Opublikowano: 17.XI.1965 50215 KI. 21e, 11/20 '' MKP HOZh 01//6 UKD IBIBLIOTLKa Urzedu PalortJ*w*$q Twórca wynalazku: dr inz. Wiktor Spirydonow Wlasciciel patentu: Politechnika Szczecinska, Szczecin (Polska) Sposób zabezpieczenia odbiorów typu pojemnosciowego od przeciazenia mocowego wywolanego wyzszymi harmonicznymi oraz uklad pomiarowy do pomiaru wspólczynnika przeciazenia mocowego odbiorów typu pojemnosciowego i uklad zabezpieczajacy oparty na zasadzie pomiaru tego wspólczynnika Wyzsze harmoniczne napiecia i pradu wystepu¬ jace w systemie energoelektrycznym wywieraja szkodliwy wplyw na prace urzadzen zainstalowa¬ nych w sieci. W chwili obecnej nie jest stosowa¬ ny w skali technicznej pomiar odksztalcenia na¬ piecia czy pradu systemu energoelektrycznego, a sposób zabezpieczenia urzadzen przed szkodli¬ wym wplywem wyzszych harmonicznych dotyczy szczególnych indywidualnych przypadków.Podstawa teoretyczna opracowanego systemu kontroli stopnia odksztalcenia napiecia oraz sy¬ stemu zabezpieczenia urzadzen przed szkodliwym wplywem wyzszych harmonicznych jest przyjecie jako kryterium odksztalcenia przebiegu okresowe¬ go wartosci skutecznych tak zwanych odpowiedzi charakterystycznych, które przy napieciowym przemiennym wymuszeniu odksztalconym przyj¬ muja postac: A,o» = W2u= £ 4 A(i) = Wq 2 kf < n = 1 A(2) = W2 = £ k^n2 k2n (3) n = 1 gdzie: A(0), A(d, A<2 — wartosc skuteczna odpo¬ wiedzi charakterystycznych rzedu 0, 1, 2. 10 15 (1) 20 (2) Wu — wspólczynnik przeciazenia napieciowego od¬ biorów typu pojemnosciowego.Wq — wspólczynnik przeciazenia mocowego (ze wzgledu na moc bierna) odbiorów typu po¬ jemnosciowego.Wi — wspólczynnik przeciazenia pradowego . od¬ biorów typu pojemnosciowego, n — rzad harmonicznej; np — najwyzszy rzad harmonicznej wystepujacej w przebiegu od¬ ksztalconym. kn — 77^" — wspólczynnik udzialu n-harmonicz- Uzn nej napiecia.Un — wartosc skuteczna n-harmonicznej napiecia.Uzn— wartosc skuteczna napiecia znamionowego (urzadzenia lub sieci). kf = -r^ wspólczynnik zmian czestotliwosci zn harmonicznej podstawowej; dla przy¬ padków praktycznych mozna przyjac kf = l.Przy .napieciu odksztalconym wyzszymi harmo¬ nicznymi zachodzi nastepujaca wspólzaleznosc: A(o) Jedynie przy napieciu sinusoidalnym: A(0) = A(d = A(2) (4) (4a) Poszczególne wspplczynniki Wu, Wq, Wi sa pa- 30 rametrami zmiennymi w czasie dla danego punktu50215 systemu energoelektrycznego. Okreslaja one rózne rodzaje zagrozenia urzadzen szkodliwym wply¬ wem wyzszych harmonicznych. Przykladowo, je¬ zeli wartosc ich zmierzona dla danego punktu sieci wynosi Wu = 1,05, Wq = 1,3, Wj = 1,8 to kon¬ densator zainstalowany w danym punkcie sieci bedzie poddany dzialaniu wartosci skutecznej na¬ piecia 1,05 Uzn; jego straty dielektryczne — przy zalozeniu wspólczynnika strat tgS = f (f) = const — wzrostna o 30% w stosunku do strat przy sinuso¬ idalnym napieciu znamionowym, a straty w czes¬ ciach przewodzacych wzrosna 1,82 = 3,2 razy w sto¬ sunku