Устройство учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в распределительных сетях для учета потребления электроэнергии электроустановками, совмещенными с силовым трансформатором, с одновременным мониторингом и контролем технического состояния трансформатора.
Уровень техники
Известно мобильное устройство мониторинга, диагностики и защиты силовых трансформаторов без отключения их от нагрузки по патенту РФ на полезную модель №105536 (МПК H02H 7/04, опубликовано 10.06.2011). Устройство содержит выходы измерительных элементов (тока, напряжения, частоты), включенных в цепь каждой фазы первичной и вторичной обмотки, которые соединены с выходом элемента, задающего время для получения данных и расчета, с входами блоков вычисления активного сопротивления, приведения первичного напряжения к вторичному, вычисления разности напряжений, вычисления падения напряжения на активных сопротивлениях, приведения значения индуктивности к номинальной частоте, выходы которых соединены с соответствующими входами блоков вычисления производных тока для первичного и вторичного напряжений, вычисления среднего значения напряжений, вычисления индуктивности, вычисления средних значений индуктивности для всех напряжений, всех фаз за установленный промежуток времени, вычисления отклонений активного сопротивления и индуктивности для всех напряжений, всех фаз за установленный промежуток времени, относительно фаз и номинальных значений, которые определяются заводом-изготовителем оборудования при соответствующих испытаниях, после чего данные передаются на блок контроля индуктивности и активного сопротивления для первичного и вторичного напряжений и всех фаз, откуда информация передается на блок, объединяющий информацию со всех устройств контроля, мониторинга и диагностики, принимает решение по полученным величинам (отклонениям) на продолжение работы или отключение трансформатора от сети. Также вся информация подается на дисплей.
Недостатком данного технического решения является отсутствие стационарности и невозможность учета потребления электрической энергии при включении силового трансформатора в автоматизированную систему контроля и учета потребления электроэнергии.
Известно устройство мониторинга силовых трансформаторов по патенту РФ на полезную модель №162784 (МПК Н02Н 7/04, опубликовано 27.06.2016). Устройство содержит блок преобразования тока на стороне низшего напряжения, связанный с блоками измерения величины токов и сравнения токов; устройство обработки полученных данных; блок измерения величины напряжения на шинах НН силового трансформатора, соединенный с устройством обработки полученных данных; блок контроля системы масляного охлаждения трансформатора, также соединенный с устройством обработки полученных данных; блок преобразования тока на стороне высшего напряжения, связанный с блоком сравнения токов, который также соединен с устройством обработки полученных данных. Данное устройство позволяет выявлять не только витковые замыкания, но и другие ненормальные режимы работы трансформатора.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности учета потребления электроэнергии нагрузкой трансформатора, а также контроля напряжения на шинах ВН трансформатора, что сильно ограничивает спектр контролируемых параметров.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели аналогом (прототипом) является устройство по полезной модели №162784.
Раскрытие полезной модели
Основной задачей заявляемой полезной модели является учет электрической энергии, потребленной электроустановкой, совмещенной с силовым трансформатором, с одновременным контролем его технического состояния, в частности, в сетях 35/10 кВ и 10/0,4 кВ.
Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство содержит измерительные элементы потребляемых тока, напряжения, мощности, энергии, блок памяти, блок измерения температуры, блок отображения полученных и запомненных данных, при этом к входам этих блоков подключены выходы измерительных элементов, при этом к вторичной стороне трансформатора подключены дополнительные измерительные элементы потребляемых тока, напряжения, мощности, энергии, выходы которых соединены с входами указанных блоков, введен блок обработки данных, определяющий параметры трансформатора, характеризующие его техническое состояние, содержащий узел сравнения первоначальных и текущих параметров трансформатора и выявления недопустимых изменений параметров, входы блока обработки данных соединены с выходами измерительных элементов на первичной и вторичной сторонах трансформатора, а его выход соединен с входом блока отображения данных и/или с входом блока дистанционной передачи данных.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства учета потребления электрической энергии за счет совмещения его с силовым трансформатором, с непрерывным контролем технического состояния силового трансформатора, позволяющего своевременно выявлять начала разрушающих процессов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором, содержащем измерительные элементы потребляемых тока, напряжения, мощности, энергии, блок памяти, блок измерения температуры, блок отображения полученных и запомненных данных, при этом к входам этих блоков подключены выходы измерительных элементов, к вторичной стороне трансформатора подключены дополнительные измерительные элементы потребляемых тока, напряжения, мощности, энергии, выходы которых соединены с входами указанных блоков, введен блок обработки данных, определяющий параметры трансформатора, характеризующие его техническое состояние, содержащий узел сравнения первоначальных и текущих параметров трансформатора и выявления недопустимых изменений параметров, входы блока обработки данных соединены с выходами измерительных элементов на первичной и вторичной сторонах трансформатора, а его выход соединен с входом блока отображения данных и/или с входом блока дистанционной передачи данных.
