устройство для контроля состояния высоковольтных вводов

Формула изобретения

Устройство для контроля состояния высоковольтных вводов трехфазного электрического аппарата, подключенного к системе высоковольтных шин, содержащее устройства присоединения к измерительным выводам высоковольтных вводов всех трех фаз, выходы которых через узлы защиты токовых цепей подключены ко входам соответствующих узлов гальванической развязки и нормализации токовых сигналов, трансформатор напряжения трехфазной системы высоковольтных шин, выходы которого подключены ко входам соответствующих узлов нормализации сигналов напряжения, первый блок измерений для измерения сигналов тока утечки вводов и обработки информации, включающий в себя узел сигнализации, первый аналого-цифровой преобразователь, первый мультиплексор аналоговых сигналов, входы которого подключены к трем выходам узлов гальванической развязки и нормализации токовых сигналов, а выход подключен ко входу первого аналого-цифрового преобразователя, и первый микроконтроллер со входом прерывания, электрически связанный соответствующими шинами управления и данных с вышеупомянутыми первым мультиплексором аналоговых сигналов и первым аналого-цифровым преобразователем, а узел сигнализации подключен к цифровому выходу первого микроконтроллера, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно второй блок измерений для измерения сигналов напряжения на вводах, первый и второй блоки измерений связаны между собой изолирующим каналом передачи синхросигналов и изолирующим последовательным каналом связи, второй блок измерений содержит нуль-орган напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь, второй мультиплексор аналоговых сигналов, входы которого подключены к трем выходам узлов нормализации сигналов напряжения, а выход подключен ко входу второго аналого-цифрового преобразователя и входу нуль-органа напряжения, второй микроконтроллер с первым, вторым и третьим входами прерывания, электрически связанный соответствующими шинами управления и данных с вышеупомянутыми вторым мультиплексором аналоговых сигналов и вторым аналого-цифровым преобразователем, первый таймер-счетчик и второй таймер-счетчик с предделителем, причем выход переполнения первого таймера-счетчика подключен к первому входу прерывания второго микроконтроллера и через изолирующий канал передачи синхросигналов ко входу прерываний первого микроконтроллера, выход переполнения второго таймера-счетчика подключен ко второму входу прерываний второго микроконтроллера, цифровые линии первого и второго таймеров-счетчиков подключены к шине адреса/данных/управления второго микроконтроллера, тактовые входы первого таймера-счетчика и предделителя второго таймера-счетчика подключены к выходу генератора тактовых импульсов второго микроконтроллера, выход нуль-органа напряжения подключен ко входу захвата/сравнения второго таймера-счетчика и третьему входу прерывания второго микроконтроллера, в первом и втором блоках измерений имеется первый последовательный интерфейс, первые последовательные интерфейсы первого и второго блоков измерений связаны между собой через изолирующий последовательный канал связи, первый блок измерений имеет второй последовательный интерфейс, который используется для связи с верхним уровнем системы контроля и управления, первый и второй блоки измерений могут иметь дополнительные интерфейсы для отладки и локального конфигурирования с помощью переносного персонального компьютера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике в области электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля изоляции, диагностики и защиты высоковольтных вводов силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов. Технический результат - повышение точности устройства.

Сущность: изобретение реализует измерение синусных и косинусных составляющих напряжения на вводе и тока утечки изоляции ввода с последующим вычислением амплитуд и фазовых соотношений между током и напряжением, tg и емкости основной изоляции ввода.

