193321. lajstromszámú szabadalom • Lineáris átvitelű áramváltóként használható mágneses feszültségmérő jeladó
1 2 Nagy bemeneti ellenállású műszerek esetén az R. mérőellenállás értéke elég nagy lehet, így az R tekercsellenállás hőmérséklet függése a jeladó pontosságát tekintve nem kritikus. Mivel az erősáramú elektrotechnikában az i( mérendő áram sok esetben tekinthető gyakorlatilag szinuszosak — amelynek deriváltja is szinuszos hullámformájú -, ezért a differenciáló típusú jeladót előszeretettel alkalmazzák egyszerű jeadóként (Pl. villamos motorok termikus áramvédelmével, megszakítók kioldószerkezeténél, ahol a n/2 villamos szöggel való fáziseltolástól és a felharmonikus áramösszetevők frekvenciafüggő átviteléből eredő hibáktól eltekintenek.) A gyakorlati mérési és védelmi feladatok nagy részénél azonban az a követelmény, hogy az áramjeladó kimenetén mérhető jel a bemeneti ii mérendő árammal nagyság és fázishelyzet szempontjából is azonos, azaz lineárisan arányos legyen. Ezen követelmény betartásának egyik módja, ha az mérőjelet valamilyen elektronikus áramkörrel integrálják. Nevezzük ezt a megoldást feszültségintegráló típusú jeladónak. Ez a megoldás általánosan nem terjedt el. Esetenként laboratóriumi méréseknél alkalmazzák, bár üzemi mérésre is található példa. Alkalmazhatóságát az elektronikus integráló áramköröknél közismert dríft-probléma bonyolítja, tekintettel annak hőmérsékletfüggésére is. (Lebeda, S., Machler, A.: Rogowski-Spulen zur exakten Stroihmessung bei der Elektrodenregelung von Lichtbogenschmelzöfen. Brown Boveri Mitteilungen 68/1981/387-389./ 2. Az áramjeladó bemenetét képző ij mérendő árammal Ifenártsan arányos kimeneti jelet kapunk, ha a 4. ábra szerint a C kondenzátoron fellépő feszültség számít a jeladó kimenetének és azt egy igen nagy bemeneti ellenállású műszer érzékeli, így első közelítésben r ~ <» értékkel lehet számolni. Ez esetben 1 C Nevezzük ezt áramintegráló típusú jeladónak. Adott co körfrekvencián co2 LC = 1 értékmegválasztással elérhető, hogy az u£ integrált mérőjel az ii mérendő árammal arányos és vele fázisban legyen. A T mérőtekercs R tekercsellenállásának hőmérsékletfüggéséből eredő hibát az R^/R, az u> megváltozásából eredő W-co L hányadosok nagy értékre való választásával lehet a hagyományos áramváltóktól megkívánt kis hibaértéken belül tartani. Ezt a megoldást éppen ezen megkötöttségek miatt nem tudták gyakorlatilag hasznosítani. Kiindulva abból, hogy az ii mérendő áram névleges értékénél az uc integrált mérőjel mintegy volt nagyságrendű legyen a más áramkörökből átadódó jel/zaj viszony megfelelő arányának betarthatósága miatt, a T mérőtekercsben fellépő U: indukált feszültség ezért 1000 V nagyságrendet is elérhet, amennyiben a fenti arányokat betartva az in mérendő áram tekintetében széles mérési tartomány kívánatos. Emiatt a mérőtekercs szigetelése körülményesebb. A külső hőmérséklet jelentős ingadozás miatt pl. szabadtéri áramváltóknál -25.,,40 C szélsőséges hőmérsékletingadozás is előfordulhat, aminek következtében a rézhuzalból készült T mérőtekercs R tekercsellenállás kb. 25%-al módosul, ezért RJR = 102 ...103 kell hogy legyen. Az to körfrekvencia i ...2%-os ingadozása miatt (R+Ri.) (coL ~ 10... iO2 értékre kell törekedni. Ehhez R/coL ~ 0,1 körüli érték tartozik. A R mérőtekercsre emiatt irreálisan nagy méretek adódnának a hagyományos áiamváltókhoz viszonyítva. A találmány célja olyan mágneses feszültségmérésen alapuló egyszerű kivitelű áramjeladó létrehozása, amelynek kedvezőbb jelátviteli tulajdonsága miatt a hagyományos (vasmagos) áramváltókra vonatkozó szabványos pontossági követelmények jobban kielégíthetők. A kedvezőbb jelátviteli tulajdonságot jelenti, hogy az áramjeladó kimenetén feszültségjel mérhető, amely az ii mérendő árammal annak igen széles tartományában linerárisan arányos, és a mérés pontossága gyakorlatilag független a környezeti hőmérséklet tág határok közötti megváltozásától. A találmány létrehozásakor az is cél volt, hogy megszüntessük a hagyományos áramváltó alkalmazásakor fellépő hátrányokat. Az is cél volt tovább, hogy az áramjeladó a gyakorlatban megvalósítható méretekkel, egyszerű módon a hagyományos áramváltónál kisebb költségráfordítással legyen gyártható. Az előzőekben megjelölt célnak megfelelően a találmány áramváltóként használható mágneses feszültségmérő jeladó, amelynek bemenete szinuszos alapharmonikusú ij mérendő áram, és kiviteli alakját tekintve az it mérendő áramot egyszer vagy többször átfogó folytonos gyűrűformájú (2. ábra), vagy egyenes szakaszokból gyűrűszerűén záródó (3. ábra) egy vagy több koaxiális elrendezésű mágneses feszültségmérő T mérőtekercsből áll és ezen T mérőtekercsfek) egy- vagy többrétegű tekercseléssel készült(ek), továbbá a T mérőtekercs(ek) két Ki és K2 kivezető kapcsára általános elrendezésben (4. ábra) sorbakötött véges értékű R^ mérőellenállás és C kondenzátor csatlakozik, amely X) kondenzátorral véges értékű r veszteségi ellenállás kapcsolódik párhuzamosan, valamint ezen általános elrendezésben az Rj. mérőellenálláson mérhető mérőjel és a C kondenzátoron mér hető u integrált mérőjel képezi az áramjeladó kimeneteit feszültségei formájában, amelyet az jellemez, hogy a.T mérőtekercs(ek) a hőmérséklettől gyakorlatilag független 0... ± 2.10 3 K'3 hőfoktényezőjű nagy fajlagos ellenállású pontosabban 9.10"8 mm-nél nagyobb fajlagos ellenállású anyagból készült(ek). Ezen általános elrendezésben ismertetett áramjeladót a kitűzött célnak megfelelő legelőnyösebb gyakorlati megoldási formájában (árarnintegráló típusú jeladóként alkalmazva) az jellemzi, hogy az R^ mérőellenállás zérus értékű, továbbá az ij mérendő áram alapharmonikusának körfrekvenciájától, valamint az R tekercsellenállás, az L tekercsinduktivitás, a C kondenzátor és az r veszteségi ellenállás értékeinek alkalmas megválasztásától függően az áramjeladó kimenetét képező u£ integrált mérőjel az ij mérendő árammal lineráisan arányos. A találmány szerinti áramjeladó általános elrendezése alapján a lehetséges megoldás formák dinamikus (működési) leírását vesszük sorra: a) önintegráló típusú jeladóként alkalmazva csak az R^ mérőellenállás csatlakozik a T mérőtekercs K, és K2 kapcsaira. (A 4. ábra szerinti helyettesítésben ez r * 0 esetnek felel meg.) Azáltal, hogy a T mérőte-193.32 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
