способ, датчик и система для измерения большого тока в шинном пакете короткой сети печного трансформатора

Формула изобретения

1. Способ измерения большого тока в шинном пакете (ШП), состоящем из любого числа электрически изолированных шин (ЭИЩ), размещенных на расстоянии одна от другой так, что между зеркально расположенными поверхностями ЭИШ имеется межшинное пространство, заключающийся в размещении в межшинном пространстве, по меньшей мере, одного магниточувствительного элемента (МЧЭ), взаимодействующего с электромагнитным полем, создаваемым током, протекающим в шинах в противоположных направлениях, и в подключении выводов датчика тока к измерительному устройству, отличающийся тем, что ШП собирают из любого четного числа ЭИШ, между которыми образованы последовательно расположенные нечетные и четные пространства, МЧЭ устанавливают в нечетных пространствах, а их общее количество, включенное в датчик тока, определяют по следующей зависимости от числа пар шин в ШП:

где К - общее количество МЧЭ, установленных в нечетных пространствах ШП; q_i количество МЧЭ, установленных в i-м нечетном пространстве; n - число пар шин в ШП.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соседние шины размещают на расстоянии между их зеркально расположенными поверхностями, меньшем или равном ширине шины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину шины в ШП принимают большей или равной ширине шины.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при К 2 МЧЭ соединяют между собой последовательно или параллельно в различных комбинациях.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что МЧЭ, установленные в одном нечетном пространстве, соединяют параллельно.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что МЧЭ, установленные в разных нечетных пространствах, соединяют последовательно.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что ШП собирают из нечетного числа пар шин, а один или более МЧЭ устанавливают в среднем пространстве ШП.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что ШП собирают из четного числа пар шин и помещают по меньшей мере один МЧЭ в одном из крайних пространств ШП.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что ШП собирают из четного числа пар шин, а МЧЭ помещают в двух крайних пространствах ШП.

10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что упомянутое крайнее пространство образуют между зеркально расположенными поверхностями участка одной шины, выполненной в форме образной петли.

11. Датчик для измерения большого тока в ШП, состоящем из любого четного числа ЭИШ, размещенных на некотором расстоянии одна от другой, между которыми образованы последовательно расположенные нечетные и четные пространства, состоящий, по меньшей мере, из одного МЧЭ, помещенного в нечетное межшинное пространство, имеющего один или более витков из электропроводящего материала, навитых на сердечник так, что плоскости витков перпендикулярны зеркально расположенным плоскостям шин и параллельны направлению тока в шине, отличающийся тем, что сердечник изготовлен из ферромагнитного материала, а отношение ширины сердечника с витками к ширине шины меньше 1.

12. Система измерения большого тока в ШП короткой сети печного трансформатора, собранном из четного числа электрически изолированных шин, между которыми имеются чередующиеся нечетные и четные межшинные пространства, состоящая из датчика тока, измерительного устройства, устройства передачи и преобразования сигнала, соединяющего датчик с измерительным устройством, отличающаяся тем, что датчик тока состоит, по меньшей мере, из одного МЧЭ, размещенного в нечетном межшинном пространстве, имеющего один или несколько витков из электропроводящего материала, плоскость которых перпендикулярна зеркально расположенным плоскостям шин и параллельна направлению тока в шинах, количество МЧЭ определяется исходя из зависимости

где К - общее количество МЧЭ, включенных в датчик; q_i - количество МЧЭ, установленных в i-м нечетном пространстве; n - число пар шин в ШП,

МЧЭ соединены между собой последовательно или параллельно, измерительное устройство имеет устройство согласования снимаемого с датчика сигнала с характеристикой входных цепей измерительного устройства.

13. Система по п.12, отлучающаяся тем, что она имеет, по меньшей мере, два МЧЭ, размещенных в одном нечетном пространстве, соединенных между собой последовательно.

14. Система по п.12, отличающаяся тем, что она имеет, по меньшей мере, два МЧЭ, размещенных в одном нечетном пространстве, соединенных между собой параллельно.

15. Система по п.12, отличающаяся тем, что она имеет, по меньшей мере, один МЧЭ, размещенный в среднем нечетном пространстве или в одном крайнем пространстве.

