PL207940B1 - Filtr wyższych harmonicznych prądu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest filtr wyższych harmonicznych prądu, przeznaczony do stosowania w róż nego rodzaju ukł adach pomiarowych wyż szych harmonicznych, w szczególnoś ci w ukł adach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

Znane ze stosowania układy pomiarowe wyższych harmonicznych wykorzystujące szybką transformatę Fouriera FFT, charakteryzują się tym, że pobierają sygnał pomiarowy, bądź z bocznika prądowego włączonego w obwód prądowy, bądź z obwodu wtórnego przekładnika prądowego, bądź z przetwornika Halla. Znane ze stosowania cewki Rogowskiego wykorzystuje się jako przetworniki prąd-napięcie do pomiaru wartości skutecznej prądu (D. A. Ward, J. La. T. Exon „Using Rogowski coils for transient current measurements”; Engineering Science And Education Journal June 1993, p. 105-113). Niedogodnością takiego sposobu pomiaru jest ograniczona możliwość dokładnego pomiaru zawartości wyższych harmonicznych prądu z uwagi na silnie malejące amplitudy kolejnych harmonicznych.

Znane ze stosowania układy pomiarowe wyższych harmonicznych wykorzystujące szybką transformatę Fouriera FFT, charakteryzują się tym, że pobierają sygnał pomiarowy, bądź z bocznika prądowego włączonego w obwód prądowy, bądź z obwodu wtórnego przekładnika prądowego, bądź z przetwornika Halla.

Znane filtry stosowane w układach wykonawczych zabezpieczenia włączone są pomiędzy zabezpieczany przewód a układ wykonawczy.

Istota filtra, według wynalazku, polega na tym, że filtr wyższych harmonicznych jest połączony z cewką Rogowskiego, przy czym cewka Rogowskiego obejmuje zabezpieczany przewód prą dowy.

Istota czujnika, według wynalazku, polega na tym, że do zacisków układu pomiarowego przyłączona jest cewka Rogowskiego, przy czym cewka Rogowskiego obejmuje przewód prądowy.

Zaletą filtra według wynalazku, jest możliwość filtrowania zawartości wyższych harmonicznych prądu dokonywana w sygnale wyjściowym cewki Rogowskiego, przez okno której przepływa badany prąd, a nie bezpośrednio w samym przebiegu tego prądu, a odfiltrowana z sygnału cewki Rogowskiego, określona harmoniczna prądu stanowi wielkość kryterialną działania układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

Dodatkową zaletą filtru jest to, że wzmocnienie kolejnych harmonicznych wzrasta liniowo wraz z rzę dem danej harmonicznej.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy cewki Rogowskiego, a fig. 2 - filtr wyższych harmonicznych prądu.

Filtr wyższych harmonicznych prądu w układach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej stanowi osadzona na zabezpieczanym przewodzie 1 cewka Rogowskiego 2.

Cewka Rogowskiego 2 zasila poprzez filtr danej harmonicznej napięcia 3 człon wykonawczy zabezpieczenia 4.

Pojawienie się w napięciu wyjściowym cewki 1 charakterystycznej dla danego zakłócenia harmonicznej napięcia powoduje zadziałanie członu wykonawczego 4 tego zabezpieczenia.

W cewce Rogowskiego 2 o liczbie zwojów z, sprzężonych z obwodem pierwotnym (stanowiącym jeden zwój) pod wpływem zmian strumienia Φ wywołanego przepływającym prądem i(t) w przewodzie prądowym i indukuje się siła elektromotoryczna e(t):

,. dφ μ₀ · z · S di ,, di e(t) = z— = --= M—;

dt 2π · r dt dt gdzie:

z - liczba zwojów cewki Rogowskiego, μ0 - przenikalność magnetyczna powietrza,

S - pole przekroju cewki, r - odległość osi cewki od obwodu pierwotnego,

M - indukcyjność wzajemna.

Wzrastająca liczba odbiorników nieliniowych sprawia, że prądy pobierane przez te odbiorniki są odkształcone od sinusoidy i zawierają wyższe harmoniczne.

PL 207 940 B1

Rozkładając odkształcony przebieg prądu i(t) w szereg Fouriera można napisać:

i(t) = I₀ + I_m x sin (ωΐ + ψ₁) + l_2m x sin (ωΐ + ψ₂) + l_3m x sin (ωΐ + ψ₃) + ... l_kmx sin (kωt + ψκ), gdzie:

l₀ - składowa stała prądu,

I_km - amplituda k-tej harmonicznej prądu, ψΚ - faza początkowa k-tej harmonicznej prądu.

Przebieg prądu i(t) można wyrazić ogólnym zapisem:

w ^it =Σ ^Ikm · ^{Sin (k} · + ψΰ k=0 a jego pochodną:

di ^w π dt = Σ ^Ikm · ^{sin (k} · ^ω + Ψk + -) ^dt k=1 ²

Napięcie ek(t) indukowane w cewce Rogowskiego od k-tej harmonicznej prądu można więc zapisać jako:

ek(t) = z ^dP k = μ o ·^z ·^S dt 2π · r dik dt = M^d' dt

Napięcie e(t) indukowane w cewce Rogowskiego 2 od wszystkich harmonicznych prądu można zapisać jako sumę napięć poszczególnych harmonicznych indukowanych napięć:

^w _di ^w et = Σ = Σ ^ω · M · k · Ikm · cos (k · ωΐ + Ψ_k), k =1 ^dt k =1 e(t) = ω · M · k w

Σ^Ikm ·^{cos (k}·^ωΐ + ^Ψk) k=1

Ostatecznie napięcie e(t) indukowane w cewce Rogowskiego 2 od odkształconego prądu i(t) wynosi:

_π ^e(t) = Σ ^Ukm ·^sin(k ·^ωΐ + ^Ψk +t) k=1 gdzie: Ukm = ω · M · k · Ikm.

Przebiegi poszczególnych harmonicznych napięć cewki 2 są przesunięte w stosunku do indukujących je prądów o kąt π/2, a ich amplitudy są k-krotnie większe od amplitud odpowiednich prądów. O ile amplitudy Ikm poszczególnych harmonicznych prądu maleją ze wzrostem rzędu k harmonicznej, o tyle amplitudy poszczególnych harmonicznych napięcia maleją, ale każda z nich zostaje wzmocniona k-krotnie w stosunku do harmonicznych prądu. Poprzez pomiar napięcia cewki Rogowskiego 2 uzyskuje się znacznie wzmocnienie harmonicznych, a tym samym zwiększa się dokładność.

Claims (1)

1. Filtr wyższych harmonicznych prądu wyposażony w układ wykonawczy zabezpieczenia połączony z filtrem danej harmonicznej napięcia, znamienny tym, że filtr danej harmonicznej napięcia (3) jest połączony z cewką Rogowskiego (2), przy czym cewka Rogowskiego (2) obejmuje zabezpieczany przewód prądowy (1).