SK286853B6

SK286853B6 - Usporiadanie obvodu na simultánne skúšanie elektromerov so spojeným napäťovým a prúdovým obvodom

Info

Publication number: SK286853B6
Application number: SK5006-2005A
Authority: SK
Inventors: Ladislav Gr�O
Original assignee: Ladislav Gr�O
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2009-06-05
Also published as: DE60222594D1; AU2002311743A1; ATE373832T1; US7304467B2; US20050151531A1; SK50062005A3; WO2004001437A1; EP1532461A1; DE60222594T2; EP1532461B1

Abstract

Usporiadanie obvodu na simultánne skúšanie elektromerov so spojenými napäťovými a prúdovými obvodmi pozostáva z množstva uvedených elektromerov, ktoré majú všetky napäťové svorky prislúchajúce k tej istej fáze spojené paralelne s príslušným napäťovým zdrojom a každý z párov prúdových svoriek elektromerov pripojený na výstup individuálneho prúdového prevodníka s nulovým tokom. Vstupy prúdových prevodníkov s nulovým tokom, výstupy ktorých sú priradené k rovnakej fáze jednotlivých elektromerov, sú pripojené v sérii k príslušnému zdroju. Prúdový prevodník s nulovým tokom pozostáva zo vstupného vinutia, výstupného vinutia, snímacieho vinutia, budiaceho vinutia, snímacieho jadra, budiaceho jadra a zosilňovača. Budiace vinutie zahrnuje len budiace jadro a výstupné vinutie, výstupné vinutie a snímacie vinutie zahrnujú tak snímacie jadro, ako aj budiace jadro. Snímacie vinutie je pripojené na vstup zosilňovača a budiace vinutie je pripojené na nízkoimpedančný výstup zosilňovača.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka usporiadania elektrického obvodu určeného na súčasné skúšanie elektromerov so spojeným napäťovým a prúdovým obvodom.

Doterajší stav techniky

Potreba skúšania elektromerov s prepojenými napäťovými a prúdovými obvodmi, t. j. uzatvorenými I - P spojkami, u výrobcov elektromerov, ako aj u ich prevádzkovateľoch rastie.

Elektromery, ktoré neumožňujú rozpojiť spojku medzi prúdovým a napäťovým meracím obvodom (I - P spojka) na skúšobné alebo kalibračné účely, sa používajú čoraz častejšie. Sú na to viaceré dôvody, ale najdôležitejším pre výrobcov sú nižšie výrobné náklady elektromerov s jednou fázou využívajúcich odporový bočník na meranie prúdu. Poskytnutie možnosti oddeliť prúdové a napäťové dráhy týchto elektromerov by malo za následok značne zvýšené výrobné náklady.

Pri normálnej činnosti by toto oddelenie ani nebolo technicky možné. Dôvodom na používanie elektromerov s neodoberateľnými I - P spojkami je predísť ich neoprávnenému požívaniu na podvod. Ďalším dôvodom na skúšanie elektromerov so spojenými napäťovými a prúdovými obvodmi by mohlo byť redukovanie dodatočnej práce potrebnej na manipuláciu so spojkami pred skúškou a po skúške, t. j. nárast skúšobnej kapacity a zníženie ceny vo vysokokapacitných skúšobniach.

Počas skúšania elektromera sa zdroj bežne používa ako zdanlivá záťaž poskytujúca skúšobné prúdy a napätia aplikované tak na skúšaný elektromer, ako aj na referenčné meradlo. Prúd tečúci do prúdových svoriek je dodávaný samostatne od požadovaného skúšobného napätia. Takéto usporiadanie je predmetom US patentu 2599378. Týmto usporiadaním na skúšanie elektromerov sa umožňuje simultánne skúšanie akéhokoľvek počtu elektromerov obmedzeného len mechanickou a výkonovou kapacitou skúšobného systému. Oddelenie meracích obvodov napätia a prúdu na každom elektromere sa dosahuje rozpojením spojok v svorkovnici (I-P spojky). Rozpojením sa vyhne interakcii prúdových a napäťových obvodov, a tým veľkej nepredvídateľnej chybe merania, čo sa môže vyskytnúť v usporiadaní uvedenom v US patente 2989696.

Ak má skúšaný elektromer spojené I-P spojky, potom by sa prepojenie medzi napäťovým a prúdovým okruhom malo eliminovať. Princíp skúšania so spojenými I-P spojkami je založený na izolácii jednotlivých napäťových a prúdových zdrojov každého elektromera namiesto izolovania napäťových a prúdových okruhov elektromera.

Ak je skúšobný systém určený pre jednofázové elektromery, izolácia každého elektromera sa dá realizovať buď použitím individuálneho izolovaného napäťového zdroja, alebo použitím individuálneho izolovaného prúdového zdroja pre každý inštalovaný elektromer.

