ИНДИКАТОР ПРЕВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ Советский патент 1972 года по МПК G01R11/63 

Изобретение относится к средствам анализа и регулирования графиков нагрузки потребителей электроэнергии, в частности к индикации- тех превышений расходов электроэнергии, которые потребляются промышленными абонентами сверх заявленной ими максимальной мощности в часы пик суточной нагрузки (период пиковой нагрузки).

Индикатор необходим энергосбытовым предприятиям для вычисления суммы дополнительных платежей за электроэнергию, для сбора сведений, необходимых диспетчеру энергосистемы, для суммирования токов линий, питающих одного абонента, и для дистанционного измерения суммарного тока, а потребителю этот индикатор нужен для определения величины заявляемой мощности и для наблюдения за экономией энергии и уменьшением тока в период пиковой нагрузки.

Известные индикаторы превышения электрической нагрузки, содержащие источник питания, контактные часы, сумматор токов линий с трансформаторами тока и усилителем, первый счетчик с максимальной стрелкой, второй дифференциальный счетчик с интегрирующим счетным механизмом, имеют погрешности при колебании напряжения сети и требуют сложного анализа совмещенного

графика нагрузки потребителя, питающегося по нескольким линиям.

Для упрощения анализа совмещенного графика суммарной нагрузки потребителя, питающегося по нескольким линиям, и повыщения точности измерения, описываемый индикатор снабжен третьим дифференциальным счетчиком с дополнительной обмоткой для измерения квадрата тока, включенной последовательно с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого замкнута на конденсатор, основные цепи напряжения всех трех указанных счетчиков соединены параллельно, а основные токовые цепи - последовательно и присоединены к выходу сумматора токов линий, выполненного с нелинейными элементами.

Нелинейные элементы сумматора могут быть выполнены в виде медных резисторов,

зашунтированных полупроводниковыми диодами, а во вторичную цепь его трансформаторов тока включены нелинейные дроссели.

