Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопросы измерения больших токов на железнодорожном транспорте (особенность, состояние и перспектива)

Хушбоков Бахтиёр Худоймуродович

кандидат технических наук

Термезский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова

Декан факультета "Строительство и транспортных систем"

Аннотация

На статье рассмотрены измерение больших постоянных и переменных токов. Анализировано имеющихся и широко распространенных измерительных преобразователей больших токов. Обоснованы преимуществ для измерения больших постоянных токов магнитогальванических и магнитомодульяционных преобразователей, для измерение переменных токов трансформаторы тока. Показаны путы усовершенствование этих оборудований.

Ключевые слова: большие постоянные токи, большие переменные токи, диапазон измерение, магнитогальванические преобразователи, магнитомодуляционные преобразователи, электромеханические преобразователи, магниторезонансные преобразователи, трансформаторы тока.

Abstract

The article studies the problems of alternating and direct currents. Existing and widely spread types of great current converter meters are analyzed. Advantages of magnetic - galvanic and magnetic - modulating converters of great direct currents are explained as for as transformators for metering for great alternating currents. The ways of improving the construction of such devices are also shown here.

Keywords:

Greater constant current; greater changeable current; range of measurement; magnetic galvanic transformer; magnetic modulation transformer; electromechanical transformer; magnetic resonance transformers; transformers of the current

Преобразования больших токов на железнодорожном транспорте является актуальной задачей при: контроле и управлении режимов работы тяговых генераторов, электродвигателей тепловозов и электровозов, трансформаторов и выпрямительных устройств тяговых подстанций, линии электропередач, потребителей и отдельных элементов систем электроснабжения электрифициро-ванной железной дороги (вводы 27,5 и 6 кВ, фидеры РУ 6 кВ, контактной сети, ПТО (пункта технического обслуживания), СЦБ (сигнализация, централизация и блокировка), ДПР (два провода - рельс), КУ (компенсирующее устройств), шиносоединительные выключатели, аккумуляторные батареи с зарядными устройствами); испытании электротехнических оборудований и аппаратов; учете вырабатываемой и потребляемой электрической энергии, где используются измерительные преобразователи больших постоянных и переменных токов (ИПБТ).

В связи с тем, что объекты контроля и управления множеств, а соответствующие им токи имеют широкий диапазон значений, необходимо несколько уточнить понятие «большой ток (БТ)». Конкретные числовые значения нижней границы диапазона БТ могут быть установлены с одной стороны исходя из возможностей измерительных механизмов амперметров, которые могут непосредственно измерять токи до 30 А [1]. Применяются амперметры со вспомогательными масштабными преобразователями для расширения пределов измерения, встроенными в прибор. Верхний предел таких амперметров также достигает нескольких десятков ампер.

С другой стороны при определении нижнего предела диапазона значений БТ необходимо учитывать возможности измерителей БТ измерят ток с требуемой точностью. Анализ существующих типов измерителей БТ показывает, что многие из них производить измерение тока величиной 10 А и более с требуемой точностью [2].

Верхний предел диапазона БТ определяется достижением современной энергетики. Максимальные токи, освоенные в промышленности достигают: до 500 кА на постоянном токе, до 70 кА на переменном токе в установившихся режимах, до 700 кА на переменном токе в переходных режимах работы электротехнического оборудования [3]. В перспективе ожидается использование тока до 1000 кА [4].

Из вышеизложенного видно, что диапазон изменения БТ составляет 10 - 106 А. Создание универсального устройства, позволяющего измерять с требуемой точностью в этом диапазоне задача очень трудная и даже практически невыполнимая. Поэтому рекомендуется разбить общий диапазон на следующие поддиапазоны: сравнительно не БТ (10 - 102 А); БТ (102 - 104А); очень БТ (104 - 105 А); сверх БТ (105 и более) и для каждого конкретного поддиапазона необходимо рекомендовать тот или иной тип и конструктивное решение измерителя БТ.

