SK9622003A3 - Compensation circuit for the phase shift in electricity meters for direct connection - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa môže zaradiť do oblasti techniky počítadiel. Týka sa kompenzačného obvodu pre fázový posuv medzi meraním napätia a meraním prúdu u elektromerov na priame pripojenie.

Doterajší stav techniky

V priemyselných použitiach sa elektromery s elektronickým meracím systémom už vo veľkej miere presadili kvôli svojim výhodám oproti elektromechanickým elektromerom. Pripojenie týchto elektromerov sa uskutočňuje ako je známe nepriamo, teda cez prúdový transformátor príp. napäťový transformátor, ktoré majú príslušné charakteristické vlastnosti v súlade s normou. Ako vynikajúce vlastnosti elektromerov s elektronickým meracím systémom treba menovať predovšetkým možnosť diaľkového snímania, nevyžadovanie údržby, menšie rozmery prístroja, vyššia presnosť a rozšírený prúdový rozsah.

Vzhľadom na tieto zjavné výhody oproti elektromechanickým elektromerom, získava používanie elektromerov s elektronickým meracím systémom stále viac na význame i v domácnostiach. Zásadný rozdiel medzi elektromermi pre domácnosť a hore uvedenými priemyselnými elektromermi je možné vidieť v usporiadaní ich inštalácie. Tak sú elektromery pre domácnosť typicky pripojené priamo; to znamená, že sú pripojené bezprostredne na vedení k pripojenej záťaži. Pritom meraniu prúdu pripadá kľúčová úloha, pretože sa tu uskutoční oddelenie potenciálu od elektromeru a okrem toho sa kladú vysoké nároky na tieto elektromery podľa medzinárodnej normy IEC 1036.

Požiadavky na presnosť pri meraní prúdu a meraní napätia v súlade s normou zahŕňajú malú chybu amplitúdy (<1%), malú chybu fáze (<0,3°) a malú chybu linearity. Okrem toho sa podľa uvedenej normy musí dosiahnuť odolnosť na jednosmerný prúd I_max/7i; to znamená, že takýto elektromer s elektronickým meracím systémom pri kombinovanom prúde s podielom jednosmerného prúdu < I_max/K musí merať ďalej v súlade s normou. Tieto elektromery s elektronickým meracím systémom k priamemu pripojeniu teda nesmú byť presýtené podielom jednosmerného prúdu až do I_max/TC, ale musia byť ešte i pri takejto predmagnetizácii jednosmerného prúdu schopné určiť podiel striedavého zaťažovacieho prúdu až do I_max.

Sú síce známe transformátory odolné na jednosmerný prúd až do odolnosti voči jednosmernému prúdu < I_max/K, avšak nevyhovujúce požiadavkám na maximálne povolený fázový posuv, pretože u nich môže dochádzať až k 5° fázovým posuvom medzi nameranými hodnotami prúdu a napätia. Korektúra pomocou časového posunu, ako je popísané napríklad v DE 196 39 410 Al, tu môže pomôcť len obmedzene. Pretože elektromery pre domácnosť sú sériové výrobky, majú pri výbere všetkých konštrukčných súčastí osobitný význam faktory hospodárnosti. Preto je korektúra fázového posuvu pomocou časového posunu inštalovaná v konvenčných elektromeroch možná len úzkych medziach a okrem táto korektúra pomocou časového posunu nie je viazaná na frekvenciu, takže táto korektúra ako taká je nezávislá od frekvencie a tým obmedzená.

Avšak pokiaľ elektromery nemusia merať jednosmerné prúdy v spojení s vyúčtovaním energie ale nanajvýš im „odolávať“, bude pretrvávať technika transformačne pôsobiacich snímačov prúdu - zvlášť kvôli svojmu jednoduchému, lacnému a robustnému vyhotoveniu.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu preto je, uviesť kompenzačný obvod pre fázový posuv u elektromerov hore uvedeného druhu, ktorý je i pri privádzaní zmiešaného prúdu schopný bez ujmy odolávať normalizovaným medzným hodnotám privádzaného jednosmerného prúdu a pritom v rámci daných noriem správne merať činný príp. jalový výkon u všetkých menovitých prevádzkových frekvencií. Okrem toho pozostáva úloha vynálezu vtom, že tento kompenzačný obvod má byť robustný a navyše jednoduchý a lacno zhotoviteľný vzhľadom na sériovú výrobu.

Úloha vynálezu sa rieši význakmi nároku 1. Ďalšie výhodné vyhotovenia vynálezu sú predmetom podnárokov.

