Форум: Выбор оборудования

Можно ли использовать субмодуль H-27T в LTR27 для измерения тока 3000 А путем измерения напряжения на шунте 3000А/75 мВ. Направление тока не изменяется. Шунт включен в плюсовую шину источника постоянного тока до нагрузки. Минус источника заземлен.
Напряжение источника достигающее +80 В относительно земли будет таким образом приложено к входам H-27T. В характеристиках LTR указано, что гальваническая изоляция модулей выдерживает 820 В переменного напряжения в течение 1 минуты, а сможет ли она работать при постоянном напряжении +80...+100 В относительно земли неограниченное время?

- Да, такое примeнение H-27T +  LTR27 возможно. - Судя по тем техническим данным, которые Вы написали. Однако, к примеру, если будете подключать напрямую к цепям сварочного аппарата или к цепям тиристорного регулятора, где возможны огромные скорости нарастания напряжения, то нужно принимать дополнительные меры обеспечения ЭМС. Впрочем, по данному вопросу консультируем...
Опишите, какого рода устройства включены в цепь 3000 А /80...100 В? Какой крейт LTR будете использовать?  USB или Ethernet?

Источником напряжения является генератор постоянного тока (шестиполюсная электрическая машина 1800 об/мин). Нагрузка - активные сопротивления. Будем использовать LTR-EU-8-1. Подключение через Ethernet.

1. Если у коллекторного генератора нет фильтра подавления радиопомех, то могут быть проблемы.
2. Если это возможно, шунт следует включать в токовую ветвь, которая заземлена.
3. Если потребуется, расскажу как сделать помехоподавляющий дроссель во входной цепи LTR27 на основе ферритового кольца.

1 У генератора фильтра нет.
2 Шунт включен в положительную (незаземленную) ветвь. Переключить шунт в отрицательную (заземленную) ветвь в принципе возможно, но весьма проблематично по ряду причин. Можно сделать, если без этого невозможно.
3 Буду очень благодарен за рекомендации по фильтру на ферритовом кольце.

Владимир, ответьте на важные вопросы:

1. Действительно ли речь идёт о коллекторном генераторе?
Если да, и у него штатный фильтр подавления радиопомех отсутствует, то имеем дело с генератором помех (до 3000 А) из-за искрения щёток коллектора. - Здесь относительно высокая доля энергии генерируется в высокочастотной части спектра - это и кондуктивная помеха (распространяющаяся по проводам в нагрузочном контуре тока в виде высоковольтных пичков напряжения) и радиопомеха (вызванная этим контуром тока).   Если это действительно такой тяжёлый случай, то и рекомендации будут непростыми.

2. Опишите, как будут отдалены друг от друга генератор, его нагрузка, шунт и LTR-EU-8-1?

3.  Опишите, подробно, какие устройства этой системы связаны с цепью заземления?  И каким образом связаны?   Если "Шунт включен в положительную (незаземленную) ветвь", то сама эта точка заземления цепи до 3000 А - единственная? Нагрузки этой цепи как-то связаны с землёй?

4. От чего будете питать   LTR-EU-8-1? Точка заземления цепи до 3000 А будет связана с цепью защитного заземления LTR-EU-8-1?  Если да, то каким образом?

- Речь идёт об испытательном напряжении 820 В 50 Гц. Но при разрыве тока через индуктивности обмоток генератора на обмотках (без фильтров) вполне могут присутствовать киловольтовые выбросы напряжения c большой скоростью нарастания (далеко не 50 Гц!!) , амплитуда которых НИЧЕМ не ограничена. Один провод от обмоток заземляете, другой (с шунтом) хотите подключать к LTR. Неужели не видите, что ситуация абсолютно запредельная? Ведь, хуже и придумать-то сложно...
...Или всё-таки в нагрузочной цепи генератора имеются варисторы (ограничивающие пиковые значения напряжения) и конденсаторы (ограничивающие скорость нарастания напряжения)??

