RU1798713C - Устройство дл измерени электрической мощности трехфазных сетей - Google Patents

Abstract

Использование: дл  измерени  активной и неактивной мощности в трехфазных трех- и четырехпроводных сет х переменного тока. Сущность изобретени : устройство содержит четыре входных зажима тока, восемь входных зажимов напр жени , три устройства ввода тока, три устройства ввода напр жени , три множительных устройства, сумматор и выходное устройство. 4 з.п. ф- лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  активной и реактивной мощности или энергии в трехфазных трех- и четырехпроводных сет х переменного тока.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей известного устройства - обеспечение измерени  реактивной мощности.

На фиг. 1 показана функциональна  схема устройства и его подключение при измерении активной мощности в трехпроводных сет х при отсутствии информации о токе одной фазы (В) и четырехпроводных сет х (отличи  показаны пунктиром); на фиг. 2 - подключение устройства при измерении реактивной мощности в трехпроводной сети при отсутствии информации о токе фазы В (остальна  часть чертежа остаетс  аналогичной фиг. 1); на фиг. 3 - подключение устройства при измерении реактивной мощности в

четырехпроводной сети (остальна  часть чертежа остаетс  аналогичной фиг. 1).

Устройство дл  измеренил мощности в трехфазных сет х содержит следующие основные элементы и узлы.

Восемь входных зажимов цепи тока 1-8. Зажимы 1 и 2,3 и 4, 5 и 8 служат дл  подключени  устройства в токовые цепи фаз А, С и В соответственно, причем зажимы 1, 3 и 5 отмечены звездочками, т.е. считаютс  генераторными . Зажимы 6 и 7  вл ютс  дополнительными . Четыре входных зажима цепи напр жени  9,10,11 и 12. Первыетриизних служат дл  подключени  фазных проводов контролируемой сети, а четвертый - дл  подключени  нулевого провода в .четырехпроводной цепи.

Три устройства ввода тока 13, 14 и 15 выполнены с использованием промежуточных трансформаторов тока 16, 17 и 18, содержащих по три одинаковые первичные

ч ю ш

X

СА)

.,

обмотки (цепи вторичных обмоток на фиг. 1 не показаны). Три устройства ввода напр жени  19, 20 и 21, три множительных устройства 22, 23 и 24, суммирующее устройство 25 и выходное устройство 26 (фильтрующее и масштабирующее).

В рассмотренной схеме три множительных устройства могут быть заменены одним множителем, входы которого с помощью коммутатора поочередно подключаютс  к соответствующим выходам устройств ввода тока и напр жени .

Устройства ввода тока и напр жени  служат дл  согласовани  уровн  входных сигналов тока и напр жени  устройства и сигналов первичных измерительных трансформаторов тока (5 А или 1 А) и трансформаторов напр жени  (100 В) - дл  приборов, включенных через трансформаторы с входными сигналами множительных устройств. Они также служат дл  гальванического разделени  входных цепей между собой и от выходных цепей.

Работа устройства происходит следующим образом. При измерении активной мощности в трехпроводных сет х при отсутствии информации о токе одной из фаз (обычно это фаза В, т.к. в этой фазе в трехпроводных сет х не устанавливают, как правило , первичный измерительный трансформатор тока) к фазам А, В и С сети подключены входные зажимы цепи напр жени  9,10 и 11 соответственно. Четвертый зажим цепи напр жени  12 остаетс  неподключенным . Входные зажимы цепи тока 1,2 и 3, 4 подключены к выходным цеп м первичных измерительных трансформаторов тока фаз А и С с соблюдением, пол рности - зажимы 1 и 4 подключены к генераторным зажимам трансформаторов тока. Возможно также непосредственное включение устройства в контролируемую сеть, при этом зажимы 1, 2 и 3, 4 включаютс  в рассечку соответствующих фазных проводов.

Входные зажимы 5 и 8 цепи тока фазы В свободны. Токи фаз А и С проход т по первым первичным обмоткам трансформаторов тока 16 и 18 фаз А и С, создава  в выходной части устройств ввода тока 13 и 15 сигналы, пропорциональные токам IA и Ic. Эти токи одновременно проход т по первой и второй первичным обмоткам трансформатора тока 17 фазы В, создава  в выходной цепи устройства ввода тока 14 сигнал, пропорциональный сумме этих токов.

, Очевидно, что при измерении предлагаемым устройством активной мощности в трехпроводных сет х реализуетс  известный алгоритм измерени  активной мощности по схеме Арона (схема двух ваттметров):

(UABt А+ОсеЛс).

(9)

где Re - оператор выделени  вещественной части комплексного числа.

В рассматриваемом случае выходной сигнал второго множительного устройства равен нулю, т.к. сигнал напр жени  на его входе равен 0.