В зависимости от целей преобразования БТ к ИПБТ предъявляют разные требования к точностным характеристикам. Например, при преобразованиях с целью дальнейшего использования в системах контроля и управления требуется высокая надежность устройства для преобразования БТ и стабильность её характеристик и не требуется очень высокая точность как это необходимо, например в образцовых поверочных установках. Более высокая точность преобразований требуется при испытаниях новых изделий - электрических машин, аппаратов и т. д. Для получения необходимого запаса надежности в этих случаях применяют ИПБТ в 2 - 3 раза более точные, чем в предыдущем случае.

Учет электрической энергии, как известно, включает в себя операции масштабного преобразования БТ, высокого напряжения, их перемножение и интегрирования во времени [5]. Для того, чтобы достичь высокой точности окончательного результата, необходимо стремиться к уменьшению всех составляющих погрешности, в том числе погрешности преобразователей тока и напряжения.

ИПБТ, предназначенные для лабораторных и научных исследований отличаются от рассмотренных выше своим назначением, из чего вытекают их отличия в технических характеристиках и конструктивном исполнении [1]. Они отличаются, прежде всего, широком диапазоном значений преобразуемого тока. Вторая их особенность - существенно более высокая точность. Поэтому именно из ИПБТ, предназначенных для лабораторных и научных исследований, формируют номенклатуру для измерений при различных испытаниях электротехнических устройств, приборов для поверочных работ.

Измерение БТ имеет некоторые свои особенности [1,6]. Одна из них связана с техническим исполнением самих сильноточных цепей и их геометрическими размерами. Токопроводы в таких цепях - это жестко смонтированные массивные стационарные шины или пакеты шин. Разъединение такого токопровода - процесс трудоемкий и далеко не всегда может быть сделано в нужном месте или в нужнее время. Следовательно, одним из требований является создание разъемной конструкции ИПБТ. Следующей особенностью цепей БТ - непрерывность режима энергопитания. В линиях электропередач переменного и постоянного токов (при напряжении вплоть до 750 и 1500 кВ), а также на выводах тяговых трансформаторов и генераторов (6 - 10 кВ) главным требованием является обеспечение гальванической развязки между измерительной и силовой цепями [7].

Источниками большого постоянного тока (БПТ) чаще всего являются силовые преобразователи переменного тока в постоянный - ртутные, полупроводниковые или тиристорные. При этом БПТ получают не от одного агрегата, а от нескольких, включенных параллельно на общую нагрузку. В большинстве случаев эти токи измеряются раздельно, т.е. поагрегатно с последующим суммированием вторичных сигналов преобразователей [6].

БТ при измерениях и управлениях подвергаются промежуточному преобразованию с помощью ИП, основное назначение которых состоит в преобразовании значения БТ во вторичную физическую величину, как правило, тоже электрическую по природе (ток, напряжение), значение которой пропорционально значению БТ и доступно для измерения или передачи в системах управления и контроля, пределы преобразований которых и другие технические характеристики согласуются с выходными характеристиками ИП.

Как известно [1], в существующих ИПБТ используются только два вида (принципа) физического проявления тока: 1) появление разности потенциалов на зажимах сопротивления, через которые протекает преобразуемый ток; 2) возникновение в пространстве вокруг проводника с током магнитного поля, однозначно связанного с током, согласно закону полного тока. В последнем случае магнитное поле чаще всего играет роль промежуточной величины и не является собственно выходной величиной ИП, как электрическое напряжение в первом случае.

ИПБТ, в которых реализуется первый принцип называются резистивными, а в которых реализуется второй принцип - электромагнитными - в них так или иначе используются магнитные проявления тока. В зависимости от дальнейшего преобразования магнитного поля в выходную величину последние разделяются на следующие ИПБТ: индукционные (трансформаторы тока), магнитомодуляционные (трансформаторы постоянного тока), магнитные компараторы тока, магнитогальванические, магниторезонансные, магнитооптические и электромеханические.

