Индикатор превышения электрической нагрузки

Союз Советских Социалистических республикЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 29,7.1970 ( 1447345/24-7) М. Кл. С 01 г 116 исоединением заявкиКомитет по дела риоритет аойретений и открытийпри Сосете МинистровСССР УДК 621,317.782 (088.8 Опубликовано 31.Х.1972. БюллетеньДата опубликования описания 11.1.1973 БЧБЛИО." Гг( Авторыизобретения И. Лозовский, Д, И, Минковский и П. Н. Нистюк Энергосбыт Минского районного управления энергетик и электрификацииаявител НАГРУЗКИ НДИКАТОР ПРЕВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕ Изобретение относится к средствам анализа и регулирования графиков нагрузки потребителей электроэнергии, в частности к индикации тех превышений расходов электроэнер. гии, которые потребляются промышленными абонентами сверх заявленной ими максимальной мощности в часы пик суточной нагрузки (период пиковой нагрузки). Индикатор необходим энергосбытовым предприятиям для вычисления суммы дополнительных платежей за электроэнергию, для сбора сведений, необходимых диспетчеру энергосистемы, для суммирования токов линий, питающих одного абонента, и для дистанционного измерения суммарного тока, а потребителю этот индикатор нужен для определения величины заявляемой мощности и для наблюдения за экономией энергии и уменьшением тока в период пиковой нагрузки.Известные индикаторы превышения электрической нагрузки, содержащие источник питания, контактные часы, сумматор токов линий с трансформаторами тока и усилителем, первый счетчик с максимальной стрелкой, второй дифференциальный счетчик с интегрирующим счетным механизмом, имеют погрешности при колебании напряжения сети и требуют сложного анализа совмещенного графика нагрузки потребителя, питающегося по нескольким линиям.Для упрощения анализа совмещенного графика суммарной нагрузки потребителя, пита ющегося по нескольким линиям, и повышенияточности измерения, описываемый индикатор снабжен третьим дифференциальным счетчиком с дополнительной обмоткой для измерения квадрата тока, включенной последова тельно с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого замкнута на конденсатор, основные цепи напряжения всех трех указанных счетчиков соединены параллельно, а основные токовые цепи - последо вательно и присоединены к выходу сумматора токов линий, выполненного с нелинейными элементами.Нелинейные элементы сумматора могутбыть выполнены в виде медных резисторов, 20 зашунтированных полупроводниковыми диодами, а во вторичную цепь его трансформаторов тока включены нелинейные дроссели.Нелинейные элементы сумматора могутбыть также выполнены в виде манганиновой 25 обмотки на пермаллоевом микросердечникебез воздушного зазора. На фиг, 1 приведена принципиальная электрическая схема описываемого индикатора: на 0 фиг. 2 - кривые вращающих моментов от об 3575284ЗС - фаза третьей линий того же потребителя; трансформаторы тока фаз 1 С, 2 С, ЗС включены на вход сумматора 4, Выходная цепь сумматора состоит из провода 34, обмоток тока 9, 13, 18, зажимов 35, Зб, автотрансформатора 37 с замкнутым сердечником и провода 38. Выходная цепь автотрансформатора содержит плавный регулятор количества витков 39, переключатель 40, контакт 41, трансформатор 42, обмотку 19, зашунтированную резистором 43, и зажим 35. Резистор 43 соединен с зажимом 35. Вторичная обмотка 44 трансформатора 42 замкнута на конденсатор 45, а число ее витков при поверке счетчика регулируется переключателем 4 б для уменьшения погрешности квадрирующего элемента,Обмотки 47 и 48 электрических часов известной конструкции соединены с фазами 1 В и 1 С (эти обмотки объединены, а здесь показаны раздельно лишь для наглядности); эти часы оборудованы контактами 49, 50 и переключателем 40,Цепи напряжения счетчиков 1, 2 и 3 связаны с трансформатором 51; его первичная обмотка 52 соединена треугольником с фазами 1 А, 1 В и 1 С, а вторичная обмотка 53 - неполной звездой и замкнута на автотрансформатор 54. Обмотка напряжения 8 счетчика 1 связана со вторичной обмоткой 53 через контакты 49 и 50; обмотка напряжения 14 счетчика 2 подключена к той же обмотке через контакт 49; обмотка напряжения 17 счетчика 3 соеди иена с автотрансформатором 54 через плавный переключатель числа витков 55.