Устройство содержит узлы присоединения к объекту, подключенные к измерительным выводам вводов, узлы защиты токовых цепей, подключенные к выходам узлов присоединения, узлы гальванической развязки и нормализации сигналов тока, подключенные к выходам узлов защиты токовых цепей, узлы нормализации сигналов напряжения, получающие сигналы от сетевого трансформатора напряжения, первый блок измерений для измерения сигналов тока утечки вводов и обработки информации, второй блок измерений для измерения сигналов напряжения на вводах, изолирующий канал передачи синхросигналов от второго измерительного устройства к первому измерительному устройству, например волоконно-оптический, и изолирующий последовательный канал связи между первым и вторым измерительными устройствами. Первый блок измерений содержит узел сигнализации, мультиплексор сигналов тока, аналоговые входы которого подключены к выходам узлов гальванической развязки и нормализации сигналов тока, первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу мультиплексора сигналов тока, первый микроконтроллер с входом прерывания, электрически связанный соответствующими шинами управления и данных с вышеупомянутыми первым мультиплексором аналоговых сигналов и первым аналого-цифровым преобразователем, вход прерывания первого микроконтроллера подключен к выходу канала передачи синхросигналов, узел сигнализации подключен к цифровому выходу первого микроконтроллера. Второй блок измерений содержит нуль-орган напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь, второй мультиплексор аналоговых сигналов, входы которого подключены к трем выходам узлов нормализации сигналов напряжения, а выход подключен ко входу второго аналого-цифрового преобразователя и входу нуль-органа напряжения, второй микроконтроллер с первым, вторым и третьим входами прерывания, электрически связанный соответствующими шинами управления и данных с вышеупомянутыми вторым мультиплексором аналоговых сигналов и вторым аналого-цифровым преобразователем, первый таймер-счетчик и второй таймер-счетчик с предделителем, причем выход переполнения первого таймера-счетчика подключен к первому входу прерывания второго микроконтроллера и через изолирующий канал передачи синхросигналов ко входу прерываний первого микроконтроллера, выход переполнения второго таймера-счетчика подключен ко второму входу прерываний второго микроконтроллера, цифровые линии первого и второго таймеров-счетчиков подключены к шине адреса/данных/управления второго микроконтроллера, тактовые входы первого таймера-счетчика и предделителя второго таймера-счетчика подключены к выходу генератора тактовых импульсов второго микроконтроллера, первый и второй блоки измерений связаны между собой изолирующим последовательным каналом связи, выход нуль-органа напряжения подключен ко входу захвата/сравнения второго таймера-счетчика и третьему входу прерывания второго микроконтроллера, в первом и втором блоках измерений имеется первый последовательный интерфейс, первые последовательные интерфейсы первого и второго блоков измерений связаны между собой через изолирующий последовательный канал связи.

Первый блок измерений имеет второй последовательный интерфейс, который используется для связи с верхним уровнем системы контроля и управления

Дополнительно в первый блок измерений может входить коммуникационный узел, содержащий элементы отображения, клавиатуру и третий последовательный интерфейс для отладки и локального конфигурирования устройства с помощью переносного персонального компьютера, второй блок измерений также может иметь второй последовательный интерфейс для отладки.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Существо изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 показана блок-схема известного устройства мониторинга состояния высоковольтных вводов согласно патенту RU 2401434 С1 (прототип).

На фиг.2 показан вариант реализации устройства контроля высоковольтных вводов согласно изобретению.

В настоящее время известен ряд систем и устройств контроля состояния изоляции высоковольтных вводов под рабочим напряжением:

- Система «R1500» мониторинга и сигнализации технического состояния изоляции маслонаполненных вводов трансформаторов. Техническое описание. Производственно-внедренческая фирма «Вибро-Центр». - Пермь: www.vibrocenter.ru/r1500.htm.

- InsulGard G2 Maximizes Uptime and Reliability. Рекламный проспект.Фирма «Cutler-Hammer» Eaton Corporation. Канада.: www.cutler-hammer.eaton. com.

- IDD - Intelligent Diagnostic Devices for Bushings. Рекламный проспект.Фирма «Doble Engineering Company». США.: www.doble.com.

- Устройство контроля изоляции вводов КИВ (КИВ-500), выпускаемое промышленностью с 60-х годов прошлого века и используемое в энергетике по настоящее время (см., например, Голоднов Ю.М. Контроль за состоянием трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1988 - 88 с.: ил.).

Известен также ряд патентных материалов, выданных на устройства контроля изоляции высоковольтного оборудования и высоковольтных вводов под рабочим напряжением:

- Авторское свидетельство СССР № 296062, кл. G01R 31/02, 1968, БИ № 8, 1971 г.

