УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения переменного напряжения высокого уровня на первичной обмотке силового трансформатора.
Известно устройство для измерения напряжения силового трансформатора, основанное на измерении напряжения первичной обмотки силового трансформатора путем непосредственного его подключения к этой обмотке [Автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС) учета расхода и контроля качества электрической энергии на электровозах переменного тока // Всероссийской конференции - конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению «энергетика и энергосбережение», 26-29 сентября 2006 года на базе Электротехнического института Теплоэнергетического факультета Томского политехнического университета, секция 1. «электроэнергетика, электромеханика, электротехнологии и материаловедение»].
Устройство для измерения напряжения силового трансформатора содержит измерительный трансформатор, датчик напряжения, усилитель, устройство для регистрации параметров напряжения и устройство для защиты измерительного трансформатора.
Вход устройства для защиты измерительного трансформатора является входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора.
Выход устройства для защиты измерительного трансформатора подключен первичной обмотке измерительного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входу датчику напряжения. Выход датчика напряжения соединен с входом усилителя, выход которого подключен к устройству для регистрации параметров напряжения.
Вход устройства для измерения напряжения силового соединен с первичной обмоткой силового трансформатора. К вторичной обмотке силового трансформатора подключена силовая нагрузка, которая представляет собой, например, силовые преобразователи электроэнергии. Вторичная обмотка силового трансформатора используется для питания нагрузки.
Устройство работает следующим образом.
Силовой трансформатор, получая на первичной обмотке повышенное напряжение сети, преобразует его в пониженное напряжение на его вторичной обмотке, необходимое для питания нагрузки.
Протекающий по нагрузке электрический ток создает падение напряжения на токоведущих частях силового трансформатора и сети, искажая синусоидальную форму напряжения на первичной обмотке силового трансформатора.
На первичную обмотку измерительного трансформатора поступает напряжение с первичной обмотки силового трансформатора, которое во вторичной обмотке измерительного трансформатора понижается до уровня, допустимого для датчика напряжения.
Датчик напряжения измеряет мгновенное значение напряжения в каждый момент времени, которое, поступая в усилитель, усиливаются до уровня сетевого напряжения. Усиленное напряжение поступает на устройство регистрации параметров напряжения, в котором сохраняются данные о напряжении на первичной обмотке силового трансформатора. Полученная информация используется для мониторинга качества электроэнергии в питающей сети.
В случае возникновения аварийного режима, например короткое замыкание в обмотках измерительного трансформатора, срабатывает устройство для защиты измерительного трансформатора, в результате чего напряжение с первичной обмотки силового трансформатора не поступает на измерительный трансформатор. Устройство для измерения напряжения прекращает измерять мгновенные значения напряжения на первичной обмотке силового трансформатора и накапливать информацию параметрах напряжения в питающей сети до устранения аварийного режима и отключения защиты.
В результате этого, в устройстве для измерения напряжения данные о напряжении на первичной обмотке силового трансформатора сохраняются только в моменты передачи напряжения сети на устройство для измерения напряжения, и поэтому носят прерывистый характер накопления информации. При этом качество электроэнергии в сети по результатам измерений напряжении на первичной обмотке силового трансформатора характеризуется только в период времени передачи напряжения сети на устройство для измерения напряжения.
Достоинством известного устройства является высокая точность измерений за счет непосредственного измерения напряжения на первичной обмотке силового трансформатора.
Недостатком известного устройства является прерывистость информации о качестве электроэнергии в сети, обусловленная прерывистым характером накопления информации о напряжении в первичной обмотке силового трансформатора за счет отсутствия поступления информации при появлении аварийного режима.
Известно устройство для измерения напряжения силового трансформатора, основанное на измерении напряжения первичной обмотки силового трансформатора путем подключения к его вторичной обмотке [Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кв. Типовые решения. Дата введения - 2007-12-20. Издание официальное. ОАО «ФСК ЕЭС», 2007].
Устройство для измерения напряжения силового трансформатора содержит последовательно соединенные датчик напряжения, усилитель и устройство для регистрации параметров напряжения. Вход датчика напряжения является входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора.
Первичная обмотка силового трансформатора, на которой измеряется напряжение, подключена к сети, а к вторичной обмотке силового трансформатора подключена нагрузка, которая представляет собой, например, силовые преобразователи электроэнергии. Вторичная обмотка силового трансформатора используется для питания нагрузки.
Устройство для измерения напряжения силового трансформатора подключено к вторичной обмотке силового трансформатора параллельно нагрузке.
Устройство работает следующим образом.
Силовой трансформатор, получая на первичной обмотке повышенное напряжение сети, преобразует его в пониженное напряжение на его вторичной обмотке, необходимое для питания нагрузки.
Протекающий по нагрузке электрический ток создает падение напряжения на токоведущих частях силового трансформатора и сети, искажая синусоидальную форму напряжения на обмотках силового трансформатора. При этом ток во вторичной обмотке силового трансформатора больше, тока в первичной обмотке. В силу этого искажение синусоидальности во вторичной обмотке больше искажений в первичной обмотке, что приводит к тому, что мгновенные значения напряжений в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора не подобны.
