RU2381585C1 - Capacitative power supply - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used, in particular for supply of AC metres at high potential. In compliance with this invention, capacitative power supply (CPS) comprises current conductor, power take-off capacitor and communication capacitor interconnected in series by their one armature, and electromagnetic device connected in parallel to power take-off capacitor and furnished with terminals for connection of load at high potential. CPS feeder bus represents a current conductor with its current controlling load operation. Note here that one armature of power take-off capacitor is connected to current conductor, while the other one is connected to ground.

EFFECT: higher reliability.

2 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано, в частности, для питания находящихся под высоким потенциалом устройств измерения переменного электрического тока, протекающего по проводам высоковольтных линий электропередач и по токопроводам высоковольтного оборудования подстанций.The invention relates to electrical engineering, can be used, in particular, for powering high-potential devices for measuring alternating electric current flowing through the wires of high-voltage power lines and through the conductors of high-voltage equipment of substations.

В настоящее время известен источник питания (Патент США №4794318, МПК H01F 27/42; G01R 15/22; 15/07, опубликован 27.12.1988, [1]) на основе трансформатора тока, обеспечивающего питание элементов измерительной схемы в определенном диапазоне измеряемых токов (например, от 5% номинального тока до 3000% номинального тока при нормированной кратности измерительного тока - 30).Currently, a power source is known (US Patent No. 4794318, IPC H01F 27/42; G01R 15/22; 15/07, published December 27, 1988, [1]) based on a current transformer that provides power to the elements of the measuring circuit in a certain measuring range currents (for example, from 5% of the rated current to 3000% of the rated current with a normalized multiplicity of the measuring current of 30).

Описанный в [1] трансформатор тока, обеспечивающий электропитание электронных блоков, которые преобразуют аналоговый сигнал в цифровой, а также цифровой сигнал в оптический для передачи по оптоволокну, намотан на кольцевом металлическом сердечнике. Внутри сердечника проходит токопровод, по которому протекает измеряемый ток.The current transformer described in [1], which provides power to electronic units that convert an analog signal to a digital signal, as well as a digital signal to an optical signal for transmission via optical fiber, is wound on a ring metal core. A current conductor passes through the core, through which the measured current flows.

Известный источник питания [1] обладает существенным недостатком, так как при токах меньших, чем минимальный, этот источник питания не обеспечивает необходимой мощности для работы устройств измерения тока. Это значит, что измеритель тока оказывается неработоспособным в диапазоне токов от 0 до минимального тока, измеряемого в заданном классе точности. Кроме того, для работы такого источника питания во всем диапазоне измеряемых токов, протекающих по токопроводу измерительного устройства, необходимо использование дорогостоящих магнитных материалов, подвергаемых сложной и дорогой технологической обработке.The known power source [1] has a significant drawback, since at currents less than the minimum, this power source does not provide the necessary power for the operation of current measuring devices. This means that the current meter is inoperative in the current range from 0 to the minimum current measured in a given accuracy class. In addition, for the operation of such a power source in the entire range of measured currents flowing through the current path of the measuring device, it is necessary to use expensive magnetic materials subjected to complex and expensive technological processing.

Известны устройства электропитания, мощность которых слабо зависит от величины тока, протекающего по линии электропередачи, а в основном зависит от величины напряжения на линии. Такие устройства могут применяться для питания электронных блоков оптикоэлектронного измерителя тока (ОЭИТ) во всем диапазоне измеряемых токов, начиная с нуля ампер.Known power supply devices, the power of which weakly depends on the magnitude of the current flowing along the power line, and mainly depends on the magnitude of the voltage on the line. Such devices can be used to power the electronic components of an optoelectronic current meter (OEIT) in the entire range of measured currents, starting from zero amperes.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому источнику питания и выбранным в качестве прототипа является емкостный трансформатор напряжения (A.M.Дымков, В.М.Кибель, Ю.В.Тишенин. Трансформаторы напряжения, изд-во «ЭНЕРГИЯ», Москва, 1975, стр.81-89, [2]), в состав которого входит емкостный делитель напряжения, содержащий конденсатор связи, который одной обкладкой соединен с питающей шиной и соединен последовательно с конденсатором отбора мощности, одна обкладка которого заземлена. Конденсатор отбора мощности питает электромагнитную часть устройства питания. В свою очередь, электромагнитная часть имеет клеммы для подключения измерительных приборов и устройств релейной защиты и автоматики.The closest in technical essence to the proposed power source and selected as a prototype is a capacitive voltage transformer (AMDymkov, V.M. Kibel, Yu.V. Tishenin. Voltage transformers, publishing house "ENERGY", Moscow, 1975, p. 81-89, [2]), which includes a capacitive voltage divider containing a coupling capacitor, which is connected by a single plate to the supply bus and connected in series with a power take-off capacitor, one of which is grounded. A power take-off capacitor powers the electromagnetic part of the power device. In turn, the electromagnetic part has terminals for connecting measuring instruments and relay protection devices and automation.