Izoláciu napäťového zdroja je možné riešiť buď použitím individuálneho presného napäťového transformátora, výhodne s pomerom 1 : 1 pre každý elektromer, alebo použitím špeciálneho spoločného napäťového transformátora s oddeleným výstupným napäťovým vinutím pre každý elektromer. V tomto prípade musí byť skúšobný stojan vybavený viacnásobným napäťovým rozvodom na individuálne pripojenie napäťových svoriek každého elektromera k zodpovedajúcemu vinutiu spoločného transformátora (tento transformátor je vo všeobecnosti známy ako multisekundárny napäťovo izolačný transformátor alebo MSIVT).

Počet sekundárnych vinutí sa aspoň rovná počtu skúšaných elektromerov plus, prídavné vinutie na pripojenie referenčného meradla. Tieto transformátory sú na tento účel špeciálne vyrobené a kalibrované a vinutia sú typicky na presnosť v rámci 0,1 %. Prídavná chyba vnesená transformátorom závisí od záťažovej impedancie vytvorenej napäťovým obvodom skúšaného elektromera. Pretože impedancia napäťového obvodu elektromera nie je predmetom metrologickej špecifikácie, chyba jednotlivého vinutia izolačného transformátora je nepredpovedateľná, najmä pri skúšaní rôznych elektromerov. Takéto usporiadanie je ukázané v US patente 5539304 na obr. 11.

Požadovanú izoláciu je možné dosiahnuť použitím transformátorov v prúdových okruhoch s jedným prúdovým transformátorom na fázu pre každú skúšanú pozíciu. Týmto spôsobom je každý skúšaný elektromer napájaný izolovanými skúšobnými prúdmi. Tieto transformátory majú výhodne prúdový prevod 1:1a majú mať amplitúdovú a fázovú chybu v požadovanom prúdovom rozsahu dostatočne malú, tak aby nevniesli významné dodatočné chyby. Prúdové transformátory majú byť konštruované na prenos relatívne veľkého rozsahu (približne 5 dekád) prúdu používaného na skúšanie elektromerov. Veľkosť, hmotnosť a cena takéhoto transformátora je dôležitá, vzhľadom na výpočet využívajúci maximálny prenášaný výkon a zanedbateľnú fázovú chybu v porovnaní s použitým presným referenčným meradlom.

Pri klasickom prístupe nelinearita inherentná v týchto transformátoroch znižuje celkovú presnosť systému pri nižších prúdoch.

Preto je predmetom vynálezu poskytnúť nové a zlepšené usporiadanie skúšobného obvodu s izolačným usporiadaním znižujúcim veľkosť a cenu a súčasne s vysokou schopnosťou presnosti.

SK 286853 Β6

Podstata vynálezu

Usporiadanie obvodu na simultánne skúšanie elektromerov so spojenými napäťovými a prúdovými obvodmi pozostáva z množstva uvedených elektromerov, ktoré majú všetky napäťové svorky prislúchajúce k tej istej fáze spojené paralelne s príslušným napäťovým zdrojom a každý z párov prúdových svoriek elektromerov pripojený na výstup individuálneho prúdového prevodníka s nulovým tokom. Vstupy prúdových prevodníkov s nulovým tokom, výstupy ktorých sú priradené k rovnakej fáze jednotlivých elektromerov, sú pripojené v sérii k príslušnému prúdovému zdroju.

Prúdový prevodník s nulovým tokom pozostáva zo vstupného vinutia, výstupného vinutia, snímacieho vinutia, budiaceho vinutia, snímacieho jadra, budiaceho jadra a zosilňovača. Budiace vinutie zahrnuje len budiace jadro a výstupné vinutie, výstupné vinutie a snímacie vinutie zahrnujú tak snímacie jadro, ako aj budiace jadro. Snímacie vinutie je pripojené na vstup zosilňovača a budiace vinutie je pripojené na nízkoimpedančný výstup zosilňovača.

V možnom alternatívnom usporiadaní obvodu, budiace vinutie zahrnuje len budiace jadro, snímacie vinutie zahrnuje len snímacie jadro a vstupné vinutie a výstupné vinutie zahrnujú tak snímacie jadro, ako aj budiace jadro. Snímacie vinutie je pripojené k vstupu zosilňovača a budiace vinutie je pripojené k výstupu zosilňovača.

Opis obrázku na výkrese

Obr. 1 znázorňuje príklad usporiadania na súčasné skúšanie dvoch jednofázových elektromerov s uzavretými spojkami.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Funkcia obvodového usporiadania je ukázaná na príklade dvoch jednofázových elektromerov so spojenými prúdovo-napäťovými IPL. Tento príklad je jednoducho rozšíriteľný na mnohopočetné elektromery pridaním ďalších elektromerov a/alebo ďalších fázových napäťových a prúdových obvodov do elektromerov s rovnakou konfiguráciou oddeľovacích obvodov prúdu.

