АВТОНОМНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ КОМПЛЕКСНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ В СЕТЯХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к системам контроля и учета электроэнергии на высоковольтных входных и выходных порталах электрических подстанций и присоединений высоковольтных линий электропередачи.
Известна автоматизированная система контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ «СПРУТ»), разработанная Научно-производственным объединением «САБ-система», описанная в статье: Алексейчик В.В., Болгов В.Т. Проблемы учета, контроля и управления энергоресурсами на предприятии и пути их решения. «Энергосбережение в Поволжье», 2001, вып.1, с.58-67. В состав известной системы входят датчики тока (трансформаторы тока) и напряжения (трансформаторы напряжения), транспортная сеть (специализированная локальная сеть передачи аналоговых данных в виде формы кривой тока и формы кривой напряжения от соответствующих датчиков), измерительная система-контроллер, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь сигналов, поступающих от транспортной сети, и микропроцессор с общим и специальным программным и информационным обеспечением, поддерживающий работу транспортной сети и осуществляющий первичную обработку и хранение информации от датчиков, а также радио или телефонные модемы для сопряжения с приборами учета энергоресурсов, реализующими соответствующие ГОСТ протоколы сбора и обработки информации.
Однако в качестве первичных датчиков тока и напряжения в такой системе используются традиционные громоздкие и дорогостоящие системы высоковольтных трансформаторов тока и напряжения. Это ограничивает возможность повышения точности измерения мощности и электроэнергии и связано с тем, что
поверка высоковольтных трансформаторов тока и напряжения весьма трудоемкая процедура и требует дорогостоящего оборудования.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому автономному автоматическому комплексному измерительному устройству контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого напряжения является автоматизированная система контроля и учета электрической энергии (патент на изобретение №2224260, МКИ 7 G01R 11/48, опубликован 20.02.2004 г.). Это система - предназначенная для контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени, содержащая корпус, образованный проводящими стенками, в виде клетки Фарадея, изолирующие прокладки, расположенные на внешних сторонах корпуса, который включен последовательно в рассечку высоковольтного силового провода, устройство первичной обработки данных, состоящее из мультиплексоров, входы которых соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения и тока соответственно, а выходы мультиплексоров подключены к входу аналого-цифровой преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока обработки информации, который считывает мгновенные значения тока и напряжения, из которых за интервал времени кратный периоду колебаний основной гармоники сети с применением быстрого преобразования Фурье вычисляются значения спектрального состава, а затем значения активной, полной и реактивной мощностей, передающее устройство, например, радиопередатчик, с изолированным по напряжению каналом передачи данных измерений, поступающих с выхода устройство первичной обработки данных, на диспетчерский центр с приемником информационных сигналов, и устройство электроснабжения с блоком питания, размещенные внутри корпуса, измерительный трансформатор напряжения образованный емкостным делителем напряжения из двух сосредоточенных конденсаторов, первый из которых образует низковольтное плечо емкостного делителя напряжения, а второй сосредоточенный конденсатор образует высоковольтное плечо емкостного делителя напряжения, первая обкладка первого сосредоточенного конденсатора подключена к проводящей стенке корпуса, а
вторая его обкладка присоединена к первой обкладке второго сосредоточенного конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, соединение обкладок сосредоточенных конденсаторов плеч емкостного делителя напряжения подключено ко входу устройства первичной обработки данных, измерительный низковольтный трансформатор тока установленный на внешней стороне корпуса и укрепленный на ней через одну из изолирующих прокладок, выходные выводы которого подключены ко входу устройства первичной обработки данных, устройство электроснабжения, снабженное низковольтным трансформатором тока, размещенным на внешней стороне корпуса и укрепленным на ней через другую изолирующую прокладку, при этом выходные выводы трансформатора тока соединены с входом блока питания устройства электроснабжения.
Недостаток известного технического решения заключается в необходимости применения ряда комплектующих элементов, которые являются специальными и создание которых требует вложения дополнительных средств, возрастающих при обеспечении высокой точности измерений.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является удешевление конструкции при одновременном повышении надежности и обеспечении высокой точности измерения параметров высоковольтных сетей с напряжением выше 110 кВ.