Однако известное устройство [2] не может быть использовано для питания устройств измерения, находящихся на высоком потенциале, так как одна обкладка конденсатора отбора мощности заземлена и поэтому питание электронных блоков ОЭИТ, находящихся под высоким потенциалом, не может быть осуществлено от конденсаторов отбора мощности емкостных делителей из состава трансформаторов напряжения типа НДЕ.However, the known device [2] cannot be used to power the measuring devices at high potential, since one lining of the power take-off capacitor is grounded and therefore the power supply of the high-potential electronic power units cannot be carried out from the power take-off capacitors of capacitive dividers from the composition of voltage transformers type NDE.

Задачей предлагаемого технического решения является создание компактной и недорогой конструкции источника питания, позволяющего питать находящуюся под высоким потенциалом нагрузку (например, электронные блоки ОЭИТ), стабилизированным напряжением во всем диапазоне значений токов.The objective of the proposed technical solution is to create a compact and inexpensive design of a power source that allows you to power a load at high potential (for example, electronic components of OEIT), voltage stabilized in the entire range of current values.

Техническим эффектом от использования предлагаемого источника питания, предназначенного для питания находящихся под высоким потенциалом электронных блоков ОЭИТ, является высокая надежность предлагаемого устройства питания во всем диапазоне измеряемых токов от нуля ампер и высокая точность работы использующего его ОЭИТ.The technical effect of using the proposed power source designed to power the high-potential electronic units of the OEIT is the high reliability of the proposed power device in the entire range of measured currents from zero amperes and the high accuracy of the OEIT using it.

Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в предлагаемом емкостном источнике питания, содержащем питающую шину, конденсатор отбора мощности и конденсатор связи, соединенные последовательно одними своими обкладками, и электромагнитное устройство, которое подсоединено параллельно к конденсатору отбора мощности и имеет клеммы для подсоединения нагрузки, находящейся под высоким потенциалом, в качестве питающей шины использован токопровод, ток которого управляет работой нагрузки, при этом другая обкладка конденсатора отбора мощности присоединена к токопроводу, а другая обкладка конденсатора связи заземлена.The solution of the problem and the corresponding technical result are achieved by the fact that in the proposed capacitive power source containing a supply bus, a power take-off capacitor and a coupling capacitor connected in series with their own plates, and an electromagnetic device that is connected in parallel to the power take-off capacitor and has terminals for connection a load at high potential, a current conductor is used as a supply bus, the current of which controls the operation of the load, while another lining of the power take-off capacitor is connected to the current lead, and another lining of the coupling capacitor is grounded.

Перечисленная совокупность отличительных признаков обеспечивает надежную систему электропитания во всем диапазоне измеряемых токов от нуля ампер. Это достигается за счет того, что стабильное напряжение на электромагнитном устройстве и, как следствие, на выходных клеммах источника питания появляется одновременно с появлением номинального напряжения на линии электропередач при делении этого напряжения между конденсаторами емкостного делителя обратно пропорционально емкостям конденсаторов вне зависимости от величины тока нагрузки.The listed set of distinctive features provides a reliable power supply system in the entire range of measured currents from zero amperes. This is achieved due to the fact that a stable voltage on the electromagnetic device and, as a result, on the output terminals of the power supply appears simultaneously with the appearance of the rated voltage on the power line when dividing this voltage between the capacitors of the capacitive divider is inversely proportional to the capacitances of the capacitors, regardless of the magnitude of the load current.