16. Система по п.12, отличающаяся тем, что она имеет, по меньшей мере, два МЧЭ, размещенных в нечетных пространствах, при этом каждый МЧЭ подключен к измерительному устройству.

17. Система по п.12, отличающаяся тем, что устройство передачи и преобразования сигнала имеет индуктивность, включенную последовательно в цепь с датчиком.

18. Система по п.18, отличающаяся тем, что устройство передачи и преобразования сигнала имеет емкость, включенную последовательно в цепь с датчиком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике преимущественно для измерения переменного тока большой величины в шинном пакете короткой сети печных трансформаторов электродуговых, в том числе рудотермических, электросталеплавильных, а также термических (нагревательных) печей.

Известен способ измерения тока большой величины в короткой сети дуговой электропечи, при котором на шине устанавливают трансформатор тока, служащий датчиком тока, выводы которого присоединяют к измерительному устройству /1, 2/. Недостаток такого способа измерения тока и датчика состоит в ограничении величины измеряемого тока, протекающего в шине.

Известны датчики для измерения тока большой величины таким способом - измерительные трансформаторы тока, которые производятся серийно на ток в шине от 10 до 25000 А /3, 4/. Недостатки указанного известного способа и трансформаторов тока - ограничения измеряемого тока в шинном пакете до 25000 А, при необходимости измерять ток в шинных пакетах печных трансформаторов дуговых печей, например, рудотермических - до 70000 А. Кроме того, трансформаторы тока имеют большую массу (до 170 кг), габариты и цену - до 100000 руб. Помимо того, известный трансформатор тока большой мощности невозможно вставить в шинный пакет короткой сети печного трансформатора мощностью 16 МВт и выше.

Известен способ измерения переменного тока большой величины, основанный на применении разветвителей, состоящих из нескольких проводников, проходящих через трансформатор встречно-параллельно, образующих первичную обмотку трансформатора и создающих результирующий магнитный поток, пропорциональный разности магнитных потоков, создаваемых токами, протекающими в проводах разветвителей. Выводы вторичной обмотки трансформатора присоединены к устройству для измерения тока /5/.

Первый недостаток известного способа /5/ в том, что необходимо изготавливать шину с разъемным соединением в ней, увеличивающим электросопротивление. При жестком разветвителе установить датчик весьма затруднительно, а при гибком способ измерения неработоспособен.

Второй недостаток - необходимость иметь замкнутый ферромагнитный сердечник сложной формы и больших размеров при измерении токов порядка нескольких десятков тысяч ампер.

Третий недостаток - возникновение вокруг разветвителя мощного электромагнитного поля, вызывающего токи Фуко в близкорасположенных объектах из ферромагнитных материалов, приводящих к их разогреву, а следовательно, к потерям электроэнергии.

Известен также способ измерения тока большой величины в двух электрически изолированных плоских параллельных проводниках (шинах), электрически соединенных в параллель и имеющих свободное пространство между ними с помощью магниточувствительного элемента (МЧЭ), выполненного в виде трансформатора тока, с вторичной обмоткой, навитой на магнитомягкий сердечник, охватывающий один из проводников, так что одна сторона магнитомягкого сердечника размещена в пространстве между проводниками, и магнитный поток в сердечнике частично скомпенсирован за счет тока во втором проводнике /6/.

Недостаток состоит в том, что при протекании весьма большого тока в плоских параллельных проводниках (шинах) требуется измерительный трансформатор тока весьма большой массы. Эффект компенсации магнитного потока в части сердечника, расположенного между проводниками, будет проявляться, а в части сердечника, расположенного за проводниками, магнитный поток от однонаправленных токов, протекающих в двух соседних проводниках, складывается, и эффект компенсации отсутствует, поэтому при больших токах будет перегреваться сердечник. Для реализации этого способа до сих пор отсутствуют мощные измерительные трансформаторы.

