Устройство для измерения параметров электрической сети относительно земли

)4 СО 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО делАм изоБРетений и ОткРытий(71) Челябинский политехнический институт им, Ленинского комсомола (72) О.А.Петров(56) Маврицин А,М., Петров О.А, Электроснабжение угольных разрезов. - М.: Недра, 1977, с. 149.Авторское свидетельство СССР У 519648, кл. С 0 1 К 27/18, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ(57) Устройство для измерения параметров электрической сети относительно земли имеет силовые трансформаторь (Т) 1, 2, дуговые реакторы 3, 4, Т 5 тока, Т 6 напряжения нулевой последовательности сети, формирователь 7 команд, генератор 8 оперативного тока, шунтовои резистор 9, ключи 113, 18, 20, 22, 26. заграждающийфильтр (Ф) 11, Ф 12, 21 нижних частот, управляемые усилители (У) 14,32, 41, полосовые Ф 15, 23, преобразователи 16, 24 напряжения, элементы17, 25, 42 сравнения, интегрирующиеУ 19, 43, блоки 27, 40 памяти, У 28,30, 35, 37, сумматоры 29, 31, 36, 38,переключатель 33, измерительный прибор 34, функциональный преобразователь 39 и блок 44 управления. В описании изобретения даны электрическиесхемы генератора 8 оперативного токаи блока 44 управления. Изобретениеповышает точность измерения и расширяет функциональные возможности устройства путем измерения индуктивной.проводимости дугогасящих реакторов,степени расстройки компенсации и измерения в сети с несколькими дугогасящими реакторами. 2 з.п, ф-лы, 5 ил35 1 135 8Изобретение относится к электротехнике, в частности к области измерения, и предназначено для измеренияпараметров относительно земли электрической сети с компенсированной илиизолированной нейтралью,Цель изобретения - повьппение точности измерения и расширение Функциональных возможностей путем измеренияиндуктивной проводимости дугогасящихреакторов, степени расстройки компенсации и измерения в сети с несколькими дугогасящими реакторами,На Фиг,1-3 приведены функциональные схемы соответственно устройстваизмерения, генератора оперативноготока и блока управления; на фиг.4 и5 - диаграммы напряжений соответственно для генератора оперативноготока и блока управления.Устройство (Фиг.1) содержит подключенные к электрической сети двасиловых трансформатора 1 и 2, междувысоковольтными нейтралями которых. 5и землей включены соответственно двадугогасящих реактора 3 и 4. Последовательно с реактором 3 включен трансФорматор 5 тока, и к электрическойсети подключен трансформатор 6 напряжения нулевой последовательностисети, К трансформатору 6 напряженияподключены последовательно соединенные Формирователь 7 команд и генератор 8 оперативного тока, выход которого через шунтовой резистор 9 подсоединен к дополнительной обмоткедугогасящего реактора 3. К трансформатору 6 напряжения подключены такжепоследовательно соединенные первыйключ 10, заграждающий фильтр 11, первый фильтр 12 нижних частот, второйключ 13, первые управляемый усилитель14, полосовый фильтр 15, преобразователь 16 напряжения, элемент 17 срав 45нения, третий ключ 18 и первый интегрирующий усилитель 19, выход которого соединен с управляющим входомпервого управляемого усилителя 14.Трансформатор 5 тока через четвертыйключ 20 соединен с входом заграждаю 50щего фильтра 11. Между выходом заграждающего фильтра 11 и входом первогоуправляемого усилителя 14 включеныпоследовательно соединенные второйФильтр 21 нижних частот и пятыйключ 22.Между выходом первого управляемого усилителя 1 и входом первого 71 2интегрирующего усилителя 19 включеныпоследовательно соединенные вторыеполосовой фильтр 23, преобразователь 24 напряжения, элемент 25 сравнения и шестой ключ 26. К выходу первого преобразователя 16 напряженияподключены последовательно соединенные первые блок 27 памяти, усилитель28 и сумматор 29, вторые усилитель30, сумматор 31, управляемый усилитель 32, переключатель 33 и измерительный прибор 34,К выходу первого блока 27 памятиподключены последовательно соединенные третьи усилитель 35, сумматор36, четвертые усилитель 37 и сумматор 38, выход которого подключен квторым входам второго сумматора 31и переключателя 33. Второй вход четвертого сумматора 38 через функциональный преобразователь 39 соединенс блоком изменения регулируемого параметра (тока подмагничивания, числавитков, воздушного зазора) дугогасящего реактора 3. Выход второгопреобразователя 24 напряжения черезвторой блок 40 памяти соединен свторыми входами первого 29 и третьего36 сумматоров. Выход второго усилителя 30 соединен с третьим входом переключателя 33 и к нему подключеныпоследовательно соединенные третьиуправляемый усилитель 41, элемент 42сравнения и второй интегрирующий усилитель 43, выход которого соединенс управляющими вхсдами второго 32 итретьего 41 управляемых усилителей.