Сопоставление предлагаемого емкостного источника питания для питания нагрузки, находящейся под высоким потенциалом, с уровнем техники и отсутствие описания аналогичного технического решения в источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию «новизна».A comparison of the proposed capacitive power source for powering a load at high potential with the prior art and the lack of a description of a similar technical solution in the information sources allows us to conclude that the proposed device meets the criterion of "novelty."

Заявляемое устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».The inventive device is characterized by a combination of features exhibiting new qualities, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step".

На фиг.1 изображена электрическая схема емкостного источника питания с присоединенной к его клеммам нагрузкой, находящейся под высоким потенциалом.Figure 1 shows the electric circuit of a capacitive power source with a load connected to its terminals, which is at high potential.

На фиг.2 схематически изображен в разрезе вариант практической реализации конструкции емкостного источника питания в составе оптикоэлектронного измерителя переменного тока.Figure 2 schematically shows in section a variant of the practical implementation of the design of a capacitive power source as part of an optoelectronic AC current meter.

Предлагаемый емкостный источник питания на фиг.1 содержит: токопровод 1; конденсатор отбора мощности 2; конденсатор связи 3; электромагнитное устройство (ЭМУ) 4 с клеммами К1 и К2 для подсоединения нагрузки 5, которая электрически соединена с токопроводом 1, который одновременно является питающей шиной предлагаемого емкостного источника питания. Конденсаторы отбора мощности 2 и связи 3 соединены одними обкладками последовательно, а другими - с токопроводом 1 и землей соответственно.The proposed capacitive power source in figure 1 contains: current lead 1; power take-off capacitor 2; coupling capacitor 3; electromagnetic device (EMU) 4 with terminals K1 and K2 for connecting the load 5, which is electrically connected to the current lead 1, which is also the supply bus of the proposed capacitive power source. Capacitors for power take-off 2 and connection 3 are connected by some plates in series, and by others with current lead 1 and ground, respectively.

Измерительное устройство на фиг.2 содержит: кожух 6 для размещения в нем измерительных блоков ОЭИТ 7 и ЭМУ 4 емкостного источника питания; опорный проходной изолятор 8 для установки на нем кожуха 6; плоский заземленный электростатический экран 9, выполняющий функцию заземленной обкладки конденсатора связи 3; металлическую трубу 10, которая размещена вокруг кожуха 6, гальванически соединена с ним; металлический электростатический экран 11, который размещен вокруг трубы 10, изолирован от нее изоляционными прокладками 12. При этом внутренняя и внешняя поверхности электростатического металлического экрана 11 выполняют функции соединенных последовательно обкладок конденсаторов отбора мощности 2 и связи 3 соответственно. Кроме того, выполняющий функцию питающей шины для емкостного источника питания токопровод 1, ток которого одновременно управляет работой измерительного устройства, проходит через кожух 6 и электрически связан с ним, при этом труба 10 электрически соединена посредством металлического стержня 13 с кожухом и выполняет функцию присоединенной к токопроводу 1 (питающей шине) обкладки конденсатора отбора мощности 2. Кроме этого металлический электростатический экран 11 электрически соединен через проходной изолятор 14 на кожухе 6 с одним из входов ЭМУ 4, второй вход которого соединен через кожух 6 с токопроводом 1. А к клеммам К1 и К2 ЭМУ 4 присоединены электронные блоки ОЭИТ 7.The measuring device in figure 2 contains: acasing 6 for placement in it of the measuring units OEIT 7 and EMU 4 capacitive power source;reference bushing 8 for mounting acasing 6 thereon; flat groundedelectrostatic screen 9, which performs the function of a grounded lining of the coupling capacitor 3; ametal pipe 10, which is placed around thecasing 6, is galvanically connected to it; the metalelectrostatic screen 11, which is placed around thepipe 10, is insulated from it by insulatingspacers 12. In this case, the inner and outer surfaces of theelectrostatic metal screen 11 perform the functions of serially connected plates of the power take-off capacitors 2 and coupling 3, respectively. In addition, acting as a supply bus for a capacitive power supply, the current lead 1, the current of which simultaneously controls the operation of the measuring device, passes through thecasing 6 and is electrically connected to it, while thepipe 10 is electrically connected via ametal rod 13 to the casing and performs the function of being connected to the current lead 1 (power bus) of the capacitor plate of the power take-off 2. In addition, the metalelectrostatic shield 11 is electrically connected through thebushing 14 on thecasing 6 with one of the inputs EMU 4, the second input of which is connected through thecasing 6 to the current lead 1. And to the terminals K1 and K2 of the EMU 4 are connected the electronic units OEIT 7.

