УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ И КОЭФФИЦИЕНТА ДЕМПФИРОВАНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H02H9/08 

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

Известно устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю [А.с. СССР № 1504718, МПК 4 Н02Н 9/08, БИ № 32, 1989], 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.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности измерения коэффициента демпфирования, который представляет собой отношение активной составляющей тока замыкания к емкостной составляющей.

Для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю также применяют устройство [Патент РФ № 2180462, МПК 7 Н02Н 9/08, БИ № 7, 2002], содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, 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, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу фазовращателя, а второй вход - к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, делительный блок, первый вход которого подключен к выходу фазового детектора, а второй вход - к выходу выпрямителя, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности измерения коэффициента демпфирования.

Известно устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю [Патент РФ № 2227954, МПК 7 Н02Н 9/08, Бюл. № 12, 2004], выбранное в качестве прототипа, содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, 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, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя, а второй вход - к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, первый делительный блок, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, первый измерительный прибор, вход которого подключен к выходу первого делительного блока, второй фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя, а второй вход соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, масштабирующий блок, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, второй вход соединен с выходом масштабирующего блока, выход сумматора подключен к первому входу первого делительного блока.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности непрерывного измерения коэффициента демпфирования, который также является важным параметром, влияющим на процессы при замыкании на землю.

Задачей изобретения является обеспечение возможности одновременного измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю и коэффициента демпфирования путем определения вещественной и мнимой составляющих суммы напряжений на дугогасящем аппарате и опорного напряжения, пропорционального напряжению на силовой обмотке источника контрольного тока.

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, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, 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, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя, а второй вход - к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, первый делительный блок, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, первый измерительный прибор, вход которого подключен к выходу первого делительного блока, второй фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя, а второй вход соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, масштабирующий блок, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, второй вход соединен с выходом масштабирующего блока, выход сумматора подключен к первому входу первого делительного блока, согласно изобретению дополнительно введены второй делительный блок, первый вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, а второй вход - к выходу выпрямителя, второй измерительный прибор, вход которого подключен к выходу второго делительного блока.

Именно заявленное выполнение устройства обеспечивает возможность одновременного измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю и коэффициента демпфирования на основании определения вещественной и мнимой составляющих суммы напряжений на дугогасящем аппарате и опорного напряжения на источнике контрольного тока, которые соответственно пропорциональны расстройке компенсации и коэффициенту демпфирования, тем самым выполняется задача изобретения.

Предлагаемое устройство, по сравнению с известным прототипом, позволяет непрерывно контролировать состояние изоляции фаз сети относительно земли, что позволяет своевременно выявлять и осуществлять ремонт участков с ослабленной изоляцией. Выявление и ремонт участков с ослабленной изоляцией важно с точки зрения электробезопасности открытых электроустановок.

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

Устройство содержит объект измерения - дугогасящий аппарат 1, связанный с сетью через заземляющий трансформатор 2, первый измерительный трансформатор напряжения 3, подключенный к дугогасящему аппарату, 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, трансформатор тока 6, включенный в цепь источника контрольного тока 4, первый промежуточный трансформатор напряжения 7, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения 3, трансреактор 8 - трансформатор с воздушным зазором в магнитном сердечнике, включенный в цепь трансформатора тока 6, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения 3 и входом первого промежуточного трансформатора напряжения 7, второй промежуточный трансформатор напряжения 9, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения 5, потенциометр 10, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения 9, первый фильтр нижних частот 11, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения 7, второй фильтр нижних частот 12, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения 9, третий фильтр нижних частот 13, вход которого подключен к потенциометру 10, первый фазовращатель 14, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот 12, первый фазовый детектор 15, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя 14, а второй вход - к выходу третьего фильтра нижних частот 13, выпрямитель 16, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот 11, первый делительный блок 17, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя 16, первый измерительный прибор 18, вход которого подключен к выходу первого делительного блока 17, второй фазовращатель 19, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот 12, второй фазовый детектор 20, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя 19, а второй вход - к выходу третьего фильтра нижних частот 13, масштабирующий блок 21, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора 20, сумматор 22, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора 15, а второй вход - к выходу масштабирующего блока 21, а выход - к первому входу делительного блока 17, второй делительный блок 23, первый вход которого подключен ко выходу второго фазового детектора 20, а второй вход - к выходу выпрямителя 16, второй измерительный прибор 24, вход которого подключен к выходу второго делительного блока 23.

Первый (11), второй (12) и третий (13) фильтры нижних частот могут быть выполнены на операционных усилителях К140УД6.

Первый (14) и второй (19) фазовращатели могут быть выполнены на операционных усилителях К 140УД6.

Первый (15) и второй (20) фазовые детекторы могут быть выполнены на операционных усилителях К140УД6 и 590КН5.