- Авторское свидетельство СССР № 384080, кл. G01R 31/02, 1970, БИ № 24, 1973 г.

- Патент Российской Федерации № 2003127 С1, кл. G01R 31/02, Бюл. № 41-42, 15.11.93 г.

- Патент Российской Федерации № 2145420 С1, Кл. G01R 31/08? 31/12, Бюл. № 4, 10.02.2000 г.

Все указанные устройства реализуют неравновесно-компенсационный метод измерений, описанный в работах П.М.Сви (например, Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.: ил.).

Этот метод и реализующие его системы обладают серьезными недостатками:

- метод позволяет только качественно, по нарастанию суммарного сигнала токов утечки изоляции вводов сделать заключение о предаварийном состоянии ввода, что для современных систем недостаточно. Любые количественные оценки деградации параметров изоляции вследствие недостатков, которые приведены ниже, специалистами энергетиками не признаются достоверными;

- способ выявления неблагополучного ввода допускает неоднозначное толкование, поскольку для любого приращения амплитуды и фазы суммарного сигнала, причиной которого считается деградация изоляции неблагополучного ввода, может быть подобрано соответствующее сочетание изменений в двух оставшихся вводах, дающее такой же результат;

- не дается начальной оценки степени деградации изоляции вводов; метод основан на априорном допущении начального благополучного состояния вводов;

- при изначальном количественном расхождении значений параметров изоляции вводов и неидентичности их зависимости от напряжения и температуры, что чаще всего случается в практике (например, при замене одного ввода), выходной сигнал будет зависеть от изменений напряжения сети, загрузки трансформатора, температуры воздуха, т.е. факторов, влияние которых теоретически должно компенсироваться;

- бесспорна зависимость выходного сигнала от нарушения симметрии напряжений сети и его гармонического состава.

Недостатки неравновесно-компенсационного метода измерений устранены в техническом решении согласно патенту Российской федерации RU 2328009 С1, кл. G01R 31/02, 2006, опубл. 27.06.2008, в котором реализуется прямое измерение активных и реактивных составляющих тока утечки изоляции ввода, напряжения на вводе и частоты сети с последующим вычислением амплитуд и фазовых соотношений между током и напряжением, tg и емкости основной изоляции ввода. В этом решении выделение активных и реактивных составляющих тока и напряжения реализуется аппаратно, что приводит к повышенной сложности и ограниченной точности устройства.

Этот недостаток устранен в техническом решении, защищенном патентом Российской федерации RU 2401434 С1, кл. G01R 31/14, 2009, опубл. 10.10.2010, наиболее близком к настоящему изобретению (прототип).

В основе решения лежит разложение периодических сигналов на ортогональные составляющие.

Пусть мы имеем две ортогональных синусоиды:

и два подлежащих измерению сигнала (напряжение и ток), искаженных высшими гармониками и содержащих случайные искажения:

где _u - смещение фазы сигнала напряжения относительно опорной косинусоиды, - разность фаз первых гармоник сигналов тока и напряжения, (t) - случайные составляющие сигналов.

Ортогональные косинусные и синусные составляющие первых гармоник измеряемых сигналов определяются первыми членами разложения функций (3), (4) в ряды Фурье:

При этом интегралы от членов, содержащих высшие гармоники, оказываются нулевыми, и результаты интегрирования приводятся к виду:

Зависящие от случайных составляющих сигналов члены могут быть отфильтрованы.

В вышеприведенных выражениях для простоты не включены коэффициенты приведения сигналов к первичной стороне тока и напряжения.

В соответствии с известной теоремой квантования интегралы в первых членах ряда Фурье могут быть заменены суммированием N дискретных значений:

где m=0 для косинусных составляющих и m=1 для синусных составляющих, Т=2 / , если спектр сигнала f(t) не содержит частот, превышающих критическую частоту f_c=N/Т («удвоенная частота Найквиста»). Выполнение этого условия обеспечивается некоторой фильтрацией входных сигналов в узлах нормализации. Например, при N=1024 для ослабления в 2 раз составляющих искажений с частотой более f_c , амплитуда которых и так обычно невелика, потребуется фильтр первого порядка с постоянной времени Т/1024, или ~20 мкс при частоте сети 50 Гц. При этом разность сдвига фаз между каналами тока и напряжения, связанная с начальным разбросом емкости конденсаторов фильтров, будет иметь порядок 1 мкс и может быть скомпенсирована программно после начальной калибровки прибора, а ее изменение со временем и с температурой при использовании высокостабильных конденсаторов - не более 0,03 мкс (~1·10^-5 рад).

