Устройство для учета активной электрической энергии

 

АВТОРСНОЕ СБИЦТЕЛЬСТВО HII ИЗИРЕТ(НИЕ

0 ПИСННИЕ счетчикв для учетй дктивнОЙ электрической энеРгии в четырехпроводных сетях.

К авторскому свидетельству A. А. Кейм, заявленному

16 июня 1935 года (спр. о перв. № 1?1299).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 августа 1936 года.

Существующие схемы двухъэлемент- изображена схема соединения систем ных счетчиков для учета активной энер-, счетчика. ии в четырехпроводных сетях трехфаз- Преимущества предлагаемой схемы ного тока при симметрии напряжения перед перечисленнымн известными н могут быть разбиты на следу1ощие три другими возможными схемами двухъэлегруппы: ментных счетчиков с одинаковыми в

1) схемы с 90 сдвигом между рабо- обоих элементах углами сдвига фаз чими магнитными потоками, в которых между рабочими потоками для непосредиспользованы два фазных напряжения,; ственного включения в сеть могут быть (например, тип И, завода „Электропри- установлены путем сравнения погрешбор" и тип DZ, фирмы Бергманн} ностей, вносимых этими схемами в изме2) схемы с 90в сдвигом, в которых рение энергии при асимметрии напряиспользованы одно фазное и одно ли-:, женин. нейное напряжение (например, тип D,,4,. B дальнейшем введены следующие фирмы AEG); обозначения

3) схемы с 60 сдвигом, в которых ? f.„ i., и i,— действующие значения использованы два линейных напряжения „инейных токов и тока в нулевом проводе; (например тип DGB фирмы Сименс-Шук- U. U., и Г,, — действующие значения керт). фазных напряжений;

Согласно изобретению предлагается 1 1„, 1,. и l — действующие значения схема с 90" сдвигом между раоочими токо» прямой последовательности фаз; потоками, в котором использованы два l i, 1 н l"",,— действующие значения линейных напряжения Предлагаемый токов обратной последовательности фаз; счетчик представляет собо1о обычный I„— действующие значения токов нудвухъэлементный счетчик активной энер- левой последовагельности фаз; гии для трехпроводной сети, собранный U, Ь,а, и U, — действующие значепо схеме Арона, на каждый из элемен-, ння напряжений прямой последоьательтов которого наложено по одной допол- l ности фаз; нительной токовой обмотке, имеющей . С"„, Ui. н Ь,, — действующие значевтрое меньше витков, чем основная, I ния напряжений обратной последова.

Дополнительные обмотки соединяются тельности фаз; между собою последовательно и вклю- U,— действующие значеннянапряжечены в нулевой проводсети, На чертеже, ний н левой последовательности фаз.

Для первой фазы: ъ„, р„и „вЂ” углы между вектором фазного напряжения прямой последовательности и векторами фазного тока прямой, обратной и нулевой последовательности; „,,; и „вЂ” углы между вектором фазного напряжения обратной последовательности и векторами фазного тока прямой, обратной и нулевой последовательности; о„ р„и,„— углы между вектором фазного напряжения нулевой последовательности и векторами фазного тока прямой, обратной и нулевой последовательности.

В зависимости от использованных напряжений все схемы могут быть разбиты на следующие пять групп:

1) схемы с двумя фазными напряжежениями;

2) схемы с фазным напряжением и смещенным относительно него по фазе на 90" линейным напряжением;

3) схемы с фазным напряжением и опережающим его по фазе на 30 линейным напряжением;

4) схемы с фазным напряжением и отстающим от него по фазе на 30 линейным напряжением;

5) схемы с двумя линейными напряжениями.

1-я группа. Налагая на магнитопроводы последовательных цепей элементов по четыре обмотки с числом витков и,, и,, п„ир и и,, и „п,, и „питаемые токами I), 1,, 1, и 1() и считая, что к параллельным цепям элементов приложены соответственно напряжения U, и U., най. дем, что для пропорциональности вращающего момента счетчика мощности, потребляемой сетью при неравномерной нагрузке фаз и любых значениях l„ la, 1, и „ а и, необходимо и достаточно удовлетворить следующим уравнения м т, cos > — rn, sin (+30") =-О... (1): — т sin — и i cos (>+ 30 ) = k .. (2) — т., sin (30" — vl)+ m cos ф=О .. (3)

rn, cos (30 — ф) — m > sin ф=Уг... (4)

m 3 sin (y + 30 ) — т 3 sin (30 — . ) = О (5) т, cos(i+30 )+ò, cos(30 —.5) = k. (6) :, гдет,=и,— и,; т„=п,— и; т,=и,— и, т4 —— иi по1 и =и — п0 т3 —— пa— ! — и 4, и v, — угол сдвига фраз между ра бочими магнитными потоками. (8) /

mg (12) (13) (14) (») (17) Решив эти уравнения, получим:

2k т,— -7== sin (1+30 )...., (7)

1/ 3

2k т ——, cos g, 3

2k т,, = — ип (30" — ф).... (9)

V з т, ==- — = cos i....... (10)

)б з — =-- sin (30 — 1).... (11) т„ ===, sin (+30) .

