Первичные датчики для предприятий энергетики Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

^¡мтя^^ИАкшшиакшюшштвшашсшаэаавкшквшвуишштаат

УДК 621.382.33:621.382.6.011.222

Первичные датчики для предприятий энергетики

О. А. Болотин,

ОАО «НИИЭМ», старший научный сотрудник, заместитель начальника отдела Г. Я. Портной,

ОАО «НИИЭМ», кандидат технических наук, заместитель главного конструктора, начальник отдела

К. П. Разумовский,

ОАО «НИИЭМ», инженер

Представлена информация о первичных датчиках для бесконтактного измерения тока и напряжения, которые выпускаются отечественной промышленностью. Приводятся основные технические характеристики и конструктивные особенности разработанных новых моделей датчиков, которые представляют интерес для энергетиков и предназначены для повышения эффективности ресурсо- и энергосбережения предприятий. Также приводятся характеристики комбинированного прибора, совмещающего в себе функции датчика тока и электронного реле.

Ключевые слова: датчик тока, датчик напряжения, датчик активной мощности, датчик Холла, токовая шина, кольцевой магнитопровод, реле.

Научно-исследовательский институт электромеханики (ОАО «НИИЭМ», г. Истра Московской обл.) много лет занимается разработкой и изготовлением промышленных датчиков тока, напряжения, активной мощности. Первичные датчики тока позволяют измерять постоянные и переменные токи без разрыва токовой цепи и с обеспечением гальванической развязки. Эти преимущества позволяют энергетикам широко применять указанные датчики вместо шунтов или трансформаторов тока. При этом наличие широкой номенклатуры первичных датчиков позволяет решать самые разные задачи: от простого контроля токов до создания сложных автоматизированных систем управления технологическими процессами [1].

Сегодня на рынке присутствует более 300 модификаций первичных датчиков тока, напряжения и активной мощности. В зависимости от решаемых задач датчики тока выпускаются в разных габаритах - от миниатюрных приборов для контроля токов в десятки и сотни миллиампер до приборов контроля больших токов до 10-40 кА. Такое разнообразие выбора предоставляет широкие возможности при разработке новых систем и приборов, даёт разработчикам большую свободу выбора при создании современных АСУ предприятий и технологических процессов.

Широкий диапазон измерений характерен также для датчиков напряжения и датчиков измерения активной мощности, поскольку эти приборы используют тот же принцип бесконтактного измерения тока по величине создаваемого им магнитного поля. Для этого в конструкции, как правило, используются миниатюрные магниточувствительные датчики Холла. В связи с этим датчики тока имеют более высокую стоимость, чем традиционные шунты, но вместе с тем обеспечивают гальваническую развязку

измерительных и выходных цепей и гарантируют длительный ресурс непрерывной работы. Благодаря этому датчики тока используются сегодня в промышленных масштабах и номенклатура их постоянно расширяется.

Ниже приводятся основные конструктивные и технические параметры новых датчиков, которые разрабатываются или готовятся к постановке на производство в ОАО «НИИЭМ».

Датчик тока на 1 А с защитой от короткого замыкания

В ранее разработанной номенклатуре датчиков уже имеются датчики малых токов серии ДМТ, которые позволяют измерять постоянные и переменные токи от 10 до 400 мА. Однако в ряде случаев применение таких датчиков оказывается спорным в связи с низкой перегрузочной способностью и наличием гальванической связи с измеряемой цепью.

Разработанный датчик ДИТ-1-Н предназначен именно для измерения малых токов с высокой чувствительностью, гальванической развязкой и защитой от внешних полей. Такая защита достигается использованием целого ряда новых конструктивных решений. В дополнение к традиционной конструкции датчика тока, включающей в себя кольцевой разрез-ный магнитопровод с датчиком Холла в зазоре, печатную плату с электронной схемой обработки, в конструкцию датчика введён специальный экран. Экран защищает магнитопровод с датчиком Холла и позволяет уменьшить влияние «паразитных» магнитных полей.

Известно также, что в случае несанкционированного короткого замыкания в цепи измерения наведённый ток короткого замыкания приводит к появлению остаточной намагниченности магнитопровода

ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.etidi.ru

№ 5(47) 2012, сентябрь-октябрь

датчика. А это, в свою очередь, приводит к искажению результатов измерения и увеличению погрешности прибора. Для того чтобы компенсировать последствия такого короткого замыкания, в конструкции датчика предусмотрены специальные меры: введена схема размагничивания магнитопро-вода. Процедура размагничивания производится каждый раз перед процессом измерения при подаче питающего напряжения на датчик. Предусмотрена также возможность размагничивания магнитопрово-да с подачей команды на размагничивание через интерфейс.

Конструктивно датчик ДИТ-1-Н содержит две печатных платы, на одной из которых закреплён маг-нитопровод со специальным экраном, а на другой -электронная схема обработки сигнала и схема размагничивания магнитопровода (рис. 1). Выполнен датчик ДИТ-1-Н в ранее использованном пластмассовом корпусе датчика ДИТ-300-Н [2].

В табл. 1 представлены основные характеристики разработанного датчика тока ДИТ-1-Н.

Датчик тока - реле

«Датчик тока - реле», или пороговый датчик -это попытка функционально расширить традиционный ряд датчиков тока, выпускаемых ОАО

«НИИЭМ». Он удачно сочетает в себе преимущества бесконтактного датчика тока и электронного реле, а отсутствие механических контактов резко повышает надёжностные характеристики такого реле, что делает привлекательным его использование в отечественных изделиях электротехники и электроэнергетики.

