СИСТЕМА УЧЕТА РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2014 года по МПК G01R11/16 

Описание патента на изобретение RU2510029C2

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах и устройствах для измерения электрических величин мощности, энергии в сетях переменного тока, а также в системах управления.

Известны системы для учета расхода электроэнергии / см. Рожков Е. Электронные счетчики электроэнергии бытового и промышленного назначения // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. - 1998. - №1/, содержащие счетчик электрической энергии, имеющий вход по току, напряжению и выход, масштабирующие преобразователи в виде трансформаторов тока и напряжения, входы которых соединены соответственно последовательно и параллельно сопротивлению нагрузки, а их выходы подключены к соответствующим входам по току и напряжению счетчик электрической энергии. Недостатком такого решения является либо низкая точность, либо большие вес и габариты ДТ и ДН при измерении в цепях больших напряжений 10 Кв и более.

Другим аналогом предложенной системы является устройство, содержащее цифровой счетчик электрической энергии на основе контроллера, имеющий вход по сигналам пропорциональным току, напряжению и цифровой выход, масштабирующие преобразователи в виде трансформаторов тока и напряжения, входы которых соединены соответственно последовательно и параллельно сопротивлению нагрузки, а их выходы через АЦП подключены к соответствующим цифровым входам счетчика электрической энергии. [Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. Цифровые счетчики электрической энергии // Chip news. - 2000. - №2].

Недостатком такого устройства является высокая чувствительность к импульсным помехам, большие габариты трансформаторов тока и напряжения при измерении в цепях больших напряжений в производственных условиях эксплуатации.

Более близким по техническому решению является измеритель расхода электроэнергии переменного тока по пат. RU 69259, содержащий счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и выход, датчик тока и тяговый трансформатор высокого напряжения, включающий первичную и вторичную обмотки, при этом первичная обмотка соединена через быстродействующий выключатель с контактной сетью и через датчик тока с входом счетчика по току, высоковольтный делитель напряжения, включающий плечи низкого и высокого напряжения, выполненные в виде последовательно включенных резисторов, связанных одним концом с входом по напряжению счетчика, а другим - с контактной сетью и преобразователем интерфейсов, связанным с выходом счетчика оптоволоконным кабелем.

Недостатком такого решения является низкая точность, непригодность для измерения в цепях напряжений 10 Кв и более, так как датчик тока, счетчик электрической энергии переменного тока и преобразователь интерфейсов, соединены общей электрической шиной, а высоковольтный делитель напряжения из последовательно включенных резисторов не позволяет выполнить его с высокой точностью и стабильностью для производственных условий эксплуатации, из-за большой рассеиваемой мощности и квадратичной зависимости значении сопротивлении делителя от напряжения при заданной мощности рассеивания. Так при напряжении высоковольтного делителя в 10 Кв и рассеиваемой мощности 100 Вт имеем его сопротивление (10*103)2/100=106 Ом, а уже при 110 Кв потребуется сопротивление высоковольтного делителя напряжения (110*103)2/100=121*106 Ом, что практически невозможно выполнить с высокой точностью для реальных условий эксплуатации в течение времени эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности работы счетчика электрической энергии в диапазоне высоких напряжений, упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что дополнительно введен трансформатор, с двумя обмотками включенными последовательно друг за другом, при этом их не связанные друг с другом концы подключены к клеммам нагрузки, а обмотка с меньшим числом витков подключена параллельно к входу по напряжению счетчика электрической энергии и одним концом связана с высоковольтной клеммой сопротивления нагрузки, которая через первичную обмотку трансформатора тока соединена с источником электрической энергии, вторичная обмотка трансформатора тока подключена к токовому входу счетчика электрической энергии, выход которого через последовательную цепь из первого медиакон-вертора, не электропроводной среды передачи сигнала и второго медиакон-вертора подключен к контроллеру.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Система учета расхода электроэнергии, содержащая счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и цифровой выход, медиаконвертор, не электропроводную среду передачи сигнала, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно с сопротивленим нагрузки, а вторичная обмотка подключена к токовому входу счетчика электрической энергии, дополнительно содержит трансформатор, с двумя обмотками включенными последовательно друг за другом, при этом их не связанные друг с другом концы подключены к клеммам нагрузки, а обмотка с меньшим числом витков подключена параллельно к входу по напряжению счетчика электрической энергии и одним концом связана с высоковольтной клеммой сопротивления нагрузки, которая через первичную обмотку трансформатора тока соединена с источником электрической энергии, вторичная обмотка трансформатора тока подключена к токовому входу счетчика электрической энергии, выход которого через последовательную цепь из первого медиаконвертора, не электропроводной среды передачи сигнала и второго медиаконвертора подключен к контроллеру.

