Устройство для измерения параметров качества трехфазных напряжений

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ТРКХФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ , содержащеепреобразователь числа фаз, многофазный фильтр третьей гармоники/ а также последовательно соединенные многофа:зный выпрямитель , частотно-избирательный усилитель и индикатор, о т л и ч а к щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в негр ввеДены источйик опорного напряжения, а также последовательно соединенные второй многофазный выпрямитель,сумматор и фильтр инфранизких частот, причем входные зажимы подключены к преобразователю числа фаз, выходы которого соединены с вторым многофазным выпрямителем и через фильтр третьейгармоники - с первым многофазным . (0 ;выпр ямителем, источник опорного напряжения подключен к другому входу сумматора. . / 4: СО СХ) со СП

. (19) . (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН

3(5Р G 01 .R 29/16 уР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ j " ;

8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3388018/18-21 . (22) . 02 ° 02, ф2 (46): 23.10,83 ° Бюл. 9 39 (72) А; К.Шидловский, А.Д. Музыченко, А.В.Долгинцев, A,Ï.Òðoôèìåíêo, И.П,Гринберг,М.М.Таран и В.И.Новоселов .

- (71) Институт электродинамики АН

Украинской CCP (52) 621 ° 317.322(088 ° 8) (56) 1 ° Пьяных Б.Е. и Корольков K.Ì.

Измерение амплитудно-фаэовой несимметрии в трехфазных .системах. - Проблемы технической.электродинамики ° Киев, Наукова думка, 1977, вып, 61, с. 84 86.

2. Авторское свидетельство СССР

9 473129 кл. G 01 R 29/16, 17.04,73 .(прототип) (54)(57)1 ° УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ТРЕХФАЗНЫХ HAПРЯЖЕНИЙ, содержащее преобразователь числа фаз, многофазный фильтр треть« ей гармоники, а также последователь-. но соединенные многофазный выпрямитель, частотно-избирательный усилитель и индикатор, о т л и ч а ю щ е-. е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точностй, в него ввеДены источник.опорного напряжений, а также последовательно соединенные второй многофазный выгрямитель,сумматор и фильтр инфранизких частот, причем входные зажимы .подключены к преобразователю числа фаз, выходы которого соединены с вторым многофаэным выпрямителем и через фильтр третьей O гармоники — с первым многофазным . выпрямителем, источник опорного напряжения подключен к другому входу сумматора.

1049835

2, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь числа фаз выполнен с двумя гальванически развязанными выходами, причем первый выход соединен с входом фильтра третьей гармоники, а второй выход — с вторым многофаэ ным выпр ямителем.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что пре1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано и" и создании устройств для измерения коэффициента обратной последовательности напряжений, отклонений и колебаний трехфазных напряжений, а также при создании устройств защиты и автоматики высоковольтных и низко- вольтных сетей.

Известно устройство, основанное на модуляции измеряемйх напряжений с помощью определенной системы .фазовых последовательностей, содержащее электронные ключи и сумматоры, генераторы напряжений фазовых последовательностей (1 °

Недостатком устройства является неидентичность трех генераторов фазовых последовательностей и нестабильность работы электронных ключей, в результате чего устройство имеет большие основные погрешности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее преобразователь числа фаз, многофазный выпрямитель, частотно-избирательный усилитель и вольтметр переменного тока, причем между исследуемой сетью и многофаэным преобразователем включен трехфазный фильтр одной из боковых частот, служащий для уменьшения погрешности измерения составляющих трехфазных напряжений (2) .

Устройство позволяет измерять сиь метричные составляющие прямой и обратной последовательности высших гармоник трехфазных напряжений.

Однако ГОСТ 13109-67 нормирует такие важные параметры качества напряжений, как отклонения и колебания трехфаэных напряжений, от которых зависит нормальная работа практически всех потребителей электрической,энергии. параметры необходимо контролировать, но функциональные возможности устройства не позволяют это сделать. образователь числа фаз выполнен девятифазным.!

4. Устройство по пп. 1 — 3, отлич ающеес я тем, что и нди катор через переключатель соединен с выходом частотно-избирательного усилите ля или выходом фильтра инфраниэких частот. а

Кроме того, известное устройство имеет невысокую точность измерения симметричной составляющей обратной последовательности напряжения основной гармоники.

Низкая точность измерения коэффициента обратной последовательности напряжения обусловлена невозможностью получения на практике высоких метрологических характеристик. трехфазного фильтра одной из боковых частот (при измерении коэффициента обратной последовательности — фильтра третьей гармоники).

Это обусловлено тем, что сердечники, 1э на которых намотан трансформаторный преобразователь числа фаз (ТПЧФ ", имеют неодинаковые параметры, в частности неодинаковые токи намагничивания, Поэтому нагрузка трех20 фазного фильтра является, как правило, несимметричной, что приводит к большой дополнительной погрешности измерений.

