УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
DEVICE TO INSPECT SENSITIVITY OF THREE-PHASE DIGITAL DEVICES OF POWER METERING

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано при разработке и исследовании трехфазных электронных электросчетчиков, устанавливаемых на промышленных объектах и для индивидуальных пользователей взамен устаревшим индукционным приборам учета электроэнергии.
Электронные электросчетчики с цифровым отсчетом потребляемой энергии обладают существенно более высокими эксплуатационными характеристиками и более устойчивы против возможности хищения электроэнергии при правильном подключении их к снабжающим электросетям.
Принцип действия электронных приборов учета основан на преобразовании входных сигналов тока и напряжения в цифровые сигналы, их пофазное цифровое перемножение с последующим суммированием и преобразованием цифрового сигнала в частоту следования импульсов, пропорциональную входной мощности. Суммирование числа этих импульсов отсчетным устройством определяет значение потребленной нагрузкой электрической энергии нарастающим итогом. Отсчет энергии в кВт·ч осуществляется электромеханическим десятичным многоразрядным отсчетным устройством с точностью до 0,1 кВт·ч. Такие счетчики снабжают двумя светодиодными индикаторами, один из которых (центрально расположенный) горит постоянно, если счетчик правильно подключен к электросети, а другой (боковой) мигает с частотой, пропорциональной потребляемой в нагрузке мощности. В частности, трехфазный электронный цифровой счетчик ЭЦ6804, изготавливаемый Концерном «Энергомера» (г.Ставрополь) при потреблении энергии в 1 кВт·ч вырабатывает 800 импульсов, и по частоте этих импульсов можно судить о степени нагруженности электросети.
Одной из важных характеристик электронных цифровых приборов учета электроэнергии является их чувствительность к учету энергии при малых токах нагрузки и малому изменению тока нагрузки при ее изменении в широких пределах, например в диапазоне токов от 0,03 А до 60 (100) А. Контроль работы таких счетчиков производят по числу импульсов в единицу времени на специальном выходном устройстве при использовании различных эталонных нагрузок, отвечающих различным токам в указанном диапазоне.
Эта операция является достаточно длительной и трудоемкой, если ставить задачу измерений в расширенном диапазоне температур и при изменении характера нагрузки, то есть при учете реактивной нагрузки емкостного или индуктивного характера. Исследование точностных характеристик счетчика в большом динамическом диапазоне токов при различных температурных условиях внешней среды и с учетом влияния реактивных составляющих нагрузок достаточно трудоемко, что является недостатком указанного способа исследования, в частности, чувствительности счетчика к малым изменениям тока нагрузки.
Указанный недостаток устранен в заявляемом устройстве.
Целью изобретения является упрощение процедуры оценки чувствительности электронного трехфазного электросчетчика к малым изменениям тока нагрузки в широком диапазоне потребляемого нагрузкой тока.
Указанная цель достигается в устройстве для проверки чувствительности трехфазных электронных приборов учета электроэнергии, содержащем правильно подключенный через ввод к двум фазам и нулевому проводнику линии электропередачи трехфазный электронный электросчетчик, фазные выходы которого подключены к нагрузке через блок пакетных автоматических предохранителей-выключателей, отличающемся тем, что в него введен блок компенсации токов нагрузки, состоящий из подключенных к выходу одной из действующих фаз понижающего трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации и регулируемой нагрузки, например, в виде реостата, в цепи которого установлен амперметр, а напряжение на регулируемой нагрузке измеряется вольтметром, вторичная обмотка понижающего трансформатора подключена к токовой цепи свободной фазной пары зажимов трехфазного электронного электросчетчика так, что ток в этой токовой цепи противоположно направлен относительно направления тока в других фазных токовых цепях, а фазный проводник, питающий блок компенсации токов нагрузки, дополнительно соединен с вторичной обмоткой понижающего трансформатора.
Достижение цели изобретения объясняется использованием метода компенсации потребляемого тока в регулируемой нагрузке, контролируемого показаниями встроенного амперметра, током противоположного направления в токовой цепи электросчетчика, не подключенной к соответствующей фазе линии электропередачи. Ток нагрузки регулируется изменением сопротивления регулируемой нагрузки, а ток компенсации устанавливается регулировкой напряжения на первичной обмотке понижающего трансформатора, работающего как модифицированный ЛАТР, или регулировкой магнитной связи между первичной и вторичной обмотками понижающего трансформатора, влияющей на изменение коэффициента трансформации. При равенстве тока нагрузки току компенсации частота следования импульсов на контрольном выходе электросчетчика становится минимальной, мигание индикаторного светодиода также происходит с минимальной частотой, соответствующей частоте при полностью отключенной нагрузке. Малое изменение тока в нагрузке, регистрируемое встроенным амперметром, при котором электросчетчик начинает реагировать изменением частоты следования измерительных импульсов (частоты миганий светодиода), определяет искомую чувствительность электросчетчика для любого установленного значения тока нагрузки с помощью регулируемого сопротивления нагрузки в заданном диапазоне токов нагрузки. Диапазон измеряемых мощностей при проведении исследования токовой чувствительности электросчетчика устанавливается по показаниям встроенных амперметра и вольтметра (произведением их значений).