Известен датчик тока, служащий преимущественно для измерения большого тока, в котором используется делитель тока на пропорциональные части, состоящий из нескольких включенных параллельно проводников, на один из которых надет сердечник со вторичной обмоткой, присоединенной на вход цепи измерительного устройства, при этом на два проводника надет второй сердечник из магнитомягкого материала, так что магнитные потоки, наводимые во втором сердечнике долями измеряемого тока, протекающими по двум упомянутым проводникам, направлены встречно и компенсируются /7/. При предложенной конструкции датчика резко уменьшается эффективное сечение токопровода, что приведет или к увеличению размера шины с датчиками либо при уменьшенных размерах шины к увеличенному нагреву датчика и необходимости введения в него устройства охлаждения, что увеличивает габариты датчика и существенно удорожает его. Кроме того, токопровод (шину) необходимо выполнять разъемным, что также ведет к удорожанию конструкции.

Известно также изобретение, относящееся к датчику и системе для измерения тока в электропроводниках /8/. Датчик /8, п.ф.1-15/ (прототип датчика по изобретению) выполнен в виде по меньшей мере одной кольцевой спирали Роговского, охватывающей проводник с измеряемым током. Каждая кольцевая спираль может состоять из нескольких частей, соединяемых между собой. Части кольцевой спирали могут быть навиты на ферромагнитный или немагнитный сердечник.

Недостаток такого датчика состоит в том, что он требует охвата одной шины шинного пакета, что на шине пакета короткой сети при малом расстоянии между шинами (до 20 мм) выполнить затруднительно, поэтому такой датчик неработоспособен в шинном пакете при измерении упомянутой величины тока (до 70 кА).

Система измерения тока /8 п.ф.16-23/ (прототип системы) состоит из датчика, имеющего форму, охватывающую проводник с током; линии, соединяющей датчик с устройством измерения, являющейся передатчиком сигнала; устройства измерения напряжения и устройства вычисления тока, присоединенного к устройству для измерения напряжения.

Недостаток системы измерения в том, что полезный сигнал с датчика снимается в виде сигнала напряжения, при этом э.д.с., наводимая в линии (помеха) с большим током, соединяющей датчик с устройством измерения напряжения, сопоставимы с напряжением полезного сигнала. Такая система неработоспособна при измерении большого тока.

Первая задача изобретения состоит в создании способа измерения тока большой величины в четном числе электрически изолированных шин (ЭИШ) шинного пакета короткой сети печного трансформатора или, по меньшей мере, в двух ЭИШ, имеющих свободное пространство между ними при высокой точности измерения тока.

Второй технической задачей является создание такого датчика для измерения тока большой величины, который можно было бы разместить в свободном пространстве между ЭИШ так, чтобы возникающий в нем электрический сигнал можно было направлять в измерительное устройство, входящее в комплектацию измерительных устройств систем управления и защиты.

Третья техническая задача - создание системы измерения тока, которая позволяла бы сформировать сигнал с датчика тока в виде сигнала напряжения или тока и измерять его стандартным измерительным устройством.

Наиболее близким к решению первой задачи является способ измерения тока в паре шин с использованием трансформатора тока /6/.

Первая задача решается предложенным способом измерения большого тока в шинном пакете, состоящем из любого четного числа ЭИШ, размещенных на некотором расстоянии один от другого так, что между зеркально расположенными плоскостями ЭИШ имеется пространство, в котором размещен по меньшей мере один магниточувствительный элемент (МЧЭ), входящий в конструкцию датчика тока, взаимодействующий с электромагнитным полем, создаваемым током, протекающим в двух соседних ЭИШ в противоположных направлениях, датчик соединен устройством передачи и преобразования сигнала, снимаемого с МЧЭ, с измерительным устройством.

Для увеличения снимаемого с датчика сигнала шины размещают на расстоянии между их зеркально расположенными поверхностями, меньшем или равном ширине шины. Длину шины в шинном пакете принимают равной или большей, чем ширина шины. Для удобства закрепления между шинами толщину МЧЭ принимают равной по номиналу расстояния между зеркально расположенными поверхностями шин.

МЧЭ устанавливают только в нечетных пространствах, так как в них максимальна как напряженность электромагнитного поля, так и э.д.с., возникающая (наведенная) в МЧЭ. В зависимости от необходимой мощности поступающего сигнала в одном нечетном пространстве можно устанавливать более одного МЧЭ, соединяя их преимущественно параллельно. Для увеличения напряжения, подведенного к измерительному устройству, МЧЭ устанавливают в различных нечетных пространствах, соединяя их преимущественно последовательно, а общее количество МЧЭ, включенное в датчик тока, определяют по следующей зависимости от числа пар шин в шинном пакете:

где К - общее количество МЧЭ, установленных в нечетных пространствах шинного пакета;

q_i - количество МЧЭ, установленных в i-м нечетном пространстве;

n - число пар шин в шинном пакете.