1 3

Таким образом, существует бесконечно много схем двухъэлементных счетчиков для учета энергии в четырехпроводной сети при симметрии напряжений, так как выбор, теоретически ничем не ограничен.

К этой группе принадлежат схемы счетчиков типа И„и DZ4 (= 90, n., = — О, п„=О, и, = — О, n, =О).

2-я группа. Принимая, что для первого и второго элемен ra использованы соответственно напряжения U и U„— U,, значения т„т,, m4, пг,, т,, m,, получим из уравнений (l) — (б), заменив в них в членах, содержащих т„т и т... угол на --30 и умножив эти члены на /з.

m1 — -= — k sin ! т,,= lг cos (30"-- — )

m =-- ksin (60" — ) .

k т, = cos ...., .(16)

Ф и2 / — sin (30 )

1 з

m, = — sin (30 +v)... (18)

К этой группе принадлежит схема счетчика ти па В а41 (6 = 90 n. = О n3 — — О и, = 0 п, = О)

l т, = — 2 k cos (30 — v()..... (19) т,= 2 /г sin .(60 — >() ..... (20) т,= — 2 Ф sin v (21)

2k т, =- — = cos ...... (22)

)бз — з)п (ЗΠ— () . - (23)

)/з т s(n ((+300).... (24) з

4-я группа. Принимая, что для пер вого и второго элемента использованы соответственно напряжения U; и U, — U, значения т>, m„ m,, т, m>/ и т, получим из уравнения (! ) — (6), заменив в ннх в членах, содержащих т,, т, и т,,, угол на — 90 и умножив эти члены 1

«а y Ç

m(— — 2 k cps (ф+30-)..... (25) j т, = 2 k sin ((. (26) (/ т т, = — 2 Ф cos (30 — 6)

2k

m> — -- — — — c0s

1 з

m. =- — а1« (30 — ) .. (29)

)/ з

sin (v +30 ) .

5-я группа. Принимая, что для первого и второго элемента использованы соответственно напряжения U, — U, и

U,— U„m„m, т, т,, ms и т, получим из уравнений(1) — (6), заменив в ннх угол v на () — 30 в членах, содержащих т„т.. и m, и на (/+90 в членах, содержащих т,, m, и т,, и разделив К на з . (27) (28) /((3

3-я группа. Принимая, что для пер- вого и второго элемента использованы — I соответственно напряжения U и U, — U„J

/ / / (значения т„т„т„т,, т,, и т,. полу- (чим из уравнений (1) — (6), заменив в них в членах, содержащих т„т, и т„угол на — 150" и умножив эти члены на y/ .

cos (30o+ф) .

2k з sin yJ ид соз (30 — ()) .

2k

cos (300 — () .

m(т3 = - З СОз(3

2k

3 sin 9

О + (() . (41) . (32) . (33) . (34) (35) . (36) К этой группе относится схема счетчика типа D, В„((= 60, и, = О, и, = О, п3 — — О, и, = О) и схема изобретателя (ф=90; n> — — О, п,=О, nä — — О.

n, = О).

При определении погрешностей, вносимых схемами при асимметрии напряжений, вращающий момент счетчика можно рассматривать, как алгебраическую сумму 9 вращающих моментов, обусловленных тремя последовательностями фаз тока и напряжения, а мощность, потребляемую сетью, как алгебраическую сумму трех мощностей (прямой, обратной и нулевой последовательности).

Очевидно, что вращающий момент, обусловленный прямой последовательностью фаз напряжения и прямой последовательностью фаз тока пропорционален мощности прямой последовательности, а моменты, обусловленные прямой последовательностью фаз напряжения и обратной и нулевой последовательностью фаз тока, равны О. Кроме того, так как для всех схем т, +т, + т, =О и m, +

+т, +т;=О, в чем легко убедиться из уравнений (7) — (12), (13) — (18), (19) — (24), (25) — (30) и (31) — (36), то равны нулю и вращающие моменты, обусловленные нулевой последовательностью фаз тока и прямой, обратной и нулевой последовательностью фаз напряжения. Вычисляя остальные четыре момента найдем относительные погрешности, вносимые схемами.

1-я группа.

1. Без искусственной нулевой точки:

3(2 /.„(Ó„cos (0 — в„))+-(- 3U, sio (/щ+30 — ul)(cosy +/, О, сов (/ У) . 37) 2. С искусственной нулевой точкой

3(2 Lo) 122 COS v COS (Vl- — (оо2)-+- U0 010 COS (р00j

P. (38) 2-я группа.

l. Без искусственной нулевой точки, 3 с i и

3(1,, cos (2 U3„, sos(i — ",,)- У, сов(С вЂ” о,.t) t-I ti„is cas „,, (.,I, cos(U,I )}

P . (39) 2. С искусственной нулевой точкой и» 1,, cos (— (022} cos (в2 -(-ио /„ cos

I I I ° 00

3(2. (40}

3-я группа.

