Пристрій вимірювання втрат напруги у вторинному ланцюзі трансформатора напруги

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний для щцінки придатності вторинного ланцюга трансформатора напруги для включення лічильників електричної енергії. Відомий пристрій для вимірювання втрат напруги, який утримує два вимірювальних перетворювача типу змінна напруга - код. Перший перетворювач підключений до початку вторинного ланцюга трансформатору напруги, наприклад, до клем вторинної обмотки трансформатору напруги, через довгий вимірювальний кабель, а другий приєднаний безпосередньо до кінця вторинного ланцюга, наприклад, до клем лічильника [див. Романов Ю.А. "Измеритель параметров нагрузки в цепях трансформаторов тока и напряжения". Тезисы докладов конференции "Метрологическое обеспечение электрических измерений в электроэнергетике"]. Виходи обох вимірювальних перетворювачів підключені до входів вимірювальнообчислювального блоку, який розраховує втрату напруги. Однаково суттєвими ознаками цього аналогу і винаходу є вимірювальний кабель та вимірювальнообчислювальний блок. Недоліком пристрою є обчислення різниці великих та близьких по своєму значенню вихідних сигналів двох перетворювачів. Таке вимірювання робиться з великою погрішністю. Це зв'язано з тим, що втрата напруги, яку необхідно вимірювати, складає десяти частки відсотка напруги, яка є на вторинній обмотці трансформатору напруги. Така втрата порівняна з погрішністю перетворювачів. Погрішність вимірювання втрати напруги повинна складати не більш 5-10%. Отже, погрішність перетворювачів не повинна перевищувати соти х часток відсотка. Перетворювачі з такою високою точністю є дорогими та не пристосовані до польових умов, при яких робляться вимірювання втрат напруги вторинних ланцюгів трансформаторів напруги. Найбільш близькими до технічної суттєвості є пристрій вимірювану втрат напруги, який містить вольтметр та довгий вимірювальний одножильний кабель, через який вольтметр першим входом приєднаний до початку вторинного ланцюга трансформатора напруги, наприклад, до клеми вторинної обмотки трансформатору напруги. Другий вхід вольтметру вмикнений безпосередньо до кінця вторинного ланцюга, наприклад, до клеми лічильника [див. "Инстр укцию по проверке трансформаторов напряжения и их вторичных цепей", М., "Союзтехэнерго", 1979]. Крім цього пристрій містить фазометр, який вимірює кут між вектором струму у прямому або зворотному дроті вторинного ланцюга та вектором напруги на початку електричного ланцюга трансформатора напруги. Втрата напруги обліковується як сума косинусних складових вимірюваних падінь напруги на прямому та зворотному дротах. Однаково суттєвими ознаками цього аналогу і винаходу є вимірювальний кабель та вимірювальний блок, який містить в собі вольтметр та фазометр. Недоліком пристрою - прототипу є низька перешкодозахисність, яка зв'язана з тим, що електричний контур, який утворюється вторинним ланцюгом трансформатора напруги, вимірювальним одножильним кабелем та вольтметром, пронизується на території підстанції, де проводжуються вимірювання, змінним електромагнітним полем, в основному, промислової частоти. Це поле наводить у сформованому вимірювальному контурі змінну е.д.с, яка може буди на порядок більш, ніж втрата напруги у вторинному ланцюгу трансформатору напруги, яка викликається струмом навантаження та впливає на показання лічильника. Наведена е.д.с. на лічильник не впливає, тому що вона утворюється на час вимірювань і тільки у ланцюгу вольтметру. Винахід, який заявляється, направлений на усунення впливу електромагнітного поля на результати вимірювання втрати напруги. У основу винаходу поставлена задача компенсації наведеної у вимірювальному контурі е.д.с. Ця мета досягається тим, що у вторинному ланцюгу трансформатору напруги визначається у одному вимірюванні за допомогою прямого та зворотного розділювальних трансформаторів геометрична сума падінь напруги на прямому та зворотному дротах вторинного ланцюга трансформатора напруги, а втрата напруги розраховується у вимірювально-обчислювальному блоці за формулою DU=Uпад cosa де Uпад - модуль геометричної суми падінь напруги на прямому та зворотному дротах вторинного ланцюга трансформатору напруги; & & Uл U a - кут між вектором напруги або тн на кінцях або початках прямого та зворотного дротів & U вторинного ланцюга (напруги на лічильнику або на трансформатору