Счетчик 1 указывает максимальный расход энергии за долю часа.Счетчик 2, который показывает превышение потребления энергии сверх заявленной мощности за весь период пиковой нагрузки, действует следующим образом, Стабилизатор напряжения 12 питает обмотки 10 и 11 первого элемента, которые прикладывают к диску постоянный отрицательный момент М направленный влево. Счетчик 2 оборудован стопором (на чертежах не показан), который запирает вращение влево. Плавный регулятор вращающего момента 1 б позволяет выбрать вращающий момент М в соответствии с максимальной мощностью Ро, заявленной потребителем. Второй элемент, состоящий из обмоток 13 и 14, питается током и напряжением потребителя и создает положительный вращающий момент Мдействующий вправо; если момент М от мощности Р потребителя превышает момент М, то диск будет вращаться вправо, а счетный механизм 15 покажет превышение энергии: 60(2) 65 мотки, измеряющей квадрат тока; на фиг.3 - схема сумматора,Индикатор содержит три счетчика и сумматор: максимальный счетчик 1, счетчик 2 превышения потребления энергии сверх заявленной мощности, за весь период пиковой нагрузки, счетчик 3 и сумматор 4.Счетчик 3 учитывает превышение тока интеграл ф;/ 7 Р)д 1) О (1) где Т, в длительнос периода пиковой нагрузки; К в произвольно регулируемые коэффициенты; 1 в суммарн ток потребителя; Р - суммарная мощность потребителя; 1 - время.Однофазный счетчик 1 содержит указатель максимального расхода энергии, например за 30,мин, ведущую стрелку 5, ведомую стрелку б указателя, шкалу 7 указателя, обмотку напряжения 8, обмотку тока 9,Дифференциальный двухэлементный счетчик 2 электроэнергии содержит обмотки 10, 11 первого из этих элементов, стабилизатор напряжения 12, соединенный с первым элементом счетчика 2, обмотку тока 13, обмотку напряжения 14 второго элемента, счетный механизм 15 числа оборотов оси счетчика, плавный регулятор вращающего момента 16.,Дифференциальный счетчик 3 электроэнергии имеет три обмотки; обмотку напряжения 17, основную обмотку тока 18, дополнительную обмотку тока 19, которая для уменьшения взаимоиндукции с обмоткой 17 размещена на стержнях магнитного шунта 20, и счетный механизм 21 числа оборотов оси счетчика, Основная обмотка тока 18 насажена на обычный магнитопровод 22.Сумматор 4 (см. фиг. 3) состоит из трансформаторов тока 23, 24, 25, нелинейных сопротивлений 2 б, 27, 28, нелинейных дросселей 29 и усилителя 30. Сопротивления 2 б, 27, 28 состоят, например, из медных резисторов, зашунтированных двумя полупроводниковыми диодами, включенными встречно-параллельно, или из манганиновой обмотки на пермаллоевом микросердечнике без воздушного зазора. Трансформаторы тока потребителя 1 С, 2 С через понизительные трансформаторы тока 23, 24 и дроссели 29 соединены со входом усилителя 30, который зашунтирован сопротивлениями 2 б, 27. Выход усилителя соединен с повысительным трансформатором тока 25, вторичная обмотка которого через сопротивление 28 глубокой обратной связи соединена с зажимами 31, 32, Эти зажимы соединены с цепями тока счетчиков 1, 2, 3 (см, фиг. 1),На фиг, 1 представлена схема включения индикатора превышения нагрузки в однофазном режиме его питания, здесь 1 А, 1 В, 1 С - три фазы первой линии потребителя; 33 - счетчик общего количества энергии, включенный в фазы 1 А и 1 В; 2 С - фаза второй, а 