Для точного задания частоты и фазы задания точек квантования используются измерение периода измеряемых сигналов и задания моментов квантования с помощью встроенных в микроконтроллеры таймеров-счетчиков с кварцевым генератором тактовых импульсов. Можно показать, что при относительной ошибке задания частоты квантования и ненулевом смещении фазы опорных ортогональных сигналов вызванная ими погрешность определения угла потерь имеет для малых оценку:

При синхронизации начала оцифровки с помощью прерывания процессора в момент перехода через ноль измеряемого сигнала напряжения, для современных микроконтроллеров легко реализуема задержка не более 0,5·10^-3 рад (порядка 2 мкс). При N=1024, частоте сети f₀=50 Гц и частоте тактового генератора микроконтроллера f_T=40 МГц погрешность задания интервалов квантования не будет превышать значения =±½·Nf₀/f_T 0,0007, если интервалы задавать с помощью встроенного в микроконтроллер таймера. При этом в соответствии с (22) результирующая ошибка определения угла потерь не превысит 10^-6 рад (| tg | 10^-6). Загружаемое в данный таймер число, задающее интервал квантования, определяется делением на N длительности периода частоты измеряемых сигналов, выраженного в тактах частоты тактового генератора. Эта длительность измеряется с помощью входящего в состав микроконтроллера второго таймера со схемой захвата, позволяющего в моменты перехода через ноль сигнала напряжения запоминать и затем считывать показания таймера. Искомая длительность определяется как разность двух последовательных значений, считанных из таймера (с учетом возможного переполнения). Чтобы измеряемый этим таймером интервал не выходил за пределы разрядной сетки микроконтроллера (для упрощения используемых процедур), можно использовать обычно имеющийся предделитель на входе тактовых импульсов этого таймера с коэффициентом деления 2^m . В этом случае загружаемое в первый таймер для задания интервалов квантования число М1 определяется соотношением:

где М2 - число, соответствующее длительности периода измеряемых сигналов в тактах второго таймера.

Существо решения согласно прототипу поясняется структурной схемой фиг.1.

К шинам А, В, С сети подключен объект контроля 1 - три высоковольтных ввода, к измерительным выводам которого присоединены три устройства подключения к объекту 2, чьи выходы, в свою очередь, через соответствующие узлы защиты токовых цепей 3 подключены к входам узлов гальванической развязки и нормализации токовых сигналов 4. Последние в качестве развязывающих и согласующих элементов содержат приборные измерительные трансформаторы тока.

К тем же шинам сети подключен измерительный трансформатор напряжения 5, сигналы с вторичных обмоток которого поступают на входы соответствующих узлов гальванической развязки и нормализации сигналов напряжения 6. В них также в качестве развязывающих и согласующих элементов могут быть использованы приборные измерительные трансформаторы напряжения (если измерительная схема изолирована от земли, использование этих трансформаторов необязательно, они заменяются просто входными сопротивлениями достаточной величины для ограничения входных токов нормализующих усилителей).

