СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Российский патент 2008 года по МПК G01R27/16 G01R31/02 

Настоящее изобретение относится к области энергетики, электротехники и, в частности, может быть использовано для периодического контроля состояния электрических сетей жилых, промышленных зданий и сооружений и электро- и радиоустановок.

Известно, что для оценки состояния однофазной электрической цепи требуется определить следующие параметры:

- напряжение электрической сети в режиме холостого хода;

- угол сдвига фазы между током и напряжением при определенном тестирующем токе;

- модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи;

- ток короткого замыкания.

Для их измерения требуются автономные приборы, что создает неудобство в процессе измерения и снижает точность определения параметров.

Однако известны и комплексные устройства, позволяющие измерить несколько параметров электрической сети.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является «Способ измерения тока короткого замыкания однофазной питающей сети», см. патент РФ №2138825, G01R 19/25, G01R 19/30 с приоритетом от 1997.08.21.

Известный способ включает подключение к сети, измерение периода питающей сети, замыкание ключа при прохождении синусоидального напряжения через "0", определение угла сдвига ϕ между напряжением и током по появлению тока, выключение ключа, в следующие периоды (полупериоды) замыкание ключа в моменты времени t_к=Т*ϕ_к/2π, отсчитанные от начала периода (полупериода) на время Δt_К, измерение тока I_к, выключение ключа и расчет тока короткого замыкания 1кз питающей сети по формуле I_к=Ki_к/sin(Δt_к*2π/Т).

В данном способе при измерении тока короткого замыкания дважды закорачивают питающую сеть с помощью ключа.

При первом определяют ϕ между током и напряжением для последующего исключения свободной составляющей тока короткого замыкания и проведения расчета фактического значения тока короткого замыкания.

При втором закорачивании ключа измеряют требуемое значение тока It и выключают ключ при достижении i_к≥i_{к доп}, где i_{к доп} - текущее значение измеряемого тока короткого замыкания, исходя из заданной точности измерения.

Устройство, реализующее известный способ, содержит последовательно включенные управляемый ключ на базе IGBT транзистора и датчик тока, выход которого через АЦП подключен к вычислительному устройству, один выход которого через формирователь импульсов и элемент оптронной развязки соединен с питающей сетью.

Как видим, реализация известного способа является достаточно сложной и трудоемкой процедурой, требующей определенной подготовки оператора.

При этом известное изобретение не позволяет определить такие параметры электрической сети, как модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи.

Целью настоящего изобретения является достижение технического результата - упрощение процесса измерения и расширение функциональных возможностей за счет определения дополнительных параметров сети.

Технический результат достигается тем, что в известном способе испытания электрических цепей, включающем подключение устройства к нагрузке испытуемой электросети (электрорадиоустановки), предлагается измерять действующее значение напряжения сети в режиме холостого хода - Ux.x. и период Тхх.

Затем в момент перехода значения тока через «0» к тестируемой электрической цепи предлагается подключить эталонный резистор сопротивлением Rн=10 Ом.

Измерить действующее значение, т.е. напряжение под нагрузкой - Uн и период Тн.

После этого по отношению Uн/Rн вычислить - Iтест.

Далее, зная Uxx, Uн, определить |R| по формуле

и угол сдвига фаз между активным и реактивным напряжениям

где

π=3,14

Тхх - период напряжения холостого хода;

ΔT - разность между Тхх и Тн

Тогда активное сопротивление Rакт вычисляют по формуле

где Rн - эталонное сопротивление,

а реактивное сопротивление Rреакт по формуле

Далее, по известным соотношениям Uxx и U_H предлагается вычислить модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи - Z.

На последнем этапе по отношению Uxx/Z определить ток короткого замыкания - Iк.з.

Изобретение поясняется графическими материалами. На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего заявленное изобретение.

Устройство для реализации способа испытания электрических цепей содержит микроконтроллер 1, выполненный на базе микропроцессора со встроенным коммутатором 2, АЦП 3 и вычислительным блоком 4. К микроконтроллеру-процессору 1 подключены эталонное активное сопротивлением Rн 5 и симисторная схема 6 его подключения. Микроконтроллер-процессор 1 соединен с индикатором 7.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Входные клеммы устройства подключают к нагрузке испытуемой электросети (электро-радиоустановки) и измеряют действующее значение напряжения сети в режиме холостого хода - Uxx и его период Тхх.

