Устройство компенсации погрешностей трехфазных трехпроводных счетчиков трансформаторного включения Советский патент 1992 года по МПК G01R11/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при измерениях расхода электроэнергии.

Известны устройства измерения расхода электроэнергии в трехфазных сетях, в которых счетчики подключаются через измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напряжения (ТН).

Недостатком этих устройств является то, что систематические погрешности измерительных трансформаторов приводят к недоучету электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения расхода электроэнергии, в котором с целью уменьшения недоучета электроэнергии из-за погрешностей ТН, параллельно обмоткам напряжения счетчика активной энергии включены конденсаторы емкостью 1-1,5 мкФ.

Недостатком этого устройства является то, что оно компенсирует лишь погрешность в учете электроэнергии, которая обусловлена падением напряжения в сопротивлении ТН от части индуктивной составляющей его тока нагрузки, и при этом остается полностью нескомпенсированной погрешность от активной составляющей этого тока.

Целью изобретения является повышение точности измерения, расхода электроэнергии за счет компенсации погрешностей в учете, вызванных систематическими погрешностями ТН, питающих электросчетчики,

Указанная цель достигается тем, что в устройство компенсации погрешностей трехфазных трехпроводных электросчетчиков трансформаторного включения, содержащее первый и второй конденсаторы, причем первые выводы первого и второго конденсаторов подключены к первому и второму выводам вторичной обмотки трансформатора напряжения, третий вывод которого соединен с обьединенными вторыми выводами первого и второго конденсаторов, введен третий конденсатор, подключенный первым выводом к первому выводу первого конденсатора, и вторым - к первому выводу второго конденсатора, причем величины указанных конденсаторов выбираются из соотношения:

Я сл ю о

00

(cosy

K-X -siny) R tg p v

где С - емкость конденсаторов, Ф;

I - фазный ток нагрузки ТН, А;

R и X - соответственно активное и индуктивное сопротивления ТН, приведенные к его вторичной стороне, Ом;

U - вторичное линейное напряжение ТН, В;r i

(о - угловая частота; р - среднеезтвшиенное значение угла нагрузки потребителей,

у- угол между фазным напряжением и током нагрузки ТН.

На фиг. 1 представлена схема устройства (на вторичную сторону ТН 1 включены нагрузка ТН 2 и конденсаторы 1C, 2С и ЗС); на фиг. 2 - векторная диаграмма токов ТН до и после включения компенсирующих конденсаторов (U - фазное напряжение, I и IK - соответственно токи нагрузки ТН до и после включения компенсирующих конденсаторов, I - ток в ТН от компенсирующих конденсаторов, уиу0 - фазные углы токов ) и 1К); на фиг. 3 - векторные диаграммы токов и напряжений ТН в режимах до (а) и после (б) подключения компенсирующих конденсаторов. (1а и р - соответственно активная и реактивная составляющие тока 1 нагрузки ТН; уиу0 - соответственно углы нагрузки ТН в режимах до и после включения компенсирующих конденсаторов; Ui - первичное напряжение; К - номинальный коэффициент трансформации ТН; н - ток нагрузки потребителей, р- угол тока нагрузки потребителей, угловая погрешность ТН, R и X - соответственно фазное активное и индуктивное сопротивления обмоток ТН, приведенные к стороне низкого напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Емкостные токи конденсаторов, включенных по схеме (фиг. 1), создают продольное и поперечное падение напряжения на сопротивлении ТН. Продольное падение напряжения изменяет погрешность ТН по на- пряжению, а поперечное падение напряжения - угловую погрешность. Величина емкости конденсаторов подобрана такой, что дополнительные погрешности в учете электроэнергии, обусловленные погрешностями ТН по величине напряжения и угловой погрешностью стали равными .по величине и противоположными по знаку и таким образом скомпенсировали друг друга.

10

15

20

Выведем формулу, реализующую эти условия.

Погрешность в учете электроэнергии от применения трансформаторов напряжения ДЭ выражается формулой (Л.З):

A3 (-100Aptgp + Au)% (2)

где угловая погрешность ТН в радианах;

Аи - относительная погрешность ТН по величине напряжения в %.

Для вывода формулы (1) преобразуем формулу (2) так, чтобы в ней вместо угловой погрешности Д0 фигурировало поперечное падение напряжения в ТН A Up в %, и вместо Ди - продольное падение напряжения Аиав %.

Положительное значение продольного падения напряжения вызывает уменьшение вторичного напряжения и, следовательно, отрицательную погрешность по величине напряжения.

25

(3)

Положительное значение поперечного падения напряжения, как это видно из фиг. 3, приводит к отрицательной угловой погрешности. Угол Ду в радианах можно представить как

Ду

АУ

100

(4)

Подставив выражения (3) и (4) в формулу 2, получим:

А Э AUp tg (p - A Ua .(5)

Из векторной диаграммы фиг. 3 (б)

(Rcosy0-Xslny0), (6)

ДЦ, J|p(Xcosy0+Rslny0),(7)

где Уф - фазное напряжение.

Подставив (7) и (6) в выражение (5), получим:

ДЭ п (X cos уо + R sin у0)х U}

tgp -ттр (R cos уо -X sin уо) -цр{(Х + R tg p) sin уо - (R - X tg p) cos уо.

(8)

Погрешность Д при условии, что

(Х+ Rtgp) sin у0 (R-Xtg у) cos у0 (9) Отсюда

Для компенсации этой погрешности к ТН подключается устройство, состоящее из трех конденсаторов, включенных по схеме фиг. 1. Каждый из конденсаторов емкостью

Использование: компенсация погрешности активной составляющей тока, нагрузки во вторичной цепи трансформатора напряжения. Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор напряжения (1), счетчик электроэнергии (2), три конденсатора (1C, 2С, ЗС). 1-1С-2С-2, 1- ЗС-2, 1-2С. 3 ил.

у0 - arctg

R - X tg p

(10)

X + R tg p

При таком угле нагрузки у0ТН не вносит погрешностей в учет электроэнергии.

Для создания режима, при котором ток ТН будет опережать напряжение на угол УО, необходимо, чтобы конденсаторы С создали емкостный ток с, который согласно векторной диаграмме фиг. 2 равен

Эти конденсаторы создают в обмотках ТН токи

lc Icosytg УО- Isin у. (11)

Этот ток создают конденсаторы С, 20 v3 100 31Ф1.88 включенные на линейные напряжения 1.02 А с

(12)

Из выражений 10, 11 и 12 получаем

HЈ igf-H-(i

г --П р и м е р. ТН типа НТМИ-б работает в классе точности 1,0 с фазной нагрузкой

0,86e J6 °CA.

1,47 в1121 2° (- 0,76 + j 1,26) % Погрешность в учете электроэнергии,

Сопротивление ТН, приведенное к вто- 35 обусловленная этим падением (по формуле ричной обмотке5) равна

,83 e1 3U°(0,71 + JQ.43) Ом.

40

Средневзвешенное значение нагрузки потребителей, счетчики которых питаютсяРезультирующая погрешность в учете

от данного ТН # 25,8°электроэнергии после включения компенсиВ этом режиме погрешность в учете РУющих конденсаторов равна электроэнергии, обусловленная погрешно- 45 . стями ТН от токов его нагрузки, равна (по

формуле 8)

Предлагаемое устройство полностью

компенсирует погрешности в учете электроэнергии, обусловленные погрешностями 50 трансформатора напряжения.

ДЭ ДЭн+ ,36+1,

+Rtgp)slny- (R - X tg (p) cos у %

loo /vf 0-434-0 711925 80 х sin (- 60°) - (0,71 - 0,43 tg 25,8°) x cos (-60°) -1,36%

(10)

С

I

ю

0,86

Г- 100 314

cos (-60°)

xu71.-0.43tt,25.8°

043+0,71 tg 25,8° 1,88- .

Эти конденсаторы создают в обмотках ТН токи

Падение напряжения от этого тока на сопротивлении ТН

Л,, 1001 Z 100 2 yq-17 ди - 100А/3 3fz

,.о,83е)31-20

1,47 в1121 2° (- 0,76 + j 1,26) % Погрешность в учете электроэнергии,

обусловленная этим падением (по формуле 5) равна

40

АЭС AUptgy)- Д1)а 126tg25,8°-(0, 76)1,36%

Результирующая погрешн

щих конденсаторов равна

ДЭ ДЭн+ ,36+1,

Формула изобретения Устройство компенсации погрешностей трехфазных трехпроводных счетчиков трансформаторного включения, содержащее первый и второй конденсаторы, причем первые выводы первого и второго конденсаторов подключены к первому и второму выводам вторичной обмотки трансформатора

напряжения, третий вывод которого соединен с объединенными вторыми выводами первого и второго конденсаторов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в устройство введен третий конденсатор, подключенный первым выводим к первому выводу первого конденсатора, а вторым - к первому выводу второго конденсатора, причем емкости указанных конденсаторов С определяются соотношением

f -

TJ5 ( №

Фиг, 2

0

где I - фазовый ток нагрузки трансформато ра напряжения, А;

R, X - соответственно активное и индук тивное сопротивление трансформатора на пряжения, приведенное к его вторичной стороне, Ом;

U - вторичное линейное напряжение, В;

угловая частота;

у- угол между фазным напряжением и током нагрузки I;

ip - средневзвешенное значение угла нагрузки потребителей, .счетчики которых подключены к данному трансформатору напряжения.

/„

/,Х

°;

;

Фиг 3