Соответствующие выходы блока 44 управления соединены с управляющимивходами ключей 10, 13, 18, 20,.22 и26, обоих блоков 27 и 40 памяти, вторым входом генератора 8 оперативноготока, а вход блока 44 управления подключен к выходу фсрмирователя 7 команд,Генератор 8 (фг.2) оперативноготока содержит однсфазный трансформатор 45, подключенный к сети. Междупервым выводом втсричной обмоткитрансформатора 45 и первым выводомгенератора, подклк)чаемым к первомувыводу дополнительной обмотки дугогасящего реактора 3, включены последовательно соединенные первые ключ46, конденсатор 47 и дроссель 48,Параллельно первому конденсатору 47подключены последовательно соединенные вторые конденсатор 49 и ключ 50.578714 з 13Третий ключ 51 включен между вторымвыводом вторичной обмотки трансформатора 45 и общей точкой, соединяющей выводы первого ключа 46 и конденсаторов 47 и 49. Нулевой вывод вторичной обмотки трансформатора 45 соединен с вторым выводом генератора 8,подключенным к второму выводу дополнительной обмотки дугогасящего реактора 3.Между первым входом генератора 8и управляющим входом первого ключа46 включены последовательно соединенные первые генератор 52 пилообразного напряжения, компаратор 53,дифференцирующая цепочка 54 и импульсный усилитель 55 мощности. Между первым входом генератора 8 и управляющим входом третьего ключа 51включены последовательно соединенныевторые генератор 56 пилобразного напряжения, компаратор 57, дифференцирующая цепочка 58, четвертый ключ 59и второй импульсный усилитель 60 мощности, Второй выход (через второйрезистор) второй дифференцирующейцепочки 58 через пятый ключ 61 соединен с входом первого усилителя 55мощности, Второй вход генератора 8соединен с управляющими входами второго 50 и четвертого 59 ключей непосредственно, а с входом пятого ключа61 - через логический элемент НЕ 62,Третий вход генератора 8 через последовательно соединенные преобразователь 63 и суммирующий усилитель 64подключен к вторым входам компараторов 53 и 57. На второй вход усилителя 64 подается сигнал задания П .Всеключи генератора 8 могут быть полупроводниковыми, например, первый,второй и третий можно выполнить натиристорах или симисторах, а четвертый и пятый - на транзисторах,Блок 44 управления содержит последовательно соединенные генератор63 прямоугольных импульсов, делитель66 частоты, триггер 67 и первый логический элемент И 68, две пары последовательно соединенных дешифраторов 69 и 70 и логических элементов И 71и 72 и четвертый логический элементИ 73,Каждыйиз дешифраторов подключенк выходам генератора 65, делителя 66и триггера 67. Вторые входы второго70 и третьего 72 логических элементов И соединены с входом блока 44 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 управления. Вторые входы первого 68и четвертого 73 логических элементов И подключены к прямому выходу делителя 66 частоты. Отдельные выходыблока 44 управления подключены соответственно к выходам делителя частоты (прямому), триггера (прямому),первого логического элемента И, делителя частоты (инверсному), триггера (инверсному), четвертого, второгои третьего логических элементов И итриггеру (прямому),Устройство работает следующим образом.Работой устройства измерения управляет блок 44 управленияДействуетон циклически. Каждый цикл состоит изчетырех частей. В течение первой ивторой частей цикла генератор 8 задает в сеть оперативный ток частотый, В первой части цикла замкнутыключи 10, 13 и 18. При этом из напряжения П нулевой последовательносОти сети полосовым фильтром 15 выделяется составляющая Н частоты Г , и1 фна выходе первого преобразователя 16напряжение устанавливается равнымзаданному Н,. Тем самым составляющаяН, на выходе преобразователя 16 приводится к одной и той же величине. Втечение второй части цикла замкнутыключи 20 и 13. На выходе преобразователя 16 появляется сигнал, пропорциональный составляющей тока частоты Г,протекающего через трансформатор 5тока, Этот сигнал равен (пропорци-онален) реактивной проводимости сети Ь, относительно земли на частоте(без учета индуктивной проводи 1мости дугогасящего реактора 3). Сигнал Ь запоминается первым блоком 27памяти.