Признаки полезной модели, совпадающие с признаками прототипа, следующие: устройство учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором содержит измерительные элементы потребляемых тока, напряжения, мощности, энергии, блок памяти, блок измерения температуры, блок отображения полученных и запомненных данных, при этом к входам этих блоков подключены выходы измерительных элементов.
Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, следующие: к вторичной стороне трансформатора подключены дополнительные измерительные элементы потребляемых тока, напряжения, мощности, энергии, выходы которых соединены с входами указанных блоков, введен блок обработки данных, определяющий параметры трансформатора, характеризующие его техническое состояние, содержащий узел сравнения первоначальных и текущих параметров трансформатора и выявления недопустимых изменений параметров, входы блока обработки данных соединены с выходами измерительных элементов на первичной и вторичной сторонах трансформатора, а его выход соединен с входом блока отображения данных и/или с входом блока дистанционной передачи данных.
Краткое описание чертежей
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где фигура 1 - схема устройства учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором, оснащенное блоком отображения данных; фигура 2 - схема устройства учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором, оснащенное блоком дистанционной передачи данных; фигура 3 - схема устройства учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором, оснащенное блоками отображения данных и дистанционной передачи данных.
Заявляемое устройство учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором (фигуры 1, 2 и 3) содержит блок измерения величины тока на шинах НН 1, блок измерения напряжения на шинах НН 2, блок измерения величины тока на шинах ВН 3, блок измерения напряжения на шинах ВН 4, блок измерения температуры бака трансформатора 5. Блок обработки данных 6 содержит: блок вычисления интегральных характеристик трансформатора 7, блок сравнения интегральных характеристик трансформатора 8, блок памяти 9, блок вычисления интегральных характеристик потребляемого нагрузкой тока 10, блок вычисления векторных характеристик потребляемого нагрузкой тока 11, блок вычисления частотных характеристик потребляемого нагрузкой тока 12, блок отображения данных 13 (или блок дистанционной передачи данных).
Осуществление полезной модели
Устройство учета потребления электрической энергии электроустановкой с силовым трансформатором работает следующим образом. На блок обработки 6 поступают цифровые сигналы от блока измерения температуры 5, блоков измерения напряжения 1, 4 и блоков измерения токов 2, 3, установленных на сторонах НН и ВН соответственно. Далее блоками 10, 11 и 12, предназначенными для вычисления интегральных, векторных и частотных характеристик потребляемого нагрузкой тока, производится количественный и качественный учет потребленной электроэнергии, с сохранением полученных данных в блок памяти 9 в режиме накопления. В тоже время, блок 7 вычисляет интегральные характеристики трансформатора, позволяющие характеризовать его техническое состояние, такие как сопротивление короткого замыкания и потери, приведенные к заданной температуре, индуктивную составляющую сопротивления обмоток (индуктивность рассеивания, приведенная к частоте сети 50 Гц), межвитковые замыкания, перегрев. Выход блока 7 соединен с входом блока 8 и блоком памяти 9. Блок сравнения 8 соединен с блоком памяти 9 и производит сравнение текущих интегральных параметров трансформатора с предыдущими, например, полученными при первом включении, позволяющее наиболее наглядно интерпретировать динамику изменений. Выход блока обработки 6 соединен с входом блока отображения данных 13 или блоком дистанционной передачи данных 14 или одновременно с этими блоками, позволяющей устройству работать в автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии и в автоматизированных системах диспетчерского управления.