Napäťové svorky elektromerov prináležiace k tej istej fáze sú spojené paralelne k zodpovedajúcemu zdroju napätia U. Páry prúdových svoriek elektromera sú pripojené k výstupnému vinutiu OW individuálnych prúdových prevodníkov s nulovým tokom ZFCT. Vstupy prúdových prevodníkov s nulovým tokom ZFCT vytvorené vstupným vinutím IW sú pripojené v sérii na prúdový zdroj I.

Budiace vinutie DW prúdových prevodníkov s nulovým tokom ZFCT zahrnuje len budiace jadro DC. Vstupné vinutie IW, výstupné vinutie OW a snímacie vinutie SW zahrnujú tak snímacie jadro SC ako aj budiace jadro DC. Snímacie vinutie SW je pripojené k vstupu zosilňovača A a budiace vinutie DW je pripojené k výstupu zosilňovača A. Ak je počet závitov tak budiaceho vinutia DW, ako aj snímacieho vinutia SW v rovnakom pomere, tak napäťový zisk zosilňovača A sa rovná jednej.

Toto usporiadanie zabezpečuje nulový magnetický tok v snímacom vinutí SW vybudením rovnakého indukovaného napätia na závit na budiacom vinutí DW, ako je súčet indukovaných napätí na závit tak na budiacom vinutí DW, ako aj na snímacom vinutí SW. Týmto spôsobom je indukované napätie na snímacom vinutí SW nulové. Prúdový prenos zo vstupného vinutia IW na výstupné vinutie OW je potom prakticky určený len pomerom závitov. Prúdový prenos je takto nezávislý od magnetických vlastností a vybudenia jadra a tým aj na amplitúde prenášaného prúdu.

Magnetizačný prúd budiaceho vinutia DC je dodávaný zosilňovačom A. Vzhľadom na značné zníženie amplitúdovej a fázovej chyby usporiadania s nulovým magnetickým tokom v porovnaní s jednoduchým prúdovým transformátorom, obvod podľa vynálezu umožňuje významné zníženie objemu magnetického jadra, s výhodou významného zníženia magnetizačného výkonu jadra.

Pri praktickom testovacom obvode sa môže použiť jednoduchý nízkovýkonový operačný zosilňovač na mieste zosilňovača A až do skúšobných prúdov rádovo 100 Ampérov s presnosťou transduktora rádovo 0,01 % pri zlomkovej hmotnosti a cene v porovnaní s klasickým prúdovým transformátorom.

Usporiadanie, v ktorom snímacie vinutie zahrnuje len snímacie jadro, pracuje podobne. Zosilňovač s vysokým ziskom udržuje priamo podmienku nulového toku v snímacom jadre.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Usporiadame obvodu na súčasné skúšanie elektromerov so vzájomne spojenými prúdovými a napäťovými obvodmi pozostávajúce z množstva uvedených elektromerov majúcich všetky napäťové svorky priradené k rovnakej fáze pripojené paralelne k príslušnému napäťovému zdroju, vyznačujúce sa tým, že každý z párov prúdových svoriek elektromerov je pripojený k výstupu individuálneho prúdového prevodníka s nulovým tokom (ZFCT) a vstupy tohto prúdového prevodníka s nulovým tokom (ZFCT), výstupy ktorých sú priradené k tej istej fáze jednotlivých elektromerov, sú spojené v sérii s príslušným prúdovým zdrojom.
2. Usporiadanie obvodu podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že uvedený prúdový prevodník s nulovým tokom (ZFCT) pozostáva zo vstupného vinutia (IW), výstupného vinutia (OW), snímacieho vinutia (SW), budiaceho vinutia (DW), snímacieho jadra (SC), budiaceho jadra (DC) a zosilňovača (A), pričom uvedené budiace vinutie (DW) zahrnuje len budiace jadro (DC) a uvedené vstupné vinutie (IW), výstupné vinutie (OW) a snímacie vinutie (SW) zahrnujú tak snímacie jadro (SC), ako aj budiace jadro (DC) a uvedené snímacie vinutie (SW) je pripojené k vstupu zosilňovača (A), a uvedené budiace vinutie (DW) je pripojené k výstupu zosilňovača (A).
3. Usporiadanie obvodu podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že uvedený prúdový prevodník s nulovým tokom (ZFCT) pozostáva zo vstupného vinutia (IW), výstupného vinutia (OW), snímacieho vinutia (SW), budiaceho vinutia (DW), snímacieho jadra (SC), budiaceho jadra (DC) a zosilňovača (A), pričom uvedené budiace vinutie (DW) zahrnuje len budiace jadro (DC), snímacie vinutie (SW) zahrnuje len snímacie jadro (SC), pričom vstupné vinutie (IW) a výstupné vinutie (OW) zahrnujú tak snímacie jadro (SC), ako aj budiace jadro (DC), a uvedené snímacie vinutie (SW) je pripojené k vstupu zosilňovača (A), a uvedené budiace vinutie (DW) je pripojené k výstupu zosilňovača (A).