Дл  измерени  активной мощности в

четырехпроводных сет х четвертый входной зажим 12 цепи напр жени  соединен с нулевым проводом сети, к зажимам 5 и 8 подключена выходна  цепь трансформатора тока фазы В (или они включены непосредственно в цепь тока фазы В), а между дополнительными зажимами 6 и 7 цепи тока установлена перемычка. Это подключение показано на фиг. 1 пунктиром.

Ток фазы В протекает по третьей первичной обмотке транвформатора тока 17.и дважды в противоположных направлени х по второй и третьей первичным обмоткам трансформаторов тока 16 и 18, При этом результирующие входные сигналы устройств ввода тока 13 и 15 фаз А и С по-прежнему будут пропорциональны токам этих фаз, т.к. ампервитки, создаваемые током фазы В, взаимно компенсируютс . Выходной сигнал устройства ввода тока 14 будет

пропорционален сумме токов всех, трех фаз

IA+IB+IC

(Ю)

т.е. току нулевого провода (утроенному току нулевой последовательности).

В рассматриваемом случае выходные сигналы множительных устройств 22 и 24 фаз А и С не измен ютс , а выходной сигнал множительного устройства 23 фазы В будет пропорционален произведению тока нулевого провода на фазное напр жение фазы В. Измерение активной мощности трех фаз будет выполн тьс  в соответствии с алгоритмом способа-прототипа

P Re UABTA+UcB C+UB(lA+fB+1c). О1)

В обоих рассмотренных случа х устройство позвол ет проводить измерениеактивной мощности точно, вне зависимости от симметрии трехфазной сети.

Дл  измерени  реактивной мощности в трехпроводных цеп х при отсутствии информации о токе фазы В проведены следующие переключени  (см. фиг. 2). Установлены перемычки между 1, 6 и 3, 7 зажимами токовой цепи. Генераторный провод цепи тока фазы А подключен к зажиму 2, а второй провод этой цепи - к зажиму 5. Второй провод цепи тока фазы С подключен

к зажиму 8. Зажим 9 цепи напр жени  подключен к фазе С, а зажим 11 - к фазе А. Зажим 12 свободен. Легко увидеть, что при таком включении ток каждой из фаз А и С дважды согласно проходит через первичные обмотки своего трансформатора тока и один раз также согласно - через обмотки другого трансформатора тока.

При этом выходные сигналы устройств ввода тока 13 и 15 фаз А и С будут пропорциональны соответственно -(21д + ic) и

2.(ic+lA).

Выходной сигнал устройства в этом режиме будет определ тьс  выражением

(2tA4c)+UAB(2kHA) . (12)

Множительное устройство 23 в этом случае, как и при измерении активной мощности, дает нулевой выходной сигнал. При симметрии системы напр жений определ ема  (12) величина будет пропорциональна реактив- мощности. Заменив в (12) выражени  (21/v+lc) и (2lc+iA) на эквивалентные им (1д-1в) и (1с-1в) и раскрыв скобки, получим

Re(-UcB A+UAB c+UcAtB). (13)

Заменив в этом выражении UCB j UA, VlFOc и UB. получим

. (UAlA+UBlB+Udc)h Q ,(14)

так как Не()м(Х).

Таким образом, выходной сигнал устройства оказываетс  пропорционален реактивной мощности симметричной трехфазной сети. В несимметричной сети алгоритм (12) обеспечивает измерение с минимальной возможной погрешностью измерени  реактивной мощности.

Дл  измерени  реактивной мощности в четырехпроводной сети (см. фиг. 3) подключение цепей напр жени  остаетс  прежним . Заметим, что и в этом случае зажим 12 к нулевому проводу не подключаетс . Токовые провода фазы А подключены к зажимам .1 и 2, однако генераторный провод должен быть подключен как и в предыдущем случае к зажиму 2. Токовые провода фазы С подключены к зажимам 3 и 4, при этом генера- торный провод измерительного трансформатора тока подключен к генераторному зажиму 4. Токовые провода фазы В подключены следующим образом: генераторный провод - к генераторному зажиму 5 фазы В, другой провод - к зажиму 6. В рассматриваемом случае выходной сигнал

второго множительного устройства 23 равен также нулю.

Выходной сигнал устройства в этом режиме определ етс  выражением

Ре -ПсвОА-Тв)+иАв(Тс-1в) , (15)

Так как в первичных обмотках трансформаторов тока 16 и 18 протекают встречно токи

0 IA. IB и Ic, IB- легко показать, что выражение (15) эквивалентно (12) и (14).

Все основные конструктивные и схемотехнические особенности рассматриваемого устройства дл  измерени  электрической

5 мощности в полной мере могут быть отнесены и к устройству дл  измерени  энергии (счетчику электроэнергии), в этом случае в нем должно примен тьс  интегрирующее выходное устройство.

