Устройство для измерения электрической мощности трехфазных сетей

 

Использование: для измерения активной и неактивной мощности в трехфазных трехи четырехпроводных сетях переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит четыре входных зажима тока, восемь входных зажимов напряжения, три устройства ввода тока, три устройства ввода напряжения, три множительных устройства, сумматор и выходное устройство. 4 з.п. флы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s G 01 R 21/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

QQ бд

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874408/21 (22) 16.10.90 (46) 28.02,93. Бюл. ¹ 8 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) В.У.Кизилов и И.И.Смилянский (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1308912, кл. G 01 R 21/06, 1987.

Патент ФРГ ¹ 2512301, кл. G 01 R

21/06, 1976.

Шишков И,С. Измерительный преобразователь мощности. Приборы и системы управления, 1984, N 7, с. 28 — 29.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1250973, кл. G 01 R 21/06, 1986.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной мощности или энергии в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства — обеспечение измерения реактивной мощности, На фиг. 1 показана функциональная схема устройства и его подключение при измерении активной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе одной фазы (В) и четырехпроводных сетях (отличия показаны пунктиром); на фиг. 2— подключение устройства при измерении реактивной мощности в трехпроводной сети при отсутствии информации о токе фазы 8 (остальная часть чертежа остается аналогичной фиг. 1); на фиг. 3 — подключение устройства при измерении реактивной мощности в

„„5U„„1798713 Al (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ (57) Использование; для измерения активной и неактивной мощности в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока, Сущность изобретения: устройство содержит четыре входных зажима тока, восемь входных зажимов напряжения, три устройства ввода тока, три устройства ввода напряжения, три множительных устройства, сумматор и выходное устройство. 4 з.п, флы, 3 ил. четырехпроводной сети (остальная часть чертежа остается аналогичной фиг, 1), Устройство для измерения мощности в трехфазных сетях содержит следующие основные.элементы и узлы.

Восемь входных зажимов цепи тока 1-8.

Зажимы 1 и 2, 3 и 4, 5 и 8 служат для подключения устройства в токовые цепи фаэ А, С и

B соответственно, причем зажимы 1, 3 и 5 отмечены звездочками, т.е. считаются генераторными. Зажимы 6 и 7 являются дополнительными. Четыре входных зажима цепи напряжения 9, 10, 11 и 12, Первые три иэ них служат для подключения фазных проводов контролируемой сети, а четвертый — для подключения 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

1798713 обмотки (цепи вторичных обмоток на фиг. 1 не показаны).. Три устройства ввода напряженил 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 подключаются к соответствующим выходам устройств ввода тока и напряжения, Устройства ввода тока и напряжения служат для согласования уровня входных сигналов тока и напряжения устройства и сигналов первичных измерительных трансформаторов тока (5 А или 1 А) и трансформа торов напряжения (100 В) — для приборов, включенных через трансформаторы с входными сигналами множительных устройств.

Они также служат для гальванического разделения входных цепей между собой и от выходных цепей.

Работа устройства происходит следующим образом, При измерении активной мощности в трехпроводных сетях при отсутствии информации о токе одной из фаз (обычно это фаза В, т.к, в этой фазе в трехпроводных сетях не устанавливают, как правило, первичный измерительный 30 трансформатор тока) к фазам А, В и С сети подключены входные зажимы цепи напряжения 9, 10 и 11 соответственно. Четвертый зажим цепи напряжения 12 остается неподключенным. Входные зажимы цепи тока 1, 2 35 и 3, 4 подключены к выходным цепям первичных измерительных трансформаторов тока фаз А и С с соблюдением полярности— зажимы 1 и 4 подключены к генераторным зажимам трансформаторов тока. Возможно 40 также непосредственное включение устройства s к оoнeт рpоoл и Iр>у еeмw!уt>ю 0 сcеeтTь, при этом зажимы 1, 2 и 3, 4 включаются в рассечку соответствующих фазных проводов.

Входные зажимы 5 и 8 цепи тока фазы 45

В свободны. Токи фаз А и С проходят по первым первичным обмоткам трансформаторов тока 16 и 18 фаз А и С, создавая в выходной части устройств ввода тока 13 и 15 сигналы, пропорциональные токам!А и Ic. 50

Эти токи одновременно проходят по первой и второй первичным обмоткам трансформатора тока 17 фазы В, создавая в выходной цепи устройства ввода тока 14 сигнал, пропорциональный сумме этих токов. 55, Очевидно, что при измерении предлагаемым устройством активной мощности в трехпроводных сетях реализуется известный алгоритм измерения активной мощности по схеме Арона (схема двух ваттметров):

P=Re(UAe t A+Uce,.! с). (9) % !

A+I e+Ic = !н = 3!о (10) т.е. току нулевого провода (утроенному току нулевой последовательности).

В рассматриваемом случае выходные сигналы множительных устройств 22 и 24 фаз А и С не изменяются, а выходной сигнал множительного устройства 23 фазы В будет пропорционален произведению тока нулевого провода на фазное напряжение фазы

В, Измерение активной мощности трех фаз будет выполняться в соответствии с алгоритмом способа-прототипа

°, % 4. М. Ф, P=Re(UAeIA+VceIc+Ue(IA+Ie+Iс)). (11) В обоих рассмотренных случаях устройство позволяет проводить измерение активной мощности точно, вне зависимости от симметрии трехфазной сети, Для измерения реактивной мощности в трехпроводных цепях при отсутствии информации о токе фазы В проведены следующие переключения (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 подклочен где Re — оператор выделения вещественной части комплексного числа, В рассматриваемом случае выходной сигнал второго множительного устройства равен нулю, т.к. сигнал напряжения на его входе равен О.