Нелинейные элементы сумматора могут быть также выполнены в виде манганиновой

обмотки на пермаллоевом микросердечнике без воздушного зазора.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема описываемого индикатора: на фиг. 2 - кривые вращающих моментов от обмотки, измеряющей квадрат тока; на фиг. 3 - схема сум-матора. Индикатор содержит три счетчика и сумматор: максимальный счетчик 1, счетчик 2 превышения потребления энергии сверх заявланной М0щи|0)сти. за весь периюд пиково-й нагрузки, счетчик ,3 и сумматор 4. Счетчик 5 учитывает превышение тока - интеграл (Kil-KpP}dt Q, где Гц - длительность периода пиковой нагрузки; К - произвольно регулируемые коэффициенты; / - суммарный ток потребителя; Р-суммарная мощность потребителя; t - время. Однофазный счетчик 1 содержит указатель максимального расхода энергии, например за 30..,.«««,. ведущую стрелку 5, ведомую стрелку 6 указателя, шкалу 7 указателя, обмотку напряжения 8, обмотку тока 9. Дифференциальный двухэлементный счетЧик 2 электроэнергии содержит обмотки 10, И первого из этих элементов, стабилизатор напряжения 12, соединенный с первым элементом счетчика 2, обмотку тока 13, обмотку напряжения 14 второго элемента, счетный механизм 15 числа оборотов оси счетчика, плавный регулятор вращающего момента 16. Дифференциальный счетчик 3 электроэнергии имеет три обмотки: обмотку напряжения 17, основную обмотку тока 18, дополнительную обмотку тока -/Я которая для уменьшения взаимоиндукции с обмоткой 17 размещена на стержнях магнитного шунта 20, и счетный механизм 21 числа оборотов оси счетчика. Основная обмотка тока 18 насажена на обычный магнитопровод 22. Сумматор 4- (см. фиг. 3) состоит из трансформаторов тока 23, 24, 25, нелинейных сопротивлений 26, 27, 28, нелинейных дросселей 29 и усилителя 30. Сопротивления 26, 27, 28 состоят, например, из медных резисторов, зашунтированных двумя полупроводниковыми диодами, включенными встречно-параллельно, или из манганиновой обмотки на пермаллоевом микросердечнике без воздушного зазора. Трансформаторы тока потребителя 1C, 2С через понизительные трансформаторы тока 23, 24 и дроссели 29 соединены со входом усилителя 30, который зашунтирован сопротивлениями 26, 27. Выход усилителя соединен с повыоительным трансформатором тока 25, вторичная обмотка которого через сопротивление 28 глубокой обратной связи соединена с зажимами 31, 32. Эти зажимы соединены с цепями тока счетчйков 1, 2, 3 (см. фиг. 1). На фиг. 1 представлена схема включения индикатора превышения нагрузки в однофазном режиме его питания, здесь lA, 1В, 1C - три фазы первой линии потребителя; 33 - счетчик общего количества энергии, включенный в фазы 1А и 1В; 2С - фаза второй, а ЗС - фаза третьей линий того же потребителя; трансформаторы тока фаз 1C, 2С, ЗС включены на вход сумматора 4. Выходная цепь сумматора состоит из провода 34, обмоток тока Я 13, 18, зажимов 35, 36, автотрансформатора 37 с замкнутым сердечником и провода 38. Выходная цепь автотрансформатора содержит плавный регулятор количества витков 39, переключатель 40, контакт 41, трансформатор 42, обмотку 19, зашунтированную резистором 43, и зажйм 35. Резистор 43 соединен с зажимом 35. Вторичная обмотка 44 трансформатора 42 замкнута на конденсатор 45, а число ее витков при поверке счетчика регулируется переключателем 46 для уменьшения погрешности квадрирующего элемента. Обмотки 47 и 48 электрических часов известной конструкции соединены с фазами 1В и /С (эти обмотки объединены, а здесь показаны раздельно лишь для наглядности); эти часы оборудованы контактами 49, 50 и переключателем 40. Цепй напряжения счетчиков 1, 2 и 3 связаны с трансформатором 51; его первичная обмотка 52 соединена треугольником с фазами 1А, 1В и 1C, а вторичная обмотка 53 - непол. . . . ной звездой и замкнута на автотрансформатор 54. Обмотка напряжения 8 счетчика 1 связана со вторичной обмоткой 53 через контакты 49 и 50; обмотка напряжения 14 счетчика 2 подключена к той же обмотке через контакт 49; обмотка напряжения 17 счетчика 3 соеди нена с автотрансформатором 54 через плаввый переключатель числа витков 55. Счетчик / указывает максимальный расход энергии за долю часа. Счетчик 2, который показывает превыщение потребления энергии сверх заявленной- мощности за весь период пиковой нагрузки, действует следующим образом. Стабилизатор напряжения 12 питает обмотки 10 и // первого элемента, которые прикладывают к диску постоянный отрицательный момент MI, направленный влево. Счетчик 2 оборудован стопором (на чертежах не показан), который запирает вращение влево. Плавный регулятор вращающего момента 16 позволяет выбрать вращающий момент MI в соответствии с максимальной мощностью РО, заявленной потребителем. Второй элемент, состоящий из обмоток 13 и 14, питается током и напряжением потребителя и создает положительный вращающий момент MZ, действующий вправо; если момент MZ от мощности Р потребителя превыщает момент Mj, то диск будет вращаться вправо-, а счетный механизм 15 покажет превышение энергии: |(Я-Р,)й(0, де Р - мгновенная мощность потребителя, О -заявленная им максимальная мощность, Гц - период (ПИКОВОЙ нагрузки, t - время. Таким образом, счетчик 2 -это дифференциальный счетчик (т. е. измеряющий разность двух величин), который фиксирует превышение расхода электроэнергии нри мощностях, превышающих заявленную потребителем за период пиковой нагрузки. Счетчик 3 действует следующим образом. Токи в обмотках 17 и 18 прИКладывают к диску отрицательный вращающий момент Мз, направленный влево и пропорциональный мощности Р потребителя. Счетчик 3 оборудован стопором (на чертежах не показан), таким как в счетчике 2, который запирает вращение диска влево. Токи в обмотках 19 ,и 18 прикладывают к диску положительный вращающий момент Мц, пропорциональный квадрату тока /2 потребителя; момент М квадрирующего злем-ента направ л ен вправо, если он превысит вращающий момент Л1з, то диск придет во вращение, а счетный механизм 21 покажет в условных единицах превышение тока: f(/C,/-KpP)0, о уже упоминавшееся (1), где /С -коэффициенты. На фиг. 2 представлены кривые вращающих моментов Мз и M, действующих в счетчике 3 в зависимости от мощности нагрузки потребителя. Здесь а - линия отрицательного вращающего момента , вызванного активной мощностью; MQ - момент, вызванный мощностью PQ, заявленной потребителем; б--кривая положительного момента M, вызванного током нагрузки, например, при ,7; в - то же при Со5ф 0,8. Таким образом, чем ниже Созф, тем больше будет показание счетчика 3. Обмотка напряжения 17 счетчика 3 питается от автотрансформатора 54, выходное напряжение которого регулируется переключателем 55 так, чтобы отрицательный вращающий момент Мз соответствовал заявленной потребителем мощности РО- Для этого около переключателя 55 располагается шкала коэффициентов /Ср, т. е. долей номинальной мощности счетчика 3. Дополнительная обмотка тока 19 счетчика 3 питается от автотрансформатора 37 через обмотку 56, и ток в обмотке 19 регулируется плавным регулятором 55 так, чтобы при заявленных потребителем мощности РО и токе /о: Ж, Ж, или /2/С - КрР, О, т. е. диск счетчика 3 оставался бы неподвижным. Для этого около регулятора 39 размещается шкала коэффициентов /С/, т. е. долей номинального тока. Если обозначить разность токов / - /о через А/ и отнести моменты MS и М к мощности РО, то получается, что при практически возможных превыщениях нагрузки показание счетчика 5 характеризует превышение тока: + (f а его показание можнО проградуировать в условных киловатт-часах, приняв мощность РО за базисную. Так, если условие (3) наступает, например, при токе , а мощности ,4 кет и TCj , то увеличение мощности и тока на 5% вызовет показание счетчика, соответствующее мощности 0,0525ХО 4 .вт. Таким образом, показание счетчика 3 зафиксирует превышение тока и расхода электроэнергии на мощностях или токах, превыщающих заявленные потребителем, причем при прочих равных условиях показание счетчика 3 будет тем больше, чем ниже коэффициент мощности (Со8ф) потребителя. Сумматор 4 (см. фиг. 3) действует следующим образОМ. Токи потребителя фаз 1C, 2С через трансформаторы тока в фазах 1C, 2С и трансформаторы 23, 24 создают падения напряжения на сопротивлениях 26 и 27, геометрическая сумма которых за вычетом падения напряжения на сопротивлении 28 подается в усилитель 30. Выходной ток сумматора, проходя по сопротивлению 28, создает глубокую отрицательную обратную связь, и по проводам 34 и 38 подается в счетчики /, 2 и 3. Величины сопротивлений 26 и 27 при номинальном токе выбираются пропорциональными коэффициентам трансформации соответственно трансформаторов тока в фазах 1C и 2С. Входное сопротивление усилителя 30 выбирается несравненно большим, чем величины сопротивлений 26 и 27 и соединительных проводов 57. Нелинейность сопротивлений 26, 27, 28 компенсирует погрешности трансформаторов тока в фазах 1C, 2С, трансформатора 25 и усилителя 30, а нелинейные дроссели 29 компенсируют погрешности трансформаторов тока 23, 24, замкнутых на малые активные сопротивления. Индукция в сердечниках этих дросселей выбирается такой, чтобы при номинальном (или максимальном) токе их реактивное сопротивление достигало максимума. Увеличение сопротивления дросселей с ростом тока нагрузки уменьшает погрешности трансформаторов тока 23, 24 по коэффициенту трансформации, а введение индуктивности в контур активных сопротивлений уменьшает их угловую погрешность. Индикатор превышений электрической нагрузки (см. фиг. 1) действует следующим образом. Обмотки 47, 48 электрических часов замыкают переключатель 40, контакты 41 и 49 на период пиковой нагрузки, а контакт 50 - каждые, например, 30 мин. Вне пикового периода замыкаются переключатель 40 и резистор 43, выключая счетчик 5. Сумматор 4 геометрически суммирует токи нескольких линий, ггитающих одного потребителя. На кажсируется счетчиком, освобожденным от «указателя максимального расхода энергии за долю часа. На фиг. 1 этот счетчик общего расхода 33 показан только в первой линии (включен в фазы 1А, 1В). «Указатель вынесен в отдельный счетчик / известной конструкции, который вместе со счетчиками 2 и питается от сумматора 4 ,и включается контактами 49, 50 каждые, например, 30 мин периода пиковой нагрузки для расчетов с потребителями за случайное превышение заявленной мощности РО. Дифференциальный счетчик 2 включается контактом 49 на период пиковой нагрузки и учитывает как случайные, так и систематические превышения заявленной мощности РО, устанавливаемой регулятором 16, около которого располагается 1пкала мощности РО. Дифференциальный счетчик 3 включается контактом 41 на период пи-ковой нагрузки и учитывает превышения заявленных тока и мощности, которые устанавливаются регулятором 39 и переключателем 55 по соответствующим шкалам около них.

