PL207963B1 - Filtr składowej zerowej napięcia - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest filtr składowej zerowej napięcia przeznaczony do stosowania w róż nego rodzaju układach pomiarowych, zwłaszcza w układach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

Znane są z książki Stanisława Piroga „Energoelektronika - układy o komutacji sieciowej i o komutacji twardej Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne Kraków 2006 - układy filtrów składowej zerowej napięcia. Pierwszy z nich wykorzystuje transformator trójfazowy z uzwojeniem wtórnym połączonym w otwarty trójkąt. Drugi z nich zbudowany jest z trzech kondensatorów połączonych w gwiazdę, przy czym napię cie pomiędzy punktem gwiazdowym kondensatorów, a przewodem neutralnym sieci jest napięciem składowej zerowej. Są to ogólnie znane układy filtrów. Pierwszy z nich wymaga stosowania transformatora o znacznych gabarytach, co w dobie stosowania mikroprocesorowych układów zabezpieczeń znacznie powiększa ciężar i rozmiary tych układów. Drugi z nich nie zapewnia galwanicznej izolacji pomiędzy trójfazową siecią a układem pomiarowym zabezpieczenia przyłączonego do tego filtra.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 97 478 znany jest pojemnościowy filtr składowej zerowej napięcia zawierający układ trzech kondensatorów przyłączonych do przewodów sieci trójfazowej, których punkt gwiazdowy połączony jest z potencjałem ziemi poprzez kondensator pomiarowy.

Z opisu patentowego USA nr 2004201373 znany jest próbnik, w którym przewód pomiarowy umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego, a indukowane w niej napięcie podawane jest do układu całkującego wzmacniacza operacyjnego.

Istota filtra według wynalazku, polega na tym, że w układzie gwiazdowym, przewód łączący punkt gwiazdowy i punkt neutralny sieci umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego, z której składowa zerowa napięcia jest przesyłana do układu pomiarowego. Punktem gwiazdowym są połączone trzy jednakowe elementy impedancyjne, korzystnie trzy cewki indukcyjne albo trzy rezystory.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że pomiar składowej zerowej napięcia dokonywany jest w sygnale wyjściowym cewki Rogowskiego a nie bezpośrednio w samym przebiegu tego napięcia. Izolowany galwanicznie od sieci trójfazowej sygnał może stanowić wielkość kryterialną działania wielu układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na rysunku, który przedstawia schemat ideowy filtra składowej zerowej napięcia z cewką Rogowskiego i impedancjami.

P r z y k ł a d I

Filtr składowej zerowej napięcia zawiera układ gwiazdowy zbudowany z trzech jednakowych elementów impedancyjnych Z w postaci cewek indukcyjnych, przyłączonych do przewodów liniowych A, B, C sieci trójfazowej. Przewód łączący punkt gwiazdowy 0 i punkt neutralny N sieci umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego CR, z której składowa zerowa napięcia jest przesyłana do układu pomiarowego P.

P r z y k ł a d 2

Filtr składowej zerowej napięcia wykonany jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że elementami impedancyjnymi Z są trzy jednakowe rezystory.

Przewód z prądem i(t) płynącym pomiędzy punktem neutralnym N sieci trójfazowej, a punktem zerowym 0 gwiazdy, umieszcza się w oknie cewki Rogowskiego CR, w której zmienne pole magnetyczne indukuje sygnał napięciowy e(t) proporcjonalny do składowej zerowej napięcia, stanowiący sygnał pomiarowy bloku pomiarowego P dla układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

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

e(t)=z-Ł^μ· ·^z·^Sdi = M—; '' dt 2π · rdt dt gdzie: z - liczba zwojów cewki Rogowskiego, μ₀ - przenikalność magnetyczna powietrza,

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

PL 207 963 B1

M - indukcyjność wzajemna.

Przebiegi napięć fazowych poszczególnych faz ua, ub, uc, można zapisać następująco:

Ua(t) = Uam X Sinfat + ψ₃)

Ub(t) = Ubm x sin(ffit-120° + ψ„) u_c(t) = U_cm x sin(ffit+120° + ψ₀ gdzie: Uam, Ubm, Ucm amplitUdy napięć fazowych ψ_α, ψι^ ψ₀, - fazy początkowe napięć fazowych.

Przebieg składowej zerowej u0(t) napię0ia układu niesymetry0znego

U0(t)=1/3[ua(t) + ub(t) + uc(t)] u₀(t) = U_Om · sin(ffi · t + ψ0υ), gdzie: U0m - amplituda składowej zerowej napięcia, ψ_0υ faza początkowa składowej zerowej napięcia.

Prąd składowej zerowej i₀(t) płynący przez każdą gałąź gwiazdy o impedancji Z można wyrazić następująco:

io(t) = Um · sin(t+ψα.) gdzie : U0m amplituda napięcia składowej zerowej ψ₀, faza początkowa składowej zerowej prądu.

Prąd i(t) płynący przewodem przeprowadzonym przez okno cewki Rogowskiego wynosi 3i0(t).

i(t) = 3-i0(t)

Napięcie e (t) indukowane w cewce Rogowskiego można więc zapisać jako:

e(t)=e0 (t)=M d3i₀ (t) = 3 · ω ·Μ dt = Z · Uo ·sin(t + ψ₀)

Z powyżej zależności wynika, że napięcie e0(t) indukowane w cewce Rogowskiego jest napięciem kolejności zerowej.

Claims (3)

1. Filtr składowej zerowej napięcia zawierający układ gwiazdowy zbudowany z trzech elementów impedancyjnych przyłączonych do przewodów liniowych sieci trójfazowej, znamienny tym, że przewód łączący punkt gwiazdowy (0) i punkt neutralny (N) sieci umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego (CR), z której składowa zerowa napięcia jest przesyłana do układu pomiarowego (P), przy czym z punktem gwiazdowym (0) połączone są trzy jednakowe elementy impedancyjne (Z).

2. Filtr, według zastrz. 2, znamienny tym, że elementem impedancyjnym (Z) jest cewka indukcyjna.

3. Filtr, według zastrz. 2, znamienny tym, że elementem impedancyjnym (Z) jest rezystor.