МЧЭ можно соединять последовательно и/или параллельно в различных комбинациях, в зависимости от необходимых для измерительной системы параметров сигнала, получаемого от датчика. Но имеется ряд предпочтительных нечетных пространств, в которых устанавливают МЧЭ, а также предпочтительные способы соединений МЧЭ, образующих датчик.

Если шинный пакет состоит из нечетного числа пар ЭИШ, то МЧЭ устанавливают в среднем нечетном пространстве пакета, получая сигнал с большим напряжением сигнала, чем при установке одного МЧЭ в других нечетных пространствах. Если же шинный пакет состоит из четного числа пар ЭИШ, то максимальное напряжение сигнала получают от датчика с одним МЧЭ, установленным в одном из крайних пространств, а для удвоения напряжения сигнала МЧЭ устанавливают в обоих крайних пространствах и соединяют их последовательно.

Отличительными признаками способа являются размещение МЧЭ именно в пространстве между двумя участками шин шинного пакета, по которым ток протекает в противоположных направлениях, а при числе пар шин в шинном пакете более одной МЧЭ устанавливают только в нечетных пространствах; ЭИШ устанавливают так, что расстояние между их зеркально расположенными поверхностями не превышает ширины ЭИШ и не менее толщины МЧЭ, а длину шины в шинном пакете принимают равной или большей ширины шины. Отличительным признаком способа является также количество МЧЭ, устанавливаемых в шинном пакете, которое определяют по следующей зависимости от числа пар ЭИШ в шинном пакете:

а также последовательное или параллельное соединение МЧЭ в различных комбинациях в зависимости от величины тока в шинах и от требуемой мощности сигнала, поступающего от датчика к измерительному устройству. В предпочтительных вариантах способа несколько МЧЭ, установленных в одном нечетном пространстве, соединяют параллельно, а в разных нечетных пространствах - последовательно. Существенным отличительным признаком является выбор места установки МЧЭ: при нечетном числе пар ЭИШ в шинном пакете один МЧЭ предпочтительно поставить в пространство в середине шинного пакета, а при четном - в одно из крайних пространств шинного пакета или в оба.

Наиболее близким к предлагаемому решению второй и третьей задач является датчик и система для измерения тока /8/.

Вторая техническая задача решена в конструкции датчика для измерения большого тока в шинном пакете, состоящем из любого четного числа электрически изолированных ЭИШ, между которыми образованы последовательно расположенные нечетные и четные пространства, имеющей, по меньшей мере, один МЧЭ, помещенный в нечетное пространство между соседними участками шин с противоположно направленными токами, состоящий из одного или более витков из электропроводящего материала, помещенных в пространстве так, что плоскости витков примерно перпендикулярны зеркально расположенным плоскостям шин и примерно параллельны направлению тока в шинах. Витки МЧЭ могут быть изготовлены из электропроводящего материала, имеющего прочность, достаточную для образования жесткой конструкции, без использования сердечника. Витки МЧЭ могут быть навиты на линейный сердечник, выполненный в виде пластины прямоугольного сечения, изготовленной из ферромагнитного или немагнитного материала. Сердечник, изготовленный из ферромагнитного материала, позволяет увеличить ток, наводимый электромагнитным полем в изолированных витках из электропроводящего материала.

Предложенный датчик используется при построении системы для измерения большого тока в шинном пакете КС ПТ, собранном из четного числа изолированных шин, между которыми имеются чередующиеся нечетные и четные пространства с зеркально расположенными плоскостями шин. Система состоит из датчика тока с магниточувствительными элементами (МЧЭ), измерительного устройства, устройства передачи и преобразования сигнала, соединяющего датчик с измерительным устройством, при этом МЧЭ датчика размещены в нечетных пространствах между участками шин с противоположно направленными токами, и имеют по меньшей мере один виток из электропроводящего материала, плоскость которого примерно перпендикулярна зеркально расположенным плоскостям шин и параллельна направлению тока в шинах, а количество МЧЭ определяется, исходя из зависимости:

где К - общее количество МЧЭ, включенных в датчик;

i - номер нечетного пространства;

q_i - количество МЧЭ, установленных в i-м нечетном пространстве;

n - число пар ЭИШ в шинном пакете.