Прошу извинить за то что не сразу отвечаю (бываю в командировках).
Ответы на Ваши вопросы:
1 Да, это коллекторный генератор. Шесть точек съема с коллектора (три точки "+" и три точки "-"), по 3 щетки на каждой точке. Всего 18 щеток.
2 Цепь "+": три кабеля от трех точек съема "+" объединены на клемме шунта; с другой клеммы шунта три кабеля идут на три шины, далее шины идут до нагрузки. Сечения каждого кабеля и каждой шины порядка 1000 кв. мм. Длины кабелей от генератора до шунта 4 м, от шунта до шин 3 м. Длина каждой шины порядка 12 м (точно пока сказать не могу). Цепь "-" аналогична цепи "+" за исключением того, что в ней отсутствует шунт.
3 По поводу цепи заземления пока ничего толком неизвестно. По схеме заземлены нагрузка и "-" генератора. Как именно выполнено заземление пока сказать не могу.  Постараюсь это уточнить. Вообще на объекте специальный земляной контур отсутствует. Есть трубы в которых проложены кабели. Трубы приварены к силовым шкафам и уходят в бетонный пол. К некоторым трубам приварены стальные прутки диаметром 10 мм. Они вместе с трубами уходят в пол.
4 Питать LTR-EU-8-1 предполагаем от цеховой сети 220 В через сетевой фильтр (отдельный фидер от подстанции маловероятный вариант). Вопрос заземления пока не решен. Думаю что нужен отдельный заземлитель (что проблематично, но выполнимо).

По поводу защиты входов LTR рассматриваем два варианта -
а) использовать заземленную триаду - разрядник+варистор+TVS (на напряжения порядка 400-500 В);
б) дополнить предыдущий вариант изолирующим измерительным преобразователем (например ADAM-3014 с изоляцией до 1000 VDC).

Сейчас я больше склоняюсь к мысли, что сделал ошибочный выбор и должен искать другой вариант аппаратного решения, но останавливает то, что другие измеряемые величины (температуры, давления, виброскорость) хорошо компоновались в LTR.

Владимир, применяйте какой-либо датчик тока с гальваноразвязкой - это самое правильное и самое естественное решение для Вашей задачи.

Фильтр с варисторами, конденсаторами, сапрессорами (TVS) сгладил бы остроту проблемы на выходе генератора (но не решил бы проблему полностью).  А разрядники ни в коем случае нельзя здесь применять, у них скорость спада/нарастания напряжения - гигантская (от этого дополнительная помеха), и поэтому на входе электронных измерительных приборов разрядники не ставят.   

Я попробую с другой стороны пояснить свою позицию.
Вы пишете, что "Длина каждой шины порядка 12 м",  "Сечения каждого кабеля и каждой шины порядка 1000 кв. мм". Если только это взять в расчёт при токе I=3000 А, и если прикините индуктивность L этих проводов, потом посчитаете энергию электромагнитного поля W=0,5*L*I^2 , возникающую при прерывании такого тока, а потом прикинете, что будет, если при малых емкостях С этой линии эта энергия W целиком перейдёт в энергию электрического поля  W=0,5*С*U^2, вызвав бросок напряжения U после разрыва тока, то уже получите киловольты при довольно большой энергии W! - Всё это даже без учёта индуктивности самой нагрузки и индуктивности генератора!    ...Не шутите с такими токами, лучше применяйте какой-либо датчик тока с гальваноразвязкой... По подключению датчиков к LTR я консультирую.

Датчик тока на эффекте Холла почему не хотите применить?

Уважаемый Александр! Я тоже склоняюсь к этому варианту (датчик тока с гальваноразвязкой). Правда есть три момента:
1) гальваноразвязка датчика не будет во много раз прочнее чем изоляция H-27T (скорее всего у датчика будет изоляция на 2,5 кВ, а этого в моей ситуации может оказаться недостаточно);
2) датчик тока должен быть утвержденного типа, кроме того он не должен быть произведен в странах Евросоюза, США, Канады и прочих недругов (!);
3) кроме тока необходимо измерять выходное напряжение генератора, там возникают те же проблемы.

Буду искать в Госреестре СИ РФ что-нибудь подходящее. Беда в том, что наш Госреестр совершенно не приспособлен для поиска по параметарм. Буду благодарен Вам и форумчанам за совет. Возможно кто-то уже решал и решил подобную задачу.

Владимир, простите, но Вы фактически задаёте вопрос самому себе:  какие максимальные пиковые напряжения (относительно земли) гуляют на линиях в реальных условиях? - Не зная этого, Вы как хотите оборудование подбирать? Бесконечно прочной изоляция не бывает.

К сожалению, при разработке измерительных систем далеко не всегда бывают известными все величины, особенно характеристики помех.
Зачастую можно сделать только предварительную оценку. Выполнить измерения на реальном объекте по ряду причин пока пока невозможно.
Думаю, что выбросы могут иметь амплитуду до 6 кВ. Из подходящих приборов я нашел Current Transduser LT 2005-S/SP12 фирмы LEM SA (из дружественной Швейцарии). Это датчик на эффекте Холла с диапазоном измерения до 3000 А и изоляцией до 12 кВ. Но, увы, его нет в Госреестре. Прошу извинить, эти размышления уже не относится к теме подбора оборудования L Card. Благодарю за консультацию.