Описана однофазная схема индикатора; чтобы выполнить его трехфазным, счетчики 1 и 3 Должяы быть Д1вухэле1ме1нт|ным;и, счетчик 2 - трехэлементным, при этом отпадает надобность в трансформаторе 51.

Предмет изобретения

1. Индикатор превышения электрической нагрузки, содержащий источник питания, контаКтные часы, сумматор токов линий с трансформаторами тока и усилителем, первый счетчик с максимальной стрелкой, второй дифференциальный счетчик с интегрирующим счетным механизмом, отличающийся тем, что, с целью упрощения анализа совмещенного графика суммарной нагрузки потребителя, питающегося по нескольким линиям, и повышения точности измерения, он снабжен третьим дифференциальным счетчиком с дополнительной обмоткой для измерения квадрата тока, включенной последовательно с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого зам-кнута на конденсатор, основные цепи напряжения всех трех указанных счетчиков соединены параллельно, а основные токовые цепи - последовательно и присоединены к выходу указанного сумматора токов линий, выполненного с нелинейными элементами

2.Индикатор по п. 1, отличающийся тем, что нелинейные элементы сумматора выполнены в виде медных резисторов, зашунтированных полупроводниковыми диодами, а во вторичную цепь его трансформаторов тока включены нелинейные дроссели.

3.Индикатор по п. 1, отличающийся тем, что нелинейные элементы сумматора выполвены в виде манганиновой обмотки на пермаллоевом микросердечнике без воздушного зазора.

M./fl

4jr

4/

ЦО

1 iC - Риг. 3 лг