PL231840B1 - Urządzenie do pomiaru napięcia w sieciach wysokich napięć - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do pomiaru napięcia w sieciach wysokich napięć, znajdujące zastosowanie do celów zabezpieczeniowych oraz rozliczeniowych, zwłaszcza w sieciach energetycznych prądu przemiennego o napięciach powyżej 72 kV. Urządzenie charakteryzuje się tym, że wyjście (1b) dzielnika pojemnościowego (1) połączone jest z wejściem (5a) dzielnika rezystancyjnego (5) do realizacji obniżenia mierzonego napięcia sieci drugiego stopnia, a dzielnik rezystancyjny zaopatrzony jest w niskonapięciowe wyjście (5b).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru napięcia w sieciach wysokich napięć, znajdujące zastosowanie do celów zabezpieczeniowych oraz rozliczeniowych zwłaszcza w sieciach energetycznych prądu przemiennego o napięciach powyżej 72kV.

Stacje energetyczne wysokiego napięcia zawierają urządzenie automatyki zabezpieczeniowej, których wejścia pomiarowe połączone są z wyjściami urządzeń pomiarowych umożliwiających pomiar napięć i prądów w przewodach wysokiego napięcia. Zadaniem tych urządzeń jest obniżenie poziomu napięć i prądów w obwodach wysokiego napięcia do znormalizowanych poziomów napięć i prądów urządzeń automatyki stacyjnej.

Do pomiaru napięć stosuje się często przekładniki napięciowe, indukcyjne i pojemnościowe, będące transformatorami o specjalnej konstrukcji. Budowa indukcyjnego przekładnika napięciowego dla zakresu wysokich napięć jest skomplikowana i kosztowna, gdyż zastosowanie rdzenia magnetycznego o niewielkich gabarytach skutkuje koniecznością nawinięcia bardzo dużej liczby zwojów uzwojenia pierwotnego liczbą zwojów uzwojenia pierwotnego, sięgającej kilkudziesięciu tysięcy. Ograniczenia techniczne i kosztowe powodują że indukcyjne przekładniki napięciowe stosuje się powszechnie do niższych napięć.

Dla wyższych zakresów napięć (powyżej kilkuset kilowoltów) stosuje się zatem przekładniki pojemnościowe, w których stosuje się dzielnik pojemnościowy obniżający wstępnie mierzone napięcie do poziomu kilkunastu-kilkudziesięciu kilowoltów, a następnie stosuje się indukcyjny przekładnik napięciowy dostosowujący zakres napięcia wyjściowego do znormalizowanego poziomu napięć wejściowych automatyki stacyjnej. Dolny zacisk dzielnika pojemnościowego połączon y jest zwykle z potencjałem ziemi poprzez układ do transmisji danych z wykorzystaniem sieci energetycznej (PLC). W przekładniku pojemnościowym wyjście dzielnika pojemnościowego połączone jest z wejściem indukcyjnego przekładnika napięciowego zwykle za pośrednictwem dodatkowego elementu indukcyjnego, kompensującego przesunięcie fazowe dzielnika pojemnościowego dla wymaganego normami zakresu obciążeń wyjścia pomiarowego przekładnika. Rozwiązanie zawierające dwa stopnie podziału napięcia wynika z ograniczeń dotyczących uzyskania precyzyjnej wartości podziału dzielnika pojemnościowego. Konstrukcje typowych kondensatorów wysokiego napięcia bazują na połączeniu szeregowym kilku lub kilkudziesięciu elementów pojemnościowych. Trudności w uzyskaniu wymaganego stosunku podziału napięcia wynikają z tolerancji wartości elementów pojemnościowych oraz stosunkowo niewielkiej liczby elementów połączonych szeregowo. Zastosowanie jako członu wstępnie obniżającego napięcie dzielnika pojemnościowego jest rozwiązaniem bardzo korzystnym ze względu na stosunkową prostą konstrukcję i łatwość rozwiązania problemów izolacyjnych, jednak połączenie w jednym urządzeniu dzielnika pojemnościowego i przekładnika indukcyjnego skutkuje problemem wystąpienia zjawiska ferrorezonansu. Jego eliminacja wymaga stosowania dodatkowych elementów tłumiących oraz konstrukcji przekładnika indukcyjnego zapewniającą pracę przy bardzo niskiej wartości indukcji roboczej (Bn). Wymienione cechy i wynikające z nich niezbędne elementy takiego urządzenie powodują, że w praktyce przekładniki pojemnościowe są skomplikowane konstrukcyjnie i kosztowne.

