционных соленоидов ДИПТ, одинаковы. Обратный провод 5 проходит внутри всех секционных соленоидов, которые равномерно размещены вдоль расположенной в плоскости, перпендикулярной оси токопровода 1, круговой продольной оси катушки с радиусом RC. В этой же плоскости расположена и круговая продольная ось несущего тороида с радиусом Raкс. Секционные соленоиды расположены по часовой стрелке в порядке увеличения их номеров вдоль осевой линии катушки. Соленоиды 3 и 4 имеют, как и все остальные соленоиды катушки, выполненные из жесткого изоляционного материала трубчатые каркасы, покрытые на фиг.1 частой штриховкой. После установки катушки ДИПТ на соединительную втулку какого-нибудь высоковольтного ввода конечный торец любого m–го каркаса, кроме n–го прилегает к начальному торцу (m+1)–го каркаса. У любого трубчатого каркаса имеется широкое цилиндрическое отверстие, через которое проходит обратный провод 5. Секционные соленоиды стыкуют друг с другом с помощью соединительных муфт 6, которые прикреплены к несущему тороиду 2 в точках поверхности последнего, расположенных вдоль большей из окружностей, являющихся границами между поверхностью этого тороида и плоскости, в которой расположена его продольная осевая линия. Радиус этой окружности (см. фиг1) обозначен как Rmax. Муфты 6 имеют узкие цилиндрические отверстия для прохождения обратного провода 5 и снабжены первыми 7 и вторыми 8 шипами, имеющими цилиндрическую форму. У соединительной муфты 6 первый шип 7 плотно соединен с широким цилиндрическим отверстием m-го секционного соленоида 3, а второй шип 8 - с широким цилиндрическим отверстием (m+1)-го секционного соленоида 4. На наружной цилиндрической поверхности каждого соленоида расположена обмотка соленоида, намотанная в виде спирали по правилу правого (или левого) винта. Шаг спирали равен диаметру обмоточного провода. Начало 9 и конец 10 обмотки соленоида 3 находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса. Аналогично начало 11 и конец 12 обмотки соленоида 4 находятся вблизи соответственно от начального и конечного торцов его трубчатого каркаса.Around the current lead 1 with the measured current I, there is a
Для соединения между собой начал и концов обмоток различных соленоидов и подключения их к обратному проводу и к внешним зажимам катушки ДИПТ используются обмоточные соединители 13 с разъемными контактами. На фиг.1 показан один такой элемент, соединяющий конец обмотки m-го соленоида с началом обмотки (m+1)-го соленоида.To connect between themselves the beginnings and ends of the windings of various solenoids and connect them to the return wire and to the external terminals of the DIPT coil, winding
На первом соленоиде намотана обмотка, имеющая начало 16 и конец 17, который через обмоточный соединитель 13 подключен к началу18 обмотки соленоида 15, конец 19 которой через другой обмоточный соединитель 13 подключен к началу 20 обратного провода 5, имеющего конечный зажим 21. Первый зажим 22 катушки подключен к началу 16 обмотки соленоида 14. Конечный зажим 21 обратного провода 5 через третий обмоточный соединитель 13 соединен с вторым зажимом 23. С зажимов 22 и 23, являющихся выходными зажимами ДИПТ, снимается выходное напряжение ДИПТ. Третий зажим 24 катушки подключен к концу 19 обмотки соленоида 15. Этот зажим может использоваться при проведении испытаний ДИПТ и для измерения мешающего магнитного поля первого рода. В рабочем состоянии стыковочные поверхности 25 концов эластичной трубки плотно соединены между собой, образуя при этом несущий тороид 2 (см. фиг.2).A winding is wound on the first solenoid, having a beginning 16 and an
Работа предлагаемого ДИПТ рассматривается на примере преобразователя, разработанного для использования в качестве измерительного преобразователя тока, создающего входное напряжение для устройства токовой защиты трехфазной линии с напряжением 6 кВ и частотой f = 50 Гц при номинальном токе линии In = 630 А. Обмотки секционных соленоидов выполнены из обмоточного провода с полиэфирной изоляцией, имеющего диаметр медной жилы dм = 0,125 мм, при этом максимальный наружный диаметр изолированного провода dиз = 0,154 мм. Диаметр витков обмоток секционных соленоидов d равен 0,024 м. Диаметр D круговой осевой линии катушки, которая аппроксимирует реальную, имеющую форму правильного многоугольника, осевую линию катушки равен 0, 144м. Число секционных соленоидов n = 12. Число витков w обмотки соленоида равно 2520.The work of the proposed DIPT is considered on the example of a converter designed to be used as a measuring current transducer, creating an input voltage for a three-phase line current protection device with a voltage of 6 kV and a frequency of f = 50 Hz at a nominal line current of I n = 630 A. The windings of the sectional solenoids are made from a winding wire with polyester insulation having a diameter of a copper core d m = 0.125 mm, while the maximum outer diameter of the insulated wire d of = 0.154 mm The diameter of the turns of the windings of the sectional solenoids d is equal to 0.024 m. The diameter D of the circular axial line of the coil, which approximates the real, having the shape of a regular polygon, the axial line of the coil is 0, 144 m. The number of sectional solenoids is n = 12. The number of turns w of the solenoid winding is 2520.