напруги) та пад . Початки первинних обмоток прямого та зворотного розділювальних трансформаторів через нормально розімкнені контакт кнопки, які зашунтовані елементами індикації, приєднані відповідно до кінців прямої та зворотної жили вимірювального кабелю. Кінці первинних обмоток прямого та зворотного розділювальних трансформаторів підключені відповідно до кінців або початків прямого та зворотного дротів вторинного ланцюга трансформатору напруги. Вторинні обмотки прямого та зворотного розділювальних трансформаторів з'єднані між собою послідовно-зустрічно та підключені до перших входів вимірювальнообчислювального блоку. Другі входи вимірювально-обчислювального блоку приєднані до кінців первинних обмоток прямого та зворотного розділювальних трансформаторів через додатковий розділювальний трансформатор, який забезпечує гальванічну розв'язку других входів з кінцями прямого та зворотного дротів вторинного ланцюга трансформатора напруги. Вихід вимірювально-обчислювального блоку приєднаний до дисплею. Винахід, який пропонується, пояснюється за допомогою схем на Фіг.1¸4. Роздивимося дозвільний двухдротовий ланцюг, який з'єднує вторинну обмотку трансформатору напруги 1 (Фіг.1) та складається з прямого 2 та зворотного 3 дротів, довільне навантаження ZH та лічильник 4 з опором Ζл. Електричний ланцюг утримує три тривимірних довільних контура (І, ІІ та III) з прямим дротом 2 та опірами ΖΠ1 та Ζ п2, зворотним дротом 3 та опорами Ζз1 та Ζз2 та дротом з навантаженням ΖΗ. Ці контури пронизуються магнітними потоками промислової частоти ΦSк1, ΦSк2 та ΦSн, які створюються струмами, що течуть по дротам шин, ліній, кабелів та обмоткам силових трансформаторів. Втрата напруги на лічильнику сумується з втрат напруги на прямому дроті електричного ланцюга та зворотному. Тому для вимірювання втрати напруги на лічильнику 4 використовують два вимірювальних контура (прямий IV та зворотний V), які утворені вимірювальним кабелем 5 з витими прямою 6 та зворотною 7 жилами та пронизані магнітним потоками ФSвим.п та ФSвим.з. Прямой контур IV складається з прямого дроту 2 електричного ланцюга та прямої жили 6 вимірювального кабелю 5. Зворотний контур V складається з зворотного дроту 3 та зворотної жили 7 вимірювального кабелю 5. Якщо зневажити магнітним потоком, що пронизує малу площу контура, який утворений двома витими жилами у вимірювальному кабелі, то ФSвим.п=ФSвим.з+ΦSκ1+ΦSκ2 Для тривимірних контурів на Фіг.1 можна використовува ти схему заміщення, що показана на Фіг.2, де & & & & Е Е Е Е е.д.с. фк 1 , фк 2 та фн наводяться магнітними потоками ΦSк1, ΦSк2 та ΦSн. У свою чергу е.д.с в им. з викликається магнітним потоком ФSвим.з у контурі V. Так як обидві жили вимірювального кабелю 5 розташовані рядом один з одним та утворюють виту пару, то е.д.с, яка наведена у контурі, утвореному & Ев им. з зворотним дротом 3 та прямою жилою 6, також рівна . Падіння напруг на опорах ділянок & & & & & U U U U U електричного ланцюга Фіг.1 позначені п1 , п2 , з1 , з 2 , л . Напруга на вторинній обмотці трансформатору напруги 1 буде дорівнювати & & & & & & & & U = -Е +U -Е +U +U +U + U тн фк 1 п1 фк 2 п2 з1 з2 л Отже, & =U -U Uл & тн & пад де геометрична сума падінь напруги на прямому та зворотному дротах вторинного ланцюга трансформатору напруги & & & & & & & Uпад = -Ефк 1 + Uп1 - Ефк 2 + Uп2 + Uз1 + Uз 2 Напруга, яку вимірюють на прямому дроті 2 вторинного ланцюга трансформатору напруги 1, & & & & & & U =U +U -Е -Е -Е в им.п п1 п2 фк 1 фк 2 в им. з та на зворотному дроті 3 & & & & Uв им.з = U з1 + Uз 2 + Ев им.з Якщо розглянути суму напруг & & & Uв им = Uв им.п + Ев им. з то можна переконатися, що & & U =U пад в им & Е тобто напруга перешкоди в им.в компенсується. Напруга на лічильнику 4 залежить не тільки від падінь напруги на елементах вторинного ланцюга трансформатору напруги 1, але й від е.д.с., наведених електромагнітними полями у контурі, який утворюється прямим 2 та зворотним дротами 3. Ці е.д.с. існують незалежно від наявності або присутності вимірювального кабелю та впливають на показання лічильника. Втрата напруги & & DU = U - U тн л Для того, щоб визначити DU, коли звісно Uпад , необхідно додатково виміряти Uл та кут a між векторами & & U Uл та пад (Фіг.3,а). Тоді 2 DU = U2 + Uпад + 2UлUпад cos a - Uл л або DU=(k-1)Uл+kUпад cosa де k = 1 + (x ) 2 x= Uпад sin a U л + Uпад cos a У переважній кількості практичних випадків x