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 где Р - мгновенная мощность потребителя,Р, - заявленная им максимальная мощность,Т, - период пиковой нагрузки, 1 в время, 357528тд(К,1 - К,Р)Ы)О Таким образом, счетчик 2 - это дифференциальный счетчик (т. е. измеряющий разность двух величин), который фиксирует превышенне расхода электроэнергии при мощностях, превышающих заявленную потребителем за период пиковой нагрузки. Счетчик 3 действует следующим образом. Токи в обмотках 17 и 18 прикладывают к диску отрицательный вращающий момент Мз, направленный влево и пропорциональный мощности Р потребителя. Счетчик 3 оборудован стопором (на чертежах не показан), таким как в счетчике 2, который запирает вращение диска влево. Токи в обмотках 19 и 18 прикладывают к диску положительный вращающий момент М 4, пропорциональный квадрату тока Р потребителя; момент М 4 квадрирующего элемента направлен вправо, если он превысит вращающий момент Мз, то диск придет во вращение, а счетный механизм 21 покажет в условных единицах превышение тока: уже упоминавшееся (1), где К - коэффициенты.На фиг. 2 представлены кривые вращающих моментов Мз и М 4, действующих в счетчике 3 в зависимости от мощности нагрузки потребителя. Здесь а - линия отрицательного вращающего момента Мз, вызванного активной мощностью; М, - момент, вызванный мощностью Ро, заявленной потребителем; б - кривая положительного момента М 4, вызванного током нагрузки, например, при Сов=0,7; в - то же при Сов=0,8. Таким образом, чем ниже Соз 4, тем больше будет показание счетчика 3.Обмотка напряжения 17 счетчика 3 питается от автотрансформатора 54, выходное напряжение которого регулируется переключателем 55 так, чтобы отрицательный вращающий момент Мз соответствовал заявленной потребителем мощности Р Для этого около переключателя 55 располагается шкала коэффициентов Кр, т. е. долей номинальной мощности счетчика 3. Дополнительная обмотка тока 19 счетчика 3 питается от автотрансформатора 37 через обмотку 5 б, и ток в обмотке 19 регулируется плавным регулятором 39 так, чтобы при заявленных потребителем мощности Ро и токе 1 о. Я = М, или 1 Кт КрРе: Оф (3) т, е. диск счетчика 3 оставался бы неподвижным. Для этого около регулятора 39 размещается шкала коэффициентов Кт, т. е. долей номинального тока. Если обозначить разность токов 1 - 1 О через Ы и отнести моменты М и М 4 к мощности Рто получается, что при практически возможных превышениях нагруз 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ки показание счетчика 3 характеризует превышение тока:а его показание можно проградуировать в условных киловатт-часах, приняв мощность Ро за базисную.Так, если условие (3) наступает, например, при токе 1 ю=3 а а мощности Ро=0,4 квт и К=Кр -- 1, то увеличение мощности и тока на 5% вызовет показание счетчика, соответствующее мощности 0,0525 К 0,4 квт. Таки м образом, показание счетчика 3 зафиксирует превышение тока и расхода электроэнергии на мощностях или токах, превышающих заявленные потребителем, причем при прочих равных условиях показание счетчика 3 будет тем больше, чем ниже коэффициент мощности (Соз р) потребителя.Сумматор 4 (см, фиг. 3) действует следующим образом. Токи потребителя фаз 1 С, 2 С через трансформаторы тока в фазах 1 С, 2 С и трансформаторы 23, 24 создают падения напряжения на сопротивлениях 2 б и 27, геометрическая сумма которых за вычетом падения напряжения на сопротивлении 28 подается в усилитель 30, Выходной ток сумматора, проходя по сопротивлению 28, создает глубокую отрицательную обратную связь, и по проводам 34 и 38 подается в счетчики 1, 2 и 3. Величины сопротивлений 2 б и 27 при номинальном токе выбираются пропорциональными коэффициентам трансформации соответственно трансформаторов тока в фазах 1 С и 2 С. Входное сопротивление