Для увеличения э.д.с., наводимой в МЧЭ, и точности измерения тока, расстояние между зеркально расположенными поверхностями участков шин не превышает ширину шины, а отношение ширины сердечника с витками к ширине шины меньше или равно 1.

Отличительные признаки датчика перечислены ниже. МЧЭ имеет по меньшей мере один виток из электропроводящего материала, помещенный в пространство между двумя ЭИШ с противоположно направленными в них током так, что плоскости витков примерно перпендикулярны зеркально расположенным плоскостям ЭИШ и примерно параллельны направлению тока. Дополнительные отличия состоят в том, что по меньшей мере один виток МЧЭ навит на линейный сердечник в виде пластины предпочтительно прямоугольного сечения, изготовленный из ферромагнитного или немагнитного материала; предпочтительное отношение ширины сердечника с витками к ширине ЭИШ меньше или равно 1, при этом МЧЭ соединены между собой последовательно или параллельно. Измерительное устройство имеет устройство согласования снимаемого с датчика сигнала, с характеристикой входных цепей измерительного устройства.

Каждый МЧЭ может быть подключен непосредственно к измерительному устройству. Система может иметь датчик, включающий по меньшей мере два МЧЭ, размещенные в нечетном пространстве и соединенные между собой параллельно или последовательно. Система может иметь по меньшей мере один датчик, размещенный в среднем нечетном пространстве шинного пакета.

Для преобразования сигнала напряжения в сигнал тока устройство передачи и преобразования сигнала имеет индуктивность или емкость, включенные последовательно в цепь с датчиком.

Совокупность отличительных признаков системы измерения большого тока в шинном пакете следующая: МЧЭ датчика тока размещены в нечетных пространствах между шинами, каждый МЧЭ имеет по меньшей мере один виток из электропроводящего материала, плоскость каждого витка примерно перпендикулярна зеркально расположенным плоскостям шины и параллельна направлению тока в противолежащих участках шин, в шинах количество МЧЭ определяется, исходя из зависимости:

МЧЭ соединены между собой последовательно или параллельно, измерительное устройство имеет устройство согласования снимаемого с датчика сигнала с характеристикой входных цепей измерительного устройства. Для увеличения мощности сигнала, снимаемого с датчика, система может иметь по меньшей мере два МЧЭ, размещенных в одном нечетном пространстве, соединенных между собой параллельно или последовательно. Из нескольких МЧЭ, включенных в систему, каждый МЧЭ может быть подключен к измерительному устройству. При весьма большом токе в шинном пакете достаточно разместить по меньшей мере один МЧЭ в среднем нечетном пространстве или в одном крайнем пространстве.

Отличительным признаком системы измерения является наличие в устройстве передачи и преобразования сигнала индуктивности или емкости, включенных последовательно в цепь с датчиком и обеспечивающих сдвиг фазы токового сигнала датчика на 90 эл. град., и вследствие этого синфазность сигнала датчика и измеряемого тока.

На фиг.1а показана пара шин с МЧЭ, установленным в пространстве между зеркально расположенными плоскостями шин.

На фиг.1в показана шина -образной формы с МЧЭ, установленным между противолежащими участками шины.

На фиг.1с изображен вид А на шину и МЧЭ на фиг.1а.

На фиг.1d изображена схема к расчету параметров датчика.

На фиг.2а показан датчик, состоящий из одного МЧЭ, навитого на сердечник.

На фиг.2в - поперечное сечение В-В шины и датчика.

На фиг.2с - вид С на шину и датчик.

На фиг.3 показана схема системы измерения больших токов, включающей датчик, состоящий из нескольких МЧЭ с сердечниками, установленных попарно в расчетных пространствах ШП, соединенных последовательно и подключенных к измерительному устройству.

