6.9. Датчики аварийных режимов. Датчики тока.

О ни могут быть включены как на стороне переменного, так и на стороне постоянного тока преобразователя. Включение на стороне переменного тока часто выбирается из-за простоты. В этом случае датчик тока состоит из трансформатора тока, включенного на сетевой или вентильной стороне пре­образовательного трансформатора в однофазном или трехфазном варианте, и соответствующего выпрямителя. Схема такого датчика переменного тока многофазного преобразователя показана на рис. 6.15.

Рис. 6.15. Схема устройства для измерения переменного тока:

U₀ – выводы для регистрации нулевого значения, U_д – выводы для регистрации действительного тока,

U_п – выводы для регистрации перегрузки по току с це­лью снятия управляющих импульсов с преобразователя

В качестве измерительных могут быть использованы трансформаторы тока с выходными параметрами, например, 1 А/10 В·А, класса 0,5. Для получения сиг­нала в момент достижения нулевого значения тока используется триггер, сра­батывающий при токе, составляющем несколько десятых долей процента от номинального, и имеющий задержку не выше 0,5 мс. Оба диода, включенные последовательно с нагрузочными сопротивлениями на выходе выпрямителя, служат для того, чтобы за счет нелинейности их вольт-амперной характери­стики при малых токах (около 1 мА) получить сигнал, достаточный для сра­батывания триггера нулевого тока.

Трансформаторы постоянного тока, работающие на принципе управляемых током магнитных усилителей, позволяют осуществлять измерения на стороне постоянного тока и характеризуются высокой точностью и надежностью. На рис.6.16 приведена типовая схема.

Рис. 6.16. Трансформатор постоянного тока

Ток в цепи выпрямителя i₂ и, следовательно, падение на­пряжения на сопротивлении R пропорционально измеряемому току. Имеется ряд вариантов модифицированных схем трансформаторов постоянного тока с улучшенными показателями, основанных на данном принципе.

В устройствах для измерения постоянного тока с датчиками Холла два та­ких датчика помещены в воздушных зазорах ферромагнитного сердечника, который намагничивается измеряемым током. Переменное напряжение на выходе датчиков пропорционально произведению магнитной индукции в сер­дечнике и амплитуде проходящего через них от отдельного источника вспо­могательного управляющего тока; это напряжение усиливается и выпрямля­ется. Такой преобразователь пригоден для измерения больших постоянных токов.

Рис. 6.17. Измеритель постоянного тока на датчиках Холла:

i₁ – измеряемый ток, i₂ – амплитуда управляющего тока, ФС – ферромагнитный сердечник, В – магнитная индукция в сердечнике, Д – датчик Холла, У – усилитель переменного напряжения, В_т – выпрямитель, ИПТ – источник посто­янного тока

При измерении постоянного тока с помощью измерительного шунта падение напряжения на последнем, составляющее, например, 150 мВ при номинальном токе, преобразуется с помощью специальной схемы в напряжение прямоугольной формы и затем подается на усилитель с трансформаторным выхо­дом для потенциальной развязки. Выходной сигнал получается после выпря­мителя. К недостаткам этого метода относятся относительно большие потери мощности в измерительном сопротивлении при значительных токах и по­грешности при широком диапазоне изменения температуры.

В последнее время все большее значение приобретают оптоэлектронные пре­образователи с модуляцией и демодуляцией света (рис.6.18. и рис. 6.19.), в которых легко осуществ­ляется потенциальная развязка от силовой цепи. Напряжение на измеритель­ном сопротивлении (рис.6.18.) усиливается и подается на светоизлучающий диод, свето­вой сигнал с которого после прохождения через световод воспринимается фо­тотранзистором. Оптическая передача сигнала обладает высокой помехо­устойчивостью.

Рис. 6.18. Оптоэлектронный датчик тока:

1 - измерительное сопротивле­ние, 2 - выпрямительный диод, 3 - светоизлучающий диод, 4 - световод,

5 - фототранзистор, СУ-система управления

При работе с высокими напряжениями целесообразно применять специальные оптоэлектронные датчики тока. Принцип действия таких датчиков тока заключается в использованиии напряженности магнитного поля, наводимом в соленоиде контролируемым током, для поворота вектора поляризации света в резонансном газе, расположенном в стеклянной кювете внутри соленоида. В этом случае, регистрируя угол поворота линейной поляризации света, по специальным формулам высчитывается величина контролируемого тока. Общая структурная схема оптоэлектронного датчика тока приведена на рис. 6.19.

