УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 2002 года по МПК H02H9/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для сетей с компенсированной нейтралью.

Для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю применяют устройство [Гиря В.И., Петров О.А. Автоматическая настройка компенсации емкостных токов // Электрические станции, 1977, 3, с. 80-83], содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, усилитель мощности, генератор непромышленной частоты, блок автоматического регулирования настройки компенсации.

Недостатком данного устройства является необходимость выполнения элементов для обработки сигналов, обладающих высокой точностью и стабильностью.

Известно также устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю [А.с. СССР 913517, МПК 4 Н 02 Н 9/08, БИ. 10, 1982] , содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, источник контрольного тока, подключенный к сети, реле, подключенное к дугогасящему аппарату, разделительный трансформатор, вход которого подключен к реле через контакт, частотный фильтр, вход которого подключен к выходу разделительного трансформатора, резистивный делитель, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока через контакт, фазоповоротную схему, вход которой подключен к резистивному делителю, схему сравнения, первый вход которой подключен к выходу частотного фильтра, а второй вход - к выходу фазоповоротной схемы, фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу схемы сравнения, а второй вход - к силовой обмотке источника контрольного тока, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу фазового детектора, контакт, подключенный к измерительному устройству.

Недостаток данного устройства заключается в том, что данное устройство требует высокой точности и стабильности коэффициента передачи частотного фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю является устройство [А.с. СССР 1504718, МПК 4 Н 02 Н 9/08, БИ. 32, 1989], выбранное в качестве прототипа и содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к фазе сети, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра низких частот, блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого фильтра низких частот, а второй вход - к выходу фазовращателя, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, а второй вход - к выходу фазовращателя, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фильтра низких частот, а второй вход - к выходу фазовращателя, делительный блок, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, а второй вход - к выходу второго фазового детектора, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока.

Недостатками данного устройства является то, что из-за подключения первого измерительного трансформатора напряжения к фазе сети на выходе данного трансформатора появляется напряжение, значительно превышающее напряжение с частотой источника контрольного тока, что вызывает нестабильность работы устройства, а также данное устройство требует высокой стабильности коэффициентов передачи используемых фильтров нижних частот.

Задача изобретения - повышение точности измерения и упрощение эксплуатации устройства путем уменьшения напряжения на выходе первого измерительного трансформатора напряжения и возможности снижения требований к стабильности коэффициентов передачи используемых фильтров нижних частот.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, первый фильтр нижних частот, второй фильтр нижних частот, фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу фазовращателя, делительный блок, первый вход которого подключен к выходу фазового детектора, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока, согласно изобретению дополнительно вводится трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, а выход - к входу первого фильтра низкой частоты, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения и входом первого промежуточного трансформатора напряжения, второй промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, а первый выход - к входу второго фильтра низкой частоты, потенциометр, подключенный к второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр низкой частоты, вход которого подключен к потенциометру, а выход - к второму входу фазового детектора, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра низкой частоты, а выход к второму входу делительного блока. Причем первый измерительный трансформатор напряжения подключен к дугогасящему аппарату.

Именно заявленное выполнение устройства обеспечивает возможность измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю при уменьшении напряжения на выходе первого измерительного трансформатора напряжения и возможность снижения требований к стабильности коэффициентов передачи используемых фильтров нижних частот, тем самым выполняется задача изобретения.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с существующим, позволяет проще и с меньшей абсолютной погрешностью (1-2%) измерить расстройку компенсации емкостного тока замыкания на землю. Эксплуатация заявленного устройства более проста и надежна. Это достигается за счет уменьшения напряжения на выходе первого измерительного трансформатора напряжения и снижения требования к стабильности коэффициентов передачи используемых фильтров нижних частот.

На чертеже представлена схема устройства для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю.

Устройство содержит объект измерения - дугогасящий аппарат 1, связанный с сетью через заземляющий трансформатор 2, первый измерительный трансформатор напряжения 3, подключенный к дугогасящему аппарату 1, источник контрольного тока 4, подключенный к сети через дугогасящий аппарат 1 и заземляющий трансформатор 2, второй измерительный трансформатор напряжения 5, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока 4. Первый фильтр нижних частот 6, второй фильтр нижних частот 7, выполненные по структуре Рауха. Фазовращатель 8, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот 7, фазовый детектор 9, выполненный на операционном усилителе, первый вход которого подключен к выходу фазовращателя 8, делительный блок 10, выполненный на микросхеме, первый вход которого подключен к выходу фазового детектора 9, измерительный прибор 11, вход которого подключен к выходу делительного блока 10, трансформатор тока 12, включенный в цепь источника контрольного тока 4, первый промежуточный трансформатор напряжения 13, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения 3, а выход - к входу первого фильтра низкой частоты 6. Трансреактор 14 - трансформатор с воздушным зазором в магнитном сердечнике, вход которого включен в цепь трансформатора тока 12, а выход - между выходом первого измерительного трансформатора напряжения 3 и входом первого промежуточного трансформатора напряжения 13, второй промежуточный трансформатор напряжения 15, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения 5, а первый выход - к входу второго фильтра низкой частоты 7, потенциометр 16, подключенный к второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения 15. Третий фильтр низкой частоты 17, выполненный по структуре Рауха, вход которого подключен к потенциометру 16, а выход - к второму входу фазового детектора 9. Вход выпрямителя 18, выполненного на управляемых диодах, подключен к выходу первого фильтра низкой частоты 6, а выход к второму входу делительного блока 10.