do strat przy sinusoidalnym napieciu zna¬ mionowym.Uklady pomiarowe i zabezpieczajace oparte na zasadzie pomiaru wspólczynnika przeciazenia pra¬ dowego odbiorów typu pojemnosciowego Wi oraz sposób wykrywania wyzszych harmonicznych opar¬ ty na wykorzystaniu zaleznosci (4) sa przedmio¬ tem patentu polskiego Nr 49525. Przedmiotem ni¬ niejszego wynalazku jest uklad pomiarowy i za¬ bezpieczajacy oparty na zasadzie pomiaru wspól¬ czynnika przeciazenia mocowego odbiorów typu pojemnosciowego Wq.System kontroli odksztalcenia napiecia — w sklad którego wchodza uklady pomiarowe Wu, Wq, Wi — pozwala na ciagla niekosztowna kontrole zawartosci wyzszych harmonicznych, okreslenie stopnia zagrozenia urzadzen energoelektrycznych, a uklady zabezpieczajace Wu, Wq, Wi daja mozli¬ wosc skutecznej ochrony tych urzadzen przed szkodliwym wplywem wyzszych harmonicznych.Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na przy¬ kladach wykonania, z których: fig. 1 przedstawia schemat niskonapieciowego miernika wspólczyn¬ nika przeciazenia mocowego odbiorów typu po¬ jemnosciowego, fig. 2 — schemat takiego mierni¬ ka przylaczonego do sieci wysokiego napiecia, fig. 3 — wykresy wskazowe dla ukladu uwidocz¬ nionego na fig. 1.Podstawa teoretyczna budowy ukladu pomiaro¬ wego Wq wedlug wynalazku jest zastapienie po¬ szczególnych skladników wyrazenia (2) iloczynami dwu wartosci, z których pierwsza Kn — lub od¬ powiadajaca jej wartosc dzialajaca na ustrój po¬ miarowy — nie zalezy od rzedu harmonicznej, druga natomiast jest proporcjonalna do rzedu har¬ monicznej, czyli Wq = £ nk^ = (kn)l (n kn)ll n = l (5) (6) _ _ n (Xbi +Xdl) (A — n2 B) — Rb +Rd) D v ___ J(I)Ln- (A-n2B)2 + n2D2 XJU 5 gdzie: A = Ra Rb + Ra Rd + RbRd (6a) B = Xai • Xbi + Xai • Xdi + Xbi • Xdi (6b) D = Xal • Rb ~\- Xai Rd H~ Xbi Ra ~l~ Xdi Ra ~h 10 + Xbi Rd + Xdi Rb (6c) Przy odpowiednim doborze elementów, Ra, Rb, Rd, La, Lb, Ld istnieje mozliwosc zapewnienia wzglednie stalej wartosci skladowej biernej pradu 15 dla pewnego zakresu czestotliwosci. I tak przy¬ kladowo dla zestawu: Przykladem zrealizowania tej zasady moze byc miernik Wq typu elektrodynamicznego przedsta¬ wiony na fig. 1. Pierwsza cewka I miernika jest przylaczona do ukladu korekcyjnego skladajacego sie z polaczonych szeregowo — równolegle opor¬ nosci Ra, Rb, Rd i indukcyjnosci La, Lb, Ld. Wy¬ zej wymienione elementy obwodu sa dobrane w ten sposób, aby skladowa bierna pradu plynacego przez cewke posiadala wartosc stala w zakresie czestotliwosci objetych pomiarem. Dla tego przy¬ padku skladowa bierna pradu poszczególnych har¬ monicznych okreslona jest wyrazeniem Ra = 0,15 Rb 1,2 R Rd = 1,1 R 20 Xai = 0,05 R XM = 0,05 R Xdi = 1 R wzgledne odchylenie wartosci skladowej biernej n-harmonicznej w stosunku do skladowej biernej harmonicznej podstawowej w zakresie np = 19 w 25 zasadzie nie przekracza 5%. W zaleznosci od wy¬ maganej dokladnosci i zakresu pomiarowego cze¬ stotliwosci istnieje mozliwosc (przy