0 Основным достоинством устройства  вл етс  его универсальность - возможность измерени  активной и реактивной мощно- сти в трех- и четырехпроводных сет х.

Следует отметить, что в описываемом

Claims (5)

1. 5 устройстве при измерении реактивной мощности выходной сигнал будет пропорционален , т.е. масштаб будет увеличен в УИГраз. Этот недостаток непринципиален и в случае необходимости может быть исклю0 чен введением переключател  масштаба. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  электрической мощности трехфазных сетей, содержащее входные зажимы цепей тока и

   5 напр жени , три устройства ввода тока, выполненные на основе трансформаторов тока , три устройства ввода напр жени , три множительных устройства, к входам которых подключены выходы соответствующих

   0 устройств ввода тока и напр жени , суммирующее устройство, к входам которого подключены выходы множительных устройств; и выходные фильтрующее и масштабирую- щее устройства, начало первичной обмотки

   5 первого трансформатора тока подключено к первому входному зажиму цепи тока, а ее конец соединён с началом первой первичной обмотки второго трансформатора тока, конец которой подключен к второму входно0 му зажиму цепи тока, начало первичной обмотки третьего трансформатора тока подключено к четвертому входному зажиму цепи тока, а ее конец соединен с началом второй первичной обмотки второго транс5 форматора тока, конец которой подключен к третьему входному зажиму цепи тока, начало третьей первичной обмотки второго трансформатора тока подключено к п тому входному зажиму цепи тока, начала входных

   цепей трех устройств ввода напр жени  соединены с трем  входными зажимами цепи напр жени , которые подключены к фазным проводам сети, концы входных цепей первого и третьего устройств ввода напр - жени  соединены вместе и подключены к второму входному зажиму цепи напр жени , а конец входной цепи второго устройства ввода напр жени  подключен к четвертому входному зажиму цепи напр - жени , о т л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей - обеспечени  измерени  реактивной мощности, в первый и третий трансформаторы тока введены дополни- тельно втора  и треть  первичные обмотки и дополнительно установлены седьмой и восьмой входные зажимы цепи тока, причем конец третьей первичной обмотки второго трансформатора тока соединен с началом второй первичной обмотки- первого трансформатора тока, конец этой обмотки соединен с концом второй первичной обмотки третьего трансформатора тока, начало которой подключено к шестому входному зажи- му цепи тока, начало третьей первичной обмотки третьего трансформатора тока подключено к седьмому входному зажиму цепи тока, ее конец соединен с концом третьей первичной обмотки первого трансформато- ратока, начало которой подключено к восьмому входному зажиму цепи тока.
2. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что, с целью измерени  активной мощности в трехпроводных трехфазных се- т х при отсутствии информации о токе фазы В, генераторные провода токовых цепей фаз А и С сети подключены соответственно к первому и четвертому входным зажимам цепи тока, вторые провода токовых цепей этих фаз подключены соответственно к второму и третьему входным зажимам цепи тока , а первый, второй и третий входные зажимы цепей напр жени  подключены к

   фазным проводам фаз А, В и С контролируемой сети соответственно.
3. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е. е с   тем, что, с целью измерени  активной мощности в четырехпроводных трехфазных сет х, четвертый входной зажим цепи напр жени  подключен к нулевому проводу контролируемой сети, к п тому и восьмому входным зажимам цепи тока подключены соответственно генераторный и второй провод токовой цепи фазы В, а между шестым и седьмым входными зажимами цепи тока установлена перемычка.
4. 4. Устройство поп.1, отличаю щее- с   тем, что, с целью измерени  реактивной мощности в трехпроводных трехфазных сет х при отсутствии информации о токе фазы В, генераторные провода токовых цепей фаз А и С контролируемой сети подключены соответственно к второму и четвертому входным зажимам цепи тока, вторые провода токовых цепей этих фаз подключены соответственно к п тому и восьмому входным зажимам цепи тока, между первым и шестым входными зажимами и между третьим и седьмым входными зажимами цепи тока установлены перемычки, первый и третий входные зажимы цепи напр жени  подключены к фазным проводам фаз С и А соответственно , а второй входной зажим цепи напр жени  подключен к фазному проводу фазы В.
5. 5. Устройство по пп. 1 и 4, отличающеес  тем, что, с целью измерени  реактивной мощности в четырехпроводных трех- фазных сет х, генераторные провода токовых цепей фаз А, В и С контролируемой сети подключены соответственно к второму, п тому и третьему входным зажимам цепи тока, вторые провода токовых цепей фаз А, В и С подключены соответственно к первому , третьему и шестому входным зажимам цепи тока.

   К

   а

   л в

   Зрительное, устроиетйо

   m

   Ik

   .. С..

   Тч

   ИзмерителъД нов

   устроист&о

   ЫЪ