HU226190B1 - Compensation circuit for electric meters in direct connection - Google Patents

Description

A találmány a méréstechnika területére tartozik, amely közvetlen csatlakozású villamos fogyasztásmérők feszültségmérése és árammérése közötti fáziseltolódást kiegyenlítő áramkörre vonatkozik.

Az ipari alkalmazásban az elektronikus fogyasztásmérők az elektromechanikus mérőkhöz viszonyított előnyeik miatt széles körben elterjedtek. Ezeknek az ipari fogyasztásmérőknek a csatlakoztatása ismeretesen közvetett, azaz áramváltókon, illetve feszültségváltókon át történik, amelyeknek megfelelő és a szabványoknak eleget tevő jellemzőik vannak. Az elektronikus mérők kiváló jellemzői közül főleg a távleolvasás lehetőségét, a karbantartást nem igénylő működésüket, a készülék kisebb méreteit, a nagyobb pontosságot és a széles áramerősség-tartományt említjük.

Az elektromechanikus mérőkhöz viszonyított nyilvánvaló előnyökre való tekintettel az elektronikus fogyasztásmérők fokozatosan egyre jelentősebb teret nyernek a háztartásokban is. E háztartási mérők és az előzőkben említett ipari mérők között az alapvető különbség a szerelési elrendezésükben mutatkozik meg. A háztartási mérőket jellegzetesen közvetlenül csatlakoztatják; ez azt jelenti, hogy ezeket közvetlenül a hálózat és a rákapcsolt terhelés közé iktatják be. Ezért kulcsszerepe van az árammérésnek, minthogy itt a mérő felé potenciál leválasztás történik. Ezenkívül szigorú követelményeket támasztanak a mérőkkel szemben az IEC 1036 nemzetközi szabvány szerint. Az áramméréssel és a feszültségméréssel szemben a szabványos pontossági követelmények kis amplitúdó hibát (<1 %), kis fázis hibát (<0,3°) és kis lineáris torzítást írnak elő. Sőt, egy l_max /π egyenáramtűrést is be kell tartani az előzőekben említett szabvány szerint; ez azt jelenti, hogy egy ilyen elektronikus fogyasztásmérőnek vegyes áramterhelésnél a szabványok szerint képesnek kell lennie további mérésekre egy <lm_ax/n értékű egyenáramú összetevő jelenléte esetén is. Ezek a közvetlen csatlakozású elektronikus fogyasztásmérők nem szabad, hogy telítésbe kerüljenek l_max/n értékű egyenáramú összetevőig, hanem a váltakozó áramú összetevőt ilyen egyenáramú előmágnesezés esetén is l_max értékig le kell, hogy képezzék.

Jól ismertek olyan áramváltók, amelyek legfeljebb l_max /π értékű egyenáramú összetevőt elviselnek, azonban ezek nem tesznek eleget a legnagyobb megengedett fáziseltolás követelményének, minthogy ezeknél az áram mért értékei és a feszültség mért értékei között akár 5° fáziseltolás is lehetséges. Itt csak korlátozottan segíthet például a DE 196 39 410 A1 sz. szabadalomban ismertetett időkésleltetéses korrekció. Minthogy a háztartási mérők tömeggyártási termékek, az összes alkatrészek kiválasztásánál különleges jelentőségük van a gazdaságossági tényezőknek. A hagyományos mérőkbe beépített fáziseltolás időkésleltetéses korrekciója csak szűk határok között lehetséges, és minthogy az időeltolás nem kapcsolódik a frekvenciához, így ez a korrekció önmagában frekvenciafüggő és ezáltal korlátozott.

Mindeddig azonban, minthogy az energiaelszámolással kapcsolatosan az egyenáramokat nem kell a mérőknek mérniük, ezeket „el kell nyelni, a transzformátoros áramdetektorok - különösen az egyszerű, olcsó és erős felépítésűek miatt - fennmaradnak.

A találmány elé célul tűztük ki a fenti típusú villamos fogyasztásmérőkhöz egy fáziseltolást kiegyenlítő áramkör kidolgozását, amely vegyes áramú terhelés esetén az egyenáramú összetevő szabványos határértékét károsodás nélkül elviseli és a szabványos határértékeken belül a tényleges, illetve látszólagos teljesítményt valamennyi szokásos hálózati frekvenciánál helyesen érzékeli. A találmány feladata továbbá az is, hogy ez a kiegyenlítő áramkör robusztus felépítésű legyen és ezenfelül legyen egyszerű és tömeggyártásban olcsón legyen előállítható.

A kitűzött cél az 1. igénypont jellemzői révén értük el. A találmány további előnyös kiviteli alakjai az aligénypontokban vannak meghatározva.