Jadro vynálezu je vidieť v tom, že u elektromerov na priame pripojenie, ktoré v súčasnosti bez ujmy znášajú pomocou transformátora odolného na jednosmerný prúd privádzanie zmiešaného prúdu v súlade s normou, sa dosiahne kompenzácia fázového posuvu medzi meraním prúdu a meraním napätia pomocou hornopriepustného filtra v napäťovom obvode, nezávisle od frekvencie. Konvenčný transformátor v prúdovom obvode, odolný na jednosmerný prúd, spôsobuje svojou homopriepustnou charakteristikou fázový posuv závislý od frekvencie, ktorý je kompenzovaný fázovým posuvom hornopriepustného filtra v napäťovom obvode, rovnako závislým od frekvencie. Pretože hornopriepustná charakteristika hornopriepustného filtra je prispôsobená hornopriepustnej charakteristike transformátora odolného na jednosmerný prúd, uskutoční sa tým kompenzácia aktivovaného fázového posuvu výhodnejšie nezávisle od frekvencie.

Zvlášť výhodné vyhotovenie vynálezu umožňuje, že hornopriepustný filter zahŕňa odpor a kondenzátor, pretože takýto hornopriepustný filter je jednoduchý, lacný a robustný.

Výhodou je, keď je medzi hornopriepustným filtrom a vstupom pre meranie napätia zapojený ďalší odpor za účelom delenia napätia. Okrem toho je medzi transformátor odolný na jednosmerný prúd a vstup pre meranie prúdu výhodne zapojený zaťažovací odpor za účelom transformácie prúd - napätie.

Obidva vstupy pre meranie prúdu príp. meranie napätia sú výhodne spojené s meracím čipom, ktorý sa pomocou programovateľného korekčného zariadenia stará o ďalšie vyrovnanie fázovej kompenzácie medzi prúdom a napätím. Zvlášť jednoduché a lacné korekčné zariadenie spôsobuje obmedzene a podľa potreby len spomalenie príp. oneskorenie a alebo predstih hodnôt napätia oproti hodnotám prúdu v závislosti od už uvedenej fázovej kompenzácie pomocou hornopriepustného filtra. Hornopriepustný filter sa pritom môže zvoliť tak, že dosiahne paušálne vyrovnanie vo forme minimálneho vyrovnania, takže korekčné zariadenie meracieho čipu je schopné samotné vykonávať zostávajúcu fázovú kompenzáciu pomocou oneskorenia, alebo horný priepust spôsobí paušálne vyrovnanie vo forme stredného vyrovnania do kompenzačného rozsahu korekčného zariadenia meracieho čipu.

Pod pojmom transformátor odolný na jednosmerný prúd sa rozumie prúdový transformátor, ktorý je schopný, v súlade s normou, bez ujmy znášať privádzanie jednosmerného prúdu až do I_max/jr, to znamená, že transformátor odolný na jednosmerný prúd ani pri privádzaní zmiešaného prúdu s jednosmerným podielom Imax/π nie je presýtený a podiely striedavého prúdu, ktoré sa majú merať, prenáša kvázi bez chyby, až na fázový posuv.

Použitie kompenzačného obvodu podľa vynálezu umožňuje dokonca používanie tradičných meracích čipov, ktoré samotné nie sú schopné korigovať fázové posuvy, ktoré by mohli vzniknúť v spojitosti s transformátormi odolnými na jednosmerný prúd. Tento kompenzačný obvod tým umožňuje používanie konvenčných meracích čipov v spojitosti s týmito transformátormi odolnými na jednosmerný prúd, v súlade s normou.

Prehľad obrázku na výkrese

Na výkrese je schematicky, zjednodušene znázornený príklad vyhotovenia.

Ukazuje jediný obraz: Kompenzačný obvod podľa vynálezu pre elektronické elektromery na priame pripojenie.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Na jedinom vyobrazení je znázornené usporiadanie meracieho obvodu 1, ktorý má pre každú fázu siete trojfázového prúdu vždy jeden vstup 3 na meranie napätia a jeden vstup 4 na meranie prúdu. Obidva vstupy 3, 4 na meranie napätia príp. meranie prúdu sú spojené s meracím čipom 2, ktorý zahŕňa korekčné zariadenie 6_za účelom fázovej kompenzácie. Pred každým vstupom 3 na meranie napätia je usporiadaný hornopriepustný filter, pozostávajúci z odporu R1 a kondenzátora C, ktorý sa môže doplniť ďalším odporom R2 za účelom delenia napätia k tomuto vstupu

3. Každý vstup 4 na meranie prúdu má predradený transformátor 5 odolný na jednosmerný prúd, ku ktorému môže byť za účelom transformácie prúdového signálu na napäťový signál do série zapojený zaťažovací odpor RB.

Usporiadanie meracieho obvodu 1 so sériovo zapojeným meracím čipom 2, vysvetlené na základe vyobrazenia, predstavuje obvod na zaznamenávanie nameraných hodnôt z napäťových signálov a prúdových signálov pre elektromer na priame pripojenie. Takéto elektromery sa používajú v domácnostiach, to znamená, že sa tieto elektromery vyrábajú ako sériové výrobky podľa príslušných hľadísk hospodárnosti. Musia byť robustné, vzhľadom na vplyvy okolia (inštalácia v kotolni, inštalácia v pivnici, etážová inštalácia), ich výroba musí byť jednoduchá a lacná.

