блок гальванической развязки для групповой поверки шунтовых счетчиков электроэнергии

Формула изобретения

Блок гальванической развязки для групповой поверки шунтовых счетчиков электрической энергии, содержащий трансформатор, при этом токовые входы n поверяемых счетчиков подключены к источнику тока установки для поверки счетчиков, имеющему общую точку с источником напряжения, отличающийся тем, что содержит (n-1) трансформаторов с двумя идентичными обмотками, первичные обмотки которых включены последовательно между источником напряжения и входом напряжения соответствующего поверяемого счетчика, а вторичные обмотки включены между общим проводом установки для поверки счетчиков и токовым входом каждого последующего счетчика, причем первичная и вторичная обмотки включены согласно, вход напряжения последнего счетчика подключен непосредственно к источнику напряжения установки для поверки счетчиков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам испытания и калибровки электроизмерительных приборов, и может быть использовано при построении метрологических установок для групповой поверки и регулировки шунтовых счетчиков электроэнергии.

Известен блок гальванической развязки (БГР) [http:// www.energomera.ru/articles/6 Метрологические установки для групповой поверки счетчиков электроэнергии с токовыми шунтами], который конструктивно представляет собой многообмоточный трансформатор с калиброванными между собой вторичными обмотками (для подключения n счетчиков необходимо n обмоток). При поверке счетчиков на каждой из обмоток устанавливается напряжение до 250 В. Схема подключения, например, трех счетчиков при использовании этого блока гальванической развязки приведена на фиг.1

На этой схеме поверяемые счетчики представлены в виде двух блоков: сопротивления шунта R_щ и электронной схемы счетчика МС, которые имеют общую технологическую точку.

Метрологическая установка представлена на фиг.1 двумя блоками - источником тока I_уст и источником напряжения U_уст. Так как в процессе поверки счетчиков надо задавать фазовый сдвиг между током I_уст и напряжением U_уст, то эти два блока имеют общую точку.

Блок гальванической развязки состоит из трансформатора Тр, содержащего первичную обмотку W1, к которой подключен источник напряжения U_уст, и n вторичных обмоток (по числу одновременно поверяемых счетчиков) - W2, W3, W4. При поверке сопротивления шунтов R_ш поверяемых счетчиков соединяются последовательно и подключаются к источнику тока I_уст. Блоки МС счетчиков подключаются к соответствующим вторичным обмоткам (W2, W3, W4) трансформатора Тр. В этом случае ток I_MC, протекающий через блоки МС, не протекает через R_ш и не вызывает дополнительной погрешности. Падение напряжения на сопротивлениях R_ш при протекании тока I_уст не влияет на напряжения, приложенные к блокам МС.

БГР должен обеспечивать на всех вторичных обмотках одинаковые напряжения в пределах 198-250 В согласно регламенту поверки. Кроме того, БГР не должен вносить дополнительный фазовый сдвиг между напряжением U_уст и напряжениями на вторичных обмотках. Эти требования определяют сложность и трудоемкость изготовления, а также массогабаритные размеры такого БГР. Например, размеры БГР концерна “Энергомера” 152×250×350 мм. Хотя токи I_мс и небольшие (несколько десятков мА), их наличие может привести к изменению напряжения на вторичных обмотках и, соответственно, к увеличению погрешности поверки счетчиков, а это приводит к ограничению потребляемой мощности и особенно к разбросу потребляемой мощности от этих обмоток.

Задачей изобретения является снижение массогабаритных показателей, трудоемкости изготовления устройства, увеличение допустимой потребляемой мощности и допустимого разброса потребляемых мощностей поверяемых счетчиков.

Поставленная задача решена за счет того, что в предлагаемом блоке гальванической развязки для групповой поверки шунтовых счетчиков электроэнергии, так же как и в прототипе, имеется трансформатор, при этом токовые входы n поверяемых счетчиков подключены последовательно к источнику тока установки для поверки счетчиков, имеющему общую точку с источником напряжения установки для поверки счетчиков, вторичные обмотки подключены ко входам напряжения n поверяемых счетчиков, токовые входы которых подключены последовательно к источнику тока установки.

