Статья адресована специалистам, применяющим датчики измерения тока и напряжения российского производства, а также пользователям, впервые работающим с датчиками разработки НПО «Горизонт Плюс». В материале приведён внешний вид приборов и описаны конструктивные и функциональные особенности новых изделий.
ООО «НПО «Горизонт Плюс», г. Истра, Московская обл.
В публикациях [1, 2] приведено описание конструкции и принципа действия бесконтактных преобразователей измерения тока, а также созданных на их основе датчиков напряжения и активной мощности. Указанные средства измерений разрабатываются и производятся НПО «Горизонт Плюс» (Истра, Московская область).
Датчики применяются для измерения различных видов электрического тока без разрыва токовой цепи и с обеспечением гальванической развязки. По конструктивным и эксплуатационным характеристикам они используются как альтернатива токовым шунтам и трансформаторам тока. Отдельные приборы эксплуатируются на промышленных и специализированных объектах, в том числе в составе медицинской аппаратуры зарубежных производителей.
Часть продукции предприятия включена в национальные реестры средств измерений Российской Федерации, а также Республики Казахстан и Республики Беларусь. В Государственном реестре средств измерений РФ представлены, в частности, датчики тока серии ПИТ № 74910-19 и датчики напряжения серии ПИН № 75210-19.
Далее в статье приведены сведения и основные технические характеристики новых измерительных преобразователей тока и напряжения, включённых в актуальную линейку продукции и освоенных в серийном производстве.
Преобразователь для измерения малых токов
Под малыми токами в данном случае понимается диапазон токов от нуля и до 150…300 А. В линейке датчиков тока НПО «Горизонт Плюс» уже имеются приборы, измеряющие такие токи, например ПИТ-150-УА-П10 или ПИТ-300-УА-Б14 [1]. Первый из них предназначен для монтажа на печатную плату, и, поскольку измеряемые токи небольшие, диаметр отверстия под токовый проводник составляет 10 мм. В конструкции второго этот диаметр увеличен до 14 мм, а сам прибор можно монтировать в блок с помощью DIN-рейки. Но в любом случае монтаж этих датчиков осуществляется путем крепления корпуса прибора к какой-либо поверхности.
Новый датчик ПИТ-ххх-УА-Б20, разработанный специалистами НПО «Горизонт Плюс», расширяет функциональные возможности приборов этого класса. При относительно малых размерах (44 × 44 × 34 мм) диапазон измеряемых токов у него расширен до 400 А, диаметр окна под токовую шину тоже увеличен до 20 мм. Последнее дает возможность использовать токовый провод с наконечником. Другой особенностью датчика этого типа является его конструкция (рис. 1), позволяющая крепить датчик непосредственно на токовой шине, что зачастую очень удобно при плотном монтаже в шкафу или в переносном блоке. Основные технические характеристики прибора приведены в таблице в строке 1.
Рис. 1. Внешний вид преобразователя ПИТ-ххх-УА-Б20, который можно монтировать непосредственно на токовой шине
Преобразователи для больших токов
Другой разработанный преобразователь – ПИТ-ххх-УА-Б60 (рис. 2) – дополнил линейку ранее разработанных датчиков тока, у которых диаметр отверстия под токовую шину составлял 30 и 40 мм. В новом приборе этот размер составляет уже 60 мм, а диапазон измеряемых токов увеличен до 4000 А. По требованию заказчиков количество витков компенсационной обмотки (коэффициент преобразования) может меняться и составлять 3000, 4000 или 5000 витков, что напрямую влияет на выходной сигнал прибора. Также для надежности и удобства потребителей в преобразователе заменены пластмассовые разъемы выводов на резьбовые шпильки. Последнее позволяет использовать датчик в транспортных и других подвижных системах, которые характеризуются повышенным уровнем вибрации, ударов и других механических воздействий. Кроме того, существенным является повышение требований по электрической прочности до 6 кВ и снижение величины приведенной погрешности до 0,7 % (табл. 1, строка 2).
Таблица 1. Характеристики новых датчиков серий ПИТ и ПИН от НПО «Горизонт Плюс» (увеличить изображение)
Рис. 2. Преобразователь ПИТ-ххх-УА-Б60 с диаметром отверстия под токовую шину 60 мм и диапазоном измеряемых токов до 4000 А
Часто пользователям больших датчиков для измерения тока приходится иметь дело не с кабелем, а с плоской токовой шиной или даже пакетом медных шин. Для таких случаев разработана конструкция нового преобразователя ПИТ-ххх-УН-Б42х162 (рис. 3). В этом датчике увеличены габаритные размеры, а круглое отверстие под кабель заменено на прямоугольное окно с размерами под шину 42 × 162 мм. В качестве выводных клемм используются резьбовые шпильки, выведенные на внешнюю панель прибора.