В третьей и четвертой частях цикла генератор 8 генерирует в сеть оперативной ток частоты Г. В третьейчасти цикла замкнуты ключи 10, 22и 26. Из напряжения П, нулевой последовательности сети полосовым фильтром 23 выделяется составляющая Но,частоты Г , и на выходе второго преобразователя 24 напряжение устанавливается равным заданному Н . Тем самым составляющая Ц , на выходе этогопреобразователя приводится к одной итой же величине, В течение четвертойчасти цикла замкнуты ключи 20 и 22На выходе преобразователя 24 появляется сигнал, пропорциональный состав= (Ь, - Ь)/Ь где ы= 2 пГ 30 1 ро 35 40 45 50 55 5 13578 ляющей тока частоты Г , протекающей через трансформатор 5 тока. Этот сигнал равен (пропорционален) реактивной проводимости сети Ь относительно земли на частоте Г (беэ учегта индуктивной проводимости дугогасящего реактора 3). Сигнал Ь запоминается вторым блоком 40 памяти.Зная проводимости сети, можно найти отдельно емкостную проводимость сети Ьс и индуктивную проводимость всех реакторов Ь на промьппленной частоте Г и степень расстройки компенсации ч с помощью следующих формул: 1 йг Ь 1 - Ь (Гг/й 1)Ь о ,1.( /У ) - 1- круговая частота напряжения сети;- емкость сети относительно земли;эквивалентная индуктивность остальных дугогасящих реакторовсети;индуктивная проводимость управляемого дугогасящего реактора. С помощью усилителей 28 и 30 исумматора 29 определяется емкостнаяпроводимость сети Ь , а с помощьюсумматора 36 и усилителей 35 и 37индуктивная проводимость всех реакторов Ь л, кроме реактора 3. Индуктивная проводимость реактора 3 Ь,функциональным преобразователем 39задается на второй вход четвертогосумматора 38, и на выходе его получается сигнал (с обратным знаком)Ь ь = Ь + Ъ , . С помощью усилителей32, 41 и 43 и элемента 42, работающих аналогично фильтру 15, преобразователю 16, элементу 17, усилителям14 и 19, определяется степень рас- .Ь,-Ьстройки компенсации ч = в . ЭтотЬ,сигнал получается на выходе второгоуправляемого усилителя 32. 716В нормальном режиме сети генератор8 создает оперативный ток заданнойчастоты, который протекает в контуренулевой последовательности электрической сети. Генератор может вырабатывать оперативный ток двух частотГ, и Е например, 100 и 150 Гц. Впервом случае на ключи 46 и 51 черезполупериод промышленной частоты поочередно подаются отпирающие импульсы, ключ 50 постоянно замкнут, Вовтором случае на ключ 46 каждый полупериод промышленной частоты поступаютотпирающие импульсы, ключи 50 и 51постоянно разомкнуты, ключ 61 замкнут,На диаграммах напряжений генератора 8 оперативного тока и блока 44управления (соответственно фиг,4 и 5)буквой Ц обозначены напряжения, аиндексом при ней указаны блоки, навыходе которых эти напряжения имеются. Кроме этого, на диаграмме напряжений (фиг.4) обозначены Н и 0напряжения на первой и второй частяхобмотки вторичного напряжения однофазного трансформатора 45; Б - напряжение, подаваемое на второй входсуммирующего усилителя 64; О,напряжение управления, подаваемое навторые входы компараторов 53 и 57;оп - напряжения на входахтрансформаторов 1 и 2 соответственно;А - для случая генерации частоты100 Гц; Б - для случая генерации частоты 150 Гц.На диаграмме напряжений (фиг.5)обозначены 00 66 и6 инапряжения на выходах, соответственно прямом и инверсном, делителя частоты и триггера.Диаграммы приведены для нормального режима сети. Формула изобретения 1. Устройство для измерения параметров электрической сети относительно земли, содержащее последовательно соединенные, подключенные к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформатора напряжения сети формирователь команд и генератор оперативного тока, выход которого через шунтовой резистор подключен к дополнительной обмотке дугогасящего реактора, первый ключ, дополнительный к обмотке напряжения нулевой последовательности трансформаторанапряжения сети, последовательно соединенные первые преобразователь напряжения, элемент сравнения, третий ключ, первые интегрирующий и управляемый усилители, четвертый ключ, подключенный к вторичной обмотке трансформатора тока, включенного между дугогасящим реактором и землей, последовательно соединенные подключенный к .выходу формирователя команд блок управления и первый блок памяти, а также первые полосовой фильтр, сумматор и измерительный прибор, причем второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые выводы первого и второго ключей соединены, о т л и ч а ю щ е.е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные заграждающий фильтр, первый фильтр нижних частот и второй ключ, последовательно соединенные второй фильтр нижних частот и пятый ключ, последовательно соединенные вторые полосовой фильтр, преобразователь напряжения, элемент сравнения и шестой ключ, последовательно соединенные первый усилитель, первый сумматор, второй усилитель, последовательно соединенные вторые сумматор и управляемый усилитель и переключатель, последовательно соединенные третьи усилитель и сумматор, четвертые усилитель и сумматор, а также второй блок памяти, последовательно соединенные третий управляемый усилитель, третий элемент сравнения и второй интегрирующий усилитель, функциональный преобразователь, причем вход заграждающего фильтра соединен с общим выводом первого и четвертого ключей, выход заграждающего фильтра - с входом второго фильтра нижних частот., общий вывод второго и пятого ключей соединен с входом первого управляемого усилителя, выход которого соединен с входами лервого и второго полосовых фильтров, выход первого полосового фильтра соединен с входом первого преобразователя напряжения, выходы первого и второго преобразователей напряжения соединеныс входами соответственно первого и второго блоков памяти, выход последнего соединен с входами первого и25 30 ные вторые конденсатор и ключ, третийключ, который включен между вторым 35выводом вторичной обмотки однофазноготрансформатора и общим выводом первого ключа и конденсаторов, включенныемежду первым входом генератора и уп раВляющим ВхОдОм перВого ключа последовательно соединенные генераторпилообразного напряжения,компаратор,дифференцирующая цепочка и усилительмощности, включенные между первым 45входом генератора оперативного токаи управляющим входом третьего ключа,последовательно соединенные вторыегенератор пилообразного напряжения,компаратор, дифференцирующая цепочка,четвертый ключ и второй усилитель 50мощности, а также пятый ключ, преобразователь, суммирующий усилитель и 55 1 О 15 20 третьего сумматоров, выход первогоблока памяти соединен с входами первого и третьего усилителей, выходвторого усилителя соединен с входомтретьего управляемого усилителя ивторым входом переключателя, третийвход которого соединен с выходом четвертого сумматора, другой вход которого через функциональный преобразователь соединен с блоком изменениярегулируемого параметра дугогасящегореактора, второй вход генератора оперативного тока соединен с шестым выходом блока управления, седьмой,восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно с другим входом второго блока памяти, управляющими входами пятого и шестого ключей,выходы шестого и третьего ключей объединены, выход переключателя соединен с измерительным прибором.2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что генератор оперативного тока содержит однофазный трансформатор, подключенный к сети, включенные между первым выводом вторичной обмотки этого трансформатора и первым выводом генератора последовательно соединенные первые ключи, конденсатор и дроссель, подключенные параллельно первому конденсатору, последовательно соединенлогический элемент НЕ, причем нулевойвывод вторичной обмотки однофазноготрансформатора соединен с вторым выводом генератора оперативного тока,пятый ключ включен между вторым выходом второй дифференцирующей цепочки и входом первого усилителя мощнос 9 135787 ти, второй вход генератора оперативного тока соединен с управляющими входами второго и четвертого ключей непосредственно а пятого ключа -Э5 через логический элемент НЕ, третий вход генератора оперативного тока соединен с вторыми входами компараторов через последовательно включенные преобразователь и суммирующий усилитель,3. Устройство по п.2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, делитель частоты, триггер и первый логический элемент И, две отдельные пары последовательно соеди.ненных дешифратора и логического элемента И, а также четвертый логический элемент И, причем первый вход послед 1 1 Онего подключен к инверсному выходутриггера, вторые входы первого и четвертого логических элементов И подключены к прямому выходу делителячастоты, вторые входы второго и третьего логических элементов И подключены к входу блока управления, соответствующие входы дешифраторов подключены к выходу генератора прямоугольных импульсов и прямым и инверсным выходам делителя частоты и триггера, отдельные выходы блока управления подключены соответственно к прямым выходам делителя частоты, триггера, к выходу первого логическогоэлемента И, к инверсным выходам делителя частоты, триггера, к выходамчетвертого, второго и третьего логических элементов И и прямому выходутриггера.