усилителя 30 выбирается несравненно ббльшим, чем величины сопротивлений 2 б и 27 и соединительных проводов 57. Нелинейность сопротивлений 2 б, 27, 28 компенсирует погрешности трансформаторов тока в фазах 1 С, 2 С, трансформатора 25 и усилителя 30, а нелинейные дроссели 29 компенсируют погрешности трансформаторов тока 23, 24, замкнутых на малые активные сопротивления. Индукция в сердечниках этих дросселей выбирается такой, чтобы при номинальном (или максимальном) токе их реактивное сопротивление достигало максимума, Увеличение сопротивления дросселей с ростом тока нагрузки уменьшает погрешности трансформаторов тока 23, 24 по коэффициенту трансформации, а введение индуктивности в контур активных сопротивлений уменьшает их угловую погрешность.Индикатор превышений электрической нагрузки (см. фиг, 1) действует следующим образом. Обмотки 47, 48 электрических часов замыкают переключатель 40, контакты 41 и 49 на период пиковой нагрузки, а контакт 50 - каждые, например, 30 мин. Вне пикового периода замыкаются переключатель 40 и резистор 43, выключая счетчик 3, Сумматор 4 геометрически суммирует токи нескольких линий, питающих одного потребителя, На каждой из этих линючий общий расход энергии фик 357528сируется счетчиком, освобожденным от указателя максимального расхода энергии за долю часа. На фиг. 1 этот счетчик общего расхода 33 показан только в первой линии (включен в фазы 1 А, 1 В). Указатель вынесен в отдельный счетчик 1 известной конструкции, который вместе со счетчиками 2 и 3 питается от сумматора 4 и включается контактами 49, БО каждые, например, 30 мин периода пиковой нагрузки для расчетов с потребителями за случайное превышение заявленной мощности Р,. Дифференциальный счетчик 2 включается контактом 49 на период пиковой нагрузки и учитывает как случайные, так и систематические превышения заявленной мощности Р устанавливаемой регулятором 16, около которого располагается шкала мощности Р,. Дифференциальный счетчик 3 включается контактом 41 на период пиковой нагрузки и учитывает превышения заявленных тока и мощности, которые устанавливаются регулятором 39 и переключателем бб по соответствующим шкалам около них.Описана одно фазная схема индикатора; чтобы выполнить его трехфазным, счетчики 1 и 3 должны быть деухэлеменъными, счетчик 2 - трехэлементным, при этом отпадает надобность в трансформаторе 51.Предмет изобретения1, Индикатор превышения электрической нагрузки, содержащий источник питания, контактные часы, сумматор токов линий с трансформаторами тока и усилителем, первый счетчик с максимальной стрелкой, второй дифференциальный счетчик с интегрирующим счет ным механизмом, отличающийся тем, что, сцелью у.прощения анализа совмещенного графика суммарной нагрузки потребителя, питающегося по нескольким линиям, и повышения точности измерения, он снабжен третьим диф ференциальным счетчиком с дополнительнойобмоткой для измерения квадрата тока, включенной последовательно с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого замкнута на конденсатор, основные це пи напряжения всех трех указанных счетчиков соединены параллельно, а основные токовые цепи - последовательно и присоединены к выходу указанного сумматора токов линий, выполненного с нелинейными элементами, 202. Индикатор по п. 1, отличающийся тем,что нелинейные элементы сумматора выполнены в виде медных резисторов, зашунтированных полупроводниковыми диодами, а во вто ричную цепь его трансформаторов тока включены нелинейные дроссели. 3. Индикатор по п, 1, отличающийся тем,что нелинейные элементы сумматора выпол 30 иены в виде манганиновой обмотки на пермаллоевом микросердечнике без воздушногозазора,357528 г.,7 Редактор Т. Загребел аказ 4327/11 Изд.1792 Тираж 406 Подписно ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская набд, 4/5