СХЕМА ЗАЩИТЫ ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКОВ
PROTECTION CIRCUIT FOR INDUCTION ELECTRICITY METERS

Изобретение относится к области электротехники и приборостроения и может быть использовано для защиты индукционных электросчетчиков от действия высокочастотных прерываний рабочего тока нагрузки.
Известно, что при прерывании рабочего тока активной нагрузки, например нагревательных приборов, на повышенной частоте по сравнению с частотой сетевого напряжения в диапазоне 1…5 кГц приборы учета электроэнергии индукционного типа, нашедшие широкое распространение в стране, существенно занижают показания израсходованной электроэнергии (до 75%), что наносит значительный ущерб энергоснабжающим организациям, приводит к росту тарифов за электроэнергию.
Целью изобретения является обеспечение эффективной защиты индукционных электросчетчиков от неправильного учета электроэнергии при действии высокочастотных прерываний рабочего тока в активных нагрузках, допускающих такие прерывания.
Указанная цель достигается в схеме защиты индукционных электросчетчиков, содержащих вращающийся алюминиевый диск с осью вращения, с одной стороны которого установлен Ш-образный электромагнит с катушкой напряжения, подключенной параллельно вводу сети, а с другой оппозитно расположенный U-образный электромагнит с токовой катушкой, включенной в фазной цепи сети последовательно с нагрузкой, а также содержащий связанный с осью вращения счетный механизм учета расходуемой электроэнергии, отличающейся тем, что на U-образном электромагните размещена дополнительная токовая обмотка, обе токовых обмотки соединены с входным фазным проводником ввода сети через два высоковольтных силовых диода, связанных с фазным проводником ввода сети разными полярностями, а другие концы токовых обмоток соединены между собой и образуют выходной фазный проводник, связанный с нагрузкой, причем к обеим токовым обмоткам подключены раздельно две цепи из параллельно включенных электролитических конденсаторов и низковольтных диодов, гасящих экстратоки, трансформаторно возбуждаемые в их токовых обмотках, при этом полярности этих низковольтных диодов, электролитических конденсаторов и высоковольтных силовых диодов совпадают между собой для каждой из двух фазных цепей; а токовые обмотки включены так, что образуют в U-образном магнитопроводе переменное магнитное поле с частотой сети.
Достижение поставленной цели объясняется шунтированием токовых обмоток электролитическими конденсаторами в соответствии с полярностью протекающего в этих токовых обмотках пульсирующего тока, прерывание которого в нагрузке нейтрализуется токами этих конденсаторов с достаточной величиной их емкости во время пауз (прерывания) тока в нагрузке, так что в U-образном магнитопроводе возникает практически синусоидальное магнитное поле, не нарушающее правильный учет расходуемой электроэнергии. Снижению погрешностей также способствуют низковольтные диоды, поглощающие экстратоки, трансформаторно возбуждаемые в неработающих через пол-периода токовых обмотках со стороны работающих в этот интервал времени.
Схема понятна из представленного чертежа, который содержит следующие узлы:
1 - алюминиевый диск, в котором возбуждаются вихревые токи,
2 - ось вращения диска 1,
3 - счетный механизм с цифровым табло для отсчета потребленной энергии (кВт·час),
4 - Ш-образный магнитопровод,
5 - катушка напряжения, подключенная параллельно вводу сети,
6 - U-образный магнитопровод,
7 - первая токовая обмотка,
8 - вторая токовая обмотка,
9 - магнит торможения алюминиевого диска 1 (успокаивающий),
10 - модуль защиты (отдельная встраиваемая в счетчик плата),
11 - первый высоковольтный силовой диод (например, на ток 50 А с обратным напряжением не менее 400 В),
12 - первый электролитический конденсатор,
13 - первый низковольтный диод,
14 - второй высоковольтный силовой диод (50 А, ≥400 В),
15 - второй электролитический конденсатор,
16 - второй низковольтный диод.
Стрелками показан вывод от электросчетчика к нагрузкам. Электросчетчик вводом подключен в сети ВЛ-0,4 кВ по однофазной схеме.
Рассмотрим действие схемы защиты индукционных электросчетчиков при высокочастотном прерывании тока нагрузки на частотах 1…5 кГц, что используется злоумышленниками для целей хищения электроэнергии.
2
При прерываниях тока нагрузки меандровыми импульсами со скважностью, равной двум, что характерно для большинства схем отмотки показаний индукционных электросчетчиков, время пауз тока нагрузки составляет 0,1…0,5 мс (для диапазона частот прерываний 1…5 кГц). В эти паузы заряд, накапливаемый в соответствующих электролитических конденсаторах 12 и 15 во время действия импульсов тока, стекает через соответствующие токовые обмотки, практически полностью устраняя прерывания тока в этих токовых обмотках, если постоянная времени LC-цепи, где L - индуктивность токовой обмотки, С - емкость электролитического конденсатора, существенно больше (в 2…3 раза) длительности паузы между импульсами тока. Иначе говоря, при выборе (LC)≈1 мс форма тока полуволн в соответствующих токовых обмотках станет практически такой же, как и в отсутствии прерываний тока, что обеспечит практически синусоидальное изменение магнитного поля в U-образном магнитопроводе 6. Это обеспечивает правильный учет электроэнергии.
Замена U-образного магнитопровода с двумя токовыми обмотками и встраивание в корпус электросчетчиков модуля защиты 10 позволит существенно сократить расходы на переоборудование типовых индукционных электросчетчиков, имеющих широкое распространение в силу их простоты и надежности функционирования.
Простейшей модификацией заявляемого устройства является параллельное подключение к единственной токовой обмотке конденсатора необходимой емкости без какого-либо переделывания конструкции электросчетчика. Для этого достаточно использовать два низковольтных последовательно включенных полярных конденсатора с встречным включением их полярностей с удвоенным значением емкости каждого из них. Эффект будет аналогичным вышеуказанному.