Библиографическое описание:

Клименко К. А. Сравнительный анализ современных датчиков тока // Молодой ученый. — 2011. — №8. Т.1. — С. 66-68.

В данной работе проведен сравнительный анализ различных типов датчиков тока, получивших наиболее широкое применение в промышленности. Рассмотрено применение датчиков тока на все классы напряжения. Описаны достоинства и недостатки современных датчиков тока.

Ключевые слова: сила тока, датчик Холла, оптоволоконные датчики тока, трансформатор тока, резистивный датчик тока.

На современном этапе развития электроэнергетики при повсеместном использовании электрооборудования и электроприборов наиболее актуальным является достоверное измерение силы тока для обеспечения высокой надежности и безопасности промышленных систем и сетей. Для осуществления мониторинга и диагностики цепей, запуска схем защиты, обнаружения отказов электрооборудования и аварийных состояний различных типов нагрузки применяются различные типы датчиков тока.

Современные датчики тока подразделяются на следующие типы:

  1. резистивные датчики (токовые шунты);

  2. датчики тока на эффекте Холла;

  3. трансформаторы тока;

  4. волоконно-оптические датчики тока (ВОДТ) на эффекте Фарадея;

  5. пояс Роговского;

  6. токовые клещи.

Достоинства и недостатки различных типов датчика тока определяют области их применения.

Датчик тока на основе пояса Роговского в основном применяется для измерения импульсных токов большой величины, но он обладает невысокой точностью и при его использовании появляется необходимость в интегрирующем устройстве. Эти недостатки ограничивают область применения датчиков тока такого типа.

Токовые клещи за счет малой точности измерения широкого применения в промышленности не получили.

В промышленности наиболее часто применяются первые четыре типа датчиков тока [1]. Анализ характеристик таких датчиков тока проведен для трех классов напряжения (низкого до 1 кВ, среднего – 6 -35 кВ, высокого – 110 – 750 кВ). Полученные данные сведены в таблицы: табл. 1 – напряжение до 1 кВ, табл. 2 – напряжение 6 – 35 кВ, табл. 3 – напряжение 110 – 750 кВ.

Таблица 1

Номинальное напряжение до 1 кВ

Характеристика

Трансформатор тока

Резистивный датчик тока

Датчик тока на Эффекте Холла

Оптоволоконный датчик тока

Диапазон рабочих температур, С

-45-+50

-40-+60

-40-+150



Не применяется

Номинальное напряжение, кВ

до 0,66

до 1 кВ

до 6 кВ

Номинальные токи, А

5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 80; 100, 150; 200; 300; 400; 600; 800; 1000; 1500; 2000; 3000;4000; 5000; 6000; 15000; 25000

0,3; 0,5; 0,75;

1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 7,5; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 500; 600; 1000; 1500; 2500; 4000; 6000; 7500; 10000; 15000

Открытого типа: ±57...±950 А

Компенсационного типа:

±5... ±1200 А

С логическим выходом:

0,5, 3,5, 5,0, 7,0, 10,0 и 54,00 А

Класс точности

0,2; 0,2S; 0,5; 0,5S; 1

0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5

от 0,1 до 0,8

Масса, кг

от 0,5 до 170

от 0,1 до 35

до 1 кг

Время эксплуатации, года

30

15

20

Рабочая частота

50, 60 Гц

> 500 кГц

Открытого типа:

< 100 кГц

Компенсационного

типа:

> 1 МГц

Гальваническая развязка вторичных цепей

электромагнитная

Нет

Абсолютная

Стоимость, руб

высокая

Низкая

средняя/высокая


На напряжение до 1 кВ (табл. 1) применяются 3 типа датчиков тока:

  1. резистивные датчики;

  2. датчики тока на эффекте Холла;

  3. трансформаторы тока.

Широкий диапазон измеряемых токов имеется у трансформатора тока и резистивного датчика тока. Однако резистивный датчик тока обладает явными преимуществами, выраженными в низкой стоимости и возможностью измерять как переменный, так и постоянный токи. Главным недостатком резистивного датчика тока является необходимость подключать датчик непосредственно в цепь измерения. Главным недостатком трансформатора тока является измерение только переменных токов промышленной частоты. Датчик тока на основе эффекта Холла обладает рядом преимуществ, которые заключаются в возможности измерения как постоянных, так и переменных токов, и малых размерах. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых с систему потерь мощности, широкий диапазон частот. Недостатком является необходимость внешнего источника питания и зависимость от температуры.