Заявляемое устройство схематически представлено на рис.1 и состоит из:
1 - трехфазного электронного прибора учета электроэнергии, две фазных цепи которого вводом подключены через входной выключатель к линии электропередачи, например к воздушной линии ВЛ-0,4 кВ,
2 - блока пакетных автоматических предохранителей-выключателей на токи, например, 16 А и 25 А в каждой из действующих фаз Ф1 и Ф3,
3 - разъема подключения в фазной цепи Ф 1 в виде розетки и вилки,
4 - блока компенсации токов нагрузки,
5 - понижающего трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации,
6 - регулируемой нагрузки, например, в виде сильноточного реостата, и указанных на схеме измерительных приборов - амперметра (А) и вольтметра (V). Приборы измерения частоты следования измерительных импульсов (частоты миганий светодиодного индикатора) - частотомер или счетчик времени одного периода следования этих импульсов - на схеме не показаны, хотя и используются при измерениях.
Рассмотрим действие заявляемого устройства.
H
1
H
H
1
H
1
H
Пусть электросчетчик подключен к фазам Ф1 и Ф3 воздушной линии ВЛ-0,4 кВ через входной выключатель и ввод. Фазная цепь Ф2 электросчетчика остается свободной. При подключении блока компенсации токов нагрузки 4 через разъем 3 к пакетному автоматическому предохранителю-выключателю блока 2 с максимально допустимым током нагрузки 25 А от фазы Ф1 в регулируемой нагрузке 6 протекает ток I, равный отношению действующего значения напряжения U фазы Ф1, измеряемого вольтметром V, к величине сопротивления R регулируемой нагрузки 6 (сильноточного реостата), то есть I=U/R (этот ток измеряется амперметром А). При напряжении U=220 В максимальная мощность в нагрузке может достигать уровня 5,5 кВт при сопротивлении R=8,8 Ом.
K
н
2
2
1
K
1
2
2
2
K
H
1
2
K
1
2
1
Для получения тока компенсации I, значение которого при регулировке коэффициента трансформации k понижающего трансформатора 5 должно равняться току нагрузки I, использован понижающий трансформатор 5, вторичная обмотка которого подключена к свободной паре токовых разъемов электросчетчика по его фазе Ф2 (показано соединение пунктирными линиями на рис.1). Регулировка коэффициента трансформации достигается либо использованием модифицированного ЛАТРа, то есть изменением числа витков первичной обмотки этого трансформатора, либо регулировкой магнитной связи первичной и вторичной обмоток трансформатора (например, путем регулировки магнитного зазора в его ферромагнитном сердечнике). Напряжение на вторичной обмотке U определяется как U=k U, где k<<1. Ток компенсации I=k U/r, где r - полное сопротивление цепи из последовательно включенных вторичной обмотки понижающего трансформатора, проводников связи и токовой цепи в электросчетчике. Так, если сопротивление r=0,05 Ом, то при токе I=I=25 А и напряжении U=220 В коэффициент трансформации k находят по формуле k=rI/U=0,05·25/220=0,0057. Если вторичная обмотка понижающего трансформатора содержит w=5 витков толстого провода, то при этом первичная обмотка понижающего трансформатора, работающего в режиме модифицированного ЛАТРа, должна содержать w=880 витков сравнительно тонкого провода.
H
1
При тех же условиях и токе нагрузки I=1 А первичная обмотка понижающего трансформатора должна содержать уже w=880·25=22000 витков весьма тонкого провода, что трудно выполнимо в форме модифицированного ЛАТРа. Поэтому целесообразно либо применять первичную обмотку с отводами и переключателем, либо, что проще, применить регулировку магнитной связи между первичной и вторичной обмотками понижающего трансформатора, либо то и другое совместно (последнее позволяет более точно устанавливать необходимый ток компенсации). Все эти возможные варианты на рис.1 показаны обобщенно стрелкой на понижающем трансформаторе 5.