Кроме того, индуктивные элементы

25 (дроссели) имеют большой вес и габариты, а также, вследствие того, что они должны выполняться регулируемыми, высокую стоимость.

Целью изобретения является. расшиЗО рение функциональных возможностей, а именно: измерение отклонений и колебаний трехфазных напряжений, а также повышение точности измерения коэффициента обратной последовательности напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измере-ния параметров качества трехфазных ,напряжений, содержащее преобразователь числа фаз, .многофазный фильтр

4О третьей гармоники,а также последова .тепьно соединенные -многофазный выпрямитель, частотно-избирательный усилитель и индикатор, введены источник опорного напряжения, а также по45 следовательно соединенные второй многофазный выпрямитель,.сумматор и фильтр инфранизких частот, причем

1049835

/ входные зажимы подключены к преобра% гофаэное напряжение (без третьих гармоник) далее выпрямляется многофазным выпрямителем 3. Иэ спектра выпрямленного напряжения с помощью частотно-избирательного усилителя 4 выделяется вторая гармоника исследу» емой сети и ее величина, пропорцио.нальная составляЮщей обратной последовательности,измеряется с помощью индикатора 5.

3а счет включения фильтра третьей гармоники между трансформаторным преобразователем числа фаэ и многофазным выпрямителем и выполнения этого фильтра многофазным, а также за счет .выполнения многофазного выпрямителя с параллельным выпрямлекием фаз погрешность измерения коэффициента обратной последовательности напряжения снижается с 0,3-0,4 до

0,1Ъ,ro отношению к номинальному значению напряжения сети, что при измерении коэффициента обратной последовательности напряжения величи-ной 2% составляет соответственно 1520 и 5Ъ. Это объясняется тем, что при укаэанном включении фильтра третьей гармоники достигается одина-. ковая нагрузка на каждое плечо филь-; тра, т,е. нагрузка является симметричной и, в результате отсутству ет дополнительная погрешность, вы зываемая в известном устройстве не;симметричной. нагрузкой фильтра.Кро» ме того, снижается дополнительная погрешность, вызываемая выполнением в известном устройстве MHQI oôàçíîãî фильтра в виде последовательно. соединенных двухполупериодных выпрямителей, так как в каждый момент времени проводят группы диодов,:состоящие всего из двух элементов.

Так как нагрузка фильтра третьей гармоники является симметричной и высокоомной, поскольку входное сопротивление фильтра может быть дос- . таточно большим (1 мОм и более), то фильтр может быть выполнен на RCэлементах с большим продольным сопротивлением (10 кОм и более), что приводит к снижению весо-габаритных . показателей и стоимости.-Также уменьшается в результате выполнения много фаэного выпрямителя с параллельным выпрямлением в два раза количество диодов . A в результате выполнения

ТПЧФ с гальванически связанной вторичной системой обмоток сокращается количество вторичных обмоток ТПЧФ и их выводов. Например, для девяти» фазной системы количество обмоток сокращается с 18 до 6, и выводов— с 36 до 21 °

Многофазное напряжение с транс форматорного преобразователя 1 числа фаз подается также на дополни-. тельный многофазный выпрямитель б, где выпрямляется. эователю числа фаз, выходы которого соединены с вторым многофазным выпрямителем и через фильтр третьей гармоники — с первым многофазным выпрямителем, источник опорного напряжения подключен к другому входу сумматора.

При этом преобразователь числа фаз выполнен с двумя гальванически развязанными выходами, причем пер10 вый выход соединен с входом фильтра третьей гармоники, а второй выход— с вторым многофазным выпрямителем.

Преобразователь числа фаз выполнен девятифазным.

Кроме того, индикатор через переключатель соединен с выходом частотно-избирательного усилителя или выходом фильтра .инфранизких частот. . На фиг..1.представлена функциональная схема устройства1 на фиг.2. ° функциональная схема устройства с

ТПЧФ,:выполненным с двумя гальванически развязанныМи выходами и одним индикатором.

Устройство содержит преобразова20

25 тель 1 числа фаз, многофазный фильтр раэователя 1, симметрично преобразующего три фазы в m фаз, причем выходная система напряжений преобразователя имеет число фаэ большее трех (m)3). Полученная многофазная система напряжений поступает на много" фазный фильтр 2 третьей гармоники, который настроен на гФямую последовательность третьей гармоники иссле ,цуемой сети. Отфильтрованное мйо

2 третьей гармоники, многофазный выпрямитель 3, частотно-избирательный усилитель 4 рой многофазный выпрямитель б, сумматор 7, источник 8 опорного напряжения, фильтр .9 инфранизких частот, переключатель 10.