Шесть выходов узлов развязки и нормализации 4 и 6 через шесть узлов слежения/запоминания 7, управляемые дискретным сигналом 8 с выхода DO0 управляющего микроконтроллера 9, соединены с соответствующими входами восьмивходового мультиплексора аналоговых сигналов 10, сигнал на выходе которого соответствуют тому или иному измеряемому сигналу в зависимости от состояния сигналов на шине управления 11, поступающих с выхода DO1 микроконтроллера. На два избыточных входа мультиплексора 10 могут подаваться калибровочные сигналы опорного напряжения (12) и нуля (13), периодическое измерение которых используется для контроля исправности прибора. Выходной сигнал мультиплексора 10 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14, подключенного к микроконтроллеру по шине 15. Моменты считывания сигналов в АЦП определяются сигналом переполнения встроенного в микроконтроллер первого таймера-счетчика 16, поступающего на вход прерывания микроконтроллера Int1. Сигналы с выходов узлов нормализации напряжений 6 поступают также на входы второго аналогового мультиплексора 17, выход которого подключен ко входу нуль-органа напряжений 18, а линии управления - к цифровому выходу 19 микроконтроллера. Сигнал с выхода нуль-органа 18 поступает на вход прерывания микроконтроллера Int3 и на вход захвата встроенного в микроконтроллер второго таймера-счетчика 20 с предделителем 21. Выход переполнения таймера-счетчика 20 подключен ко входу прерываний Int2 микроконтроллера. На тактовые входы таймера-счетчика 16 и предделителя 21 таймера-счетчика 20 подается сигнал 22 генератора тактовой частоты микроконтроллера f_T. Линии данных обоих счетчиков подключены к внутренней шине обмена данными микроконтроллера 23. К микроконтроллеру подключены также коммуникационный узел 24, узел сигнализации 25 и узел последовательного интерфейса 26.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения параметров ввода фазы А командой по шине 11 мультиплексором 10 выбирается сигнал напряжения данной фазы. В моменты перехода данного сигнала через ноль по двум последовательным прерываниям по входу Int2 микроконтроллер 9 считывает показания, защелкнутые в моменты прерываний таймером-счетчиком 20, и вычисляет длительность М2 периода сигнала напряжения как разность двух соседних показаний таймера-счетчика 20 с учетом количества переполнений счетчика, фиксируемых прерываниями по входу Int3. Вычисляется частота в сети f_c=f_T/(М2·2^m ). В счетчик 16 загружается коэффициент пересчета М1, вычисленный по соотношению (15). После этого по очередному фронту сигнала на входе прерывания Int2 разрешаются прерывания по входу Int1 с выхода счетчика 16, чем синхронизируется начало цикла измерений с переходом напряжения через ноль. По каждому прерыванию Int1 выдается сигнал по линии 8 на узлы слежения/запоминания 7 для замораживания всех шести измеряемых сигналов на время оцифровки. За счет одновременного «замораживания» сигналов обеспечивается измерение их мгновенных значений в один и тот же момент времени. Командами по шине 11 выбираются поочередно сигналы тока и напряжения ввода фазы А с выхода узлов слежения/запоминания 7 и с помощью АЦП 14 производится их оцифровка. Полученные значения сохраняются в массиве данных в памяти. По окончании оцифровки сигнал «замораживания» сигналов 8 снимается, разрешая отслеживание входных сигналов для считывания в следующей точке. Прерывания по входу Int1 подсчитываются, и после N-го прерывания цикл оцифровки для фазы А заканчивается, прерывания по входу Int1 закрываются. С использованием соотношений (5) (8) и (13) вычисляются синусные и косинусные составляющие тока и напряжения ввода, действующие значения тока и напряжения:

тангенс угла потерь

емкость основной изоляции ввода

сопротивление утечки

Далее процесс повторяется для фаз В и С.

Для учета фазовой погрешности трансформатора напряжения, которая может достигать значений порядка 0,01 рад (0,5-0,6 град.) и во много раз превышать измеряемый угол потерь, при установке прибора на новый (или подвергшийся предварительно испытаниям) ввод с известным значением тангенса угла потерь tg ₀ проводят измерения с помощью предлагаемого прибора и записывают измеренное значение и известное значение tg ₀ в его память. При дальнейших измерениях в процессе эксплуатации ввода по измеренным значениям tg ' пересчитывают истинное значение тангенса с учетом указанных величин. Точное выражение для такого пересчета:

Однако для малых значений угла потерь малыми второго порядка можно пренебречь и производить коррекцию по упрощенному соотношению

При значениях измеряемого угла до 0,01 радиан ошибка этого приближенного выражения не превышает 10 ^-6.

При всех своих достоинствах по сравнению с предшественниками данное решение обладает существенным недостатком.