На фиг.4 показана схема системы измерения больших токов, включающей датчик, состоящий из нескольких МЧЭ, установленных попарно в расчетных пространствах ШП, соединенных параллельно.

На фиг.5 показана схема системы измерения больших токов, включающей датчик, размещенный в среднем нечетном пространстве ШП, и устройство передачи и преобразования сигнала, имеющее конденсатор, включенный последовательно с датчиком.

На фиг.6 показана схема системы измерения больших токов, включающей датчик с двумя МЧЭ, установленными в крайних пространствах, соединенных последовательно, и устройство передачи и преобразования сигнала, включающее дроссель, включенный последовательно с датчиком.

На фиг.7 показана схема системы, имеющая МЧЭ, установленные в нечетных пространствах ШП, каждый из которых подключен к измерительному устройству.

В соответствии с предложенным способом МЧЭ 1 устанавливают в пространство между двумя участками шин 3, с противоположными токами (фиг.1а, в, с). Выводы 4 МЧЭ направляют перпендикулярно плоскостям витков 5. Переменные магнитные поля, возникающие вокруг участков шин 3 с противоположно направленными токами, суммируются в пространстве 2 и в соответствии с законом электромагнитной индукции вызывают возникновение э.д.с. в витках МЧЭ.

Для МЧЭ, состоящего из N витков токопроводящего материала (провода), навитых перпендикулярно плоскости шины и параллельно измеряемому току, э.д.с., наводимая в МЧЭ, определяется по формуле:

где N - количество витков в МЧЭ;

i - номер витка МЧЭ;

f - частота соответствующей гармоники измеряемого тока (для условий России, частота основной гармоники - 50 Гц);

- число "пи";

Ф_i - составляющая магнитного потока, пересекающего i-й виток МЧЭ в направлении нормали к плоскости витка.

Составляющая магнитного потока, пересекающего i-й виток МЧЭ в направлении нормали к плоскости витка, определяется по формуле (формула справедлива при условии (фиг.1d):

где L - длина шины (участка шинного пакета в месте установки МЧЭ);

l - длина МЧЭ;

b - толщина МЧЭ;

- толщина шины;

- относительная магнитная проницаемость материала сердечника МЧЭ;

₀ - магнитная постоянная;

H _i(x) - нормальная (по отношению к плоскости витка МЧЭ) составляющая напряженности магнитного поля в точке, находящейся на плоскости i-го витка МЧЭ с координатой х по оси X;

Напряженность магнитного поля в произвольной точке пространства, окружающего проводник с током, можно определить на основании закона полного тока:

Решив данное уравнение для конфигурации шин, приведенной на фиг.8, при условии пренебрежения толщиной шины получаем следующую формулу для определения Hi(x):

где I - ток шины;

В - ширина шины;

а - расстояние между вертикальными осями шин в шинном пакете;

y_i - координата i-го витка МЧЭ по оси Y.

При условии расположения МЧЭ симметрично по оси Y относительно краев шин координата i-го витка МЧЭ по оси Y определяется по формуле:

где d - диаметр провода витка МЧЭ.

При использовании измерительного устройства с входными цепями, рассчитанными на токовый сигнал, последовательно с датчиком тока включается реактивное сопротивление в виде индуктивности или емкости. При этом величина токового сигнала, подаваемого на измерительное устройство, определяется по формуле:

где Е - суммарная э.д.с. датчика. При датчике, состоящем из одного МЧЭ, суммарная э.д.с. датчика равна э.д.с., наводимой в МЧЭ;

R - активное сопротивление датчика;

Х - реактивное сопротивление устройства передачи и преобразования сигнала.

Активное сопротивление датчика зависит от сопротивлений, входящих в датчик МЧЭ, и от схемы соединений МЧЭ. В случае датчика, состоящего из одного МЧЭ, активное сопротивление датчика равно активному сопротивлению МЧЭ:

где - удельное сопротивление электропроводящего материала обмотки МЧЭ.

Реактивное сопротивление устройства передачи и преобразования сигнала рассчитывается по формулам:

Для индуктивности Х=2 fL, где L - индуктивность.

Для емкости Х=1/2 fC, где С - емкость.

Выбор индуктивности (емкости) необходимо проводить исходя из соотношения Х/R 10.