Рис. 3. Внешний вид прибора ПИТ-ххх-УН-Б42х162 для измерения больших, до 5000 A, токов и с возможностью использования больших пакетов шин
Из табл. 1 (строка 3) видно, насколько у такого датчика выросли габаритные размеры и масса, но все это компенсируется возможностью измерения больших токов. У датчика несколько диапазонов измерений: на 3000, 4000, 5000 А. И при этом обеспечена гальваническая развязка цепей входа и выхода. Дополнительной особенностью является малая, не более 10 мА, величина тока по цепи питания и увеличенная до 15 кВ величина электрической прочности изоляции прибора.
Измерительные преобразователи напряжения
В работе [2] показано, что преобразователи напряжения наследуют все преимущества датчиков измерения тока: они служат для измерения напряжения постоянного и переменного тока, в датчиках сохраняется гальваническая развязка цепей входа и выхода, высокое значение пробивного напряжения при относительно малых габаритах, простота использования и высокая надежность работы.
Рассмотрим внешний вид и основные технические характеристики новых приборов, которые тем не менее являются типичными представителями ранее разработанной серии датчиков напряжения ПИН.
Типовой преобразователь ПИН-ххх-УА преобразует мгновенные значения измеряемого напряжения постоянного и переменного тока в пропорциональные значения силы постоянного и переменного тока. А ПИН-ххх-У-4/20 преобразует среднеквадратичное значение напряжения в пропорциональное значение силы постоянного тока, соответствующее требованиям к стандартному интерфейсу «токовая петля» 4…20 мА. В названии прибора на месте ххх указывается номинальное значение напряжения преобразователя в вольтах.
На рис. 4 представлен внешний вид такого преобразователя ПИН в случае, когда нагрузочный резистор находится снаружи прибора (рис. 4а) или внутри него (рис. 4б). Хорошо видно, что в последнем случае конструкция прибора дополнена специальным радиатором, позволяющим отводить излишнее тепло и поддерживать рабочий тепловой режим. По условиям эксплуатации преобразователь ПИН-3000-УА-Б1-Р-М (Б1-М) соответствует требованиям к группе 3 по ГОСТ 22261-94, имеет расширенный диапазон температуры (–40...+70 °C) и влажности (до 90 % при 25 °C).
Рис. 4. Общий вид преобразователей напряжения: а – ПИН-ххх-УА-Б1-Р-М с внешним резистором; б – ПИН-ххх-УА-Б1-М с резистором внутри прибора
Питание датчика производится от внешних источников напряжением, указанным в табл. 1 (строка 5 и 6), с пульсациями не более 10 мВ. По согласованию с разработчиком допускается питание от однополярного источника. Погрешность прибора в указанных условиях эксплуатации не превышает 1,5 %.
Все сказанное относится и к преобразователю ПИН-6000-УА-Б-Р-М (Б-М), показанному на рис. 5. Необходимо только дополнительно подчеркнуть, что этот прибор имеет пять диапазонов и способен измерять напряжение до 6000 В включительно. Еще одним значительным преимуществом прибора является величина электрической прочности изоляции, которая составляет не менее 13 кВ. Эти достоинства позволили использовать преобразователи напряжения в частотных преобразователях электроприводов, в частности, для тяговых двигателей электропоездов и другой аналогичной техники.
Рис. 5. Преобразователь напряжений до 6000 В, обеспечивающий электрическую прочность 13 кВ
Литература
1. Болотин О. А., Портной Г. Я. и др. Применение датчиков измерения тока и напряжения для решения инженерных задач // Компоненты и технологии. 2016. № 1.
2. Болотин О. А., Гребенщиков Н. Ю., Портной Г. Я. и др. Российские преобразователи напряжения ПИН в Госреестре СИ РФ // Силовая электроника. 2023. № 2.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 2(110)_2024
О. А. Болотин, научный сотрудник,
Н. Ю. Гребенщиков, ведущий инженер,
Г. Я. Портной, к. т. н., главный конструктор,
К. П. Разумовский, ведущий инженер,
О. Е. Яценко, инженер-конструктор,
ООО «НПО «Горизонт Плюс»,
г. Истра, Московская обл.,
тел.: +7 (929) 924‑8104,
e‑mail: sensor@gorizont-plus.ru
_big.jpg'); "2(116)_small.jpg")