Одновременно с этим контролируется амплитуда напряжения. При значении менее 120 В дальнейшие измерения не проводят.

Затем микроконтроллер-процессор 1 в момент перехода значения тока через «0» с помощью своего коммутатора 2 подключает посредством симисторной схемы 6 к тестируемой электрической сети внутреннюю нагрузку 5 (активное сопротивление) номиналом Rн=10 Ом.

Измеряют действующее значение, т.е. напряжение под нагрузкой - Uн и период - действующего напряжения - Тн.

По отношению Uн/Rн вычисляют - Iтест.

Зная Uxx, Uн, также по их отношению определяют модуль активного сопротивления цепи - |R|

и угол сдвига фаз между активным и реактивным напряжениями

где

Тхх - период напряжения холостого хода;

ΔТ - разность между Тхх и Тн.

Вычислительный блок 4 вычисляет активное сопротивление Rакт по формуле

где Rн - эталонное (нагрузочное) сопротивление,

а реактивное сопротивление Креакт - по формуле

Далее, по известным соотношениям Uxx и Uн вычислительный блок 4 микроконтроллера-процессора 1 рассчитывает модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи - Z

После этого вычислительный блок 3 микроконтроллера-процессора 1 по отношению Uн/Rн вычисляет Iтест.

На последнем этапе вычислительный блок 3 по отношению Uxx/Z определяет ток короткого замыкания - Iк.з.

Все измеренные и вычисленные значения параметров испытуемой электрической цепи - Uxx, Z, ϕ и Iк.з. выводятся на индикатор 7.

Реализация указанных операций измерения и вычисления параметров микроконтроллером-процессором 1 осуществляется по программе, алгоритм которой представлен на фиг.2.

Периодическое измерение указанных параметров (напряжение сети в режиме холостого хода, угол сдвига, фаза между током и напряжением при определенном тестирующем токе, модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи и ток короткого замыкания в любой однофазной электрической цепи позволяют правильно подобрать параметры элементов защиты, своевременно выявить возможность выхода из строя электрической сети и возникновение пожара.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для периодического контроля состояния различных электрических сетей. Целью настоящего изобретения является упрощение процесса измерения и расширение функциональных возможностей соответствующего способа измерений. Предложенный способ испытания электрических сетей заключается в том, что подключают средство измерения к нагрузке испытуемой электросети, измеряют действующее значение напряжения сети в режиме холостого хода и период изменения напряжения, в момент перехода значения тока через «0» к тестируемой электрической цепи подключают эталонный резистор сопротивлением Rн=10 Ом и измеряют действующее значение (напряжение под нагрузкой) и его период, по отношению этих величин вычисляют ток в сети, после чего определяют величину общего сопротивления сети, угол сдвига фаз между активным и реактивным напряжениями, затем вычисляют активное и реактивное сопротивления и рассчитывают модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи и ток короткого замыкания. 2 ил.

Способ испытания электрических сетей, включающий подключение к нагрузке испытуемой электросети (электрорадиоустановки) и измерение, отличающийся тем, что измеряют действующее значение напряжения сети в режиме холостого хода - Uxx и период Тхх, в момент перехода значения тока через «0», к тестируемой электрической цепи подключают эталонный резистор, сопротивлением Rн=10 Ом и измеряют действующее значение (напряжение под нагрузкой) - Uн и период Тн, по отношению Uн/Rн вычисляют - Iтест, после чего определяют |R| по формуле

а также угол сдвига фаз между активным и реактивным напряжениям

где π=3,14

Тхх - период напряжения холостого хода;

ΔT - разность между Тхх и Тн,

затем вычисляют активное сопротивление Rакт по формуле

где Rн - эталонное сопротивление, и вычисляют реактивное сопротивление Rреакт по формуле

рассчитывают модуль комплексного сопротивления тестируемой цепи - Z

и ток короткого замыкания - Iк.з

.