Предлагаемый емкостный источник питания на фиг.1 в составе измерительного устройства на фиг.2 работает следующим образом.The proposed capacitive power source in figure 1 as part of the measuring device in figure 2 works as follows.

При подаче напряжения на токопровод 1 (т.е. на питающую шину источника питания) и тем самым на кожух 6 и металлическую трубу 10 это напряжение разделяется между конденсатором отбора мощности 2, обкладками которого служат труба 10 и внутренняя поверхность металлического электростатического экрана 11, и конденсатором связи 3, обкладками которого служат внешняя поверхность экрана 11 и плоский заземленный электростатический экран 9, обратно пропорционально величине емкости этих конденсаторов. Требуемый коэффициент деления напряжения может быть получен при изменении размеров металлической трубы 10, металлического электростатического экрана 11 и плоского заземленного экрана 9. Напряжение конденсатора 2 подводится к электромагнитному устройству 4 путем подсоединения к его входам кожуха 6 и экрана 11 через проходной изолятор 14 на кожухе 6. Предлагаемая на фиг.1 схема емкостного источника питания при любой величине тока, протекающего по токопроводу 1 (включая нулевое значение), обеспечивает стабильное значение напряжения на клеммах К1 и К2 нагрузки 5. В приведенном примере реализации с нагрузкой 5 в виде электронных блоков ОЭИТ 7 стабильное напряжение на их входе обеспечивает высокую надежность и точность работы измерительного устройства.When voltage is applied to the current lead 1 (i.e., to the supply busbar of the power source) and thereby to thecasing 6 and themetal pipe 10, this voltage is divided between the power take-offcapacitor 2, the plates of which are thepipe 10 and the inner surface of the metalelectrostatic screen 11, and coupling capacitor 3, the plates of which are the outer surface of thescreen 11 and a flat groundedelectrostatic screen 9, is inversely proportional to the capacitance of these capacitors. The required voltage division ratio can be obtained by changing the dimensions of themetal pipe 10, the metalelectrostatic shield 11 and the flat groundedshield 9. The voltage of thecapacitor 2 is supplied to the electromagnetic device 4 by connecting acasing 6 and ashield 11 to its inputs through thebushing 14 on thecasing 6. The scheme of a capacitive power supply proposed in FIG. 1 for any current flowing through current path 1 (including a zero value) provides a stable voltage value at terminals K 1 and K2 of load 5. In the given example of implementation with load 5 in the form of electronic units OEIT 7, a stable voltage at their input provides high reliability and accuracy of the measuring device.

Claims (1)

Translated fromRussian

Емкостный источник питания, содержащий питающую шину, конденсатор отбора мощности, конденсатор связи, электромагнитное устройство с клеммами для подсоединения нагрузки, находящейся под высоким потенциалом, при этом одними обкладками конденсаторы отбора мощности и связи соединены друг с другом последовательно, а электромагнитное устройство подсоединено параллельно к конденсатору отбора мощности, отличающийся тем, что в качестве питающей шины использован токопровод, ток которого управляет работой нагрузки, при этом другая обкладка конденсатора отбора мощности присоединена к токопроводу, а другая обкладка конденсатора связи заземлена.A capacitive power source containing a supply bus, a power take-off capacitor, a coupling capacitor, an electromagnetic device with terminals for connecting a load at high potential, while the plates of the power take-off and coupling capacitors are connected to each other in series, and the electromagnetic device is connected in parallel to the capacitor power take-off, characterized in that a supply conductor is used as a supply bus, the current of which controls the operation of the load, while another The power take-off capacitor is connected to the current lead, and the other lining of the coupling capacitor is grounded.

Images