Уважаемый Александр и форумчане! Снова возвращаюсь к обсуждавшейся здесь задаче. Датчики Холла утвержденного типа к сожалению не обеспечивают требуемой точности (в нашем случае допускаемая погрешность не должна быть больше 20 А).
Сейчас рассматриваю следующие варианты:
1) для измерения напряжения соорудить делитель 1:10 из 10 резисторов С2-29В-1-511 Ом +-0,1 %. Напряжение с нижнего заземленного резистора подавать на вход H-27U20+LTR27+LTR-EU-8-1. Для защиты входа H-27U20 шунтировать нижние 5 резисторов делителя защитным диодом 1.5KE47CA.
2) для измерения тока установить шунт 3000А/75мВ в минусовую (заземленную) цепь генератора (генератор "-" - шунт - земля - нагрузочные сопротивления - генератор "+"). Напряжение с шунта подать на вход H-27T+LTR27+LTR-EU-8-1.
Прошу сообщить Ваше мнение о возможности такого подключения и о мерах дополнительной защиты входа H-27T+LTR27+LTR-EU-8-1.

Владимир, с шунтом в заземлённой ветви всё значительно проще, с точки зрения измерения тока. А каким образом  С2-29В-1 будет выдерживать киловольтовые импульсы? Он же пробъётся сразу... По поводу делителя напряжения: http://www.lcard.ru/lexicon/resistor_divider . Но в случае H-27U20, достаточно будет прецизионного добавочного резистора для увеличения его диапазона измерения. Но если ещё и высоковольтный, то это всегда проблема. А с какой точностью нужно измерять напряжение и в каком диапазоне?

Требуется измерение напряжения в диапазоне от 0 до 75 В с пределами основной приведенной допускаемой погрешности измерения +-1,5 %.
С2-29В-1 выдерживает 700 В. Я полагал, что цепочка из последовательно соединенных 10 таких резисторов способна выдержать кратковременный выброс в несколько киловольт.

Это далеко не так. Вы фактически пытаетесь спроектировать датчик напряжения с защитой от импульсных перенапряжений. Здесь надо либо готовые решения таких датчиков искать, либо этот делитель защищать на входе схемой ограничения и фильтром.

Готовые решения искал. Например, Voltage Transducer LV 25-P (LEM) но не проходит по точности. Буду искать дальше.
Для ограничения выброса на входе установлю супрессор 1.5KE510CA.
Насчет подходящего фильтра решения пока не нашел.
Александр, а что бы Вы посоветовали для защиты входа H-27T в схеме измерения тока?

А он выдержит энергию одиночного разряда на него  всех реактивных составляющих электрической цепи при токе нагрузки 3000 А? И по средней мощности на максимальных оборотах генератора он пройдёт? Любую цепь ограничения нужно ведь рассчитывать на наихудшие случаи... - Неплохая практическая инженерная задачка, основная  сложность которой - в получении исходных данных.

Если шунт заземлён, и LTR заземлён на свои земли, то, пожалуй, входной кабель к  LTR нужно просто будет несколько раз пропустить через ферритовое кольцо, чтобы  отсечь  радиочастотную составляющую помехи относительно земли. Когда решите вопрос с датчиком напряжения, после этого подробно объясню, как это сделать.

Максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом 1.5KE при воздействии стандартного импульса 10/1000 мкс составляет 1500 Вт. Т.о. поглощенная энергия будет всего около 3 Дж. Маловато будет!
Буду думать дальше.

- Если +-1,5 % - на фоне киловольтовых помех, то это "неслабая" задача, которая фактически требует фильтров ФНЧ с киловольтовым входным динамическим диапазоном. Кстати, чем проверять будете тот факт, что обеспечиваете эти  +-1,5%? Обычный не специализированный вольтметр  на сигнале с киловольтовой помехой (и с радиополями) может дать погрешность гораздо больше +-1,5 %! К примеру, прибор контроля качества электроэнергии LPW-305 на фоне киловольтовых помех и радиопомех (по очень жестким индустриальным нормам) обеспечивает +-1% - и это специально проверяют. Это я всё к тому веду, что измерение напряжения от 0 до 75 В  +-1,5 % на фоне киловольтовых помех по предельно жестким индустриальным нормам - это узкоспециализированная задача, которая требует применения специальных измерительных средств. Но если для этой задачи хотите применять прибор общего применения, по типу LTR, то Вам потребуются непростые решения для согласования, если, конечно, не сможете найти специальные индустриальные датчики, решающие эти вопросы согласования.
Я Вам сообщал выше, что "если у коллекторного генератора нет фильтра подавления радиопомех, то могут быть проблемы", и проблемы эти, прежде всего, в том, что придётся Вам тогда применять технические решения или оборудование, согласно предельно жестким индустриальным нормам.

