устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю

Формула изобретения

Устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее объект измерения – дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения и входом первого промежуточного трансформатора напряжения, второй промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя, а второй вход - к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, делительный блок, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя, а второй вход соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, масштабирующий блок, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, а также сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, второй вход соединен с выходом масштабирующего блока, а выход сумматора подключен к первому входу делительного блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для сетей с компенсированной нейтралью.

Известно устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю [А.с. СССР №913517, МПК 4 Н 02 Н 9/08, БИ №10, 1982], содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, источник контрольного тока, подключенный к сети, реле, подключенное к дугогасящему аппарату, разделительный трансформатор, вход которого подключен к реле через контакт, частотный фильтр, вход которого подключен к выходу разделительного трансформатора, резистивный делитель, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока через контакт, фазоповоротную схему, вход которой подключен к резистивному делителю, схему сравнения, первый вход которой подключен к выходу частотного фильтра, а второй вход к выходу фазоповоротной схемы, фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу схемы сравнения, а второй вход к силовой обмотке источника контрольного тока, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу фазового детектора, контакт, подключенный к измерительному устройству.

Недостаток данного устройства заключается в том, что данное устройство требует высокой точности и стабильности коэффициента передачи частотного фильтра.

Для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю также применяют устройство [А.с. СССР №1504718, МПК 4 Н 02 Н 9/08, БИ №32, 1989], содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к фазе сети, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра низких частот, блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого фильтра низких частот, а второй вход к выходу фазовращателя, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения, а второй вход к выходу фазовращателя, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фильтра низких частот, а второй вход к выходу фазовращателя, делительный блок, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, а второй вход к выходу второго фазового детектора, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока.

Недостатками данного устройства является то, что из-за подключения первого измерительного трансформатора напряжения к фазе сети на выходе данного трансформатора появляется напряжение, значительно превышающее напряжение с частотой источника контрольного тока, что вызывает нестабильность работы устройства, данное устройство требует высокой стабильности коэффициентов передачи используемых фильтров нижних частот, а также не учитывает влияние активных проводимостей фаз сети относительно земли и активных потерь в дугогасящем реакторе.

Известно устройство для измерения растройки компенсации емкостного тока замыкания на землю [Патент РФ №2180462, МПК 7 Н 02 Н 9/08, БИ №7, 2002], выбранное в качестве прототипа, содержащее объект измерения -дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения и входом первого промежуточного трансформатора напряжения, второй промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу фазовращателя, а второй вход к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, делительный блок, первый вход которого подключен к выходу фазового детектора, а второй вход к выходу выпрямителя, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока.

Недостатком данного устройства является наличие погрешности измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, вызываемой фазовым сдвигом между сигналами, подводимыми к устройству, который обусловлен влиянием активных проводимостей фаз сети относительно земли и активными потерями в дугогасящем аппарате.

Задачей изобретения является повышение точности измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю путем учета фазового сдвига между сигналами.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, содержащее объект измерения - дугогасящий аппарат, связанный с сетью через заземляющий трансформатор, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока, подключенный к сети через дугогасящий аппарат и заземляющий трансформатор, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока, трансформатор тока, включенный в цепь источника контрольного тока, первый промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, трансреактор, включенный в цепь трансформатора тока, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения и входом первого промежуточного трансформатора напряжения, второй промежуточный трансформатор напряжения, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения, потенциометр, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, первый фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения, второй фильтр нижних частот, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения, третий фильтр нижних частот, вход которого подключен к потенциометру, первый фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, первый фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя, а второй вход к выходу третьего фильтра нижних частот, выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, делительный блок, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, измерительный прибор, вход которого подключен к выходу делительного блока, согласно изобретению дополнительно введены второй фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, второй фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя, а второй вход соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, масштабирующий блок, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора, сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора, второй вход к выходу масштабирующего блока, а выход к первому входу делительного блока.

Именно заявленное выполнение устройства обеспечивает возможность измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю, при учете фазового сдвига между сигналами, подводимыми к устройству, тем самым выполняется задача изобретения.

Использование предлагаемого устройства, по сравнению с известным прототипом, позволяет проще и с меньшей абсолютной погрешностью (до 1%) измерить расстройку компенсации емкостного тока замыкания на землю. Это достигается за счет учета фазового сдвига между сигналами.

На чертеже представлена схема устройства для измерения расстройки компенсации емкостного тока замыкания на землю.

