193321. lajstromszámú szabadalom • Lineáris átvitelű áramváltóként használható mágneses feszültségmérő jeladó
1 2 A találmány tárgya olyan egyszerű kivitelű áramjeladó szerkezet, amely a mágneses feszültség mérésének ismert elvéből kiindulva olyan új megoldásokat tartalmaz, bogy ezáltal nyerhető kedvező tulajdonságai igen alkalmassá teszik az erősáramú elektrotechnikában jelenleg általánosan használatos vasmagos áramváltók helyettesítésére. A találmány szerinti áramjeladó lineáris átviteli tulajdonság mellett pontos mérőeszközként használható a mérendő áram igen széles tartományában. A mérés pontossága gyakorlatilag független a Környezeti hőmérséklet jelentős változásától és a jelátvitel nagymértékben érzéketlen a frekvencia megváltozására is. Ezen kedvező paraméterekhez az egyszerű kivitelből adódó egyszerű gyárthatóság, és a hagyományos áramváltókhoz képest kisebb és olcsóbb szerkezet előnyei társulnak. A hagyományos áramváltóktól eltérően a találmány szerinti jeladó a primer árammal arányos feszültségjelet szolgáltat a kimenetén, ilyenformán használatánál elmarad a hagyományos áramváltók szekunder körében alkalmazható impedanciára, a jel nagyobb távolságra történő elvezetésére vonatkozó korlátozás. Nincs életveszély a szekunder kör szakadásának esetében. Nincs szükség külön mérő és relémagra, mint a hagyományos áramváltóknál. Ugyanakkor a találmány szerinti jeladó szolgáltatta feszültséggel könnyebben illeszthető a jövőben egyre inkább elterjedő elektronikus védelmekhez, digitális kijelző műszerekhez. Speciális védelmi célokra egyidejűleg a primer áram deriváltjával arányos feszültségjel is előállítható a jeladó ugyanazon mérőtekercsével. A találmány szerinti áramjeladó elvi működését és a konkrét megoldásokat a mellékelt ábrák alapján szemléltetjük: 1. ábra: Mágneses feszültség mérőtekercs és vázlata a mérés elvének magyarázatához. 2. ábra: Áramváltóként használható mágneses feszültségmérő jeladó egy gyűrűalakú mérőtekerccsel amelyen a mérendő áram vezetője egyszeresen (2a. ábra) vagy többszörösen 2b. ábra) van átfűztve.' 3. ábra: Áramváltóként használható egy mérőtekercsből álló mágneses feszültségmérő jeladó egyenes tekercsekből összeállítva, amelyen a mérendő áram vezetője egyszereseh (3a. ábra) vagy többszörösen (3b. ábra) van átfőzve. 4. ábra: Áramváltóként használható mágneses feszültségmérő jeladó helyettesítő kapcsolási vázlata. 5. ábra: A jeladó dinamikus működését jellemző fazorábra a névleges tu körfrekvencián. A mágneses feszültség mérésének elve régóta ismeretes (Chattock, A.P.: On a magnetic potentiometer. Phil. Mag. and I. of Science. 24/1887/94-96./ Az 1. ábra szerinti A belső keresztmetszetű, N menetszámú, hosszú, hajlékony T mérőtekercsben (többnyire hajlékony szigetelőanyagra egy vagy több rétegben feltekercselt rézhuzalban) megjelenő uf indukált feszültség a hajlékony tekercs tengelyének végpontjai által meghatározott térbeli P, és P2 pontok közötti Um mágneses feszültséggel arány. Amennyiben a T mérőtekercs hossztengelye zárt görbét alkot (az 1. ábra szerinti Pi pontból kiindulva a mérőtekercs P2 pontja a Pi ponttal egybeesik), akkor a benne indukálódó feszültség a mérőtekercs hossztengelye által átfogott zárt görbén Ni -szer áthaladó ít mérendő áram 0 ] Ntii‘gerjesztésének idő szerinti deriváltjával: arányos, ahol M az li mérendő áramot vivő V vezető(k) és a T mérőtekercs (más elnevezés szerint magnetométer) kölcsönös induktivitása. A mágnes feszültség mérésének pontosságát tekintve legcélszerűbb, ha az áramjeladó bemenetét képező 0f gerjesztést adó fi mérendő áramo(ka)t: az egy- vagy többrétegű T mérőtekercs a 2a és 2b ábra szerint egyenletesén tekercselt gyűrűalakban fogja közre. Azért, hogy a T mérőtekeics a V vezető megbontása nélkül is felszerelhető, illetve könnyebben elkészíthető is legyen, a 3a és 3b ábra szerint egyenes szakaszokra osztott és villamosán sorbakapcsolt T mérőtekercs is készíthető. Ez esetben a szükségszerű illesztési hézagok miatt a mérés pontossága csökkenhet, amely az illesztési hézagokba helyezett ferromágneses betétekkel szüntethető meg. A 2. és 3. ábrán egy darab T mérőtekercset ábrázoltunk, azonban a gyakorlatban több villamos sorbakapcsolt, koaxiális elrendezésű T mérőtekercs is használható, amely esetben T mérőtekercsekről beszélünk. A mágneses feszültség mérésén alapuló jeladók működésének leírását a 4. ábrán közölt helyettesítő kapcsolással illusztráljuk. Az it mérendő áramot N5 -szer közrefogó egy- vagy többrétegű T mérőtekercs(ek)ben Uj indukált feszültség keletkezik az ij mérendő áram időbeni változásának hatására. A T mérőtekercs Z impedanciája az R tekercsellenállásnak és az L tekercsinduktlvitás reaktanciájának soros eredője. 1. Záródjék a tekercs Ru mérőellenálláson keresztül (A 4. ábra szerinti helyettesítő kapcsolásnak ez r = 0 esetben felel meg.) A t mérőtekercs áramkörében ekkor 12 áram óra folyik az alábbi differenciálegyenlet szerint : dO.Nj)' di2 u. =M ■---------- L ’-----+ i2 • (R ♦ ÍU) dt dt 1.1 Amennyiben fennáll, hogy di2 M L'----->i2-(R+Rtf), akkor i2«-iihíi K L így a jeladó kimenetén szolgáltatott1^ mérőjel az it mérendő árammal arányos, ugyanis uk =í2R,, Nevez-' zük ezt önintegráló típusú jeladó-nalc. Ipart frekvenciájú (50 ill. 60 Hz-es) it mérendő áramok esetén azonban irreális tekercsméretek adódnak a fenti arány betartása esetén, de még 1... 10 kHz frekvencia esetén is. Emellett csökkenti a pontosságot a T mérőtekercs R tekercsellenállásának hőmérsékletfüggése is ami miatt kell, hogy R^> R legyen. 1.2 Amennyiben fennáll, hogy di2 ......... L-----<i2 (R+Rk), akkor dt M dOiN,)' i2 «-----,-------R+Rk dt így a jeladó kimenetén szolgáltatott mérőjel az ij mérendő áram idő szerinti differenciálhányadosával arányos. Nevezzük ezt differenciáló típusú jeladónak. 19332 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