МЧЭ 1, установленный между шинами 3, имеет один или несколько витков 5 из электропроводящего материала (фиг.1a, b, c, 2a, b, c), плоскости которых примерно перпендикулярны зеркально расположенным поверхностям 6 шин и примерно параллельны направлению тока в шинах. Витки могут быть навиты на линейный сердечник 7 (фиг.2a, b, c), который изготовлен из немагнитного или из ферромагнитного материала. Если необходимо увеличить мощность сигнала при ограниченных размерах МЧЭ, то сердечник изготавливают из ферромагнитного материала.

В одном из вариантов способа измерения большого тока (фиг.1b) пространство 2 образовано между зеркально расположенными поверхностями 6 участков одной из крайних шин, выполненный в форме -образной петли, в параллельных участках которой ток противоположно направленный.

Для исключения влияния краевого эффекта на искажение электромагнитного поля отношение ширины «b» сердечника 7 с витками к ширине В шины 3 принимают меньшим или равным 1, а длину противолежащих участков шины принимают большей или равной ширине шины (L B, фиг.1с).

Датчик для измерения большого тока в шинном пакете имеет по меньшей мере один МЧЭ 1 (фиг.1a, b, c), состоящий из нескольких витков 5 из электропроводящего материала, например из меди, помещенных в пространство 2 так, что плоскости витков 5 примерно перпендикулярны плоскостям 6 шин 3 и параллельны направлению тока в шине. Для повышения жесткости МЧЭ витки 5 навиты на линейный сердечник 7, выполненный в виде пластины, прямоугольной в сечении (фиг.2a, b, c). Для увеличения э.д.с., возникающей в витках 5 МЧЭ 1 под влиянием магнитных полей, наведенных в пространстве 2 током, протекающим в противолежащих участках шин 3, витки 5 из изолированного провода навиты на сердечник 7 из ферромагнитного материала. Для исключения влияния краевого эффекта на величину э.д.с., возникающей в МЧЭ 1, отношение ширины сердечника 7 к ширине противолежащих участков шины принимают меньшим или равным единице.

Система для измерения большого тока в ШП в одном из вариантов состоит из датчика, который включает четыре МЧЭ, установленных в крайних нечетных пространствах 2 по два в каждом, соединенных между собой последовательно (фиг.3), если необходимо получить большую величину э.д.с. на датчике, или параллельно (фиг.4), если необходимо получить большую величину тока в цепи измерительной системы. Датчик 8 подключен к измерительному устройству 9 через устройство 10 передачи и преобразования сигнала, поступающего от датчика 8.

Устройство 10 может иметь индуктивность 11 (фиг.4, 6) или емкость 12, включенные последовательно с датчиком 8 и обеспечивающие сдвиг фазы токового сигнала датчика на 90 эл. град., и вследствие этого синфазность сигнала датчика и измеряемого тока.

В варианте исполнения системы (фиг.7) выводы каждого МЧЭ присоединены непосредственно к измерительному устройству 9. В этом случае в устройстве 9 реализован вычислительный алгоритм, обеспечивающий вычисление величины тока в ШП, исходя из э.д.с. каждого МЧЭ.

Пример 1. Предложенный способ применили для измерения большого тока в ШП короткой сети печного трансформатора трехфазной рудотермической печи, имеющей следующую техническую характеристику:

Трансформатор трехфазный, установленная мощность 22 МВА, количество ступеней напряжения 5, напряжения стороны высокого напряжения (линейное) 10 кB, напряжения стороны низкого напряжения (линейное) 162-197 В, ток стороны высокого напряжения (основная рабочая ступень) 1100 А, ток стороны низкого напряжения (основная рабочая ступень) 67000 А. Короткая сеть выполнена по схеме «треугольник на электродах». Шинные пакеты короткой сети выполнены по бифилярной схеме, каждый состоит из двенадцати алюминиевых шин сечением 400×40 мм каждая. Расстояние между шинами - 15 мм.

В крайние (первое и одиннадцатое) нечетные пространства ШП установили датчик, состоящий из двух одинаковых МЧЭ, характеризуемый следующими конструктивными параметрами:

Линейные размеры МЧЭ - 400×60×15 мм, сердечник выполнен из изолированных пластин электротехнической стали, обмотка состоит из 270 витков изолированного медного провода диаметром 1,2 мм. Последовательно с датчиком включили дроссель ДРЛ 800 Вт.

