Пристрій підвищення точності обліку і контролю електроенергії

Реферат: Винахід належить до електровимірювальної техніки, а більш конкретно - до взаємодії вимірювальних трансформаторів струму (ТС) і напруги (ТН). Пристрій підвищення точності обліку та контролю електроенергії підвищує результуючу сумарну точність корекції фактичної похибки всього вимірювального комплексу у відповідності з фактичними динамічними метрологічними показниками трансформаторів напруги, струму та лічильника. Це дозволяє зменшити сумарну похибку вимірювання обсягу електроенергії практично до похибки, що залежить тільки від похибки лічильника електроенергії. UA 98423 C2 (12) UA 98423 C2 UA 98423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, зокрема до вимірювальних трансформаторів струму (ТС) і напруги (ТН), а також належить до електровимірювальної техніки. Відомий спосіб підвищення точності обліку і контролю електроенергії інформаційновимірювальним комплексом за рахунок корекції похибок трансформаторів струму і трансформаторів напруги, які входять до складу вимірювального комплексу електроенергії [Деклараційний патент UA 63600, МПК G01 R21/09. Спосіб корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії і пристрій для його здійснення. Бюл. №1 від 15.01.2004]. Їх недоліками є незабезпечення високої точності вимірювального комплексу в цілому за рахунок обліку похибок трансформатора струму і трансформатора напруги незалежно один від одного. Відомий спосіб підвищення точності обліку та контролю електроенергії вимірювальним комплексом, що включає вимірювання фактичних відносних похибок у діапазоні нормованих величин кожного з вимірювальних трансформаторів та встановлення їх залежностей від навантаження первинних та вторинних кіл вимірювальних трансформаторів, з урахуванням яких корегують величини навантаження вторинних кіл або за допомогою виткової корекції вимірювальних трансформаторів, з можливістю отримання рівних за величинами та протилежних за знаком похибок за умови виконання зазначених дій на місці встановлення та експлуатації вимірювального комплексу, окрім того, завершальний етап корекції проводять навантаженням вторинних кіл трансформатора напруги ТН у відповідності до струму первинного кола трансформатора струму ТС [Патент UA 91804, МПК (2009) H01F 38/00.Спосіб підвищення точності обліку і контролю електроенергії вимірювальним комплексом. Бюл. №18 від 25.08.2010]. Недоліком такого способу підвищення точності обліку і контролю електроенергії вимірювальним комплексом належить те, що його точність залежить від значення струму в колі електропостачання. Так як похибка вимірювання трансформатора струму ТС на нормованій ділянці залежності первинного струму (0,2 - 1,2) від номінального практично не змінюється, то похибка вимірювання трансформатора напруги ТН на такій ділянці змінювання первинного струму значно змінюється. Тобто для підтримання рівних за величинами та протилежних за знаком похибок вимірювальних трансформаторів необхідно для кожного значення первинного струму у вимірювального ТС змінювати опір вторинного кола вимірювального ТН. Але пристрою для такого змінювання немає. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, є пристрій підвищення точності обліку та контролю електроенергії вимірювальним комплексом ВК, що має лічильник електроенергії, вимірювальні трансформатори струму ТС і напруги ТН, давач струму ДС, з'єднаний з вторинним колом вимірювального трансформатора струму ТС, електронний магазин опорів МО, з'єднаний з вторинним колом вимірювального трансформатора напруги ТН і блок управління БУ, який автоматично здійснює зв'язок між давачем струму ДС та електронним 9 магазином опорів МО [Патент UA № 93980, МПК Н01F 38/00; Н01F 38/20; H01F 38/28; G01R 21/00; G01R 21/06; G01R 22/00 // Спосіб підвищення точності обліку і контролю електроенергії вимірювальним комплексом Бутенко Володимир Михайлович (UA); Білоусов Олександр Федорович (UA); Скарговский Алексей Олегович (RU); Терьошин Олег Вікторович заявл, № а 2010 09448 від 28.07.2010; Опубл. 