СХЕМА КОНТРОЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
CIRCUIT TO CONTROL SENSITIVITY OF THREE-PHASE ELECTRONIC DEVICES FOR 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·час осуществляется электромеханическим десятичным многоразрядным отсчетным устройством с точностью до 0,1 кВт·час. 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 ЦЭ6804, изготавливаемый Концерном «Энергомера» (г.Ставрополь) [1] при потреблении энергии в 1 кВт.час 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 известного 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 схеме контроля чувствительности трехфазных электронных приборов учета электроэнергии, содержащей 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, а измерительный выход трехфазного электронного электросчетчика подключен к измерителю интервалов времени, отличающейся тем, что в нее введен блок компенсации токов нагрузки, состоящий из подключенных к выходу действующей фазы регулируемого автотрансформатора (ЛАТР,а), связанного с понижающим трансформатором, 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, фазный проводник, питающий блок компенсации токов нагрузки, дополнительно соединен с вторичной обмоткой понижающего трансформатора, а в точке соединения вторичной обмотки понижающего трансформатора с фазным проводником блока компенсации токов нагрузки установлен трехполюсный амперметр разности тока регулируемой нагрузки и тока компенсации.
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, подключенной к регулируемому автотрансформатору (ЛАТР,у), на входные зажимы которого подано питающее регулируемую нагрузку фазное напряжение. 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 разности тока нагрузки и тока компенсации, 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 (например, первая и третья) 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 Ф1 в виде розетки и вилки,
4 - блока компенсации токов нагрузки,
5 - регулируемого автотрансформатора (ЛАТР,а),
6 - понижающего трансформатора,
7 - регулируемой нагрузки, например, в виде сильноточного реостата,
8 - резистора нагрузки выходной измерительной цепи электросчетчика, выполненной на транзисторе с открытым коллектором,
9 - разделительного конденсатора,
10 - измерителя временных интервалов (ИВИ) или частотомера,
Р
и указанных на схеме измерительных приборов - амперметра (А), вольтметра (V) и амперметра разностных токов - тока регулируемой нагрузки и тока компенсации (А).
Рассмотрим действие заявляемого устройства.
H
1
H
H
1
H
1
H
K
H
2
2
1
K
K
1
2
2
P
2
K
H
1
2
K
1
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 A от фазы Ф1 в регулируемой нагрузке 7 протекает ток I, равный отношению действующего значения напряжения U фазы Ф1, измеряемого вольтметром V, к величине сопротивления R регулируемой нагрузки 7 (сильноточного реостата), то есть I=U/R (этот ток измеряется амперметром A). При напряжении U=220 В максимальная мощность в нагрузке может достигать уровня 5,5 кВт при сопротивлении R=8,8 Ом. Для получения тока компенсации I, значение которого должно равняться току нагрузки I, использованы связанные регулируемый автотрансформатор (ЛАТР) 5 и понижающий трансформатор 6, вторичная обмотка которого подключена к свободной паре токовых разъемов электросчетчика по его фазе Ф2. Напряжение на вторичной обмотке U определяется как U=k U, где k<<1 - произведение коэффициента включения автотрансформатора 5 и коэффициента трансформации в понижающем трансформаторе 6. Ток компенсации I равен I=k U/r, где r - полное сопротивление цепи из последовательно включенных вторичной обмотки понижающего трансформатора, проводников связи и токовой цепи в электросчетчике, а также внутреннего сопротивления амперметра разностного тока A. Так, если сопротивление r=0,05 Ом, то при токе I=I=25 A и напряжении U=220 B коэффициент трансформации k находят по формуле k=rI/U=0,05*25/220=0,0057.
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 одной или двух других от ВЛ-0,4 кВ.
K
H
O
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 ЦЭ6804 при полностью отключенной нагрузке период следования измерительных импульсов T≥2,5 час. Последнее означает весьма большую длительность процесса исследования, если ориентироваться на полную компенсацию токов, когда выполняется точно равенство I=I.
K
H
В электросчетчиках с механическим счетным устройством (типа ЦЭ6804) принципиально невозможен обратный отсчет электроэнергии. Поэтому при I≥I такие электросчетчики перестают учитывать потребляемую нагрузкой пользователя электроэнергию.
1
2
H
K
H
H
K
1
2
1
2
H
H
1
2
Для трехфазных электронных приборов учета электроэнергии с электромеханическим счетным устройством, не допускающим обратный отсчет потребляемой электроэнергии, что было бы возможно при неправильном включении фазных проводников ввода к клеммам токовых цепей электросчетчика с ЖК индикаторами, проверку токовой чувствительности следует проводить на основе двух измерений периодов T и Т соответственно для токов регулируемой нагрузки I>I и I+ΔI, с последующей аппроксимацией до тока I=I, где ΔI>0 - малая контролируемая добавка тока нагрузки, измеряемая амперметром разности токов нагрузки и компенсации и начинающая изменять период следования измерительных импульсов, так что T>Т на малую величину ΔT=T-Т>0. Этот способ предполагает линейность характеристики T(I) в малой окрестности от установленного тока нагрузки I. Соответствующие измерения величин T и T осуществляются с помощью измерителя интервалов времени (ИВИ) 10 по одному периоду измерительных импульсов электросчетчика или частотомером по счетной серии периодически следующих измерительных импульсов. В современных цифровых электросчетчиках имеется встроенная схема формирования измерительных импульсов, содержащая на выходе транзистор с открытым коллектором. Последнее приводит к необходимости использования в схеме элементов 8 и 9, а также низковольтного источника постоянного тока напряжением 3…24 B при токе в резисторе 8 не более 30 мА.
H
K
P
Следует указать, что токи нагрузки I и компенсации I протекают в амперметре разностных токов (A) во взаимно противоположных направлениях, что и обеспечивает измерение разностного тока.
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.
Литература
1. Счетчик электрической энергии ЦЭ6804, Руководство по эксплуатации ИНЭС.411152. 089.04 РЭ, ОАО Концерн «Энергомера», г.Ставрополь.