На датчик напряжения с вторичной обмотки силового трансформатора поступает напряжение, которое в усилителе повышается до уровня напряжения в первичной обмотке силового трансформатора. При этом полученные на выходе усилителя мгновенные значения напряжения имеют неполное подобие с реальным мгновенным значением напряжений в первичной обмотке силового трансформатора.
Полученное на выходе усилителя напряжение поступает на устройство регистрации параметров напряжения, в котором сохраняются данные о напряжении на первичной обмотке силового трансформатора. Полученная информация используется для мониторинга качества электроэнергии в питающей сети.
Достоинством известного устройства является непрерывность информации о качестве электроэнергии в сети в течение работы устройства, обусловленная непрерывным характером накопления информации о напряжении в сети.
Недостатком известного устройства является низкая достоверность информации о качестве электроэнергии, обусловленная низкой точностью определения мгновенного напряжения на первичной обмотке силового трансформатора за счет неполного подобия между напряжениями на первичной и вторичной обмотках благодаря току нагрузки, искажающему измеряемое напряжение во вторичной обмотке силового трансформатора.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для измерения напряжения силового трансформатора, позволяющего повысить достоверность информации о качестве электроэнергии за счет повышения точности определения мгновенного напряжения на первичной обмотке силового трансформатора благодаря приближению к полному подобию между напряжениями в первичной и вторичной обмотках путем компенсации искажений напряжения на его вторичной обмотке, вызванных током нагрузки.
Для решения задачи в устройство для измерения напряжения силового трансформатора, содержащее датчик напряжения, вход которого является входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора, подключенным к вторичной обмотке силового трансформатора, соединенного с нагрузкой, усилитель и устройство для регистрации параметров напряжения, при этом выход усилителя подключен к входу устройства для регистрации параметров напряжения, дополнительно введены датчик тока, дифференциатор, первый и второй элементы умножения, элемент индуктивного сопротивления, элемент активного сопротивления, сумматор и элемент сравнения, причем вход датчика тока является вторым входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора, подключенным к проводам, соединяющим вторичную обмотку силового трансформатора с нагрузкой, выход датчика напряжения подключен к суммирующему входу элемента сравнения, выход датчика тока подключен к входам дифференциатора, элемента индуктивного сопротивления, элемента активного сопротивления и первому входу второго устройства умножения, выход дифференциатора подключен к первому входу первого элемента умножения, выход элемента индуктивного сопротивления соединен со вторым входом первого элемента умножения, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход элемента активного сопротивления подключен ко второму входу второго элемента умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вычитающим входом элемента сравнения, выход которого подключен к усилителю.
Введение в устройство для измерения напряжения силового трансформатора датчика тока, дифференциатора, первого и второго элементов умножения, элементов индуктивного и активного сопротивлений, сумматора и элемента сравнения, и изменение взаимосвязей между элементами, заключающееся в том, что вход датчика тока является вторым входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора, подключенным к проводам, соединяющим вторичную обмотку силового трансформатора с нагрузкой, выход датчика напряжения подключен к суммирующему входу элемента сравнения, выход датчика тока подключен к входам дифференциатора, элемента индуктивного сопротивления, элемента активного сопротивления и первому входу второго устройства умножения, выход дифференциатора подключен к первому входу первого элемента умножения, выход элемента индуктивного сопротивления соединен со вторым входом первого элемента умножения, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход элемента активного сопротивления подключен ко второму входу второго элемента умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вычитающим входом элемента сравнения, выход которого подключен к усилителю отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих заявляемое решение, свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности полезной модели «новизна».
Наличие существенных признаков в совокупности существенных признаков заявляемого решения приводит при использовании заявляемого устройства к повышению достоверности информации о качестве электроэнергии за счет повышения точности определения мгновенного напряжения на первичной обмотке силового трансформатора благодаря приближению к полному подобию между напряжениями в первичной и вторичной обмотках путем компенсации искажений напряжения на его вторичной обмотке, вызванных током нагрузки, что свидетельствует о причинно-следственной связи между существенными отличительными признаками решения и техническим результатом, а также о соответствии заявляемого устройства критерию патентоспособности полезной модели «промышленная применимость».
На фигуре представлена схема устройства для измерения напряжения силового трансформатора, поясняющая его работоспособность и промышленную применимость.
Устройство для измерения напряжения силового трансформатора предназначено для установки во вторичную обмотку силового трансформатора 1, соединенного с нагрузкой 2. Вторичная обмотка силового трансформатора 1 используется для питания нагрузки 2, для чего нагрузка 2 через провода подключается к вторичной обмотке силового трансформатора 1.
Устройство для измерения напряжения силового трансформатора содержит датчик напряжения 3, датчик тока 4, дифференциатор 5, первый элемент умножения 6, элемент индуктивного сопротивления 7, элемент активного сопротивления 8, второй элемент умножения 9, сумматор 10, элемент сравнения 11, усилитель 12 и устройство для регистрации параметров напряжения 13.
Вход датчика напряжения 3 является первым входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора, а вход датчика тока 4 является вторым входом устройства для измерения напряжения силового трансформатора.