Innym znanym sposobem pomiaru wartości wysokiego napięcia jest zastosowanie dzielnika rezystancyjnego. Dzielniki rezystancyjne są powszechnie stosowane do pomiaru niskich napięć, jak również to pomiaru napięć w energetycznych sieciach średnich napięć. Dzielniki takie przystosowane są również do współpracy ze standardowymi wejściami pomiarowymi automatyki stacyjnej i charakteryzują się wysoką klasą dokładności oraz brakiem problemu wystąpienia zjawiska ferrorezonansu. W przypadku dzielników rezystancyjnych stosowanych jako sensory napięcia w sieciach średnich napięć nie obowiązują, jak w przypadku przekładników napięciowych wymagania dotyczące dużej obciążalności wyjścia poprzez obwody wejściowe układów pomiarowych. Dzielniki rezystancyjne tzw. sensory do pomiaru napięcia w sieciach średnich napięć dopuszczają przyłączenie obwodów pomiarowych o impedancji nie niższej niż 10MQ.

Konstrukcja dzielnika rezystancyjnego dla bardzo wysokich napięć, zapewniająca wysoką klasę dokładności jest zadaniem trudnym ze względu na wymaganą bardzo wysoką stabilność temperaturową dzielnika o bardzo wysokiej rezystancji.

Istotą urządzenia według wynalazku jest to, że wyjście dzielnika pojemnościowego połączone jest z wejściem dzielnika rezystancyjnego do realizacji obniżenia mierzonego napięcia sieci drugiego stopnia, który to dzielnik rezystancyjny zaopatrzony jest w niskonapięciowe wyjście.

PL 231 840 B1

Korzystnie dzielnik pojemnościowy umieszczony jest w izolacyjnej obudowie, która umieszczona jest na korpusie, w którym znajduje się urządzenie do transmisji danych PLC, a dzielnik rezystancyjny umieszczony jest w oddzielnej obudowie izolacyjnej.

Korzystnie że z korpusu zawierającego urządzenie do transmisji danych PLC wyprowadzone jest wyjście do komunikacji cyfrowej PLC, zaś z obudowy dzielnika rezystancyjnego wyprowadzone jest niskonapięciowe wyjście dzielnika rezystancyjnego.

Alternatywnie dzielnik pojemnościowy wraz z układem do transmisji danych PLC oraz dzielnik rezystancyjny umieszczone są we wspólnej obudowie izolacyjnej.

Korzystnie ze wspólnej obudowy izolacyjnej wyprowadzone jest wyprowadzone jest wyjście do komunikacji cyfrowej PLC urządzenia do transmisji danych PLC oraz niskonapięciowe wyjście dzielnika rezystancyjnego.

Zaletą wynalazku jest możliwość zbudowania kompaktowego, urządzenia do pomiaru wysokich napięć, zapewniającego dużą klasę dokładności oraz niskie koszty budowy. Zastosowanie dzielnika pojemnościowego pozwala na obniżenie poziomu mierzonego napięcia w sposób stosowany w klasycznych przekładnikach pojemnościowych, z zachowaniem odpowiedniej dokładności i stabilności temperaturowej współczynnika podziału. Z kolei zastosowanie dzielnika rezystancyjnego zamiast członu indukcyjnego, stosownego w przekładnikach pojemnościowych pozwala na uniknięcie problemu wystąpienia zjawiska ferrorezonansu przy zapewnieniu niskich kosztów i zwartej budowy urządzenia. Jednoczesne połączenie elektryczne dzielnika pojemnościowego i dzielnika rezystancyjnego i umieszczenie obu dzielników w oddzielnych obudowach lub jednej obudowie pozwala na ograniczenie powierzchni zajmowanej przez urządzenie do pomiaru wysokich napięć.