Сравнительный анализ основных характеристик выше перечисленных ИПБТ показывает [1н8], что каждому виду ИП присуще свои достоинства и недостатки. Так, резистивные ИП инвариантны к внешним магнитным полям и ферромагнитным массам, отсутствует необходимость к вспомогательным источникам питания, но их невозможно применять в цепях высокого напряжения, они требует разрыва цепи и обладают большой динамической погрешностью. Электромеханическим ИПБТ присуще простота исполнения, высокая надежность, автономность и универсальность применения, вместе с этим наличие подвижной части и дополнительных погрешностей ограничивает их широкого применения. Преимуществами магнитомодуляционных ИПБТ являются возможность применения в высоковольтных линиях и значительная выходная мощность. Влияние внешних магнитных полей, большие массогабаритные показатели при измерение очень и сверхбольших токов и относительно большая инерционность являются недостатками магнитомодуляционных ИПБТ. Магнитные компараторы тока, являющимися наиболее точными, чувствительными по сравнению с другими ИПБТ и имеющие возможность преобразования сверхбольших токов, требует введения в его схему авторегулирования тока, защиты сердечников от влияния посторонних полей и обладают большой инерционностью.

Магниторезонансные ИП являются самыми высокоточными измерителями больших постоянных токов, но необходимость разрыва цепи при их установки и получения строго равномерного магнитного поля, а также большой порог чувствительности существенным образом ограничивает область их применения. Достоинствами магнитогальванических ИПБТ являются относительно высокая чувствительность и высокое быстродействие. К недостаткам подобных ИП следует отнести конструктивную и технологическую сложность, а также нестабильность характеристик. Возможность применения в высоковольтных линиях и установках, не громоздкость и не массивность узлов магнитооптических ИП делают их перспективным при измерении больших токов. Вместе с этим они имеют относительно низкую чувствительность, сложную конструкцию и у них отсутствует однозначная зависимость тока с углом поляризации. Наиболее широкое распространение не только на железнодорожном транспорте, но и в других отраслях народного хозяйства нашли трансформаторы переменного тока. Они имеют высокие метрологические характеристики, высокую надежность, перегрузочную способность, простота обслуживание и большую выходную мощность. Влияние внешних магнитных полей, снижение метрологических характеристик в переходных режимах работы, а также отсутствие доступных способов регулирования пределов преобразования являются недостатками трансформаторов переменного тока.

Следовательно, при выборе и использовании того или иного типа ИПБТ необходимо учитывать особенности объектов и цели их применения (таблица 1). В системах электроснабжения электрифицированных железных дорог, тепловозах и электровозах с целью их управления и контроля режимов работы на наш взгляд и как показывает сравнительный анализ существующих ИП для преобразования больших постоянных токов наиболее приемлемым и перспективным являются магнитогальванические и магнитомодуляционные ИП, а для преобразования больших переменных токов - трансформаторы переменного тока.

переменный ток преобразователь постоянный

Дальнейшее развитие этих ИПБТ должны быть направлены на разработку многопредельных ИП, обеспечивающие преобразование БТ в широких пределах с требуемыми метрологическими характеристиками, увеличение чувствительности в поддиапазоне сравнительно небольших токов, снижение погрешностей при работе в переходных режимах устройств систем электроснабжения.

Библиографический список

1. Семенко Н. Г., Гамазов Ю. А. Измерительные преобразователи больших электрические токов и их метрологические обеспечение. -М.: Издательство стандартов, 1984. - 132 с.

2. Измерение больших постоянных токов без разрыва цепи / Казаков М К. - Ульяновск: УлГТУ, 1997.

3. Афанасьев Ю. В. и др. Трансформаторы тока. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Андреев Ю. А., Абрамзон Г. В. Преобразователи тока без разрыва цепи. -Л.: Энергия, 1979.

5. Разин Г. И., Шелькин А. П. Бесконтактное измерение электрических токов. -М.: Атомиздат, 1974.

6. Спектор С. А. Измерение больших постоянных токов. - Л.: Энергия, 1978.

7. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для вузов ж - д. трансп. -М.: Транспорт, 1982.

8. Ураксеев М. А., Марченко Д. А., Марченко Р. А. Магнитооптические эффекты и датчики на их основе //Датчики и системы. - 2001, №1

Размещено на Allbest.ru