RU2255347C1

RU2255347C1 - Galvanic decoupling unit for group testing of shunt electricity meters

Info

Publication number: RU2255347C1
Application number: RU2003138170/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Фомичев (RU); Ю.М. Фомичев; И.Л. Власкин (RU); И.Л. Власкин
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2005-06-27
Also published as: RU2003138170A

Abstract

FIELD: electric measurement engineering.

SUBSTANCE: device has (n-1) transformers with two identical windings. Current inputs of n tested verifiable counters are connected to current source of assembly for verifying meters, which current source has common point with voltage source. Primary windings of transformers are connected in series between voltage source and voltage input of corresponding verifiable meter. Secondary windings of transformers are connected between common wire of assembly for verifying meters and current input of any subsequent meter. Voltage input of the last meter is connected directly to voltage source of assembly for verifying meters.

EFFECT: reduced weight and sizes of unit; increased admissible consumed energy.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам испытания и калибровки электроизмерительных приборов, и может быть использовано при построении метрологических установок для групповой поверки и регулировки шунтовых счетчиков электроэнергии.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for testing and calibration of electrical measuring instruments, and can be used in the construction of metrological installations for group verification and adjustment of shunt energy meters.

Известен блок гальванической развязки (БГР) [http:// www.energomera.ru/articles/6 Метрологические установки для групповой поверки счетчиков электроэнергии с токовыми шунтами], который конструктивно представляет собой многообмоточный трансформатор с калиброванными между собой вторичными обмотками (для подключения n счетчиков необходимо n обмоток). При поверке счетчиков на каждой из обмоток устанавливается напряжение до 250 В. Схема подключения, например, трех счетчиков при использовании этого блока гальванической развязки приведена на фиг.1The well-known galvanic isolation unit (BGR) [http: // www.energomera.ru/articles/6 Metrological installations for group verification of electricity meters with current shunts], which is structurally a multi-winding transformer with calibrated secondary windings (for connecting n meters n windings required). When checking the meters on each of the windings, a voltage of up to 250 V is set. The connection diagram, for example, of three meters when using this galvanic isolation unit is shown in figure 1

На этой схеме поверяемые счетчики представлены в виде двух блоков: сопротивления шунта R_щ и электронной схемы счетчика МС, которые имеют общую технологическую точку.In this diagram, the verified meters are presented in the form of two blocks: the shunt resistance R _Щ and the electronic circuit of the MS meter, which have a common technological point.

Метрологическая установка представлена на фиг.1 двумя блоками - источником тока I_уст и источником напряжения U_уст. Так как в процессе поверки счетчиков надо задавать фазовый сдвиг между током I_уст и напряжением U_уст, то эти два блока имеют общую точку.The metrological installation is shown in figure 1 by two blocks - a current source I _mouth and a voltage source U _mouth . Since in the process of checking the counters it is necessary to set the phase shift between the current I _mouth and voltage U _mouth , these two blocks have a common point.

Блок гальванической развязки состоит из трансформатора Тр, содержащего первичную обмотку W1, к которой подключен источник напряжения U_уст, и n вторичных обмоток (по числу одновременно поверяемых счетчиков) - W2, W3, W4. При поверке сопротивления шунтов R_ш поверяемых счетчиков соединяются последовательно и подключаются к источнику тока I_уст. Блоки МС счетчиков подключаются к соответствующим вторичным обмоткам (W2, W3, W4) трансформатора Тр. В этом случае ток I_MC, протекающий через блоки МС, не протекает через R_ш и не вызывает дополнительной погрешности. Падение напряжения на сопротивлениях R_ш при протекании тока I_уст не влияет на напряжения, приложенные к блокам МС.The galvanic isolation unit consists of a transformer Tr containing a primary winding W1, to which a voltage source U _mouth is connected, and n secondary windings (according to the number of simultaneously verified counters) - W2, W3, W4. When checking the resistance of the shunts R _W verified meters are connected in series and connected to a current source I _set . Blocks MS counters are connected to the corresponding secondary windings (W2, W3, W4) of the transformer Tr. In this case, the current I _MC flowing through the blocks MS does not flow through R _W and does not cause additional error. The voltage drop across the resistances R _W during the flow of current I _mouth does not affect the voltage applied to the MS units.