Взаимная индуктивность M1 обмотки одного секционного соленоида и токопровода с измеряемым током определяется величинами: w, d и D, а также магнитной постоянной µ0 , которая равна 
Формула (1) показывает, что при увеличении погружения шипов соединительных муфт в цилиндрические отверстия каркасов секционных соленоидов, что вызывает уменьшение среднего диаметра D осевой линии катушки, взаимная индуктивность M1 увеличивается.Formula (1) shows that with increasing immersion of the spikes of the couplings in the cylindrical holes of the frames of the section solenoids, which causes a decrease in the average diameter D of the axial line of the coil, the mutual inductance M 1 increases.
Расчет по формуле (1) при подстановке в нее всех указанных выше значений параметров катушки дает результат: M1=3,17 мкГн.Calculation according to formula (1) when substituting into it all the above values of the coil parameters gives the result: M1 = 3.17 μH.
Взаимная индуктивность M всей катушки ДИПТ и токопровода с измеряемым током в 12 раз больше, что составляет 38 мкГн.The mutual inductance M of the entire DIPT coil and the current lead with the measured current is 12 times greater, which is 38 μH.
Индуктивное сопротивление взаимной индукции всей катушки ДИПТ и токопровода с измеряемым током определяется формулойThe inductive resistance of the mutual induction of the entire DIPT coil and the current lead with the measured current is determined by the formula
что составляет 11,94 мОм.which is 11.94 mOhm.
При токе 630 А ЭДС катушки ДИПТ равна 7,52 В.At a current of 630 A, the EMF of the DIPT coil is 7.52 V.
Такой результат подтверждает пригодность разработанного ДИПТ для использования в токовой защите.This result confirms the suitability of the developed DIPT for use in current protection.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016138354A RU2643160C1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Coil of differentiation induction current converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016138354A RU2643160C1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Coil of differentiation induction current converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2643160C1 true RU2643160C1 (en) | 2018-01-31 |
Family
ID=61173552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016138354A RU2643160C1 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Coil of differentiation induction current converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2643160C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU438075A1 (en) * | 1969-09-29 | 1974-07-30 | Предприятие П/Я А-7374 | Differential Current Transformer |
| EP0592339A1 (en) * | 1992-10-09 | 1994-04-13 | International Market Development S.A.R.L. | Printed circuit testing appliance |
| US6407894B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-06-18 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for differentially sensing ground fault and individual phases |
| RU2244972C1 (en) * | 2003-06-10 | 2005-01-20 | Анисимов Юрий Николаевич | Differential current transformer |
| RU2253930C2 (en) * | 2003-08-11 | 2005-06-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Electric down-engine control station |
-
2016
- 2016-09-28 RU RU2016138354A patent/RU2643160C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU438075A1 (en) * | 1969-09-29 | 1974-07-30 | Предприятие П/Я А-7374 | Differential Current Transformer |
| EP0592339A1 (en) * | 1992-10-09 | 1994-04-13 | International Market Development S.A.R.L. | Printed circuit testing appliance |
| US6407894B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-06-18 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Method and apparatus for differentially sensing ground fault and individual phases |
| RU2244972C1 (en) * | 2003-06-10 | 2005-01-20 | Анисимов Юрий Николаевич | Differential current transformer |
| RU2253930C2 (en) * | 2003-08-11 | 2005-06-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Electric down-engine control station |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1730542B1 (en) | Fluxgate magnetometer | |
| AU2013394138A1 (en) | Method and armoured power cable for transporting alternate current | |
| RU2643160C1 (en) | Coil of differentiation induction current converter | |
| JP2015008311A (en) | Multi-toroid transformer | |
| US9419530B2 (en) | Power estimation device using coaxial winding transformer | |
| US3378761A (en) | Nondestructive testing device for testing wire ropes and similarly shaped objects | |
| RU2396661C1 (en) | Measuring device of differential current protection of buses | |
| JPH04118667U (en) | Rogowski coil | |
| US1752320A (en) | Apparatus for reducing sheath currents | |
| RU203217U1 (en) | PRIMARY CURRENT CONVERTER | |
| US20160217901A1 (en) | Transformer with highly resistive core | |
| Geissler et al. | Short circuit tests to derive the buckling strength of continuously transposed cable for power transformers under the influence of the paper insulation thickness | |
| JP7192863B2 (en) | Power supply device, power line physical quantity measurement device and communication device | |
| EP3566061B1 (en) | Flexible current sensor with stranded core | |
| CN114270649A (en) | Protection of AC equipment | |
| CN108352249B (en) | Current sensor | |
| CN213025774U (en) | Flexible coil sensor | |
| CN213691733U (en) | Feed-through AC mutual inductor | |
| US20130169298A1 (en) | Transformer winding resistance tester test probe and method | |
| JP2018054490A (en) | Current sensor and current detector | |
| CN113241241B (en) | Active electric shielding device for coil winding | |
| JP2018074056A (en) | Power transmission device | |
| CN112271068A (en) | Feed-through AC mutual inductor | |
| JP2015087124A (en) | Current measurement method of superconductive cable, and current measurement device for superconductive cable | |
| SU22771A1 (en) | Wire for high voltage electrical lines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180929 |