Решение этой задачи достигается тем, что автономное автоматическое комплексное измерительное устройство контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого напряжения, содержащее корпус, образованный проводящими стенками, первую и вторую изолирующие прокладки, расположенные на внешних сторонах корпуса, который включен последовательно в рассечку высоковольтного силового провода, блок обработки данных, размещенный внутри корпуса, низковольтный трансформатор тока с измерительной обмоткой, установленный на внешней стороне корпуса и укрепленный на ней через первую изолирующую прокладку, и выводы измерительной обмотки которого подключены к первому входу блока обработки данных, емкостной делитель напряжения из конденсаторов, образующих низковольтное и
высоковольтное плечи, включенные последовательно между проводящей стенкой корпуса и землей, причем конденсаторы низковольтного плеча расположены внутри корпуса, а выход емкостного делителя подключен ко второму входу блока обработки данных, радиопередатчик, размещенный внутри корпуса, вход которого соединен с выходом блока обработки данных, а выход с антенной, блок питания, который размещен внутри корпуса и вход которого подключен к выходу цепи съема энергии, а также два выравнивателя поля, снабжено цилиндрическим диэлектрическим резонатором, отрезком коаксиальной линии, проводящим фланцем и изолированным проводом и проводящие стенки корпуса выполнены в виде цилиндра с плоскими торцевыми стенками, изолирующие прокладки расположены на внешних сторонах плоских торцевых стенок, а вторая изолирующая прокладка выполнена в виде диэлектрической подставки, низковольтный трансформатор тока с измерительной обмоткой выполнен с двумя дополнительными вторичными обмотками, включенными параллельно, и цепь съема энергии образована одними концами дополнительных вторичных обмоток, другие концы которых присоединены к корпусу, высоковольтное плечо емкостного делителя напряжения выполнено на четырех высоковольтных конденсаторах, два из которых включены последовательно и установлены один на другом между землей и проводящем фланцем, к которому присоединены первые выводы третьего и четвертого высоковольтных конденсаторов, установленных вертикально на проводящем фланце первыми из своих выводов, второй вывод третьего высоковольтного конденсатора присоединен к корпусу, а второй вывод четвертого высоковольтного конденсатора присоединен к изолированному проводу, в плоской торцевой стенке цилиндра выполнено отверстие, через которое проходит изолированный провод, который соединен с входом низковольтного плеча делителя напряжения, образованного пятью низковольтными конденсаторами, первая обкладка первого из этих низковольтных конденсаторов образует вход низковольтного плеча делителя напряжения, а вторая обкладка этого низковольтного конденсатора присоединена к внутренней стенке корпуса, остальные четыре низковольтные конденсаторы образуют
два дополнительных плеча делителя напряжения, корпус установлен с образующей цилиндра перпендикулярной относительно плоскости земли на диэлектрической подставке, размещенной на вторых выводах третьего и четвертого высоковольтных конденсаторов высоковольтного плеча емкостного делителя напряжения, радиопередатчик выполнен в виде цифрового радиомодема, антенна которого образована возбудителем, соединенным с отрезком коаксиальной линии, подключенной к выходу радиомодема, и цилиндрическим диэлектрическим резонатором, в цилиндрической стенке корпуса выполнено отверстие, в котором расположен цилиндрический диэлектрический резонатор, причем образующая цилиндрической поверхности цилиндрического диэлектрического резонатора перпендикулярна образующей цилиндрической поверхности корпуса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показано автономное автоматическое комплексное измерительное устройство контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого напряжения, на фиг.2 схематично показано размещение узлов устройства внутри корпуса, на фиг.3 приведена схема низковольтного трансформатора тока, на фиг.4 приведена схема делителя напряжения, на фиг.5 изображена антенна.