БГР должен обеспечивать на всех вторичных обмотках одинаковые напряжения в пределах 198-250 В согласно регламенту поверки. Кроме того, БГР не должен вносить дополнительный фазовый сдвиг между напряжением U_уст и напряжениями на вторичных обмотках. Эти требования определяют сложность и трудоемкость изготовления, а также массогабаритные размеры такого БГР. Например, размеры БГР концерна “Энергомера” 152×250×350 мм. Хотя токи I_мс и небольшие (несколько десятков мА), их наличие может привести к изменению напряжения на вторичных обмотках и, соответственно, к увеличению погрешности поверки счетчиков, а это приводит к ограничению потребляемой мощности и особенно к разбросу потребляемой мощности от этих обмоток.BGR must provide the same voltage on all secondary windings within the range of 198-250 V according to the calibration regulations. In addition, the BGR should not introduce an additional phase shift between the voltage U _mouth and voltages on the secondary windings. These requirements determine the complexity and complexity of manufacturing, as well as the overall dimensions of such a BGR. For example, the dimensions of the BGR of the Energomera concern are 152 × 250 × 350 mm. Although the currents I _{ms are} small (several tens of mA), their presence can lead to a change in the voltage on the secondary windings and, accordingly, to an increase in the error of calibration of the counters, and this leads to a limitation of the power consumption and especially to the spread of power consumption from these windings.

Задачей изобретения является снижение массогабаритных показателей, трудоемкости изготовления устройства, увеличение допустимой потребляемой мощности и допустимого разброса потребляемых мощностей поверяемых счетчиков.The objective of the invention is to reduce overall dimensions, the complexity of manufacturing the device, increase the allowable power consumption and allowable variation in power consumption of verified meters.

Поставленная задача решена за счет того, что в предлагаемом блоке гальванической развязки для групповой поверки шунтовых счетчиков электроэнергии, так же как и в прототипе, имеется трансформатор, при этом токовые входы n поверяемых счетчиков подключены последовательно к источнику тока установки для поверки счетчиков, имеющему общую точку с источником напряжения установки для поверки счетчиков, вторичные обмотки подключены ко входам напряжения n поверяемых счетчиков, токовые входы которых подключены последовательно к источнику тока установки.The problem is solved due to the fact that in the proposed galvanic isolation unit for group verification of shunt electricity meters, as well as in the prototype, there is a transformer, while the current inputs of n verified meters are connected in series to the current source of the installation for checking meters having a common point with a voltage source of the installation for checking meters, the secondary windings are connected to the voltage inputs of n verified meters, the current inputs of which are connected in series to the current source tanovki.

В отличие от прототипа предлагаемый блок гальванической развязки содержит (n-1) трансформаторов с двумя идентичными обмотками, первичные обмотки которых включены последовательно между источником напряжения и входом напряжения соответствующего поверяемого счетчика, а вторичные обмотки включены между общим проводом установки для поверки счетчиков и токовым входом каждого последующего счетчика. Первичная и вторичная обмотки трансформаторов включены согласно. Вход напряжения последнего счетчика подключен непосредственно к источнику напряжения установки для поверки счетчиков.Unlike the prototype, the proposed galvanic isolation unit contains (n-1) transformers with two identical windings, the primary windings of which are connected in series between the voltage source and the voltage input of the counter being calibrated, and the secondary windings are connected between the common wire of the meter verification device and the current input of each subsequent counter. Primary and secondary windings of transformers are included according to. The voltage input of the last counter is connected directly to the voltage source of the installation for checking the counters.