Transformátor odolný na jednosmerný prúd v prúdovom obvode ukazuje vzhľadom na robustnosť a hospodárnosť dobré vlastnosti, avšak rovnako vykazuje neželane veľký posuv fázového uhla medzi transformovaným prúdovým signálom a napäťovým signálom nameraným vstupom 3. Tento fázový posuv je jednak závislý od frekvencie a jednak vo veľkej miere nezávislý od veľkosti prúdu v prúdovom rozsahu ktorý sa má merať, takže sa pomocou homopriepustného filtra RJ_, C pred vstupom 3 pre meranie napätia môže spôsobiť vhodne prispôsobený fázový posuv rovnako závislý od frekvencie, čím nastane v podstate kompenzácia fáz medzi meraním prúdu a meraním napätia, nezávisle od frekvencie.

Táto fázová kompenzácia podporená horným priepustom je vyhotovená takým spôsobom, že zasahuje až do oblasti možnej fázovej kompenzácie korekčného zariadenia 6 meracieho čipu 2. Vyhotovenie fázovej kompenzácie podporenej horným priepustom zabezpečí, že toto vyrovnanie siaha až po dolný rozsah okraja korekčného zariadenia 6 ako minimálne vyrovnanie, alebo v ďalšom vyhotovení siaha až do stredu tohto rozsahu fázovej kompenzácie korekčného zariadenia 6 ako stredné vyrovnanie. V obidvoch prípadoch vyhotovenia však ide o paušálne vyrovnania, nezávislé od frekvencie, s ktorými sa vykonáva podstatná časť fázovej kompenzácie medzi meraním prúdu a meraním napätia.

Ďalšia fázová kompenzácia sa potom uskutoční korekčným zariadením 6 meracieho čipu 2. Pretože tento podiel fázovej kompenzácie je v porovnaní k fázovej kompenzácii podporovanej horným priepustom malý, môže sa počítať s tým, že fázová kompenzácia prostredníctvom korekčného zariadenia 6 je závislá od frekvencie. Jednoduché vyhotovenie korekčného zariadenia 6 zabezpečí programovateľné oneskorenie, ktoré sa realizuje pomocou softvéru. Samozrejme, že v zmysle vynálezu je možná ďalšia fázová kompenzácia prostredníctvom korekčného zariadenia 6, realizovaná rovnako pomocou konštrukčných prvkov.

Okrem toho môže byť trojfázové usporiadanie meracieho obvodu ukázané na vyobrazení vyhotovené i ako jednofázové, bez osobitného vynálezu. V zmysle vynálezu je možné i to, že namiesto ukázaného hornopriepustného filtra pozostávajúceho z Rl, C, sa použije pred vstupom 3 napríklad R-L-filter pre meranie napätia.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kompenzačný obvod pre fázový posuv medzi prvým vstupom (3) pre meranie napätia a druhým vstupom (4) pre meranie prúdu u elektromerov na priame pripojenie, pričom je pred tento druhý vstup (4) zapojený transformátor (5) odolný na jednosmerný prúd, vyznačujúci sa tým, že pred prvý vstup (3) na meranie napätia je usporiadaný hornopriepustný filter (Rl, C) pre prvé vyrovnanie na fázovú kompenzáciu nezávislú od frekvencie.
2. 2. Kompenzačný obvod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hornopriepustný filter (Rl, C) má v sériovom zapojení prvý odpor (Rl) a kondenzátor (C).
3. 3. Kompenzačný obvod podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že medzi hornopriepustným filtrom (Rl, C) a prvým vstupom (3) pre meranie napätia je zapojený druhý odpor (R2) v paralelnom zapojení k deleniu napätia.
4. 4. Kompenzačný obvod podľa jedného z nárokov laž3, vyznačujúci sa t ý m, že medzi transformátorom odolným na jednosmerný prúd a druhým vstupom (4) pre meranie prúdu je zapojený zaťažovací odpor (RB).
5. 5. Kompenzačný obvod podľa jedného z nárokov laž4, vyznačujúci sa t ý m, že fázový posuv homopriepustného filtra (Rl, C) je približne rovnaký ako fázový posuv transformátora (5) odolného na jednosmerný prúd závislého od frekvencie.
6. 6. Kompenzačný obvod podľa jedného z nárokov laž5, vyznačujúci sa t ý m, že merací čip (2) je spojený s prvým a druhým vstupom (3, 4), pričom tento merací čip (2) má programovateľné korekčné zariadenie (6) pre druhé vyrovnanie fázovej kompenzácie medzi meraním napätia a meraním prúdu.
7. 7. Kompenzačný obvod podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že druhé vyrovnanie fázovej kompenzácie je závislé od frekvencie.