Выбор геометрических параметров МЧЭ производили исходя из имеющихся для изготовления датчиков материалов и конструкции шинного пакета. Расчетное значение э.д.с. МЧЭ составило 86 В для тока в шинном пакете 68000 А. Измерения э.д.с. МЧЭ, установленного в крайний зазор вышеописанного шинного пакета, показали значения 75-95 В. Подбор индуктивности (дросселя) производили исходя из необходимости обеспечить ток, подаваемый на измерительное устройство, в пределах 3-7 А.

В связи с отсутствием стендового оборудования для испытания датчика током до 70 кА и отсутствием возможности измерить ток в короткой сети печного трансформатора испытания датчика проводили на действующей печи по следующей методике:

1. Соединили датчики тока в треугольник (для формирования сигнала, соответствующего току электрода) и подключили к цифровому измерительному устройству, рассчитанному на входной сигнал 0...10 А переменного тока. Измерительное устройство подключили к компьютеру для непрерывной (с дискретой времени 1 с) записи значений сигналов в базу данных.

2. Через другое цифровое измерительное устройство, подключенное к тому же компьютеру, организовали непрерывную (с дискретой времени 1 с) запись в базу данных сигналов тока и напряжения по высокой стороне трансформатора. При этом сигналы получали со стандартных измерительных трансформаторов тока и напряжения.

3. По сформированной в течение 2-х месяцев базе данных подбирали записи, соответствующие режиму печного агрегата, максимально близкому к симметрии для различных ступеней напряжения трансформатора.

4. Пользуясь соотношением I_H=I _вk_mp,

где I _н, I_в - соответственно токи стороны низкого и высокого напряжений печного трансформатора;

k _mp - коэффициент трансформации печного трансформатора;

рассчитывали ток электрода для выбранных режимов.

5. По полученным расчетным путем токам электродов и имеющимся значениям сигналов с датчиков рассчитывали коэффициент передачи датчиков тока.

6. Проверяли независимость коэффициента передачи датчиков тока от электрического режима.

Таблица 1.
Результаты расчета и измерения тока в ШП
№ изм.	Ток стороны высокого напряжения печного трансформатора, А			Расчетный ток стороны низкого напряжения печного трансформатора, А (k mp=60,7)			Сигнал датчика тока на стороне низкого напряжения печного трансформатора, А			Коэффициент передачи датчика тока
	Фаза 1	Фаза 2	Фаза 3	Фаза 1	Фаза 2	Фаза 3	Фаза 1	Фаза 2	Фаза 3	Фаза 1	Фаза 2	Фаза 3
1	1071	1072	1084	65010	65070	65799	5,62	5,45	5,69	11565	11940	11561
2	1051	1047	1051	63796	63553	63796	5,57	5,4	5,61	11462	11771	11373
3	1049	1044	1044	63674	63371	63371	5,57	5,38	5,6	11423	11772	11326
4	1037	1035	1033	62946	62825	62703	5,53	5,36	5,56	11377	11717	11276
5	1055	1061	1068	64039	64403	64828	5,59	5,4	5,67	11463	11920	11443
6	1043	1038	1053	63310	63007	63917	5,54	5,35	5,63	11425	11768	11356
7	1067	1075	1062	64767	65253	64463	5,56	5,4	5,64	11456	11835	11390
8	1085	1082	1090	65860	65677	66163	5,62	5,45	5,63	11532	11969	11443
9	1049	1053	1058	63674	63917	64221	5,63	5,46	5,72	11689	12020	11562
Среднее отклонение коэффициента передачи датчиков тока										0,62%	0,79%	0,68%

Источники информации:

1. RU №95112317 A1 18.07.1995.

2. US №4000361 28.12.1976.

3. httpi/www.enestim.ru/info/album/trans T.htm

4. http:/www.cztt.ru/frame_p.html

5. RU №2223137 С2 06.05.2002.

6. WO 01/67117 А2 05.03.2001

7. RU №213882401 12.01.1998.

8. US №6680608 В2 27.02.2002.