Устройство работает следующим образом. Источник контрольного тока 4 накладывает на сеть контрольный переменный ток непромышленной частоты, например 25 Гц. В цепи трансформатора тока 12 протекает ток, пропорциональный току в дугогасящем аппарате 1. На вторичной обмотке трансреактора 14 появляется напряжение U_TAV, определяемое током в первичной обмотке, включенной в цепь трансформатора тока 12. На вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 3 появляется напряжение U_ДГР, пропорциональное напряжению на дугогасящем аппарате 1. На первый промежуточный трансформатор 13 подается сумма напряжений на дугогасящем аппарате и на трансреакторе (U_ДГР+U_TAV). На вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 5 появляется напряжение U, пропорциональное напряжению на силовой обмотке источника контрольного тока 4, которое используют в качестве опорного.

Опорное напряжение U через второй промежуточный трансформатор 15 подается на потенциометр 16, включенный в первую вторичную обмотку второго промежуточного трансформатора 15. Также опорное напряжение со второй вторичной обмотки второго промежуточного трансформатора 15 подается через второй фильтр низкой частоты 7 и фазовращатель 8 на первый управляющий вход фазового детектора 9. Потенциометр 16 подобран таким образом, чтобы напряжение на нем было равно 1/3 от опорного напряжения U. Вторичная обмотка промежуточного трансформатора 13 и первая вторичная обмотка промежуточного трансформатора 15 включены таким образом, чтобы напряжения на них вычитались друг из друга. С выхода потенциометра 16 разность суммарного напряжения на дугогасящем аппарате и на трансреакторе со вторичной обмотки промежуточного трансформатора 13 и напряжения на потенциометре 16 через третий фильтр низкой частоты 17 подается на второй вход фазового детектора 9, где сравнивают полученную разность напряжений с опорным напряжением и выделяют из результата сравнения ортогональную составляющую, совпадающую по направлению с опорным напряжением. Информационный сигнал с выхода фазового детектора 9 подается на первый вход делительного блока 10.

Сумма напряжений на дугогасящем аппарате и на трансреакторе (U_ДГР+U_TAV) со вторичной обмотки промежуточного трансформатора 13 подается через первый фильтр низкой частоты 6 и выпрямитель 18 на второй вход делительного блока 10, где выделенная фазовым детектором 9 ортогональная составляющая делится на напряжение, пропорциональное сумме напряжений на дугогасящем аппарате и на трансреакторе. Напряжение с делительного блока 10 подается на измерительный прибор 11.

Таким образом, устройство работает в соответствии со следующим соотношением:

где ν - измеряемая расстройка компенсации;
U_ДГР - напряжение непромышленной частоты на дугогасящем аппарате;
U_TAV - напряжение непромышленной частоты на трансреакторе;
U - напряжение источника контрольного тока.

Изобретение может быть использовано для сетей с компенсированной нейтралью. В известное устройство, содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, вводится трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, а выход - к входу первого фильтра низкой частоты, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения и входом первого промежуточного трансформатора напряжения, второй промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, а первый выход - к входу второго фильтра низкой частоты, потенциометр, подключенный к второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр низкой частоты, вход которого подключен к потенциометру, а выход - к второму входу фазового детектора, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра низкой частоты, а выход - к второму входу делительного блока, причем первый измерительный трансформатор напряжения подключен к дугогасящему аппарату. Технический результат заключается в измерении расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, что позволяет настраивать дугогасящие аппараты наиболее близко к резонансу и обеспечивает снижение количества однофазных замыканий на землю, перешедших в междуфазные и двойные на землю. 1 ил.

Устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, первый фильтр нижних частот, второй фильтр нижних частот, фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу фазовращателя, делительный блок, первый вход которого подключен к выходу фазового детектора, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, выход которого подключен к входу первого фильтра низкой частоты, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения и входом первого промежуточного трансформатора напряжения, второй промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу второго фильтра низкой частоты, потенциометр, подключенный к второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр низкой частоты, вход которого подключен к потенциометру, а выход к второму входу фазового детектора, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра низкой частоты, а выход к второму входу делительного блока, причем первый измерительный трансформатор напряжения подключен к дугогасящему аппарату, а вторичная обмотка первого промежуточного трансформатора напряжения и первая вторичная обмотка второго промежуточного трансформатора напряжения включены таким образом, чтобы напряжения на них вычитались.