zastosowaniu na przyklad maszyn cyfrowych) bardziej precy¬ zyjnego doboru elementów, a nawet rozbudowa- 30 nie ukladu korekcyjnego, przez badanie dodatko¬ wych galezi lub elementów pojemnosci C. Nalezy zwrócic uwage na to, ze uchyb przyrzadu przy przebiegach odksztalconych bedzie z zasady mniej¬ szy od uchybu wyliczonego dla n-harmonicznych, 35 której procentowa zawartosc w przebiegu mierzo¬ nym jest praktycznie znacznie mniejsza od war¬ tosci harmonicznej podstawowej.W obwód cewki U jest wlaczony kondensator Cp. W tym przypadku skladowa bierna pradu ply- 40 nacego przez cewke U bedzie proporcjonalna do iloczynu n kn napiecia mierzonego.Przyrzad powinien byc wyskalowany w ten spo¬ sób, aby przy sinusoidalnym napieciu znamiono¬ wym wskazywal wartosc 1 lub 100%. Wychylenie 45 wskazówki M przy napieciu sinusoidalnym bedzie zalezne od wartosci pradów w poszczególnych cewkach oraz kata przesuniecia miedzy nimi: 50 M = K • Ji • Jn cos fi = K • Jili • Jin gdzie: K_1 — stala przyrzadu; Jn, Jm — prady 1 harmonicznej w cewkach I i II; Jili — skladowa bierna pradu Ji; fi — kat przesuniecia miedzy pradami Ji oraz Jn. 55 Przy napieciu odksztalconym zawierajacym wyzsze harmoniczne skladowe bierne pradu har¬ monicznych objetych pomiarem n = l^-np w cew¬ ce I sa proporcjonalne do wspólczynnika udzialu kn (mimo, ze wobec zmiany impedancji obwodu 60 zmieniaja sie moduly tych pradów).W cewce II wobec wystepujacej zaleznosci opo¬ ru pojemnosciowego od czestotliwosci, prady po¬ szczególnych harmonicznych beda wprost propor¬ cjonalne do wartosci nkn napiecia mierzonego. 65 Wykresy wskazowe dla n = 1 i n = 13 napiec50215 15 i pradów w obu galeziach przyrzadu zostaly po¬ dane na fig.3. - Wychylenie wskazówki przyrzadu bedzie zalez¬ ne od wypadkowego dzialania wszystkich harmo- 5 nicznych wchodzacych w sklad przebiegu mierzo¬ nego. Przy wyskalowaniu przyrzadu w jednost¬ kach wzglednych jego wskazania Mw beda równe: (7) Mw = Wq = k1-lk1+k2-2k2+k3-3k3 + ••• = Jj nkn 2 n = l Istnieje mozliwosc posredniego pomiaru wspól¬ czynnika Wq dla sieci wysokiego napiecia przez zastosowanie przekladników napieciowych i pra¬ dowych. Opisany uklad korekcyjny zastosowany w waromierzach lub licznikach energii biernej da¬ je moznosc pomiaru mocy biernej (lub energii) pobieranej przez odbiorniki pojemnosciowe (dla 2o cos fi = 0) przy napieciu odksztalconym.Na zasadzie omówionej wyzej moze byc wyko¬ nany przekaznik RWq sluzacy do zabezpieczenia odbiorów typu pojemnosciowego od przeciazenia 25 mocowego wystepujacego przy napieciu odksztal¬ conym. Czlonem rozruchowym przekaznika RWq jest uklad pomiarowy Wq opisany wyzej. Prze¬ kaznik RWq wlaczony jest na napiecie sieci rów- 30 nolegle do urzadzenia chronionego. W przypadku wystapienia w sieci wyzszych harmonicznych, po¬ wodujacych wzrost wspólczynnika Wq powyzej wartosci nastawionej, nastepuje zadzialanie ukla¬ du zabezpieczajacego — sygnalizacja wzglednie 35 odlaczenie obiektu chronionego. 6 PL