ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА ЭЛЕКТРОВОЗЕ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройству измерения расхода электроэнергии переменного тока электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно на электровозе.
Для технического учета расхода энергии и оценки эффективности мероприятий по энергосбережению и нормированию на участке или в депо необходимо точное измерение расхода электроэнергии на электровозах переменного тока.
Известен способ определения технологических потерь электрической энергии в тяговой сети однофазного переменного тока, заключающийся в измерении тока и напряжения в фидере контактной сети на тяговой подстанции и определения потерь с помощью счетчика электрической энергии (потерь), например, типа Ф 440П. (В.П.Кручинин и др. Опыт эксплуатации счетчиков потерь. Режим работы, автоматическое управление и техническая диагностика систем электроснабжения железных дорог. Труды, Межвузовский тематический сборник, выпуск 171, стр.45-48. г.Ростов-на-Дону, 1983 г.)
Этот метод обладает низкой точностью учета потерь, поскольку регистрируемые потери не включают в себя потери электроэнергии в электровозе. Полученные величины потерь не могут быть использованы для коммерческих расчетов. Более точную картину могли бы дать локомотивные счетчики, однако в силу различных причин существующие счетчики не удовлетворяют требованиям по точности.
Наиболее близким к заявляемому измерителю является измеритель расхода электроэнергии переменного тока на электровозе, содержащий счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и выход, датчик тока и тяговый трансформатор высокого напряжения, включающий первичную и вторичную обмотки, при этом, первичная обмотка соединена через быстродействующий выключатель с контактной сетью и через датчик тока с входом счетчика по току, а вторичная обмотка трансформатора соединена с входом по напряжению счетчика. (Справочник «Грузовые электровозы переменного тока» под ред. З.М.Дубровского и др. М., «Транспорт», 1998 г., с.337, рис.13.1.)
Проблема учета электроэнергии переменного тока при таком включении счетчика усложняется тем, что из-за сложного комплексного и нелинейного характера сопротивления силовых цепей электровоза в зависимости от режимов работы электрооборудования, в разной степени искажается форма напряжения и тока, что требует учета степени их несинусоидальности, учета полной, активной и реактивной, а также рекуперативной энергии. При декларировании низкой основной погрешности существующих счетчиков их дополнительная погрешность может доходить до 8÷10%.
Основными источниками погрешности при измерении расхода на электровозах переменного тока существующими счетчиками, при измерении первичного тока и вторичного напряжения, являются: фазовый сдвиг вторичного напряжения относительно первичного, уменьшение вторичного напряжения от величины тягового тока и наличие мощности искажений. Это приводит к снижению величины расхода активной энергии. Под реактивной мощностью, измеряемой аппаратно современными счетчиками, понимается реактивная мощность Q вместе с мощностью искажений Т, возникающей при несовпадении набора гармоник тока и напряжения.
Соотношение, определяющее взаимосвязь всех четырех видов мощности, следующее:
2
2
2
2
Q+T=S-P,
где S и Р - соответственно полная и активная мощность.
При измерении напряжения на вторичной обмотке тягового трансформатора, при разнице по полной энергии, не превышающей 2÷3%, сочетание активной и реактивной составляющих перераспределяется. При этом происходит уменьшение активной составляющей и увеличение реактивной составляющей, а ошибка измерений активной энергии на вторичной обмотке может достигать 12%.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является защита низковольтных цепей системы сбора и хранения полученных данных от попадания в них высокого напряжения контактной сети в случае нештатных ситуаций.
Поставленная задача решается за счет того, что измеритель расхода электроэнергии переменного тока, содержащий счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и выход, датчик тока и тяговый трансформатор высокого напряжения, включающий первичную и вторичную обмотки, при этом первичная обмотка соединена через быстродействующий выключатель с контактной сетью и через датчик тока с входом счетчика по току, согласно полезной модели снабжен высоковольтным делителем напряжения, включающим плечи низкого и высокого напряжения, выполненные в виде последовательно включенных резисторов, связанных одним концом с входом по напряжению счетчика, а другим - с контактной сетью и преобразователем интерфейсов, связанным с выходом счетчика оптоволоконным кабелем.
На чертеже представлена схема заявляемого измерителя.
Измеритель расхода электроэнергии переменного тока содержит счетчик 1 (БИВП) электрической энергии переменного тока, имеющий входы 2, 3 соответственно по току и напряжению и выход 4, датчик тока 5 и тяговый трансформатор высокого напряжения (ТТр) 6, включающий первичную (сетевую) обмотку 7, тяговые обмотки 8 и вторичную обмотку 9, так называемую
обмотку собственных нужд (a3-X), выходы которой подключены к вспомогательным цепям. При этом первичная (сетевая) обмотка 7 соединена через быстродействующий выключатель 10 с контактной сетью 11 и через датчик тока 5 с входом по току 2 счетчика 1. Высоковольтный делитель напряжения (ВДH) 12 включает плечи 13, 14 соответственно низкого и высокого напряжения, выполненные в виде последовательно включенных резисторов, связанных одним концом с входом по напряжению 3 счетчика 1, а другим - с контактной сетью 11, и преобразователь интерфейсов 15, связанный с выходом 4 счетчика 1 оптоволоконным кабелем 16. Параллельно элементам плеча низкого напряжения 13 включен газовый разрядник 17.
Устройство работает следующим образом.
Высокое напряжение 25 кВ (50 Гц) в контактной сети 11 через быстродействующий выключатель 10 подается на тяговый трансформатор 6 и на высоковольтный делитель напряжения 12. После снижения в 125 раз (коэффициент деления) напряжение с низковольтного плеча, являющегося точкой соединения плеч 14, 13 соответственно высокого и низкого напряжений, подается на вход по напряжению 3 счетчика 1, который, в свою очередь, с помощью оптоволоконного кабеля 16 связан с преобразователем интерфейсов 15. Значения тока снимаются с первичной (сетевой) обмотки 7 тягового трансформатора 6 и через датчик тока 5 подаются на вход тока 2 счетчика 1. Связь счетчика 1 с преобразователем интерфейсов 15 через оптоволоконный кабель 16 позволяет осуществить защиту низковольтных цепей системы сбора и хранения данных от попадания в них высокого напряжения контактной сети в случае нештатных ситуаций.
Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность измерения расхода потребляемой электроэнергии на электровозе, а также повысить эффективность системы нормирования и учета расхода энергии на тягу поездов за счет подачи на вход счетчика неискаженного напряжения контактной сети и благодаря этому определять первичный ток и напряжение с точностью до 0,5%, а расход энергии с точностью порядка 1%.