В отличие от прототипа предлагаемый блок гальванической развязки содержит (n-1) трансформаторов с двумя идентичными обмотками, первичные обмотки которых включены последовательно между источником напряжения и входом напряжения соответствующего поверяемого счетчика, а вторичные обмотки включены между общим проводом установки для поверки счетчиков и токовым входом каждого последующего счетчика. Первичная и вторичная обмотки трансформаторов включены согласно. Вход напряжения последнего счетчика подключен непосредственно к источнику напряжения установки для поверки счетчиков.

При таком подключении трансформаторов во вторичной обмотке создается такой же ток, как и в первичной, но через сопротивление шунта R_ш (фиг.2) они протекают встречно и компенсируют друг друга. Кроме того, напряжения, возникающие на R_ш счетчиков за счет протекания тока I_уст, трансформируются в первичную обмотку один к одному и добавляются к напряжению источника напряжения U_уст. Таким образом, разность потенциалов на входах электрической схемы МС счетчика будет равна напряжению U_уст, т.е. достигается такой же эффект, как и в прототипе. Но такое подключение трансформаторов приводит к тому, что они работают при малых токах I_мс (I _мс - десятки мА) и напряжениях (U_Rш - десятки мВ) поверяемых счетчиков.

В связи с этим трансформаторы предлагаемого БГР имеют малое число витков и небольшие габариты, что существенно снижает трудоемкость их изготовления.

Например, в изготовленном блоке гальванической развязки трансформаторы были намотаны на тороидальных сердечниках с внутренним диаметром 1,6 см, площадью сечения S=0,5 см² и содержали по 20 витков каждая обмотка. Для сравнения, если изготавливать трансформатор прототипа на тороидальном сердечнике с внутренним диаметром 6 см и площадью сечения 5 см², то число витков каждой обмотки порядка 1000. Для достижения идентичности обмоток и в том, и в другом случае они мотаются жгутом, только в предлагаемом БГР жгут из двух проводов длиной 1 м, а в прототипе из п проводов длиной 100 м.

Известно, что потери в трансформаторе определяются активным сопротивлением проводов обмоток. Даже при одном и том же сечении провода у прототипа и предлагаемого БГР длина провода обмотки прототипа больше в 100 раз, соответственно больше потери и соответственно меньше допустимая потребляемая мощность поверяемых счетчиков.

На фиг.1 приведена схема подключения трех счетчиков при использовании блока гальванической развязки по прототипу. На фиг.2 приведена схема подключения счетчиков с использованием предлагаемого БГР также для трех поверяемых счетчиков.

БГР (фиг.2) составляют два трансформатора 1 и 2, начала первичных обмоток которых 3, 4 подключены к источнику напряжения установки 5, а концы - к входам напряжений 6, 7 поверяемых счетчиков 8, 9. Начала вторичных обмоток 10, 11 трансформаторов 1, 2 подключены к общему проводу источника тока 12 и источника напряжения 5 установки для поверки счетчиков.

Концы вторичных обмоток 10, 11 подключены к токовым входам 13, 14 каждого последующего счетчика 9, 15.

Вход напряжения 16 последнего счетчика 15 подключен непосредственно к источнику напряжения 5. Сопротивления шунтов 17 поверяемых счетчиков соединены последовательно.

Предлагаемый БГР работает следующим образом (на примере трансформатора 1). Ток 18 счетчика 8 протекает от источника 5 через обмотку 3 трансформатора 1 счетчик 8 и сопротивления шунтов 17 счетчиков 9 и 15. Этот ток один к одному трансформируется в обмотку 10 трансформатора 1 (ток 20) и через сопротивления шунтов 17 счетчиков 9 и 15 протекает в обратном направлении (на фиг.2 показаны эти токи и стрелками указаны направления их протекания). Таким образом, в сопротивлениях шунтов 17 счетчиков 9 и 15 эти токи компенсируют друг друга.

Кроме того, через сопротивления 17 счетчиков протекает ток 21 и на них выделяются напряжения 22, 23 и 24. Сумма напряжений 23 и 24 оказывается подключенной между выходом 25 счетчика 8 и общим проводом установки, а также подключена к обмотке 10 трансформатора 1 и из нее трансформируется один к одному в первичную обмотку 3 этого трансформатора. Таким образом, к входу 6 счетчика 8 оказывается подключенным сумма напряжений 5, 23 и 24. В связи с этим напряжение, действующее между входом 6 и выходом 25 счетчика 8, будет равно напряжению 5.

Аналогично будет происходить и с последующими счетчиками, что необходимо для того, чтобы погрешность поверки счетчиков была минимальной.