1. Без искусственной нулевой точки

3(2 1„((„cos (v — о2в,)+ U, вп ((,, — „ +30- i(cas в+ U,I. cos (U",! )}

1 . (41}

2. С искусственной нулевой точкой

3 (2 U2) 12) СОя (v — со22) СОя . 2 + Ьо 1, СОЯ )

Л= — ——

P. (42) 4-я Группа.

1, Без искусственной нулевой точки

3(2 1.„(U,„ñas (att — о,,) — U, sia („— о — 300")) сов It+ U,1 со; (Ua 1)}

P . (43) 2. С искусственной нулевой точкой

3 (2 Ui» 1» cos (g) — (.022) cos ф+ U0 1 cos р „j и — — — ——

Р. (44) 5-я группа.

<22) COS )1+ U0 1î

3(2 U» I cos ( и = б) схемы без искусственной нулевой точки с двумя фазными напряжениями и с фазным напряжением и смешенным относительно него по фазе на 30 линейным напряжением.

Вносимая ими погрешность

3 и, 1, (U, 1) у — — .. (47) Р

Вносимая ими погрешность ио 1о соз ооо — р (4(;) Из сравнения формул (37) — (45) видно, что в каждой из пяти групп наименьшее значение наибольшей возможности погрешности дают схемы с 90 сдвигом фаз между рабочими потокамп.

Все схемы с 90 сдвигом можно разбить на три группы: а) схемы с двумя линейными напряжениями и схемы с одним или двумя фазными напряжениями с искусственной нулевой точкой. где 1,— линейный ток. в) схемы без искусственной нулевой точки с фазным напряжением и смещен, ным относительно него по фазе на 90 ! линейным напряжением.

Вносимая ими погрешность

3(— Uð 1 сОБ „— — — (/р /, cos (U 1 ) I

Л. (48}

Из сравнения формул (46) — (48) видно, что наименьшую погрешность вносят . схемы группы а. Так, при 1,=0,35 1 по-, грешность, вносимая схемами группы а, . в 9 раз меньше погрешности, вносимой:;. схемами групп б и в. Так как, с одной стороны схемы с искусственной нулевой точкой не вносят искажений в показания счетчика при симметрии напряжений только при практически трудно дости- жимом равенстве как активных сопро-, тивлений лучей звезды, так и их реактивных сопротивлений, и только при: том же условии, погрешность, вносимая, ими при асим етрии напряжений, опре- деляется формулой (46), в противном случае наибольшая возможная погрешность увеличивается, а с другой стороны наиболее просты по конструкции, и удобны в поверке и регулировке счетчики без искусственной нулевой точки,: то из всех схем группы а наиболее I приемлемы схемы с двумя линейными напряжениями, в частности схема, предлагаемая согласно изобретению.

Если принять, что ток в нулевом про. воде равен 35% среднего значения линейных токов, среднее значение коэфицнента мощности на длительный про* межуток времени равно 0,8 и среднее; значение cos ОО=0,5 (угол оо может при- нимать любые значения между 0 и 360 и следовательно cos „"„любые значения между+ 1 и — 1), то при асимметрии напряжений+5% (наибольшая разница между фазными напряжениями равна

10 i,) наибольшая возможная погреш- ность, вносимая схемой изобретателя, равна, как это. следует из формулы (46) приблизительно 0,23 /,. Таким образом, погрешность, вносимая предлагаемой

Предмет изо р тени я.

Счетчик для учета активной электрической энергии в четырехпроводных сетях, состоящий из двух движущих элементов, включенных по схеме Арона, с двумя дополнительными токовыми обмотками, по одной на каждом элементе, соединенными последовательно и включаемыми в нулевой провод контролируемой сети. б е схемой в 9 раз меньше погрешности, допускаемой для счетчиков 1 класса (2о е) и в 18 раз меньше погрешности, допускаемой для счетчиков И класса (4%) и потому не имеет практического значения.

Как указывает заявитель, предлагаемый счетчик имеет следующие преимущества: а) Перед двухъэлементными счетчиками с другими известными и возможными схемами без искусственной нулевой точки:

1) более точный учет энергии;

2) пригодность для включения в трехпроводную сеть (в трехпроводной сети схема не вносит искажений в показания счетчика);

3) возможность вести регулировку и поверку так же как и двухъэлементного счетчика для трехпроводной сети, что значительно сокращает потребное на это время. б) Перед двухъэлементными счетчиГ ками с др гиии возможными схемами с искусственной нулевой точкой и перед трехъэлементными счетчиками

1) Более простая конструкция при точности, не уступающей счетчикам с тремя системами, 2) Более простая регулировка.