При таком подключении трансформаторов во вторичной обмотке создается такой же ток, как и в первичной, но через сопротивление шунта R_ш (фиг.2) они протекают встречно и компенсируют друг друга. Кроме того, напряжения, возникающие на R_ш счетчиков за счет протекания тока I_уст, трансформируются в первичную обмотку один к одному и добавляются к напряжению источника напряжения U_уст. Таким образом, разность потенциалов на входах электрической схемы МС счетчика будет равна напряжению U_уст, т.е. достигается такой же эффект, как и в прототипе. Но такое подключение трансформаторов приводит к тому, что они работают при малых токах I_мс (I_мс - десятки мА) и напряжениях (U_Rш - десятки мВ) поверяемых счетчиков.With this connection of transformers in the secondary winding, the same current is created as in the primary, but through the resistance of the shunt R _W (figure 2) they flow counter and compensate each other. In addition, the voltages arising on R _W counters due to the flow of current I _mouth are transformed into the primary winding one to one and added to the voltage of the voltage source U _mouth . Thus, the potential difference at the inputs of the electric circuit of the meter MC will be equal to the voltage U _mouth , i.e. achieved the same effect as in the prototype. But such a connection of transformers leads to the fact that they operate at low currents I _ms (I _ms - tens of mA) and voltages (U _Rш - tens of mV) of verified meters.

В связи с этим трансформаторы предлагаемого БГР имеют малое число витков и небольшие габариты, что существенно снижает трудоемкость их изготовления.In this regard, the transformers of the proposed BGR have a small number of turns and small dimensions, which significantly reduces the complexity of their manufacture.

Например, в изготовленном блоке гальванической развязки трансформаторы были намотаны на тороидальных сердечниках с внутренним диаметром 1,6 см, площадью сечения S=0,5 см² и содержали по 20 витков каждая обмотка. Для сравнения, если изготавливать трансформатор прототипа на тороидальном сердечнике с внутренним диаметром 6 см и площадью сечения 5 см², то число витков каждой обмотки порядка 1000. Для достижения идентичности обмоток и в том, и в другом случае они мотаются жгутом, только в предлагаемом БГР жгут из двух проводов длиной 1 м, а в прототипе из п проводов длиной 100 м.For example, in the manufactured galvanic isolation unit, the transformers were wound on toroidal cores with an inner diameter of 1.6 cm, a cross-sectional area S = 0.5 cm ² and each coil contained 20 turns. For comparison, if we make the prototype transformer on a toroidal core with an inner diameter of 6 cm and a cross-sectional area of 5 cm ² , then the number of turns of each winding is about 1000. To achieve the identity of the windings in both cases, they are wound with a bundle only in the proposed BGR a bundle of two wires 1 m long, and in the prototype of n wires 100 m long.

Известно, что потери в трансформаторе определяются активным сопротивлением проводов обмоток. Даже при одном и том же сечении провода у прототипа и предлагаемого БГР длина провода обмотки прототипа больше в 100 раз, соответственно больше потери и соответственно меньше допустимая потребляемая мощность поверяемых счетчиков.It is known that the losses in the transformer are determined by the active resistance of the wires of the windings. Even with the same cross-section of the wire for the prototype and the proposed BGR, the length of the wire of the winding of the prototype is more than 100 times, respectively, more loss and therefore less than the allowable power consumption of verified meters.

На фиг.1 приведена схема подключения трех счетчиков при использовании блока гальванической развязки по прототипу. На фиг.2 приведена схема подключения счетчиков с использованием предлагаемого БГР также для трех поверяемых счетчиков.Figure 1 shows the connection diagram of the three counters when using the galvanic isolation unit of the prototype. Figure 2 shows the connection diagram of the meters using the proposed BGR also for three verified meters.

БГР (фиг.2) составляют два трансформатора 1 и 2, начала первичных обмоток которых 3, 4 подключены к источнику напряжения установки 5, а концы - к входам напряжений 6, 7 поверяемых счетчиков 8, 9. Начала вторичных обмоток 10, 11 трансформаторов 1, 2 подключены к общему проводу источника тока 12 и источника напряжения 5 установки для поверки счетчиков.BGR (figure 2) are two transformers 1 and 2, the beginning of the primary windings of which 3, 4 are connected to the voltage source of the installation 5, and the ends are connected to the voltage inputs 6, 7 of the verified meters 8, 9. The beginning of the secondary windings 10, 11 of the transformers 1 , 2 are connected to the common wire of the current source 12 and voltage source 5 of the installation for checking the counters.