Для измерения активной мощности в четырехпроводных сетях четвертый входной зажим 12 цепи напряжения соединен с нулевым проводом сети, к зажимам 5 и 8 подключена выходная 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 транеформатора тока 17 и дважды в противоположных направлениях 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 компенсируются, Выходной сигнал устройства ввода тока 14 будет пропорционален сумме токов всех трех фаз

1798713

20

25 к зажиму 8. Зажим 9 цепи напряжения 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 -(2.IA + Ic) и

2(le+I д)

Выходной сигнал устройства в этом режиме будет определяться выражением к ° к

Re(-Uce(2la+Ic)+UAe(2Ic+lA)) . (12) Множительное устройство 23 в этом случае, как и при измерении активной мощности, дает нулевой выходной сигнал. При симметрии системы напряжений определяемая (12) величина будет пропорциональна реактивной мощности, Заменив в (12) выражения (2IA+Ic) и (2!с+1д) на эквивалентные им (IA-Ie) и (Ic-Ie) и раскрыв скобки, получим

+ ° ю

Re((-UcelA+UAe I c+UcAI в)) . (13) I

Заменив в этом выражении Uce= j ° iГЗ ° UA, 0дв=-j V3 Uc и UcA=-j v3 Ов, получим

КЗRe(-)(0д!д+Ов1в+0с1с))=- Л Q, (14) так как Re(-jx)=IM(X).

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

Для измерения реактивной мощности в четырехпроводной сети (см. фиг. 3) подключение цепей напряжения остается прежним. Заметим, что и в этом случае зажим 12 к нулевому проводу не подключается. 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

55 второго множительного устройства 23 равен также нулю.

Выходной сигнал устройства в этом режиме определяется выражением ю Ф

Re(-0ce(I A-l e)+Uae(l c-I e))= Л Q, Так как в первичных обмотках трансформаторов тока 16 и 18 протекают встречно токи

IA, Iâ и lc, 1в, легко показать, что выражение (15) эквивалентно (12) и (14), Все основные конструктивные и схемотехнические особенности рассматриваемого устройства для измерения электрической мощности в полной мере могут быть отнесены и к устройству для измерения энергии (счетчику электроэнергии), в этом случае в нем должно применяться интегрирующее выходное устройство, Основным достоинством устройства является его универсальность — воэможность измерения активной и реактивной мощно сти в трех- и четырехпроводных сетях.

Следует отметить, что в описываемом устройстве при измерении реактивной мощности выходной сигнал будет пропорционален V3 Q, т.е. масштаб будет увеличен в

v3 раз. Этот недостаток непринципиален и в случае необходимости может быть исключен введением переключателя масштаба, Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрической мощности трехфазных сетей, содержащее входные зажимы цепей тока и напряжения, три устройства ввода тока, выполненные на основе трансформаторов тока, три устройства ввода напряжения, три множительных устройства, к входам которых подключены выходы соответствующих устройств ввода тока и напряжения, суммирующее устройство, к входам которого подключены выходы множительных устройств; и выходные фильтрующее и масштабирую щее устройства, начало первичной обмотки первого трансформатора тока подключено к первому входному зажиму цепи тока, а ее конец соединен с началом первой первичной обмотки второго трансформатора тока, конец которой подключен к второму входному 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 трансформатора тока, конец которой подключен к третьему входному зажиму цепи тока, начала третьей первичной обмотки второго трансформатора тока подключено к пятому входному зажиму цепи тока, начала входных

1798713 цепей трех устройств ввода напряжения соединены с тремя входными зажимами цепи напряжения, которые подключены к фазным проводам сети, концы входных цепей первого и третьего устройств ввода напря- 5

>кения соединены вместе и подключены к второму входному зажиму цепи напряжения, а конец входной цепи второго устройства ввода напряжения подключен к четвертому входному зажиму цепи напря- 10 жения, отличающееся тем,что,с целью расширения функциональных возможностей — обеспечения измерения реактивной мощности, в первый и третий трансформаторы тока введены дополни- 15 тельно вторая и третья первичные обмотки и дополнительно установлены седьмой и восьмой входные за>кимы цепи тока, причем конец третьей первичной обмотки второго трансформатора тока соединен с началом 20 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- 25 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- 30 ра тока, начало которой подключено к восьмому входному зажиму цепи тока, 2, Устройство по и, 1, отл ич а ю щеес я тем, что, с целью измерения активной мощности в трехпроводных трехфазных се- 35 тях при отсутствии информации о токе фазы

В, генераторные провода токовых цепеи фаз А и С сети подключены соответственно к первому и четвертому входным зажимам цепи тока, вторые провода токовых цепей 40 этих фаз подключены соответственно к второму и третьему входным зажимам цепи тока, а первый, второй и третий входные зажимы цепей напряжсния подключены к ! фазным проводам фаз А, В и С контролируемой сети соответственно.

3. Устройство по пп, 1 и 2, отл и ча ющ е е с я тем, что, с целью измерения активной мощности в четырехпроводных трехфазных сетях, четвертый входной зажим цепи напряжения подключен к нулевому проводу контролируемой сети, к пятому 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. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью измерения реактивной мощности в трехпроводных трехфэзных сетях при отсутствии информации о токе фазы

В, генераторн ые 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 пятому 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 напряжения подключены к фазным проводам фаз С и А соответственно, э второй входной зажим цепи напря>кения подключен к фазному проводу фазы В.

5, Устройство по пп. 1 и 4, о т л и ч à ющ е е с я тем, что, с целью измерения реактивной мощности в четырехпроводных трехфазных сетях, генераторные провода токовых цепей фаз А, В и С контролируемой сети подключены соответственно к второму, пятому 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.

179871:3

1798713

Составитель Л.Хроль

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Самборская

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 769 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„4/5