На чертеже фигура 1 представлена схема предложенного устройства.

Устройство на фигуре 1 содержит: 1 - трансформатор тока, 2 - счетчик электрической энергии, 3 - сопротивление нагрузки, 4 - трансформатор, 5 и 6 первый и второй медиаконверторы, 7 - не электропроводная среда передачи сигнала между медиаконверторами, 8 - контроллер, 9 и 10 первичная и вторичная обмотки трансформатор тока 1, 11 и 12 обмотки с меньшим и большим числами витков соответственно для трансформатора 4.

Принцип действия предложенного устройства по фигуре 1 следующий.

Ток нагрузки 4 проходит через первичную обмотку 9 трансформатора тока 1, так что во вторичной его обмотке 10, нагруженной на вход счетчика электрической энергии 2, будут протекать ток ITT пропорциональный току IH нагрузки 3.

I T T ( t ) = I н ( t ) * K T T ,                      ( 1 )

где KTT=W9/W10 - коэффициент передачи трансформатора тока 1, определяемый отношением чисел витков W9 и W10 обмоток 9 и 10.

На другой вход счетчика электрической энергии 2 будет поступать напряжение Uд с обмотки 11 трансформатора 4,

U д ( t ) = U н ( t ) * K д ,                      ( 2 )

где Uн - напряжение на нагрузке;

Kд=W11/W12 - коэффициент деления напряжения, определяемый отношением чисел витков W11 и W12 в обмотках 11 и 12 трансформатора 4

Счетчик электрической энергии 2 формирует на своем выходе сигнал пропорциональный энергии выделенной в нагрузке, который передается по каналу, состоящему из медиаконверторов 5, 6 и непроводящей электрический ток, электрически прочной среды 7 передачи данных между ними, на контроллер 8, который осуществляет управление режимами работы счетчика электрической энергии 2, обработку и представление информации в требуемой форме для дальнейшего использования.

Текущее значение электрической энергии переменного тока и представление информации в требуемой форме, формируемое на выходе контроллера 8, учитывая, что погрешность из-за дискретизации может быть сделана, пренебрежимо малой, практически определяется с учетом (1) и (2) соотношением

Э = ( K Т Т * K д ) 1 * t 1 t 2 U д ( t ) * I T T ( t ) d t ,                 ( 3 )

где t1 и t2 - моменты времени начала и конца измерения электрической энергии.

Трансформатор 4 может быть выполнен, как в виде отдельного блока, так и в отдельных случаях, когда требования к точности не высоки, может быть совмещен с силовым трансформатором (на фиг.1 не показан).

Питание электронных элементов счетчика электрической энергии (на фиг.1 не показано) может осуществляться через соответствующие выпрямитель и стабилизатор, как от силового трансформатора, так и от дополнительного токового трансформатора, работающего в режиме насыщения, или, учитывая малую потребляемую мощность, с выхода дополнительного трансформатора 4, например, от обмотки 11.

Упрощение конструкции достигается за счет того, что требования к электрической прочности переносятся с входных аналоговых элементов системы на входе счетчика 2 на его выход, где действует дискретный сигнал и электрическая прочность обеспечивается непроводящей ток электрически прочной средой 7 передачи данных (оптоволокно или газ, воздух). Кроме того нагрузка в предложенной системе может представлять собой как один так и множество параллельно включенных элементов, например, силовых трансформаторов, тогда как для прототипа это недопустимо без существенного усложнения конструкции.

Повышение точности и упрощение конструкции применяемых измерительных трансформаторов тока и напряжения обеспечивается за счет того, что в предложенной системе применяются низковольтный трансформатор тока 1 и дополнительный трансформатор 4, конструктивно более простые, по сравнению с применяемыми в устройствах аналогах, и потому коэффициенты деления для них при значительно меньших габаритах определяется практически отношением чисел витков и могут быть заданы с погрешностью не более нескольких сотых долей процента.

Кроме того значительно (в десятки раз) уменьшаются динамические погрешности АЦП и внешние помехи, т.к. оцифровываются не мгновенные значения переменных входных сигналов (тока или напряжения), а единственный допускающий усреднение сигнал пропорциональный энергии в нагрузке.

Предложенная система учета расхода электроэнергии позволяет получить погрешность измерения электрической энергии переменного тока в цепях высокого напряжения с погрешностью менее 0,1%.

Похожие патенты RU2510029C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАСШТАБНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОКА 2012
  • Косолапов Александр Михайлович
  • Косолапов Михаил Александрович
RU2510030C2
Трансформатор тока с активной коррекцией 2019
  • Косолапов Александр Михайлович
  • Косолапов Михаил Александрович
RU2747212C2
Способ и устройство снижения потерь энергии при трансформации напряжения 2015
  • Косолапов Александр Михайлович
RU2608829C1
Способ и устройство снижения потерь электроэнергии 2015
  • Косолапов Александр Михайлович
RU2609890C2
Устройство для уменьшения потерь при трансформации напряжения 2015
  • Косолапов Александр Михайлович
RU2608831C1
Источник питания для дуговой сварки 1981
  • Васильев Александр Сергеевич
  • Ермолин Сергей Александрович
  • Закс Михаил Исаакович
  • Кошелев Петр Александрович
  • Малков Михаил Гидальгевич
  • Смирнов Владимир Валерьянович
SU998037A1
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Туманов И.М.
  • Субботин К.Ю.
  • Слепченков М.Н.
  • Бочкарёв В.В.
  • Купреенко Д.А.
RU2253890C1
Устройство для измерения тока 1981
  • Косолапов Александр Михайлович
SU1018028A1
ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ 2013
  • Беляев Александр Николаевич
  • Валиков Александр Владимирович
  • Губарев Алексей Александрович
RU2531361C1
СПОСОБ ПРОВЕРКИ ИСПРАВНОСТИ ВТОРИЧНЫХ ЦЕПЕЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА 1996
  • Степанов Юрий Александрович
  • Кузнецов Анатолий Павлович
  • Баданин Александр Павлович
  • Степанов Дмитрий Юрьевич
RU2105987C1

Реферат патента 2014 года СИСТЕМА УЧЕТА РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Изобретение относится к области измерительной техники. Система учета расхода электроэнергии содержит счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и цифровой выход, медиаконвертор, неэлектропроводную среду передачи дискретного сигнала, контроллер, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно с сопротивленим нагрузки, а вторичная обмотка подключена к токовому входу счетчика электрической энергии. Также устройство дополнительно содержит трансформатор с двумя обмотками, включенными последовательно друг за другом. При этом не связанные друг с другом концы обмоток подключены к клеммам нагрузки, так что обмотка с меньшим числом витков подключена параллельно входу по напряжению счетчика электрической энергии и одним концом связана с высоковольтной клеммой сопротивления нагрузки, которая через первичную обмотку трансформатора тока соединена с источником электрической энергии, выход счетчика электрической энергии через последовательную цепь из первого медиаконвертора, не электропроводной среды передачи сигнала и второго медиаконвертора подключен к контроллеру.

Технический результат изобретения - повышение точности, уменьшение массы и габаритов, расширение диапазона рабочих напряжений. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 510 029 C2

Система учета расхода электроэнергии, содержащая счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и цифровой выход, медиаконвертор, неэлектропроводную среду передачи дискретного сигнала, контроллер, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно с сопротивлением нагрузки, а вторичная обмотка подключена к токовому входу счетчика электрической энергии, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона допустимых напряжений дополнительно содержит трансформатор с двумя обмотками, включенными последовательно друг за другом, при этом их не связанные друг с другом концы подключены к клеммам нагрузки, так что обмотка с меньшим числом витков подключена параллельно входу по напряжению счетчика электрической энергии и одним концом связана с высоковольтной клеммой сопротивления нагрузки, которая через первичную обмотку трансформатора тока соединена с источником электрической энергии, выход счетчика электрической энергии через последовательную цепь из первого медиаконвертора, неэлектропроводной среды передачи сигнала и второго медиаконвертора подключен к контроллеру.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2510029C2

КОНЦЕНТРИЧЕСКИЙ МЕШОЧНЫЙ ФИЛЬТР 1946
  • Данильцев В.А.
SU69259A1
0
SU82338A1
СПОСОБ ВЫРАБОТКИ КОНСЕРВОВ "СИЧЕНИКИ РЫБНЫЕ УКРАИНСКИЕ" 2012
  • Квасенков Олег Иванович
RU2475113C1
RU 2052821 C1, 20.01.1996
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2003
  • Семикин В.М.
  • Локтионов С.В.
RU2245600C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА 1996
  • Нефедьев Иван Алексеевич
  • Нефедьев Алексей Иванович
  • Нефедьев Дмитрий Иванович
RU2119676C1
Способ проверки трансформаторов тока 1988
  • Колешко Владимир Вениаминович
  • Виткин Ефим Исаакович
SU1620966A1
0
SU154941A1
US 6911813 B2, 28.06.2005
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДАЧИ НАПИТКОВ 2010
  • Део Индрани
  • Джерси Стивен
RU2519912C2

RU 2 510 029 C2

Авторы

Косолапов Александр Михайлович

Косолапов Михаил Александрович

Даты

2014-03-20Публикация

2012-05-21Подача