Концы вторичных обмоток 10, 11 подключены к токовым входам 13, 14 каждого последующего счетчика 9, 15.The ends of the secondary windings 10, 11 are connected to the current inputs 13, 14 of each subsequent counter 9, 15.

Вход напряжения 16 последнего счетчика 15 подключен непосредственно к источнику напряжения 5. Сопротивления шунтов 17 поверяемых счетчиков соединены последовательно.The voltage input 16 of the last counter 15 is connected directly to the voltage source 5. The resistances of the shunts 17 of the meters to be verified are connected in series.

Предлагаемый БГР работает следующим образом (на примере трансформатора 1). Ток 18 счетчика 8 протекает от источника 5 через обмотку 3 трансформатора 1 счетчик 8 и сопротивления шунтов 17 счетчиков 9 и 15. Этот ток один к одному трансформируется в обмотку 10 трансформатора 1 (ток 20) и через сопротивления шунтов 17 счетчиков 9 и 15 протекает в обратном направлении (на фиг.2 показаны эти токи и стрелками указаны направления их протекания). Таким образом, в сопротивлениях шунтов 17 счетчиков 9 и 15 эти токи компенсируют друг друга.The proposed BGR works as follows (for example, transformer 1). The current 18 of the counter 8 flows from the source 5 through the winding 3 of the transformer 1 counter 8 and the resistance of the shunts 17 of the counters 9 and 15. This current is converted one to one into the winding 10 of the transformer 1 (current 20) and flows through the resistance of the shunts 17 of the counters 9 and 15 into in the opposite direction (Fig. 2 shows these currents and the arrows indicate the directions of their flow). Thus, in the resistances of the shunts 17 of the counters 9 and 15, these currents cancel each other out.

Кроме того, через сопротивления 17 счетчиков протекает ток 21 и на них выделяются напряжения 22, 23 и 24. Сумма напряжений 23 и 24 оказывается подключенной между выходом 25 счетчика 8 и общим проводом установки, а также подключена к обмотке 10 трансформатора 1 и из нее трансформируется один к одному в первичную обмотку 3 этого трансформатора. Таким образом, к входу 6 счетчика 8 оказывается подключенным сумма напряжений 5, 23 и 24. В связи с этим напряжение, действующее между входом 6 и выходом 25 счетчика 8, будет равно напряжению 5.In addition, a current 21 flows through the resistors 17 of the counters and voltages 22, 23 and 24 are released to them. The sum of the voltages 23 and 24 is connected between the output 25 of the counter 8 and the common wire of the installation, as well as connected to the winding 10 of the transformer 1 and transformed from it one to one in the primary winding 3 of this transformer. Thus, the sum of the voltages 5, 23 and 24 is connected to the input 6 of the counter 8. In this regard, the voltage acting between the input 6 and the output 25 of the counter 8 will be equal to voltage 5.

Аналогично будет происходить и с последующими счетчиками, что необходимо для того, чтобы погрешность поверки счетчиков была минимальной.The same will happen with subsequent counters, which is necessary so that the error in checking the counters is minimal.

Claims

The galvanic isolation unit for group verification of shunt meters of electric energy, containing a transformer, while the current inputs of n verified meters are connected to the current source of the installation for checking meters, having a common point with a voltage source, characterized in that it contains (n-1) transformers with two identical windings, the primary windings of which are connected in series between the voltage source and the voltage input of the corresponding verified meter, and the secondary windings are connected between the common the water of the installation for checking the meters and the current input of each subsequent meter, with the primary and secondary windings turned on according to the voltage input of the last meter connected directly to the voltage source of the installation for checking the meters.