25.03.2011, Бюл. № 6, 2011 - 6 с]. Недоліком такого пристрою підвищення точності обліку й контролю електроенергії вимірювальним комплексом ВК належить те, що немає структурної та принципової схеми блока управління БУ, що автоматично здійснює періодичне врахування та включення навантаження вторинних кіл трансформатора напруги ТН у відповідності до струму первинного кола трансформатора струму ТС. Задачею винаходу є створення пристрою динамічного підвищення точності обліку і контролю електроенергії вимірювальним комплексом ВК. Для цього блок управління БУ включає компаратор ДА1, генератор прямокутних імпульсів G, реверсивний двійковий лічильник імпульсів РЛ, резистивну матрицю РМ типу R-2R, операційний підсилювач ДА2 і джерело живлення Е та з'єднані таким чином, що вхід "а" приєднаний через резистор R10 на перший вхід компаратора ДА1, вихід останнього через резистор R13 приєднаний на вхід лічильника імпульсів РЛ, що виходами приєднаний до резистивної матриці РМ, яка в свою чергу приєднана до входу компаратора ДА2, а вихід ДА2 через резистор R15 на інвертуючий вхід компаратора ДА2 та через резистор R16 на корпус, а також з виходу ДА2 через резистор R11 на другий інвертуючий вхід компаратор ДА1 та через R12 на корпус, а також вихід ДА2 на вихід блока "b". БУ по встановлених у результаті метрологічних вимірювань залежностях похибок вимірювального ТС від величини струму в лінії електропостачання та похибок вимірювального трансформатора напруги ТН від величини навантаження його вторинних кіл, в якому за рахунок автоматичної 1 UA 98423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 корекції опором вторинних кіл вимірювального ТН забезпечується динамічне зменшення їх сумарної алгебраїчної похибки вимірювання до рівня, близького нулю. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак винаходу і технічного результату, який досягається, полягає в наступному. Залежність похибки ТН від потужності навантаження носить лінійний характер і при номінальній потужності навантаження похибки напруги δU знаходиться в негативній області. При зменшенні потужності до чверті номінальної потужності δU стає позитивною та наближається до верхньої межі похибки, що припускається, за стандартом на ТН. При такій потужності навантаження похибка ТС δI може перевищувати мінус 10 %. Враховуючи, що δU і δI мають протилежні знаки,то проводячи корекцію вторинного кола ТН (зміна опору) на місце установки та експлуатації вимірювального комплексу обліку та контролю електроенергії можна досягти рівності похибок ТС і ТН тобто δ U + δI ≈ 0 для конкретного значення струму у колі постачання. При зміні струму у колі постачання необхідна нова корекція вторинного кола ТН, тобто нове значення опору вторинного кола ТН. Таку автоматичну корекцію вторинного кола ТН у залежності від значення струму в колі постачання забезпечує запропонований пристрій. Таким чином сукупність істотних ознак запропонованого пристрою підвищення точності обліку і контролю електроенергії вимірювальним комплексом забезпечує отримання рівних за величинами та протилежних за знаком похибок по всьому діапазону нормованих струмів ТС за умови виконання зазначених дій на місці встановлення та експлуатації вимірювального комплексу. У цьому випадку систематична похибка всього комплексу визначатиметься похибкою тільки лічильника електроенергії. За рахунок цього підвищується точність обліку електроенергії. Фіг. 1 - функціональна схема пристрою підвищення точності обліку та контролю електроенергії вимірювальним комплексом ВК. Фіг. 2 - принципова схема електронного магазина опорів МО. Фіг. 3 - принципова схема датчика струму ДС. Фіг. 4 - принципова схема блока управління БУ. Пристрій підвищення точності обліку та контролю електроенергії вимірювальним комплексом ВК, складається з електронного магазину опорів МО 1, який з'єднаний з вторинною обмоткою ТН 2 (Zc - опір лічильника електроенергії ВК 3), датчика струму ДС 4, який з'єднаний з вторинною обмоткою ТС 5 і з'єднуючий їх блок управління БУ 6. Електронний магазин опорів МО 1 з навантаженням 3 - вторинної обмотки ТН 2, яка складається з двох транзисторів VT1 - 7 і VT2 8 та поєднана з діодним мостом 9, низькочастотним фільтром R5C2 10. Датчик струму ДС 4 складається з двопівперіодного випрямляча 11 та навантаженого опором R6 12 фільтруючим конденсатором С3 13, дільником R7-R8-R9 14. Блок управління БУ 6 включає компаратор DA1 27, опір R10 15, обмежуючий резистор R13 16, стабілітрон VD3 17, генератор прямокутних імпульсів G 18, реверсивний двійковий лічильник РЛ 19, резистивну матрицю РМ 20 типу R-2R, підключену через електронні ключі, опорною напругою Uоп 21, операційний підсилювач DA2 22 та джерела живлення Е 23, резистивний дільник R11-R12 24, вихідний потенціал блока управління Uупр 25, диференційне коло C4R14 26. Пристрій працює наступним чином. Біполярний транзистор VT1 7, що регулює струм вторинної обмотки трансформатора напруги ТН 2 (фіг. 2), відмінно струму, що проходить по первинній обмотці трансформатора струму ТС 5, управляється по базоемітерному колу транзистором VT2 8. Управляючий сигнал на цей транзистор 8 приходить з блока управління БУ 6 через вихід «b» (фіг. 1) та низькочастотний фільтр R5C2 10 (фіг. 2). Управління відбувається так, що струм через транзистор VT1 7 (фіг. 2) завжди пропорційний струму Ін. Джерело струму складається з навантаженого опору R6 12 та двопівперіодного випрямляча VD2 11 з фільтруючим конденсатором С3 13, підключеного до дільника R7-R8-R9 14 (фіг. 3). Сигнал, що знімається з дільника R7-R8-R9 14, подається на вхід «а» БУ 6 (фіг. 3), а саме через опір R10 15 на неінвертуючий вхід компаратора DA1 27 (вхід «а» фіг. 4). Вихід компаратора DA1 27 через обмежуючий резистор R13 16 - стабілітрон VD3 17 приєднуються до управляючого входу V реверсивного двійкового лічильника РЛ 19 (фіг. 4). В тому випадку, коли Uа>Uа1 на виході компаратора DA1 27 з'являється логічна одиниця і РЛ 19 переходить в режим накопичувача імпульсів, що надходять з генератора G 18. Кожний розряд РЛ 19 підключений до відповідних резисторів резистивної матриці РМ 20 через електронні ключі. Електронний ключ буде знаходиться у замкнутому стані в тому випадку, коли у відповідному розряді РЛ 19 буде записана логічна одиниця. Величина опорів РМ 20 залежить від рангу двійкових розрядів РЛ 19. Чим більше двійкове число буде записане в РЛ 19, тим менше буде опір РМ 20. Отже, струм через матрицю буде визначатися двійковим числом імпульсів, записаних в РЛ 19 та опорною напругою Uоп 21. 2 UA 98423 C2 Підсумування вихідних струмів матриці та подальше перетворення струму в напругу виконує операційний підсилювач DA2 22 (фіг. 4). Вихідна напруга на виході DA2 22 завжди буде рівною, Uупр  U  N , де: U  Uon - напруга, що з'являється на виході при вмиканні наймолодшого розряду РЛ; n 2 N - значення двійкового коду, що записаний в даний момент в РЛ; n - число двійкових розрядів РЛ. 5 10 15 20 25 Вихідний сигнал DA2 22 одночасно подається на вихід «b» та на інвертуючий вхід компаратора DA1 27 через резистивний дільник R11-R12 24 (фіг. 4). Збільшення числа імпульсів в РЛ 19 приводить до збільшення Uynp 25, при цьому більше відкриваються транзистори VT2 8, VT1 7 (фіг. 2). Збільшується струм у вторинній обмотці ТН 2 (зменшується опір). Збільшення Uупр 25 приводить до збільшення Uа1. В момент, коли Uа