Автономное автоматическое комплексное измерительное устройство контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого напряжения, содержит корпус 1, образованный проводящими стенками, которые выполнены в виде цилиндра с плоскими торцевыми стенками 2 и 3, который включен последовательно в рассечку высоковольтного силового провода 4, блок обработки данных 5, размещенный внутри корпуса 1, изолирующие прокладки 6 и 7, расположенные на внешних сторонах плоских торцевых стенок 2 и 3, и вторая изолирующая прокладка 7 выполнена в виде диэлектрической подставки, низковольтный трансформатор тока 8 с измерительной обмоткой 9, установленный на внешней стороне корпуса 1 и укрепленный на ней через первую изолирующую прокладку 6, и выводы измерительной обмотки 9 которого подключены к первому входу 10 блока обработки данных 5, выполненный
с двумя дополнительными вторичными обмотками 11 и 12, емкостной делитель напряжения из конденсаторов, образующих низковольтное 13 и высоковольтное 14 плечи, включенные последовательно между проводящей стенкой корпуса 1 и землей 15, причем конденсаторы низковольтного плеча 13 расположены внутри корпуса 1, а выход емкостного делителя подключен ко второму входу 16 блока обработки данных 5, радиопередатчик 17, размещенный внутри корпуса 1, вход которого соединен с выходом блока обработки данных 5, а выход с антенной 18, блок питания 19, который размещен внутри корпуса 1 и вход которого подключен к выходу цепи съема энергии 20, а также два выравнивателя поля 21 и 22, цилиндрический диэлектрический резонатор 23, отрезок коаксиальной линии 24, проводящий фланец 25 и изолированный провод 26. Дополнительные вторичные обмотки 11 и 12, включены параллельно, цепь съема энергии 20 образована одними концами дополнительных вторичных обмоток 11 и 12, другие концы которых присоединены к корпусу 1, высоковольтное плечо 13 емкостного делителя напряжения выполнено на четырех высоковольтных конденсаторах 27, 28, 29, 30. Высоковольтные конденсаторы 27 и 28 включены последовательно и установлены один на другом между землей 15 и проводящем фланцем 25, к которому присоединены первые выводы 31 и 32 третьего 29 и четвертого 30 высоковольтных конденсаторов, установленных вертикально на проводящем фланце 25 первыми из своих выводов 31 и 32, второй вывод 33 третьего высоковольтного конденсатора 29 присоединен к корпусу 1, а второй вывод 34 четвертого высоковольтного конденсатора 30 присоединен к изолированному проводу 26. В плоской торцевой стенке 3 цилиндра выполнено отверстие 35, через которое проходит изолированный провод 26, который соединен с входом низковольтного плеча 13 делителя напряжения, образованного пятью низковольтными конденсаторами 36, 37, 38, 39, 40, первая обкладка первого 36 из этих низковольтных конденсаторов образует вход низковольтного плеча 13 емкостного делителя напряжения, а вторая обкладка этого низковольтного конденсатора 36 присоединена к внутренней стенке корпуса 1, остальные четыре низковольтные конденсаторы 37, 38, 39, 40 образуют два дополнительных
плеча 41 и 42 низковольтного плеча 13 емкостного делителя напряжения, причем плечо 41 образуют конденсаторы 37 и 38, а плечо 42 образуют конденсаторы 39 и 40, корпус 1 установлен с образующей цилиндра перпендикулярной относительно плоскости земли 15 на диэлектрической подставке 7, размещенной на вторых выводах 33 и 34 третьего 29 и четвертого 30 высоковольтных конденсаторов высоковольтного плеча 14 емкостного делителя напряжения, радиопередатчик 17 выполнен в виде цифрового радиомодема, антенна 18 которого образована возбудителем 43, соединенным с отрезком коаксиальной линии 24, подключенной к выходу радиомодема, и цилиндрическим диэлектрическим резонатором 23, в цилиндрической стенке корпуса 1 выполнено отверстие 44, в котором расположен цилиндрический диэлектрический резонатор 23, причем образующая цилиндрической поверхности цилиндрического диэлектрического резонатора 23 перпендикулярна образующей цилиндрической поверхности корпуса 1.
Автономное автоматическое комплексное измерительное устройство контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого работает следующим образом.
1
4
1
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Информационный сигнал напряжения уровня от 0 до 5 В относительно потенциала корпуса 1, пропорциональный высоковольтному фазному напряжению высоковольтного силового провода 4 относительно земли 15, формируется емкостным делителем напряжения, образованным высоковольтными конденсаторами 27, 28, 29, 30 (емкости С-С в эквивалентной схеме, представленной на фиг.4), например типа ДМРУ-80-1,0-У1, высоковольтного плеча 14 и пятью низковольтными конденсаторами 36, 37, 38, 39, 40 (емкости С-С в эквивалентной схеме, представленной на фиг.3), например типа К78-2, низковольтного плеча 13 делителя напряжения. Число высоковольтных конденсаторов определено разностью потенциалов между фазным проводом и землей и номиналами конденсаторов. При напряжении сети 110 кВ номиналы конденсаторов соответствуют: C=0,991 нФ, С=0,994 нФ, С=0,930 нФ, С=0,953 нФ, С=8,078 нФ, С=1,120 нФ, С=92,32 нФ, C=0,045 мкФ, С=1,852 мкФ. С низковольтного
9
конденсатора 40 (элемент схемы С) низковольтного плеча 13 емкостного делителя напряжения информационный сигнал поступает на вход блока обработки данных 5. Электрическое соединение низковольтного 13 и высоковольтного 14 плеч емкостного делителя напряжения обеспечивает изолированный провод 26, проходящий через отверстие 35, в плоской торцевой стенке 3 цилиндра корпуса 1.