Дело в том, что измерительные трансформаторы напряжения располагаются часто на значительном удалении от контролируемого аппарата, например силового трансформатора (автотрансформатора, реактора). Так, на гидроэлектростанциях при расположении блочных трансформаторов на плотине ГЭС расстояние до ближайших измерительных трансформаторов стороны высшего напряжения, располагаемых на сборных шинах в начале отходящих линий, может доходить до 1000 м и более. При этом сигналы от измерительных трансформаторов напряжения к устройству контроля состояния высоковольтных вводов приходится передавать с помощью длинной кабельной линии. В этом случае возникают два вида искажений сигналов:

1) собственные искажения сигналов, связанные с их передачей по длинной несогласованной линии (как правило - повышение амплитуды и искажение фазы сигналов),

2) наводки на кабельную линию от электромагнитных полей, создаваемых оборудованием и ошиновкой станции (подстанции).

Искажения первого типа в принципе являются детерминированными и могут быть скомпенсированы при начальной калибровке устройства. Однако при изменении состава подключенной к измерительному трансформатору за кабельной линией аппаратуры измерений, релейной защиты и автоматики, приборов учета и контроля качества электроэнергии значения амплитуды и, что особенно важно, фазы измеряемых напряжений могут изменяться. Искажения же второго типа в принципе являются нестационарными и не могут быть скомпенсированы.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет исключения искажений сигналов в линии связи с трансформаторами напряжения. Эта цель достигается тем, что оцифровка сигналов напряжения осуществляется отдельным вторым блоком измерений, устанавливаемым в непосредственной близости от трансформаторов напряжения, синхронизация измерений сигналов тока и напряжения осуществляется передачей импульса синхронизации от второго блока измерений по быстродействующему оптоизолированному каналу синхронизации в первый блок измерений, осуществляющий в данном случае только оцифровку сигналов токов утечки вводов, а данные оцифровки сигналов напряжения передаются из второго блока измерений в первый блок измерений по отдельному изолированному последовательному каналу связи. Одновременная оцифровка сигналов тока и напряжения одной фазы отдельными АЦП позволяет также упростить схему первого блока измерений за счет исключения шести прецизионных схем слежения/запоминания.

Структурная схема предлагаемого устройства контроля состояния высоковольтных вводов показана на Фиг.2.

К шинам А, В, С сети подключен объект контроля 1 - три высоковольтных ввода, к измерительным выводам которого присоединены три узла подключения к объекту 2, чьи выходы, в свою очередь, через соответствующие узлы защиты токовых цепей 3 подключены к входам узлов гальванической развязки и нормализации токовых сигналов 4. Последние в качестве развязывающих и согласующих элементов содержат приборные измерительные трансформаторы тока.

К тем же шинам сети подключен измерительный трансформатор напряжения 5, сигналы с вторичных обмоток которого поступают на входы соответствующих узлов нормализации сигналов напряжения 6. Поскольку измерительная схема напряжения изолирована от земли, использование изолирующих промежуточных трансформаторов в этих узлах необязательно, они могут быть заменены входными сопротивлениями для ограничения входных токов нормализующих усилителей.

Первый блок измерений 30 содержит микроконтроллер 9, мультиплексор 10, на входы которого поступают сигналы от узлов гальванической развязки и нормализации токовых сигналов 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, подключенный к микроконтроллеру по шине 15. Выбор одного из трех токовых сигналов осуществляется командами, поступающими от микроконтроллера 9 на адресный вход мультиплексора 10 по цифровой шине 11. Для задания моментов оцифровки сигналов в микроконтроллере используется вход прерывания микроконтроллера 9 Int1.1.

Второй блок измерений 31 содержит второй микроконтроллер 32, второй мультиплексор 33, на входы которого поступают сигналы от узлов нормализации сигналов напряжения 6, нуль-орган напряжения 18 и второй АЦП 34, подключенный к микроконтроллеру 32 по шине 35, первый таймер-счетчик 16.2 и второй таймер-счетчик 20.2 с предделителем 21.2.