В качестве выпрямителя 16 может быть выбран активный выпрямитель, выполненный на двух операционных усилителях К140УД6.

Первый и второй делительные блоки 17 и 23 могут быть выполнены на микросхеме КР525ПСЗ.

В качестве первого и второго измерительных приборов 18 и 24 выбраны цифровые миллиамперметры.

Масштабирующий блок 21 может быть выполнен на операционном усилителе К140УД6.

Сумматор 22 может быть выполнен на операционном усилителе К140УД7.

Устройство работает следующим образом. Источник контрольного тока 4 накладывает на сеть контрольный переменный ток непромышленной частоты, например 25 Гц. В цепи трансформатора тока 6 протекает ток, пропорциональный току в дугогасящем аппарате 1. На вторичной обмотке трансреактора 8 появляется напряжение U_TAV, определяемое током в первичной обмотке, включенной в цепь трансформатора тока 6. На вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 3 появляется напряжение U_ДГР, пропорциональное напряжению на дугогасящем аппарате 1. На первый промежуточный трансформатор напряжения 7 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 напряжения 9 подается на потенциометр 10, включенный в первую вторичную обмотку второго промежуточного трансформатора напряжения 9. Также опорное напряжение со второй вторичной обмотки второго промежуточного трансформатора напряжения 9 подается через второй фильтр низкой частоты 12 и первый фазовращатель 14 на первый управляющий вход первого фазового детектора 15 и через второй фильтр низкой частоты 12 и второй фазовращатель 19 - на первый управляющий вход второго фазового детектора 20.

Потенциометр 10 подобран таким образом, чтобы напряжение на нем было равно от опорного напряжения U. Вторичная обмотка первого промежуточного трансформатора 7 и первая вторичная обмотка второго промежуточного трансформатора 9 включены таким образом, чтобы напряжения находились в противофазе.

С выхода потенциометра 10 разность напряжений вторичной обмотки первого промежуточного трансформатора 7 и потенциометра 10 через третий фильтр низкой частоты 13 подается на второй вход первого фазового детектора 15 и на второй вход второго фазового детектора 20, где выделяются соответственно вещественная, совпадающая по фазе с опорным напряжением, и мнимая, опережающая опорное напряжение на 90°, составляющие сигнала.

Сигнал с выхода первого фазового детектора 15 подается на первый вход сумматора 22, а сигнал с выхода второго фазового детектора 20 через масштабирующий блок 21 подается на второй инвертирующий вход сумматора 22.

Сигнал, пропорциональный сумме напряжений на вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 3 и на трансреакторе 8, со вторичной обмотки первого промежуточного трансформатора 7 подается через первый фильтр низкой частоты 11 и выпрямитель 16 на второй вход первого делительного блока 17 и второй вход второго делительного блока 23. В первом делительном блоке 17 сигнал, поступивший с выхода сумматора 22, делится на напряжение, пропорциональное сумме напряжений на вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 5 и на трансреакторе 8. Во втором делительном блоке 23 сигнал, поступивший со второго фазового детектора 20, также делится на напряжение, пропорциональное сумме напряжений на вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 5 и на трансреакторе 8. Сигнал с первого делительного блока 17 подается на измерительный прибор 18, проградуированный в единицах расстройки компенсации. Сигнал со второго делительного блока 23 подается на измерительный прибор 24, проградуированный в единицах коэффициента демпфирования.

Таким образом, устройство работает в соответствии со следующими соотношениями:

где υ - измеряемая расстройка компенсации;

U_ДГР - напряжение непромышленной частоты на дугогасящем аппарате;

U_TAV - напряжение непромышленной частоты на трансреакторе;

U - напряжение источника контрольного тока;

ϕ - угол между вектором напряжения на второй вторичной обмотке второго промежуточного трансформатора напряжения и вектором напряжения U_ДГР+U_TAV;

К - масштабирущий коэффициент.

d - измеряемый коэффициент демпфирования.

Использование: в электротехнике для сетей с компенсированной нейтралью. Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременного измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю и коэффициента демпфирования. Устройство содержит объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, источник контрольного тока, заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, трансформатор тока, первый и второй промежуточный трансформатор напряжения, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, потенциометр, три фильтра нижних частот, два фазовращателя, два фазовых детектора, выпрямитель, два делительных блока, два измерительных прибора, масштабирующий блок и сумматор. 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, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, 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, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя, а второй вход к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, первый делительный блок, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, первый измерительный прибор, вход которого подключен к выходу первого делительного блока, второй фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя, а второй вход соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, масштабирующий блок, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, второй вход соединен с выходом масштабирующего блока, выход сумматора подключен к первому входу первого делительного блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй делительный блок, первый вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, а второй вход к выходу выпрямителя, второй измерительный прибор, вход которого подключен к выходу второго делительного блока.