Пороговый датчик предназначен для выдачи сигнала при увеличении (или уменьшении) тока выше (или ниже) заданной величины. Датчик бесконтактно контролирует величину протекающего тока, и в случае когда значение тока выше заданного на выходе датчика устанавливается низкое сопротивление; при значении тока ниже заданного на выходе датчика сопротивление высокое. Порог срабатывания можно легко изменять в широких пределах в процессе настройки «датчика - реле».

Конструктивно «датчик - реле» выполнен в корпусе датчика тока ДТТ-03Т (рис. 2). Он содержит стандартную начинку датчика тока: печатную плату с электронной схемой обработки сигналов и кольцевой магнитопровод с обмоткой. Дополнительно конструкция датчика содержит твердотельное реле КР293КП9А.

Рис. 1. Пластины датчика измерения постоянного тока ДИТ-1-Н

Таблица 1

Характеристики ДИТ-1-Н

Характеристика Значение

Диапазон измеряемых токов, А ± 1

Основная приведённая погрешность, не более % 5

Выходной сигнал, мА 0-20 или 4-20, RS485, MOD-BUS

Диаметр отверстия под токовую шину, мм 30

Источник питания, В 10-30

Габаритные размеры, мм 115x95x102

№ 5(47) 2012, сентябрь-октябрь

[email protected]

Существенным преимуществом датчика является то, что в приборе отсутствует внешний источник питающего напряжения. В «датчике - реле» питание электронной схемы организовано от напряжения, наведённого в обмотке магнитопровода током контролируемого проводника.

Предлагается две модификации «датчика -реле». В первой модификации выходом датчика ДТТ-03ТС являются контакты твердотельного реле. На выходе датчика ДТТ-03ТСА стоит полевой транзистор, в связи с чем при включении второго датчика в схему необходимо соблюдать заданную полярность. В табл. 2 представлены основные характеристики двух модификаций указанных пороговых датчиков.

Дополнительным преимуществом разработанных пороговых датчиков является возможность измене-

Таблица 2

Характеристики ДТС-03ТС и ДТС-03ТСА

Характеристика Значение

Диапазон порогов токов, А: ДТТ-03ТС ДТТ-03ТСА 3-100 0,1-100

Сопротивление в обработанном состоянии, не более, Ом: ДТТ-03ТС ДТТ-03ТСА 5 5

Начальное сопротивление, не менее, кОм: ДТТ-03ТС ДТТ-03ТСА 100 100

Ток через контакты в сработанном состоянии, не менее, А: ДТТ-03ТС ДТТ-03ТСА 0,2 0,2

Погрешность порога срабатывания, не более, %: ДТТ-03ТС ДТТ-03ТСА 10 10

Диаметр отверстия под токовую шину, мм 14

Габаритные размеры, мм 70х55х34

ния параметров датчиков под конкретные требования заказчиков.

Разъёмный датчик тока на 1000 А

Разъёмные датчики тока позволяют осуществлять их монтаж непосредственно на токовой шине без демонтажа токовых цепей. Это особенно удобно, когда приходится измерять ток в труднодоступных местах или осуществлять мониторинг токовых цепей без остановки производства. Для этих целей ОАО «НИИЭМ» выпускает разъёмные датчики ДТР-01 (рис. 3) для контроля токов до 300 А под токовую шину с диаметром 19 мм. Разъёмные датчики ДТХ-1500Ж (рис. 4) позволяют контролировать токи до 3000 А, протекающие по плоской шине с размерами 10х87 мм. Измерительный контур датчика ДБТ (рис. 5), который монтируется на сильноточных токовых шинах, имеет

Рис. 4. Разъёмные датчики ДТХ-1500Ж

ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru

№ 5(47) 2012, сентябрь-октябрь

& _ 1, I то«*,

размеры 240x240 мм и используется в основном в электрометаллургических производствах, где постоянные токи составляют от 8 до 30000 А.

Вновь разработанный датчик ДТР-03 (рис. 6) расширяет линейку разъёмных датчиков тока. В конструкции датчика используются «плавающие» губки, благодаря чему раскрытые губки датчика позволяют охватить токовую шину диаметром 50 мм. Поэтому датчик ДТР-03 позволяет измерять токи в 300, 500, 750 и 1000 А. Такой датчик прост в обслуживании, питание его электронной схемы осуществляется по «токовой петле». На выходе датчика стандартизованный сигнал 4-20 мА, пропорциональный

Рис. 6. Датчик ДТР-03

среднеквадратичному значению измеряемого тока. Датчик легко монтируется в блок, а прилагающаяся ответная часть разъёма позволяет быстро включить его в электрическую цепь.

Литература

1. Опыт разработки и освоения серийного выпуска первичных преобразователей: датчиков тока, напряжения и датчиков активной мощности // Труды НПП ВНИИЭМ «Вопросы электромеханики». - 2010. -Т. 116. -№ 3. -С. 3.

2. Электронный ресурс. Код доступа: www.niiem46.ru.

Primary sensors for energy power plants O. A. Bolotin,

NIIEM, senior researcher, Deputy head of department G. Ya. Portnoy,

NIIEM, PhD., Deputy chief designer, head of department

K. P. Razumovsky,

NIIEM, engineer

The article says about primary sensors for non-contact measurement of current and voltage, produced by Russian industry. The article also shows main technical characteristics and structural peculiarities of new models of sensors that are interesting for power engineers and intended in increasing the efficiency resource and energy-saving enterprises. Characteristics of combined instrument combining the functions of the current sensor and an electronic switch are given.

Keywords: current sensor, voltage sensor, sensor of active power, Hall effect sensor, current busbar, ring magnet, relay.

N 5(47) 2012, сентябрь-октябрь [email protected]