H
Если минимально исследуемый ток нагрузки выбрать как I=1 А, то полное сопротивление реостата 6 должно быть не менее 220 Ом. При этом рассеиваемая в нем мощность равна 220 Вт. Регулировка сопротивления: от 8,8 Ом до 220 Ом (для диапазона токов нагрузки соответственно от 25 А до 1 А) требует соответствующего выполнения такого переменного резистора (в силу тривиальности вопроса он подробнее не обсуждается).
Аналогичные процедуры можно произвести подключением вторичной обмотки понижающего трансформатора в любую из трех свободную токовую цепь электросчетчика при запитывании двух других от ВЛ-0,4 кВ.
K
H
о
K
H
Отметим, что для получения тока компенсации, противоположного по направлению с током нагрузки в соответствующей действующей фазной цепи электросчетчика, необходимо правильно соединить вторичную обмотку понижающего трансформатора с токовой цепью электросчетчика. Начала первичной и вторичной обмоток на рис.1 отмечены кружками. При таком включении фаза тока компенсации противоположна фазе тока нагрузки, а фазы напряжений в фазных цепях Ф1 и Ф2 совпадают, как это показано на рис.1 стрелками. При условии, что I=I, подсчет электроэнергии в трехфазном электронном счетчике прекращается, и частота следования измерительных импульсов минимальна и соответствует работе электросчетчика при полностью отключенной нагрузке. Для электросчетчика типа ЭЦ6804 период следования измерительных импульсов Т≥2,5 ч. Последнее означает весьма большую длительность процесса исследования, если ориентироваться на полную компенсацию токов, когда I=I.
1
H1
K
K
H2
K
2
1
2
H1
H2
H
H1
H2
о
H
H1
H2
1
2
о
Существенно сократить время измерений можно следующим способом. Измерение периода следования измерительных импульсов T получить при условии I>I, а затем подобрать, не меняя величину тока компенсации I (то есть не изменяя значение коэффициента трансформации k), такое значение тока нагрузки I>I, при котором период следования измерительных импульсов Т станет равным прежнему, то есть когда будет достигнуто равенство T=Т. Всякий раз, измеряя токи нагрузки I и I по показаниям амперметра (А), находим среднее значение тока нагрузки I=(I + I)/2, которое отвечало бы периоду Т, не измеряя последний, в предположении линейности характеристики Т(I) для малой области изменения токов нагрузки (I… I). При этом значения периодов T=Т оказываются существенно более малыми по сравнению с периодом Т, что весьма существенно сокращает полное время измерений.
K
H
Однако применение данного способа возможно только для приборов учета, не снабженных стопором обратного хода счетного устройства, отражающего потребленную пользователем электроэнергию, например, для индукционных электросчетчиков или электронных счетчиков с жидкокристаллическим цифровым табло, если в них не предусмотрен запрет на отсчет «отрицательных» импульсов, которые снижали бы показания. В электросчетчиках с механическим счетным устройством (типа ЭЦ6804) принципиально невозможен обратный отсчет электроэнергии. Поэтому при I≥I такие электросчетчики перестают учитывать потребляемую нагрузкой пользователя энергию, и указанный способ проверки чувствительности оказывается неработоспособным.
1
2
H
K
H
1
2
1
2
H
Для трехфазных электронных приборов учета электроэнергии с электромеханическим счетным устройством, не допускающим обратный отсчет потребляемой электроэнергии, что возможно при неправильном включении фазных проводников ввода к клеммам токовых цепей электросчетчика, проверку токовой чувствительности следует проводить на основе двух измерений периодов T и Т соответственно для токов регулируемой нагрузки I>I и I+ΔI, где ΔI>0 - малая контролируемая добавка тока нагрузки, начинающая изменять период следования измерительных импульсов, так что T>Т на малую величину ΔТ=T-Т>0. Этот способ также предполагает линейность характеристики Т(Iн) в малой окрестности от установленного тока нагрузки I.
Существенное сокращение времени измерений определяет полезность заявленного технического решения.
H
H
H
Токовая чувствительность электросчетчика, определяемая параметром ŏ=ΔI/I, где ΔI - малое изменение тока нагрузки, которое электросчетчик начинает чувствовать (изменением периода следования измерительных импульсов Т), является важным параметром электросчетчика, определяющим точность отсчета израсходованной потребителем электроэнергии. Построение кривой ŏ=f (I) для интересующего диапазона токовых нагрузок (например, в диапазоне I=0,2 … 60 А) в различных температурных условиях представляет важнейшую информацию при разработке электронных приборов учета электроэнергии, имеющих в своем составе датчики Холла, постоянная Холла в которых имеет явно выраженную температурную зависимость.