A találmány lényege abban áll, hogy a közvetlen csatlakozású villamos fogyasztásmérők, melyek jelenleg az egyenáramot elviselő áramváltókkal a szabvány által megengedett vegyes áramú terhelést károsodás nélkül elviselik, az árammérés és a feszültségmérés között a feszültségágba beiktatott felüláteresztő szűrővel frekvenciától független fázistolás jön létre. Az áramágba beiktatott egyenáramot tűrő hagyományos áramváltó felüláteresztő jellege miatt frekvenciafüggő fáziseltolást hoz létre és a feszültségágba beiktatott felüláteresztő szűrő hasonló frekvenciafüggő fáziseltolásával együtt kiegyenlítés érhető el. Minthogy a felüláteresztő szűrő felüláteresztő jellege alkalmazkodik az egyenáramtűrő áramváltó felüláteresztő jellegéhez, az aktív fáziseltolás kiegyenlítése így előnyös módon frekvenciától függetlenül következik be.

A találmány egyik különösen előnyös kiviteli alakja biztosítja, hogy a felüláteresztő szűrő egy ellenállást és egy kondenzátort tartalmaz, minthogy egy ilyen felüláteresztő szűrő egyszerű, olcsó és robusztus felépítésű.

Előnyös, ha a felüláteresztő szűrő és a feszültségmérő bemenet közé egy további ellenállás van beiktatva feszültségosztás céljára. A továbbiakban az áramfeszültség transzformálásnál az áramváltó és az árammérő bemenet között egy terhelő ellenállás is van.

Előnyös módon az árammérő, valamint a feszültségmérő bemenete egy mérőchipre csatlakozik, amely gondoskodik egy programozható korrekciós eszköz révén az áram és a feszültség közötti további fáziskiegyenlítésről. Egy rendkívül olcsó és egyszerű korrekciós eszköz szűk határok között végez korrekciót és szükség szerint csak késleltetést, illetve a feszültség siettetését hozza létre az áramhoz képest, a fentebb említett felüláteresztö segítségével végzett fáziskiegyenlítés függvényében. A felüláteresztő szűrőt ezáltal oly módon lehet megválasztani, hogy az egy olyan általános minimális kiegyenlítést hozzon létre, amelynél a mérőchip korrekciós eszköze egy késleltetés révén maga is képes végrehajtani a fennmaradó fáziskiegyenlítést, vagy éppen a felüláteresztő szűrő hoz létre a mérőchip korrekciós eszközének a kiegyenlítési tartománya közepére egy általános kiegyenlítést.

HU 226 190 Β1

Az egyenáram tűrő áramváltó alatt egy olyan áramváltót értünk, amely a szabványnak megfelelően, egy legfeljebb l_max/n értékű egyenáramú összetevőt károsodás nélkül visel el, amely nem megy telítésbe vegyes áram esetében, ha az egyenáramú összetevő nem haladja meg az l_max /π terhelést és a mérendő váltakozó áramú összetevőt - a fázistolás kivételével - hibátlanul viszi át.

A találmány szerinti kiegyenlítő áramkör alkalmazása akár hagyományos mérőchipek használatát is lehetővé teszi, melyek önmagukban az egyenáramot elviselő áramváltók által létrehozott fáziseltolódásokat nem képesek korrigálni. Ez a kiegyenlítő áramkör tehát lehetővé teszi ezekkel az egyenáramot elviselő áramváltókkal a hagyományos mérőchipek szabványoknak eleget tevő alkalmazását.

A rajzon egy egyszerűsített, vázlatos kiviteli példa vázlatos látható, amelyen az

1. ábra a közvetlen csatlakozású elektronikus fogyasztásmérőkhöz alkalmazott találmány szerinti kiegyenlítő áramkör látható.

Az 1. ábrán egy 1 mérőáramkör látható, amely egy háromfázisú hálózat mindegyik fázisában egy feszültségmérő 3 bemenettel és egy árammérő 4 bemenettel rendelkezik. Mindegyik feszültségmérő, illetve árammérő 3, illetve 4 bemenet egy 2 mérőchipre csatlakozik, amely egy fáziskiegyenlítő 6 korrekciós eszközt tartalmaz. Mindegyik feszültségmérő 3 bemenet elé egy R1 ellenállásból és C kondenzátorból álló soros felüláteresztő szűrő van beiktatva. A soros felüláteresztő szűrő kiegészíthető egy további feszültségosztó R2 ellenállással a feszültségmérő 3 bemenetére kerülő megfelelő feszültség biztosítása céljából. Mindegyik árammérő 4 bemenet elé egy egyenáramot is elviselő 5 áramváltó van beiktatva az áramjelnek feszültségjellé történő átalakítása céljából, amelyre még egy RB terhelő ellenállás is rákapcsolható.

Az 1. ábrán az 1 mérőáramkör elrendezés a rákapcsolt 2 mérőchippel, egy közvetlen csatlakozású elektronikus fogyasztásmérőnél feszültségjelek és áramjelek mérésére szolgáló áramkört alkot. Ilyen villamos fogyasztásmérőket a háztartásokban alkalmaznak, amely fogyasztásmérőket tömeggyártásban állítják elő megfelelő gazdaságossági szempontok figyelembevételével. Ezek a környezetüknek megfelelően robusztus felépítésűek kell hogy legyenek (központi fűtési pincékben történő felszerelés, pincében történő felszerelés, emeleten történő felszerelés), továbbá egyszerűen gyárthatóak és olcsók kell hogy legyenek.