Выход датчика напряжения 3 подключен к суммирующему входу элемента сравнения 11. Выход датчика тока 4 подключен к входу дифференциатора 5, к входу элемента индуктивного сопротивления 7, к входу элемента активного сопротивления 8 и первому входу второго устройства умножения 9.
Выход дифференциатора 5 подключен к первому входу первого элемента умножения 6. Выход элемента индуктивного сопротивления 7 соединен со вторым входом первого элемента умножения 6, выход которого подключен к первому входу сумматора 10.
Выход элемента активного сопротивления 8 подключен ко второму входу второго элемента умножения 9, выход которого соединен с вторым входом сумматора 10.
Выход сумматора 10 соединен с вычитающим входом элемента сравнения 11, выход которого подключен к усилителю 12. Выход усилителя 12 подключен к устройству для регистрации параметров напряжения 13.
Первый вход устройства для измерения напряжения силового трансформатора подключен ко вторичной обмотке силового трансформатора 1, а его второй вход - к проводам, соединяющим вторичную обмотку силового трансформатора 1 с нагрузкой 2.
Устройство работает следующим образом.
Силовой трансформатор 1, получая на первичной обмотке повышенное напряжение сети, преобразует его в пониженное напряжение на его вторичной обмотке, необходимое для питания нагрузки 2.
Протекающий по нагрузке электрический ток создает падение напряжения на токоведущих частях силового трансформатора 1 и сети, искажая синусоидальную форму напряжения на обмотках силового трансформатора. При этом ток во вторичной обмотке больше тока на первичной обмотке. В силу этого искажение синусоидальности напряжения во вторичной обмотке больше искажений в первичной обмотке, что приводит к тому, что мгновенные значения напряжений в первичной и вторичной обмотках не подобны.
Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора 1 поступает на датчик напряжения 3, на выходе которого создается сигнал о мгновенном значении напряжения, поступающий на суммирующий вход элемента сравнения 11.
По датчику тока 4 протекает ток нагрузки 2, создавая на его выходе сигнал, равный току нагрузки 2, который передается на дифференциатор 5, элемент индуктивного сопротивления 7, элемент активного сопротивления 8 и первый вход второго устройства умножения 9. В дифференциаторе 5 вычисляется первая производная тока нагрузки по времени, значение которой передается в первое устройство умножения 6.
В элементе индуктивного сопротивления 7 в зависимости от величины тока нагрузки 2 формируется величина индуктивного сопротивления вторичной обмотки силового трансформатора 1, значение которой передается в первое устройство умножения 6.
Таким образом, в первом элементе умножения 6 происходит умножение первой производной тока нагрузки 2 по времени и величины индуктивного сопротивления вторичной обмотки силового трансформатора 1, в результате чего на выходе первого элемента умножения 6 образуется падение напряжения на индуктивном сопротивлении вторичной обмотки силового трансформатора 1.
Полученное падение напряжения на индуктивном сопротивлении вторичной обмотки силового трансформатора 1 поступает на сумматор 10.
В элементе активного сопротивления 8 в зависимости от величины тока нагрузки 2 формируется величина активного сопротивления вторичной обмотки силового трансформатора 1, значение которой передается во второе устройство умножения 9.
Таким образом, во втором элементе умножения 9 происходит умножение мгновенного значения тока нагрузки 2 и величины активного сопротивления вторичной обмотки силового трансформатора 1, в результате чего на выходе второго элемента умножения 9 образуется падение напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки силового трансформатора 1. Полученное падение напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки силового трансформатора 1 поступает на сумматор 10.
В сумматоре 10 происходит сложение падений напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях вторичной обмотки силового трансформатора 1, в результате чего на выходе сумматора 10 образуется сигнал, равный величине падения напряжения на сопротивлениях вторичной обмотки трансформатора 1, который подается в элемент сравнения 11. Полученный на выходе сумматора 10 сигнал определяется величиной искажения напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора 1, которую необходимо компенсировать в форме напряжения для приближения к полному подобию между напряжениями на первичной и вторичной обмотках.
В элементе сравнения 11 из величины напряжения вторичной обмотки силового трансформатора 1 вычитается величина искажения напряжения на этой обмотке, в результате чего на выходе элемента сравнения 11 получается сигнал, равный значению напряжения вторичной обмотки силового трансформатора без искажений, вызванных протеканием тока нагрузки 2.
С помощью усилителя 12 сигнал с выхода элемента сравнения 11 повышается до уровня напряжения в первичной обмотке силового трансформатора 1, после чего поступает на устройство регистрации параметров напряжения 13, в котором сохраняются данные о напряжении на первичной обмотке силового трансформатора.
Полученная информация о напряжении имеет высокую сходимость с реальным значением напряжения на первичной обмотке силового трансформатора и накапливается непрерывно.
Таким образом устройство эффективно осуществляет сбор информации о напряжении для мониторинга качества электроэнергии в питающей сети в непрерывном режиме.
Устройство для измерения напряжения силового трансформатора при его использовании позволяет непрерывно получать достоверную информацию о качестве электроэнергии без искажений, что позволяет снизить метрологические потери электроэнергии в системах электроснабжения.