Выбор одного из трех сигналов напряжения фаз осуществляется командами, поступающими от микроконтроллера 32 на адресный вход мультиплексора 33 по цифровой шине 36. Выбранный мультиплексором сигнал с его выхода поступает на входы АЦП 34 и нуль-органа напряжения 18.

Синхросигнал с выхода нуль-органа напряжения 18 подается на вход захвата/сравнения второго таймера-счетчика 20.2 и на вход прерывания Int2.2 второго микроконтроллера 32.

Выход переполнения таймера-счетчика 20.2 подключен ко входу прерываний Int2.2 микроконтроллера 32, цифровые линии таймеров-счетчиков 16.2 и 20.2 - к шине адреса/данных/управления микроконтроллера 32, счетные входы первого таймера-счетчика и предделителя второго таймера-счетчика подключены к источнику тактовых импульсов 22.2, а выход переполнения таймера-счетчика 16.2 подключен ко входу прерываний Int3.2 второго микроконтроллера 32 и через изолирующий канал передачи синхросигналов 37 на вход прерывания Int1.1 первого микроконтроллера 9.

Последовательные порты Com 1.1 первого измерительного устройства 30 и Com 1.2 второго измерительного устройства связаны между собой изолирующим каналом связи 38. Передача полученной информации удаленному оператору или в автоматизированную систему контроля и управления осуществляется от последовательного порта Com 2.1 первого измерительного устройства 9 через интерфейс 26, например, типа RS485 или Ethernet. Порт Com 2.2 второго микроконтроллера может использоваться для его отладки и загрузки программного обеспечения через интерфейс 39, например, типа RS232 или USB. К первому микроконтроллеру 9 могут быть подключены также коммуникационный узел 24 и узел сигнализации 25.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания и инициализации микроконтроллеров первый микроконтроллер передает второму по каналу связи 38 команду работы с фазой А.

Для измерения параметров ввода фазы А командой микроконтроллера 9 по шине 11 мультиплексором 10 выбирается сигнал тока данной фазы, а командой микроконтроллера 32 по шине 36 мультиплексором 33 выбирается сигнал напряжения данной фазы. В моменты перехода данного сигнала через ноль по двум последовательным прерываниям по входу Int3.2 микроконтроллер 32 считывает показания, защелкнутые в моменты прерываний таймером-счетчиком 20.2, и вычисляет длительность М2 периода сигнала напряжения как разность двух соседних показаний таймера-счетчика 20.2 с учетом количества переполнений счетчика, фиксируемых прерываниями по входу Int2.2. Вычисляется частота в сети f_c=f_T/(М2·2^m). В счетчик 16.2 загружается коэффициент пересчета М1, вычисленный по соотношению (15).

После окончания измерения частоты второй микроконтроллер по каналу связи 38 передает измеренное значение частоты в первый микроконтроллер и подтверждает готовность к измерениям. Первый микроконтроллер разрешает прерывания по входу Int1.1 и выдает второму микроконтроллеру команду на начало измерений. По очередному фронту сигнала на выходе нуль-органа 18 второй микроконтроллер инициализирует счет в счетчике 16.2 и разрешает прерывания по входу Int1.2 с выхода счетчика 16.2, чем синхронизируется начало цикла одновременных измерений тока и напряжения с переходом напряжения через ноль. Измеренные мгновенные значения тока и напряжения заносятся в память первого и второго микроконтроллеров соответственно.

Прерывания по входам Int1.1, Int1.2 подсчитываются микроконтроллерами, и после N-го прерывания цикл оцифровки для фазы А заканчивается, прерывания по входам Int1.1, Int1.2 закрываются.

Таблицу из N измеренных мгновенных значений напряжения второй микроконтроллер передает в первый микроконтроллер по каналу связи 38.

С использованием соотношений (5) (8) и (13) первый микроконтроллер вычисляет синусные и косинусные составляющие тока и напряжения, и по соотношениям (16) (20) - действующие значения тока и напряжения, тангенс угла потерь, емкость основной изоляции и сопротивление утечки ввода фазы А. Так же как и для прототипа, осуществляется коррекция угла потерь по соотношению (22).

Далее процесс повторяется для фаз В и С.