Хочу пояснить, почему я предполагал использовать LTR. Дело в том, что кроме тока и напряжения генератора измеряются, регистрируются и обрабатываются еще полтора десятка параметров (температуры, давления, расходы). При испытаниях установки в состав которой входит упомянутый генератор происходит ступенчатое изменение режима работы. Супеней достаточно много. На каждой ступени задается сопротивление нагрузки и выходное напряжение генератора. Токи и напряжения на разных ступенях разные, но на протяжении одной ступени остаются постоянными. Управление режимом автоматическое. Максимальный ток 1300 А (при напряжении 23 В) максимальное напряжение 60 В (при токе 1000 А).  Продолжительность одной ступени от 3 до 25 с. Задача состоит в измерении и регистрации тока и напряжения на протяжении всего испытания. После испытания анализируются полученные ступенчатые графики. Раньше это выполнялось с помощью записи диаграмм на фотоленту шлейфового осциллографа.
Помехи и высоковольтные выбросы при проведении испытаний в прежние годы не фиксировались. Разумеется это не значит, что их не было.

А если перед делителем напряжения о котором я писал выше установить ограничитель перенапряжений, например, DTR 1/80/3000 (www.hakel.ru) и блок сетевого фильтра БСФ (www.owen.ru)?

Понятно, что это хорошо изолированный прибор на основе гальванометра, который неплохо интегрирует физическую величину в диапазоне, многократно превышающем диапазон измерения. Если эквивалентную измерительную систему делать на основе LTR, то применяйте высоковольтный фильтр и желательно высоковольтную развязку, о чём я выше и говорил. И получите тогда эквивалент того электромагнитного гальванометра...

Понятно, что это хорошо изолированный прибор на основе гальванометра, который неплохо интегрирует физическую величину в диапазоне, многократно превышающем диапазон измерения. Если эквивалентную измерительную систему делать на основе LTR, то применяйте высоковольтный фильтр и желательно высоковольтную развязку, о чём я выше и говорил. И получите тогда эквивалент того электромагнитного гальванометра...

В противном случае, Вы делаете физически не эквивалентную замену одного оборудования на другое. С другой стороны, нет фактов, что действительно киловольтовые выбросы присутствуют в реальной системе, и то, что электромагнитные условия крайне жесткие. Но моя задача, в рамках техподдержки, рассматривать экстремальный случай, исходя из имеющихся данных, что я выше и делал. 

А что, в самом деле нельзя просто прийти на объект со 100-мегагерцовым запоминающим осциллографом, с высоковольтным  щупом 1:100 (1:1000), заземлить осциллограф на чистую землю (в предполагаемой точке заземления LTR), общий провод щупа соединить с чистой землёй, сигнальным концом щупа встать на не заземлённую токовую шину (+) и половить при ждущей развёртке по  уровню переходные процессы, постепенно повышая уровень синхронизации, чтобы увидеть амплитуду максимального импульса и его длительность??
... А увидеть, что происходит при резком пуске генератора (после длительного простоя, когда щётки окислены), а также при максимальных нагрузках и при обрыве нагрузки (если такое возможно)?? - И сразу ведь и увидите, что происходит между чистой и грязной  землёй.
...А длительно помониторить при пуске-останове разного внешнего оборудования??
...А двумя заземлёнными на чистую землю щупами помониторить разностное напряжение на токовых шинах (-) и (+) в двухлучевом режиме вычитания осциллографа?
...А деньги с заказчика за НИОКР взять?

Уважаемый Александр!
Я полностью согласен, что измерения на объекте с помощью осциллографа есть наиболее правильный путь. Я обязательно сделал бы это, прежде чем выходить на форум со своими проблемами, но этому препятствует отсутствие  самого генератора (к тому времени когда он появится измерительная система должна быть уже не только спроектирована, но и изготовлена, установлена и аттестована!).
По поводу "деньги с заказчика за НИОКР взять", поясню, что я просто заводской инженер, который делает работу для собственного предприятия в рамках своих должностных обязанностей просто за свою зарплату без всяких бонусов (если все сделаю хорошо, то меня просто не накажут - вот и весь стимул).
К сожалению я не очень представляю, где можно взять "высоковольтный фильтр" и "высоковольтную развязку". Видел в Интернете высоковольтные делители огромного размера по цене порядка 200 тысяч руб. Быть может форумчане подскажут?