Устройство содержит объект измерения - дугогасящий аппарат 1, связанный с сетью через заземляющий трансформатор 2, первый измерительный трансформатор напряжения 3, подключенный к дугогасящему аппарату, источник контрольного тока 4, подключенный к сети через дугогасящий аппарат 1 и заземляющий трансформатор 2, второй измерительный трансформатор напряжения 5, подключенный к силовой обмотке источника контрольного тока 4, трансформатор тока 6, включенный в цепь источника контрольного тока 4, первый промежуточный трансформатор напряжения 7, вход которого подключен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения 3, трансреактор 8 - трансформатор с воздушным зазором в магнитном сердечнике, включенный в цепь трансформатора тока 6, выход которого включен между выходом первого измерительного трансформатора напряжения 3 и входом первого промежуточного трансформатора напряжения 7, второй промежуточный трансформатор напряжения 9, вход которого подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения 5, потенциометр 10, подключенный к первому выходу второго промежуточного трансформатора напряжения 9, первый фильтр нижних частот 11, вход которого подключен к выходу первого промежуточного трансформатора напряжения 7, второй фильтр нижних частот 12, вход которого подключен ко второму выходу второго промежуточного трансформатора напряжения 9, третий фильтр нижних частот 13, вход которого подключен к потенциометру 10, первый фазовращатель 14, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот 12, первый фазовый детектор 15, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя 14, а второй вход к выходу третьего фильтра нижних частот 13, выпрямитель 16, вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот 11, делительный блок 17, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя 16, измерительный прибор 18, вход которого подключен к выходу делительного блока 17, второй фазовращатель 19, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот 12, второй фазовый детектор 20, первый вход которого подключен к выходу второго фазовращателя 19, а второй вход к выходу третьего фильтра нижних частот 13, масштабирующий блок 21, вход которого подключен к выходу второго фазового детектора 20, сумматор 22, первый вход которого подключен к выходу первого фазового детектора 15, а второй вход к выходу масштабирующего блока 21, а выход к первому входу делительного блока 17.

Первый (11), второй (12) и третий (13) фильтры нижних частот могут быть выполнены на операционных усилителях К140УД6.

Первый (14) и второй (19) фазовращатели могут быть выполнены на операционных усилителях К140УД6.

Первый (15) и второй (20) фазовые детекторы могут быть выполнены на операционных усилителях К140УД6 и 590КН5.

В качестве выпрямителя 16 может быть выбран активный выпрямитель, выполненный на двух операционных усилителях К140УД6.

Делительный блок 17 выполнен на микросхеме КР525ПСЗ.

В качестве измерительного прибора 18 выбран цифровой миллиамперметр.

Масштабирующий блок 21 может быть выполнен на операционном усилителе К140УД6.

Сумматор 22 может быть выполнен на операционном усилителе К140УД7.

Устройство работает следующим образом. Источник контрольного тока 4 накладывает на сеть контрольный переменный ток непромышленной частоты, например, 25 Гц. В цепи трансформатора тока 6, протекает ток, пропорциональный току в дугогасящем аппарате 1. На вторичной обмотке трансреактора 8 появляется напряжение U_TAV определяемое током в первичной обмотке, включенной в цепь трансформатора тока 6. На вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 3 появляется напряжение U_ДГР, пропорциональное напряжению на дугогасящем аппарате 1. На первый промежуточный трансформатор напряжения 7 подается сумма напряжений на дугогасящем аппарате и на трансреакторе (U_ДГР+U_TAV). На вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 5 появляется напряжение U, пропорциональное напряжению на силовой обмотке источника контрольного тока 4, которое используют в качестве опорного.

Опорное напряжение U через второй промежуточный трансформатор напряжения 9 подается на потенциометр 10, включенный в первую вторичную обмотку второго промежуточного трансформатора напряжения 9. Также опорное напряжение со второй вторичной обмотки второго промежуточного трансформатора напряжения 9 подается через второй фильтр низкой частоты 12 и первый фазовращатель 14 на первый управляющий вход первого фазового детектора 15 и через второй фильтр низкой частоты 12 и второй фазовращатель 19 на первый управляющий вход второго фазового детектора 20.

Потенциометр 10 подобран таким образом, чтобы напряжение на нем было равно от опорного напряжения U. Вторичная обмотка первого промежуточного трансформатора 7 и первая вторичная обмотка второго промежуточного трансформатора 9 включены таким образом, чтобы напряжения находились в противофазе.

С выхода потенциометра 10 разность напряжений вторичной обмотки первого промежуточного трансформатора 7 и потенциометра 10 через третий фильтр низкой частоты 13 подается на второй вход первого фазового детектора 15 и на второй вход второго фазового детектора 20, где выделяются соответственно вещественная, совпадающая по фазе с опорным напряжением, и мнимая, опережающая опорное напряжение на 90°, составляющие сигнала.

Сигнал с выхода первого фазового детектора 15 подается на первый вход сумматора 22, а сигнал с выхода второго фазового детектора 20 через масштабирующий блок 21 подается на второй инвертирующий вход сумматора 22.

Сигнал, пропорциональный сумме напряжений на вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 3 и на трансреакторе 8, со вторичной обмотки первого промежуточного трансформатора 7 подается через первый фильтр низкой частоты 11 и выпрямитель 16 на второй вход делительного блока 17, где сигнал, поступивший с выхода сумматора 22 делится на напряжение, пропорциональное сумме напряжений на вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 5 и на трансреакторе 8. Сигнал с делительного блока 17 подается на измерительный прибор 18.

Таким образом, устройство работает в соответствии со следующим соотношением:

где - измеряемая расстройка компенсации;

U_ДГР - напряжение непромышленной частоты на дугогасящем аппарате;

U_TAV - напряжение непромышленной частоты на трансреакторе;

U - напряжение источника контрольного тока;

- угол между вектором напряжения на второй вторичной обмотке второго промежуточного трансформатора напряжения и вектором напряжения U_ДГР+U_TAV;

К - масштабирущий коэффициент.