Wynalazek jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig.1 przedstawia schematycznie konstrukcję urządzenia do pomiaru napięcia, fig. 2. przedstawia urządzenie w pierwszym wykonaniu wynalazku, natomiast fig. 3. przedstawia urządzenie w drugim wykonaniu wynalazku.

Urządzenie do pomiaru napięcia w sieciach wysokich napięć zawiera dzielnik pojemnościowy 1 zawierający pierwszy kondensator 2 oraz połączony z nim szeregowo drugi kondensator 3. Dzielnik pojemnościowy ma wysokonapięciowe wejście 1a oraz wyjście 1b dzielnika. Drugi kondensator 3 połączony jest z potencjałem ziemi poprzez urządzenie do transmisji danych PLC (Power Line Carrier) 4. Urządzenie 4 zaopatrzone jest w wyjście 4a do komunikacji cyfrowej PLC. Wyjście dzielnika pojemnościowego 1b połączone jest elektrycznie z wejściem 5a dzielnika rezystancyjnego 5, zawierającego rezystory 6 i 7. Dzielnik rezystancyjny 5 ma niskonapięciowe wyjście 5b. Dzielnik pojemnościowy 1 realizuje pierwszy stopień dla obniżenia poziom mierzonego napięcia, zaś dzielnik rezystancyjny 5 realizuje drugi stopień dla obniżenia poziomu mierzonego napięcia.

W pierwszym wykonaniu wynalazku dzielnik pojemnościowy i umieszczony jest w izolacyjnej obudowie 8, która umieszczona jest na korpusie 9, w którym znajduje się urządzenie do transmisji danych PLC 4. Z korpusu 9 wyprowadzone jest wyjście 4a do komunikacji cyfrowej PLC. Dzielnik rezystancyjny 5 umieszczony jest w oddzielnej obudowie izolacyjnej 10 dzielnika rezystancyjnego 5. Z obudowy 5 wyprowadzone jest niskonapięciowe wyjście 5b dzielnika rezystancyjnego 5.

W drugim wykonaniu: wynalazku dzielnik - pojemnościowy 1 oraz dzielnik rezystancyjny - umieszczone są we wspólnej obudowie izolacyjnej 11, która posadowiona jest na korpusie 12. Z korpusu 12 wyprowadzone jest wyjście 4a do komunikacji cyfrowej PLC oraz niskonapięciowe wyjście 5b dzielnika rezystancyjnego 5.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenia do pomiaru napięcia w sieciach wysokich napięć zawierające dzielnik pojemnościowy do realizacji obniżenia napięcia sieci pierwszego stopnia, który to dziennik pojemnościowy ma pierwszy i drugi kondensator, a drugi kondensator połączony jest z potencjałem ziemi poprzez urządzenie do transmisji danych PLC (Power Line Carrier), znamienne tym, że wyjście (1b) dzielnika pojemnościowego (1) połączone jest z wejściem (5a) dzielnika rezystancyjnego (5) do realizacji obniżenia mierzonego napięcia sieci drugiego stopnia, a dzielnik rezystancyjny zaopatrzony jest w niskonapięciowe wyjście (5b),
2. 2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że dzielnik pojemnościowy (1) umieszczony jest w izolacyjnej obudowie (8), która umieszczona jest na korpusie (9), w którym

   PL 231 840 Β1 znajduje się urządzenie do transmisji danych PLC (4), a dziennik rezystancyjny (5) umieszczony jest w oddzielnej obudowie izolacyjnej (10).
3. 3. Urządzenie według zastrzeżenia 2, znamienne tym, że z korpusu (9) wyprowadzone jest wyjście (4aj do komunikacji cyfrowej PLC (4) a z obudowy (10) wyprowadzone jest niskonapięciowe wyjście (5b) dzielnika rezystancyjnego (5).
4. 4. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że dzielnik pojemnościowy (1) wraz z układem do transmisji danych PLC (4) oraz dzielnik rezystancyjny (5) umieszczone są we wspólnej obudowie izolacyjnej (12).
5. 5. Urządzenie według zastrzeżenia 4, znamienne tym, że ze wspólnej obudowy izolacyjnej (12) wyprowadzone jest wyprowadzone jest wyjście (4a) do komunikacji cyfrowej PLC (4) oraz niskonapięciowe wyjście (5b) dzielnika rezystancyjnego (5).