Информационный сигнал с напряжением уровня от 0 до 5 В пропорциональный силе тока в высоковольтном силовом проводе 4, снимается с выходных зажимов измерительной обмотки 9 низковольтного трансформатора тока 8, установленного на внешней стороне корпуса 1. С выводов измерительной обмотки 9, которые подключены к первому входу 10 блока обработки данных 5, информационный сигнал поступает в блок обработки данных 5. Измерительная обмотка 9 является прецизионной обмоткой класса точности 0,2 низковольтного трансформатора тока 8.
С выхода устройства обработки данных 5 информационный сигнал в виде цифровой последовательности поступает на вход модулятора радиопередатчика 17 канала передачи данных. Выход радиопередатчика 17 присоединен к антенне 18, образованной возбудителем 43, соединенным с отрезком коаксиальной линии 24, и цилиндрическим диэлектрическим резонатором 23, расположенным в отверстии 44 в цилиндрической стенке корпуса 1. Радиопередатчик 17 выполнен в виде цифрового радиомодема в стандарте Ehernet., например типа Ultima3 ER. Передача информационных данных по радиоканалу позволяет помимо простого способа обеспечения высоковольтной развязки приемной стороны одновременно повысить помехозащищенность передаваемой информации, что реализуется применением сверхвысокочастотной несущей частоты равной ~2450 МГц в сочетании с широкополосной модуляцией несущей частоты полезным сигналом в стандарте 802.11 b. Применение радиопередатчика 17 канала передачи данных позволяет обеспечить дальность передачи информации до 500 м. при потребляемой мощности в пределах 4 Вт.
Выполнение антенны автономного автоматического измерительного устройства контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в высоковольтных сетях (выше 110 кВ) в виде цилиндрического диэлектрического резонатора 23, расположенного в отверстии 44 в цилиндре корпуса 1 обеспечивает эффективную передачу данных без образования проводящих выступающих частей, опасных ввиду развития коронного разряда. Это свойство также обеспечивается конструктивным исполнением возбудителя 43, размещенного внутри корпуса 1. Помимо разрушительного воздействия коронного разряда на элементы конструкции и узлы устройства, коронный разряд шунтирует канал передачи данных, что опасно сбоем работы системы.
Питание измерительной системы - блока обработки данных 5 и радиопередатчика 17 - осуществлено от блока питания 19. Энергия на вход блока питания 19 поступает от дополнительных вторичных обмоток 11 и 12, которые выполнены в низковольтном трансформаторе тока 8 с измерительной обмоткой 9. Такую конструкцию имеет серийно выпускаемый низковольтный трансформатор тока типа ТШЛП-10-1/3000 А, в котором помимо прецизионной измерительной обмотки класса 0,2 есть две вторичные обмотки 10 P релейной защиты. Используя эти вторичные обмотки в стандартном низковольтном трансформаторе тока в качестве дополнительных обмоток 11 и 12, при параллельном их включении обеспечивается необходимый для работы блока обработки данных 5 и радиопередатчика 17 уровень мощности снимаемой с силового провода 4.
Защиту устройства от образования коронного разряда на элементах конструкции обеспечивают также два выравнивателя поля 22 и 23.
Применение полезной модели автономного автоматического измерительного устройства контроля и учета электроэнергии в режиме реального времени в сетях высокого напряжения (свыше 110 кВ) обеспечивает упрощение и, соответственно, удешевление конструкции, так как в ней применены стандартные узлы и блоки и стандартная элементная база. Кроме того, применение стандартных узлов блоков и элементной базы упрощает процесс поверки измерительных трансформатора тока и преобразователя напряжения при одновременном
повышении их точности, а также позволяет нормально функционировать всей системе в целом при повышении надежности.