Входные зажимы устройства через преобразователь 1 числа фаэ, фильтр

2 третьей гармоники, многофазный выпрямитель 3 и частотно-избиратель ный усилитель 4 соединены с первым . неподвижным контактом переключатет.;= ля 10.. 40

Выход преобразователя 1 числа фаз через второй многофазный выпрямитель б, сумматор 7, фильтр 9 инфранизкой частоты соединен с вторым неподвижным контактом переключате 45 ля 10 °

Подвижный контакт переключателя

10 соединен с индикатором 5, источник 8 опорного напряжения соединен .с сумматором 7.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемое трахфаэное напряжение, спектр которого содержит основную и высшие гармоники сетй, подается .на вход многофазного преоб1049835

При числе фаз многофазного выпрямителя. m=9,. при условиии 0,2>К30 (К вЂ” коэффициент обратной последовательности напряжения входной сис- темы напряжений) постоянная составляющая (U<) напряжения многофазнол

ro выйрямйтеля практически не зависит от К фаэного угла между прямой и обратной последовательностями g и пропорциональна.;напряжению симметричной составляющей прямой последовательности входной трехфазной системы напряжений (U )

Uo=pU у, (1) где р — масштабный коэффициент, Чтобы измерить отклонение трехфазных напряжений, которое (соглас.но ГОСТ 13109-67) определяется выра() -()

Ц

"н (2) где U> — номинальное значение трехфазных напряжений, выпрямленное напря жение с многофазного выпрямителя по. дается на сумматор 7.На .второй вход; сумматора 7 подается напряжение ис точника 8 опорного напряжения, котов:. рое пропорционально номинальному напряжению трехфазной сети. Сумматор 7, реализует выражение .(2) и на его выходе .получаем сигнал, пропорциональный отклонению трехфазных напряжений Б; который через фильтр инфра- низких частот поступает на индикатор 5,.где и измеряется. Так как отклонение напряжения представляет собой разность между фактическим значением напряжения прямой последовательности, взятой по основной гармонике, и его номинальным значением, возникающей при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость измерения напряжения меньше 1% в секунду,то фильтр инфранизких частот настраивается таким образом, чтобы пропускать низкие частоты и подавлять высокие. Для измерения колебаний напряжений фильтр низких частот настраивают на.полосу пропускания

0,01-25 Гц.

Чтобы избежать нежелательного .влияния наводок через гальваническую связь канала измерения коэффициента обратной последовательности напряжений на канал измерения отклонения и наоборот, трансфор-. маторный преобразователь числа фаз выполнен с двумя гальванически развязанными выходами .(с двумя системами вторичных обмоток).

Таким образом, устройство позволяет проводить измерение параметров, качества электри 1еской энергии, нормируемых ГОСТ 13109-67:коэффицйента обратной последователЬности напряжения, отклонения и колебания трехфазных напряжений. Устройство также может измерять и симметричные сос тавляющие высших гармоник трехфазных напряжений.. В этом случае много: фаэный выпрямитель 3 и частотноизбирательный усилител1ь 4 должны

10 быть выполнены перестраиваемыми по частоте, Ф

Эффективность предлагаемого устройства lIo HeHH o HSBeci Hûì заключается в снижении погрешности

f5 измерения коэффициента обратной последовательности напряжений (с 0,30,4 до 0,1% по отношению к номинальному значению напряжения сети),снижении весо-габаритных показателей и возможности измерения .(наряду с ко-. эффициентом обратной последовательности) отклонений и .колебаний трех-: фазиых напряжений . В настоящее время измерение коэффициента обратной по25 следовательности и отклонений системы трехфазных напряжений осуществляется методом трех вольтметров - измеряются линейные напряжения и по соответствующим математическим вы.Ражениям определяются. указанные параметры. Этот метод обладает следующими недостатками: наличие трех операторов при снятии показаний. вольтметров, так как показания необходимо снимать одновременно) необходимость математической обработки показаний с использованием ЭВМ; чтобы обеспечить удовлетворительную точность определения параметров качества трех» фазных напряжений, необходимо исполь40 эовать только вольтметры класса 0,10,2%уне обеспечивается быстродействие измерений) невозможность автоматической регистрации результатов измерений.

45 По сравнению с методом тРех вольтметров эффективность предлагаемого устройства заключается в сокращении обслуживающего персонала до одного человека, в отсутствии промежуточных математических вычислений (значения параметров качества трехфазных напряжений определяются непосредственно прибором) в обеспечении высокого быстродейст-.. вия измерений, в возможности автоматической регистрации данных,например, с,помощью самопишущего щ ибора. Ожидаемый экономическия эффект от использования предлагаемого устройства составляет окло 5-6. тыс,:

60 руб. в год.

10.49835 иг.

Составитель О.Панчерников

Редактор О.Юрковецкая ТехредИ.Тепел Корректор A.Зимокосов, Заказ 8410/42 Тираж 710, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-.35, Рауиская наб., д. 4/5

Филиал"ППП "Патент", Г. Ужгород, ул. Проектная, 4