Р ис. 6.19. Высоковольтный оптоэлектронный измерительный трансформатор датчик тока:

1 - источник лазерного излучения;2 - регистратор поляризации оптического излучения;

3,10 - токопровод; 4,9 - ввод; 5 - корпус (защитная рубашка); 6 - уголковый зеркальный отражатель света; 7 - кювета с резонансным газом (активной средой); 8 - соленоид; 11 - горизонтально ориентированная поляризационная призма; 12 - вертикально ориентированная поляризационная призма;

13 - лазерный (световой) луч; 14 - знак вертикальной линейной поляризации света; 15 - знак горизонтальной линейной поляризации света; 16,17 - поворотное зеркало; 18 - опоры трансформатора;

19 - уровень Земли

Токопровод 3 через вводы 4 и 9 подводит через защитную рубашку 5 к соленоиду 8 . Внутри соленоида 8 находится стеклянная кювета 7 с резонансным газом (пары молекулярного йода). Рубашка 5 поднимается над уровнем земли 19 с помощью опор 18. С источника лазерного излучения подаётся горизонтально поляризованный свет (под поляризацией электромагнитной волны понимается направление вектора напряженности электрического поля) в виде непрерывного потока или в виде периодически повторяющихся серий импульсов. Лазерное излучение, отразившись от поверхности зеркала 16, поступает в кювету 7. В то время как по токопроводу течет ток, внутри соленоида 8 наводится продольное магнитное поле. Это поле взаимодействует с частицами резонансного газа и в результате чего, в процессе взаимодействия поступающего в кювету лазерного излучения, проявляются эффекты поворота вектора поляризации света. Это может быть эффект Фарадея. Величина фарадеевского поворота вектора поляризации света зависит от длины пути света в резонансной среде и от напряженности магнитного поля. Величина напряжённости магнитного поля зависит от величины тока ЛЭП.

Также может использоваться эффект нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха в газе. Фотонное эхо – это отклик резонансной среды на воздействие двух (или более), разнесенных во времени, лазерных импульсов (см. рис. 6.20), отделённых временным интервалом τ.

С источника лазерного излучения 1 два разделённых временным интервалом τ возбуждающих импульса, пройдя через вертикально ориентированную поляризационную призму 11 поступают в кювету с резонансным газом (парами молекулярного йода) 7, в которой под их воздействием формируется сигнал фотонного эха. При отсутствии тока в ЛЭП (i_ЛЭП) в токопроводе 3 и 10, соответственно, в соленоиде 8 напряжённость приложенного к кювете продольного магнитного поля равна нулю. В этом случае направление линейной поляризации сигнала фотонного эха совпадает с направлением линейной поляризации возбуждающих импульсов, всегда имеющих на входе и выходе горизонтальную поляризацию. При i_ЛЭП не равном нулю, к резонансной среде приложено магнитное поле, под воздействием которого происходит поворот вектора линейной поляризации фотонного эха на угол φ. Величина этого угла поворота вектора поляризации фотонного эха превышает фарадеевский поворот вектора поляризации света на 3…4 порядка. Угол φ зависит от временного интервала между возбуждающими импульсами и от напряжённости приложенного магнитного поля, но не зависит от длины пути, пройденного лазерным излучением и эхо-сигналом в резонансной среде. Потому этот поворот получил название нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха. Выходная поляризационная призма 12 ориентирована ортогонально по отношению к призме 11, то есть она пропускает горизонтально поляризованный свет. Вследствие этого она ослабляет 1 и 2 возбуждающие лазерные импульсы и пропускает горизонтальную составляющую поляризации сигнала фотонного эха, зависящую от величины угла φ.

Рис. 6.20. Схема регистрации нефарадеевского поворота вектора поляризации фотонного эха: