Устройство для измерения электрической мощности трехфазных сетей

 

Использование: для измерения активной и реактивной мощностей в трехфазных трехи четырехпроводных сетях переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит восемь входных зажимов тока и четыре входных зажима напряжения, три устройства ввода тока, три устройства ввода напряжения, три перемножителя, сумматор и один фильтр. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s 6 01 R,21/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874488/21 (22) 16.10,90 (46) 28.02.93. Бюл. N. 8 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) B.Ó.Êèçèëîa и И,И,Смилянский (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1308912, кл. G 01 R 21/06, 1987.

Патент ФРГ M 2512301, кл. G 01 R

21/06, f 976.Шишков И.С. Измерительный преобразователь мощности, Приборы и системы управления, 1984, N. 7, с. 28 — 29, Авторское свидетельство СССР

¹ 1250973, кл. G 01 R 21/06, 1986.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной мощности или энергии в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства — обеспечение измерения реактивной мощности, На фиг. 1 показана функциональная схема устройства и его подключение при измерении активной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В и в четырехпроводных сетях (отличия показаны пунктиром); на фиг. 2 — подключение устройства при измерении : реактивной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазыВ;"на фиг. 3 — подключение устройства при измерении реактивной мощности в четырехпроводных сетях.

„5U „„1798714 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЛ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ ТРЕХФА3НЫХ СЕТЕЙ (57) Использование: для измерения активной и реактивной мощностей в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит восемь входных зажимов тока и четыре-входных зажима напряжения, три устройства ввода тока, три устройства ввода напряжения, три перемножителя, сумматор и один фильтр. 4 з.и. ф-л ы, 3 ил.

Ul

Устройство для измерения мощности в трехфазных сетях содержит следующие ос- 2 новные узлы и элементы. Восемь входных зажимов 1-8 цепи тока, Четыре входных зажима 9, l0, 11 и 12 цепи напряжения. Первые три входных зажима 9, 10, 11 цепи напряжения подкл1очены к фазным прово- О дам А, В и С контролируемой сети, Три уст- CO ройства ввода тока (УВТ) 13, 14 и 15 выполнены на основе использования промежуточных трансформаторов тока 16, 17 и ф

18, содержащих по три одинаковых первичных обмотки (цепи вторичных обмоток на фиг. 1 не показаны). У трансформаторов тока 16 и 17 все три обмотки изолированы, а у трансформаторов тока 18 конец первой первичной обмотки соединен с началом второй (обмотка со средней точкой). Три устройства авода напряжения (УВН) 19, 20 и 21. три перемножителя 22, 23 !л 24, суммирующее устройство 25 и выходное устройство 26 (фильтрующее и масштабирующее), 1798714 (9) P=Uae 1д+0св ic

В рассматриваемом случае выходной сигнал BTopot0 перемножителя 23 равен нулю, т,к. сигнал напряженйя на его входе равен 0 (входной зажим 1.2 цепи напряжения не подключен ввиду отсутствия нулевого провода сети).

Для измерения активной мощности в четырехпроводных сетях входной зажим 12 цепи напряжения соединен с нулевым проводом сети, а к входным зажимам 3 и 4 подключена цепь тока фазы В сети. Указанные связи показаны на фиг. 1 пунктиром. В

В рассмотренной схеме три перемножителя 22, 23, 24 могут быть заменены одним, входы которого поочередно подключаются к соответствующим выходам устройств ввода тока и напряжения. 5

УВТ и УВН служат для согласования уровня входных сигналов перемножителей с уровнями токов и напряжений контролируемой сети, а также для гальванического разделения цепей тока и напряжения между собой и от выходных цепей устройства..

Работа устройства происходит следующим образом. При измерении активной мощности в трехпроводной сети при отсутствии информации о токе фазы В (как правило, именно в этой фазе не устанавливают первичный измерительный трансформатор тока) входные зажимы 1, 2 и 5, 6 цепи тока подключены к выходным цепям первичных измерительных трансформаторов тока фаз 20

А и С соответственно. причем зажимы 1 и 5 подключены к генераторным проводам первичных трансформаторов тока, отмеченным точкой, Возможно также непосредственное включение устройства в контролируемую 25 сеть, при этом зажимы 1, 2 и 5, 6 включаются в рассечку соответствующих фазных проводов с соблюдением полярности (зажимы 1 и

5 должны быть подключены к генераторным проводам). Входные зажимы 3, 4, 7 и 8 цепи 30 тока и четвертый зажим 12 цепи напряжения остаются неподключенными.

Токи фаз А и С проходят по первым первичным обмоткам трансформаторов тока 16 и 18. создавая в выходных цепях УВТ 35

13 и 15 сигналы; пропорциональные токам фаз!д и ic. Ha входы YBH 19 и 21 поданы линейные напряжения 0дв и Uce соответственно. Поэтому выходные сигналы перемножителей 22 и 23, к выходам которых 40 подключены выходы указанных VBT и УВН; будут Ilðofiорциональны произведению

U aeic и Uceic, т.е.реализуется известный алгоритм измерения активной мощности по методу двух ваттметров (метод Арона) "5 этом случае выходной сигнал УВН 20 пропорционален фаэному напряжению Ue, а выходной сигнал УВТ 17 пропорционален сумме токов трех фаз, т,е. утроенному току нулевой последовательности (току нулевого провода) (10) iA + в + ic = 3lo = н

Выходные сигналы перемножителей. 22 и 24 не изменятся, а выходной сигнал перемножителя 23 будет пропорционален произведению тока нулевого провода на фазное напряжение фазы В, т.е. ошибке схемы Арона в четырехпроводных сетях. Измерение активной мощности сети будет выполняться в соответствии с алгоритмом прототипа

Uae(2ic+iA) - Uce(2iA+ic) . (12) Выходной сигнал перемножителя 23 при этом,как и при измерении активной мощности в трехпроводной сети, будет равен нулю.

Р=0дв!д+0св!с +30в!о, (11)

B обоих рассматриваемых случаях измерение активной мощности производится точно, вне зависимости от степени несимметрии трехфазной сети.

Для измерения реактивной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В генераторный провод токовой цепи фазы А подключен к седьмому зажиму, а генераторный провод токовой цепи фазы С подключен к первому зажиму.

Вторые провода токовых цепей фаз А и С подключены к пятому и третьему зажимам соответственно, а между вторым и восьмым зажимами установлена перемычка 27 (см. фиг. 2). Зажим 12 цепи напряжения свободен.

При этом ток фазы С сети дважды согласно проходит через первичные обмотки трансформатора тока 16 в прямом направлении и один раз через первичную обмотку трансформатора тока 18 в обратном направлении. А ток фазы А проходит дважды согласно через две первичные обмотки трансформатора тока 18 в обратном направлении и один раз через обмотку трансформатора тока 16 в прямом направлении. При этом выходные сигналы УВТ 13 и 15 будут пропорциональны соответственно 2!с+1д и

-(2!д+! с). Выходной сигнал устройства будет определяться выражением

179л714 (1 3) UA e(i c-1в)+О в с(1 д-1 в) 25

35

45

55

Заменив (12) выражения для токов эквивалентными им: 21с+1д=1с-1в и 21д 1с=1д-1в и учитывая, что Uce=-0вс, получим

Раскрывая скобки в (9) и произведя замену

0дв-Uec= UcA, получим, что выходной сигнал определяется выражением

Нов 1с+ысл la+Uec la= Кз О. (14) что согласно (4) соответствует реактивной мощности сети, увеличенной в VÃÇ раз.

Указанное выражение точно определяет реактивную мощность трехпроводной сети только при симметрии треугольника линейных напряжений, Для измерения реактивной мощности в . четырехпроводной сети (см. фиг. 3) подключение Цепей напряжения остается прежним, изменяется только подключение генераторного провода токовой цепи фазы

А, он подключен к зажиму 6, и второго провода токовой цепи фазы С, он подключен к . зажиму 2. К зажимам 3 и 8 подключается токовая цепь фазы В (генераторный провод — к зажиму 3), Перемычка между зажимами

2 и 8 должна быть удалена, В рассматриваемом случае выходной сигнал УВТ 13 будет пропорционален ic-iâ, а УВТ 14 — (-1д+1в), Поэтому выходной сигнал устройства будет определяться выра>кением

UAB (1с-1в)-Овс(1д-ie)= КЗ Q (15) что согласно (13) и (14) определяет реактивную мощность трехфазной сети, При измерении реактивной мощности выходной сигнал устройства будет пропорционален Q»

Р/5,т,е, масштаб увеличен в VÃÇ раз. Этот недостаток не принципиален и в случае необходимости может быть исключен введением переключателя масштаба.

Все основные конструктивные и схемотехнические особенности рассматриваемого устройства для измерения электрической мощности в полной мере могут быть отнесены и к устройству для измерения энергии . (счетчику электроэнергии), в этом случае выходное устройство в нем должно быть интегриру1ощим.

Осйовным достоинством устройства являетсл его универсальность, которая достигается очень простыми и дешевыми средствами.

Универсальность устройства состоит в возможности измерения активной и реактивной мощностей в трех- и четырехпроводных сетях.

При переходе к измерению из одной цепи в другую не меняется напряжение, по5 даваемое на YBH (в известных схемах, кроме прототипа, они изменяются в КЗ раз), что способствует уменьшению погрешности входных устройств и исключает необходимость проводить коррекцию или подстройку

10 прибора у изготовителя или у потребителя.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрической мощности трехфазных сетей, содержащее Цходные зажимы цепей тока и

15 напряжения, три устройства ввода тока. выполненные на основе трансформаторов тока, три устройства ввода напрлжения, три перемно>кителя, входы которых соединены с выходами соответствующих устройств

20 ввода тока и напряжения, суммирующее устройство, к входам которого подключены выходы перемножителей и выходные фильтрующее и масштабирующее устройства, начало первичной обмотки первого трансформатора тока подключено к первому входному, за>киму цепи тока, а конец соединен с началом первой первичной обмотки второго трансформатора тока, конец которой подключен к второму входному зажиму цепи тока, начало и конец второй первичной обмотки второго трансформатора тока подключены соответственно к третьему и четвертому зажимам цепи тока, начало третьей первичной обмотки этого трансформатора подключено к пятому входному за>киму цепи тока, а конец этой обмотки соединен с началом первичной обмотки третьего трансформатора тока, конец которой подключен к шестому входному за>киму цепи тока, начала входных цепей трех устройств ввода напряжения подсоединены к первым трем входным зажимам цепи напря>кения, которые подключены к фазным проводам трех фаз А, В и С контролируемой сети, концы входных цепей первого и третьего устройств ввода напря>кения соединены вместе и подключены к второму входному зажиму цепи напряжения, а конец входной цепи второго устройства ввода напряжения подсоединен к четвертому входному зажиму цепи напряжения, отл и чаю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциоI)альMых возмо>кностей — обеспеченил измерения реактивной мощности, в-первый и третий трансформаторы тока дополнительно введены вторая и третья первичные обмотки и дополнительно установлены седьмой и восьмой входные зажимы цепи тока, причем начало второй обмотки первого трансформатора тока подключено к седьмому входному зажиму цепи

1798714 тока, а ее конец соединен с концом второй обмотки третьего трансформатора тока, начало которой соединено с концом первой обмотки этого трансформатора тока, конец третьей обмотки первого трансформатора 5 тока подключен к третьему входному зажиму цепи тока, а ее начало соединено с началом третьей обмотки третьего трансформатора тока. конец которой подключен к восьмому входному зажиму цепи 10 тока.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью измерения активной мощности s трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В, генера- 15 торные провода токовых цепей фаз А и С контролируемой сети подключены соответственно к первому и пятому входным зажимам цепи тока, а вторые провода токовых цепей этих фаз — к второму и шестому вход- 20 ным зажимам цепи тока.

3, Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ющ е е с я тем, что. с целью измерения активной мощности в четырехпроводной сети, к четвертому и пятому входным зажимам це- 25 пи тока подключены соответственно генераторный и второй провода токовой цепи фазы В, а к четвертому входному зажиму цепи напряжения подключен нулевой провод контролируемой сети.

4. Устройство по и, 1. о тл и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью измерения реактивной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В, генераторные провода токовых цепей фаз А и С подключены соответственно к седьмому и первому входным зажимам цепи тока, вторые провода. токовых цепей указанных фаэ подключены к пятому и третьему входным зажимам цепи тока, а между вторым и восьмым зажимами цепи тока установлена перемычка, 5. Устройство по п.1, отл и ч а ю щеес я тем, что, с целью измерения реактивной мощности в четырехпроводных сетях, генераторные провода токовых цепей фаз А, В и

С подключены соответственно к шестому, третьему и первому входным зажимам цепи тока, а вторые провода токовых цепей указанных фаз подключены соответственно к пятому, восьмому и второму входным зажимам цепи тока, причем четвертый входной зажим цепи напряжения остается неподключенным.

1798714

1798714

Составитель В.Кизилов

Техред М.Моргентал

Корректор М,Самборская

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 7б9 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5