Az áram útjába beiktatott, egyenáramot elviselő 5 áramváltók erős felépítésűek és gazdaságosak, azonban nemkívánatosán nagy fázistolást hoznak létre az átalakított áramjel és a feszültségmérő 3 bemenetén megjelenő jel között. Ez a fázistolás egyrészt frekvenciafüggő és másrészt nagymértékben független a mérendő áramtartományban az áram erősségétől, így egy, a feszültségmérő 3 bemenet előtt elhelyezett R1-C felüláteresztő szűrő révén egy megfelelően alkalmazott, ugyancsak frekvenciafüggő fázistolást lehet létrehozni, amelynek következtében lényegében frekvenciafüggetlen fáziskiegyenlítés jön létre az árammérés és a feszültségmérés között.

A R1-C felüláteresztő szűrő által létrehozott fáziskiegyenlítés eléri a 2 mérőchip 6 korrekciós eszközének lehetséges fáziskiegyenlítési tartományát. Az R1-C felüláteresztő szűrő egy kiviteli alakja által létrehozott fáziskiegyenlítés mértéke a 6 korrekciós eszköz fáziskiegyenlítés tartományának alsó határáig tart. Egy másik elrendezésnél a kiegyenlítés a 6 korrekciós eszköz fáziskiegyenlítési tartománya közepéig terjed. Mindkét elrendezés esetében frekvenciától független általános kiegyenlítés jön létre, amellyel az árammérés és a feszültségmérés közötti fáziskiegyenlítés jelentős mértékben végbemegy.

A további fáziskiegyenlítést ezután a 2 mérőchip 6 korrekciós eszköze hajtja végre. Minthogy a 6 korrekciós eszköz által létrehozott fáziskiegyenlítés az R1-C felüláteresztő szűrő által létrehozott fáziskiegyenlítéshez képest kicsi, számításba kell venni, hogy a 6 korrekciós eszköz által létrehozott fáziskiegyenlítés frekvencíafüggő. A 6 korrekciós eszköz egy egyszerű kiviteli alakja egy programozható szoftverrel késleltetést állít elő. A találmány szellemében, természetesen további alkatrészek alkalmazásával a 6 korrekciós eszköz révén további fáziskiegyenlítés hozható létre.

Az ábrán látható háromfázisú mérőáramkör elrendezés megvalósítható egyfázisú hálózaton is, anélkül, hogy feltalálói tevékenységre lenne szükség. A találmány szellemében hasonló módon az is lehetséges, hogy a szemléltetett R1 ellenállás és C kondenzátorból álló R1-C felüláteresztő szűrő helyett például egy R-L szűrőt alkalmazzunk a feszültségmérő 3 bemenet előtt.

Claims (7)

1. Kiegyenlítő áramkör közvetlen csatlakoztatású villamos fogyasztásmérőkhöz egy feszültségmérő bemenet (3) és egy árammérő bemenet (4) között keletkező fáziseltolás kiegyenlítésére, amelyben az árammérő bemenet (4) elé egy egyenáramot elviselő áramváltó (5) van beiktatva, azzal jellemezve, hogy a feszültségmérő bemenet (3) elé első frekvenciafüggetlen fáziskiegyenlítést létrehozó felüláteresztő szűrő (R1-C) van beiktatva.

2. Az 1. igénypont szerinti kiegyenlítő áramkör, azzal jellemezve, hogy a felüláteresztő szűrő (R1-C) egy első ellenállás (R1) és egy kondenzátor (C) soros kapcsolásából áll.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kiegyenlítő áramkör, azzal jellemezve, hogy a felüláteresztő szűrő (R1-C) és a feszültségmérő bemenet (3) közé egy második, párhuzamosan kapcsolt feszültségosztó ellenállás (R2) van kapcsolva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kiegyenlítő áramkör, azzal jellemezve, hogy az áramváltó (5) és az árammérő bemenet (4) között egy terhelő ellenállás (RB) van.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti kiegyenlítő áramkör, azzal jellemezve, hogy a felüláteresztő szűrő (R1-C) frekvenciafüggő fázistolása hozzávetőle3

HU 226 190 Β1 gesen megegyezik az áramváltó (5) frekvenciafüggő fázistolásával.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti kiegyenlítő áramkör, azzal jellemezve, hogy a feszültségmérő bemenetre (3) és az árammérő bemenetre (4) egy mérőchip (2) van kapcsolva, amely mérőchip (2) egy programozható korrekciós eszközt (6) tartalmaz a feszültségmérő bemenet (3) és az árammérő bemenet (4) közötti második fáziskiegyenlítéshez.

7. A 6. igénypont szerinti kiegyenlítő áramkör, azzal 5 jellemezve, hogy a második fáziskiegyenlítés frekvenciafüggő.