Таблица 2

Номинальное напряжение 6 - 35 кВ

Характеристика

Трансформатор тока

Резистивный датчик тока

Датчик тока на Эффекте Холла

Оптоволоконный датчик тока

Диапазон рабочих температур, С

-45-+50



Не применяется


Не применяется



Не применяется

Номинальное напряжение, кВ

10

Номинальные токи, А

5, 10, 15, 20, 30,

40, 50, 75, 80,

100, 150, 200,

300, 400, 600,

750, 800, 1000; 1000; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000

Класс точности

0,2S; 0,5S; 0,5

Масса, кг

от 20 до 90

Рабочая частота, Гц

50, 60

Гальваническая развязка вторичных цепей

Электромагнитная

Параметры выходных данных вторичной цепи

1А;

5 А

Стоимость, руб

Высокая


При данном классе напряжений (табл.2) используется только трансформаторы тока, датчик Холла не используется за счет невысоких значений напряжений изоляции данных датчиков [2].

При высоком классе напряжения (табл. 3) используются трансформаторы тока и волоконно-оптические датчики тока. Главными недостатками трансформатора тока являются:

  1. опасность размыкания вторичной измерительной обмотки;

  2. значительная масса, в том числе за счет изоляционного материала (масла), который, к тому же, является горючим веществом.

Этих недостатков лишены волоконно-оптические датчики тока. Данные датчики обладают очень широким диапазоном измеряемых токов (до 500 кА), высоким классом точности, широким частотным диапазоном, пожаробезопасностью. Но для использования этих датчиков в РЗиА необходимы специальные терминалы, что ведет к дополнительному увеличению их стоимости [3].

Таблица 3

Номинальное напряжение 110 - 750 кВ

Характеристика

Трансформатор тока

Резистивный датчик тока

Датчик тока на Эффекте Холла

Оптоволоконный датчик тока

Диапазон рабочих температур, С

-60-+55



Не применяется


Не применяется

-50-+60

Номинальное напряжение, кВ

110 – 750

110 – 750

Номинальные токи, А

100; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1200;1 250; 1500; 1600; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 5000; 6000; 8000; 9000; 10000; 12000; 15000; 18000

100-500 000

Класс точности

0,2; 0,5

0,2

Масса, кг

450 – 7500

от 40 до 400

Время эксплуатации, года

30

30

Гальваническая развязка вторичных цепей

Электромагнитная

Абсолютная

Стоимость, руб

Высокая

Высокая


В результате проведенного анализа установлено следующее:

  1. Наиболее распространенным средством измерения силы тока в системах электроснабжения является трансформатор тока. Он способен работать в широком диапазоне температур и номинальных токов, обладает достаточной для практики точностью и может применяться в широком диапазоне номинальных напряжений. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей [4]. Основной недостаток данного датчика заключается в том, что размыкание вторичной измерительной обмотки не допускается, т. к. это приводит к аварийной ситуации, обусловленной высоким перенапряжением и нагревом.

  2. Для целей измерения тока в низковольтных цепях постоянного и переменного тока широко используется резистивный датчик тока. Данный датчик является самым простым в исполнении и обладает высокой точностью измерения, однако главный недостаток состоит в наличии гальванической связи с измерительными цепями, что ограничивает область их применения.

  3. Из проведенного анализа следует, что в последние время для измерения постоянного и переменного тока находят наиболее частое применение датчики тока на эффекте Холла. Основными недостатками данного датчика является зависимость показаний от температуры, невысокий, по сравнению с трансформатором тока, диапазон номинальных напряжений.

  4. Для измерения сверхбольших токов при высоких напряжениях в последнее время все чаще применяются оптоволоконные датчики тока.


Литература:
  1. Данилов А. Современные промышленные датчики тока / А. Данилов // Современная электроника. – 2004. – октябрь. С.26–35.

  2. Волович Г. Интегральные датчики Холла [Электронный ресурс] / Г. Волович // НПФ Электропривод. – Режим доступа: www.gearmotor.ru/holl.htm. − Загл. с экрана.
  3. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу; под ред. Т. Окоси; пер. с япон. – Л. : Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.

  4. Афанасьев В. В. Трансформаторы тока / В. В. Афанасьев и [др.], Н. М. Адоньев, В. М. Кибель, И. М. Сирота, Б. С. Стогний. – Л. : Энергоатомиздат, 1989. – 416 с.

Основные термины (генерируются автоматически): датчиков тока, датчики тока, датчик тока, резистивный датчик тока, датчика тока, Датчик тока, оптоволоконные датчики тока, современных датчиков тока, резистивного датчика тока, трансформатор тока, трансформатора тока, Трансформатор тока, силы тока, Сравнительный анализ, переменного тока, применение датчиков тока, типов датчиков тока, Современные датчики тока, типа датчиков тока, типы датчиков тока.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle