Устройство для измерения электрической мощности трехфазных сетей Советский патент 1993 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной мощности или энергии в трехфазных трех- и четы- рехлроводных сетях переменного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства - обеспечение измерения реактивной мощности.

На фиг. Т показана функциональная схема устройства и его подключение при измерении активной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы Вив четырехпроводных сетях (отличия показаны пунктиром); на фиг. 2 - подключение устройства при измерении ; реактивной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы1 В; на фиг. 3 - подключение устройства при измерении реактивной мощности в четырехпроводных сетях.

Устройство для измерения мощности в трехфазных-сетях содержит следующие основные узлы и элементы. Восемь входных зажимов 1-8 цепи тока. Четыре входных зажима 9, 10, 11 и 12 цепи напряжения. Первые три входных зажима 9, 10, 11 цепи напряжения подключены к фазным проводам А, В и С контролируемой сети. Три устройства ввода тока (УВТ) 13, 14 и 15 выполнены на основе использования промежуточных трансформаторов тока 16, 17 и 18, содержащих по три одинаковых первичных обмотки (цепи вторичных обмоток на фиг. 1 не показаны). У трансформаторов тока 1 б и 17 все три обмотки изолированы, а у трансформаторов тока 18 конец первой первичной обмотки соединен с началом второй (обмотка со средней точкой). Три устройства ввода напряжения (УВН) 19, 20 и 21. три перемножителя 22, 2.3 и 24, суммирующее устройство 25. и выходное устройство 26 (фильтрующее и масштабирующее).

Х|

О

Ч

т

4

В рассмотренной схеме три перемножителя 22, 23, 24 могут быть заменены одним, входы которого поочередно подключаются к соответствующим выходам устройств ввода тока и напряжения.

У ВТ и УВН служат для согласования уровня входных сигналов перемножителей с уровнями токов и напряжений контролируемой сети, а также для гальванического разделения цепейт.ока и напряжения между собой и от выходных цепей устройства.

Работа устройства происходит следующим образом. При измерении активной мощности в трехпроводной сети при отсутствии информации о токе фазы В (как правило, именно в этой фазе не устанавливают первичный измерительный трансформатор тока) входные зажимы 1, 2 и 5, б цепи тока подключены к выходным цепям первичных измерительных трансформаторов тока фаз А и С соответственно, причем зажимы 1 и 5 подключены к генераторным проводам первичных трансформаторов тока, отмеченным точкой, Возможно также непосредственное включение устройства в контролируемую сеть, при этом зажимы 1,2 и 5, 6 включаются в рассечку соответствующих фазных проводов с соблюдением полярности (зажимы 1 и 5 должны быть подключены к генераторным проводам). Входные зажимы 3, 4, 7 и 8 цепи тока и четвертый зажим 12 цепи напряжения остаются неподключенными.

Токи фаз А и С проходят по первым первичным обмоткам трансформаторов тока 16 и 18, создавая в выходных цепях УВТ 13 и 15 сигналы, пропорциональные токам фаз А и ic. На входы УВН 19 и 21 поданы линейные напряжения UAB и UCB соответственно. Поэтому выходные сигналы перемножителей 22 и 23, к выходам которых подключены выходы указанных УВТ и УВН, будут пропорциональны произведению U АВ С и Ucsic, т.е.реализуется известный алгоритм измерения активной мощности по методу двух ваттметров (метод Арона)

IA+UCB ic .

В рассматриваемом случае выходной сигнал второго перемножителя 23 равен нулю, т.к. сигнал напряжения на его входе равен 0 (входной зажим 1.2 цели напряжения не подключен ввиду отсутствия нулевого провода сети)..

Для измерения активной мощности в четырехпроводных сетях входной зажим 12 цепи напряжения соединен с нулевым проводом сети, а к входным зажимам 3 и 4 подключена цепь тока фазы В сети. Указанные связи показаны на фиг. 1 пунктиром. В

этом случае выходной сигнал УВН 2.0 пропорционален фазному напряжению UB, a выходной сигнал УВТ 17 пропорционален сумме токов трех фаз, т.е. утроенному току нулевой последовательности (току нулевого провода)

IA + lB + ic 3i0 IN(Ю)

Выходные сигналы перемножителей 22 и 24 не изменятся, а выходной сигнал перемножителя 23 будет пропорционален произведению тока нулевого провода на фазное напряжение фазы В, т.е. ошибке схемы Арона в четырехпроводных сетях. Измерение активной мощности сети будет выполняться в соответствии с алгоритмом прототипа

20

P UAiBiA+UcBlc +ЗЩ1о.

(11)

В обоих рассматриваемых случаях измерение активной мощности производится точно, вне зависимости от степени несим25 метрии трехфазной сети.

Для измерения реактивной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В генераторный провод токовой цепи фазы А подключен к седьмому

30 зажиму, а генераторный провод токовой цепи фазы С подключен к первому зажиму. Вторые провода токовых цепей фаз А и С подключены к пятому и третьему зажимам соответственно, а между вторым и восьмым

35 зажимами установлена перемычка 27 (см. фиг. 2). Зажим 12 цепи напряжения свобо- ден.

;При этом ток фазы С сети дважды согласно проходит через первичные обмотки

40 трансформатора тока 16 в прямом направлении и один раз через первичную обмотку трансформатора тока 18 в обратном направлении. А ток фазы А проходит дважды согласно через две первичные обмотки

45 трансформатора тока 18 в обратном направлении и один раз через обмотку трансформатора тока 16 в прямом направлении. При этом выходные сигналы УВТ 13 и 15 будут пропорциональны соответственно 2ic+iA и

50 -(21д+1с). Выходной сигнал устройства будет определяться выражением

UAB(2ic+iA)-UcB(2iA+ic).

(12)

Выходной сигнал перемножителя 23 при этом,как и при измерении активной мощности в трехпроводной сети, будет равен нулю.

Заменив (12) выражения для токов эквивалентными им: 2icfiA ic-lB и 2lA+lc iA-iB и учитывая, что , получим

ЦАв(Гс:1в)+ОвсОА- в)

(13)

Раскрывая скобки в (9) и произведя замену UAB-UBC -UCA, получим, что выходной сигнал определяется выражением

UAB ic+Uc/Пв+ивс IA VTQ, (14)

что согласно (4) соответствует реактивной мощности сети, увеличенной в раз. Указанное выражение точно определяет ре- активную мощность трехпроводной сети только при симметрии треугольника линейных напряжений.

Для измерения реактивной мощности в четырехпроводной сети (см. фиг. 3) подклю- чение Цепей напряжения остается прежним, изменяется только подключение генераторного провода токовой цепи фазы А, он подключен к зажиму 6, и второго провода токовой цепи фазы С, он подключен к зажиму 2. К зажимам 3 и 8 подключается токовая цепь фазы В (генераторный провод - к зажиму 3). Перемычка между зажимами 2 и 8 должна быть удалена.

В рассматриваемом случае выходной сигнал УВТ 13 будет пропорционален ic-iB, а УВТ 14-(-1д+1в). Поэтому выходной сигнал устройства будет определяться выражением

UAB (ic-iB)-UBc(iA-iBh 3 Q, (15)

что согласно (13) и (14) определяет реактивную мощность трехфазной сети. При измерении реактивной мощности выходной сигнал устройства будет пропорционален Q мЛЗ,т;е. масштаб увеличен в v 3 раз. Этот недостаток не принципиален и в случае необходимости может быть исключен введением переключателя масштаба.

Все основные конструктивные и схемотехнические особенности рассматриваемого устройства для измерения электрической мощности в полной мере могут быть отнесены и к устройству для измерения энергии .(счетчику электроэнергии), в этом случае выходное устройство в нем должно быть интегрирующим.

Основным достоинством устройства является его универсальность, которая дости- гается очень простыми и дешевыми средствами.

Универсальность устройства состоит в возможности измерения активной и реак0

5

0 5

0

5

0 5

0

5

тивной мощностей в трех- и четырехпровод- ных сетях.

При переходе к измерению из одной цепи в другую не меняется напряжение, подаваемое на УВН (в известных схема х, кроме прототипа, они изменяются в 3 раз), что способствует уменьшению погрешности входных устройств и исключает необходимость проводить коррекцию или подстройку прибора у изготовителя или у потребителя. Формула изобретения 1. Устройство для измерения электрической мощности трехфазных сетей, содержащее входные зажимы цепей тока и напряжения, три устройства ввода тока, выполненные на основе трансформаторов тока, три устройства ввода напряжения, три перемножителя, входы которых соединены с выходами соответствующих устройств ввода тока и-напряжения, суммирующее устройство, к входам которого подключены выходы перемножителей и выходные фильтрующее и масштабирующее устройства, начало первичной обмотки первого трансформатора тока подключено к первому входному, зажиму цепи тока, а конец соединен с началом первой первичной обмотки второго трансформатора тока, конец которой подключен к второму входному зажиму цепи тока, начало и конец второй первичной обмотки второго трансформатора тока подключены соответственно к третьему и четвертому зажимам цепи тока, начало третьей первичной обмотки этого трансформатора подключено к пятому входному зажиму цепи тока, а конец этой обмотки соединен с началом первичной обмотки третьего трансформатора тока, конец которой подключен к шестому входному зажиму цепи тока, начала входных цепей трех устройств ввода напряжения подсоединены к первым трем входным зажимам цепи напряжения, которые подключены к фазным проводам трех фаз А, В и С контролируемой сети, концы входных цепей первого и третьего устройств ввода напряжения соединены вместе и подключены к второму входному зажиму цепи напряжения, а конец входной цепи второго устройства ввода напряжения подсоединен к четвертому входному зажиму цепи напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей - обеспечения измерения реактивной мощности, в-первый и третий трансформаторы тока дополнительно введены вторая и третья первичные обмотки и дополнительно установлены седьмой и восьмой входные зажимы цепи тока, причем начало второй Обмотки первого трансформатора тока подключено к седьмому входному зажиму цепи

тока, а ее конец соединен с концом второй обмотки третьего трансформатора тока, начало которой соединено с концом первой обмотки этого трансформатора тока, конец третьей обмотки первого трансформатора тока подключен к третьему входному зажиму цепи тока, а ее начало соединено с началом третьей обмотки третьего трансформатора тока, -конец которой подключен к восьмому входному зажиму цепи тока.

2. Устройство поп. 1, отличающее- с я тем, что, с целью измерения активной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В, генераторные провода токовых цепей фаз А и С контролируемой сети подключены соответственно к первому и пятому входным зажимам цепи тока, а вторые провода токовых цепей этих фаз - к второму и шестому входным зажимам цепи тока..

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что. с целью измерения активной мощности в четырехпроводной сети, к четвертому и пятому входным зажимам цепи тока подключены соответственно генераторный и второй провода токовой цепи

фазы В, а к четвертому входному зажиму цепи напряжения подключен нулевой провод контролируемой сети.

4. Устройство поп.1, отличающее- с я тем, что, с целью измерения реактивной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе фазы В, генераторные провода токовых цепей фаз А и С подключены соответственно к седьмому и первому входным зажимам цепи тока, вторые провода токовых цепей указанных фаз подключены к пятому и третьему входным зажимам цепи тока, а между вторым и восьмым зажимами цепи тока установлена пере- мычка.

5. Устройство поп.1, отличаю щ е е- с я тем, что, с целью измерения реактивной мощности в четырехпроводных сетях, генераторные провода токовых цепей фаз А, В и

С подключены соответственно к шестому, третьему и первому входным зажимам цепи тока, а вторые провода токовых цепей указанных фаз подключены соответственно к пятому, восьмому и второму входным зажи5 мам цепи тока, причем четвертый входной зажим цепи напряжения остается неподключенным.

со

cvj

§

Использование: для измерения активной и реактивной мощностей в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит восемь входных зажимов тока и четыре входных зажима напряжения, три устройства ввода тока, три устройства ввода напряжения, три перемножителя, сумматор и один фильтр. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1ГЭ CvJ

ЛГФ-L

S3

CD cvj

cvj

ЖЖ

ти

01

a

CNI

5|

-g

t

CN

ITS

fe

fi

CVl

CO

s

I

-g

t.

CNJ