PL B1. Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01R 11/40 ( ) G01R 21/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/01 (73) Uprawniony z patentu: Fabryka Aparatury Pomiarowej PAFAL SA, Świdnica,PL Politechnika Wrocławska,Wrocław,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/08 (72) Twórca(y) wynalazku: Stanisław Leszczyński,Świdnica,PL Robert Płoński,Świdnica,PL Józef Pacuszko,Wrocław,PL Józef Borecki,Wrocław,PL PL B1 (57) 1. Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, wyposażony w blokadę ruchu wstecznego i zawierający trzy systemy pomiarowe licznika energii elektrycznej, znamienny tym, że początki uzwojeń napięciowych cewek (U) systemów pomiarowych (1, 2, 3) licznika są połączone ze sobą, natomiast koniec uzwojenia napięciowej cewki (U) danego systemu pomiarowego jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki (I) kolejnego systemu pomiarowego, zaś na magnetycznym rdzeniu (4) prądowej cewki (I) każdego systemu pomiarowego (1, 2, 3) jest umieszczony element obciążający (7).

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, znajdujący zastosowanie zwłaszcza w pomiarach energii biernej odbiorników o szybko zmieniającym się obciążeniu, zwanych odbiornikami niespokojnymi, w celu dokonania rozliczeń pomiędzy dostawcą a odbiorcami energii elektrycznej. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest układ do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej wartości odpowiadającej dopuszczalnemu współczynnikowi mocy cos ϕ, składający się z przesuwnika fazowego i licznika energii biernej, wyposażonego w blokadę ruchu wstecznego. Przesuwnik fazowy jest włączony pomiędzy sieć zasilającą badany odbiornik a cewki napięciowe licznika energii biernej, natomiast cewki prądowe licznika są włączone szeregowo w obwody zasilania odbiornika. Przesuwnik fazowy wprowadza dodatkowe przesunięcie fazy napięć zasilających o żądany kąt, dzięki czemu moment napędowy licznika energii biernej, a tym samym jego wskazania, są proporcjonalne do różnicy pomiędzy energią bierną pobieraną przez odbiornik przy jego fazowym kącie obciążenia a energią bierną pobieraną przez ten licznik przy kącie obciążenia równym dodatkowemu przesunięciu fazowemu jakie daje przesuwnik. Wynalazek dotyczy trójfazowego licznika indukcyjnego do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, wyposażonego w blokadę ruchu wstecznego i zawierającego znane systemy pomiarowe licznika energii elektrycznej. Istota wynalazku polega na tym, że początki uzwojeń cewek napięciowych systemów pomiarowych licznika są połączone ze sobą, natomiast koniec uzwojenia cewki napięciowej danego systemu pomiarowego jest połączony z początkiem uzwojenia cewki prądowej kolejnego systemu pomiarowego, zaś na rdzeniu magnetycznym cewki prądowej każdego systemu pomiarowego jest umieszczony element obciążający. W alternatywnym rozwiązaniu licznika według wynalazku, zawierającym dwa systemy pomiarowe, początki uzwojeń cewek napięciowych systemów pomiarowych licznika są połączone ze sobą i z początkiem uzwojenia prądowej cewki drugiego systemu pomiarowego, natomiast koniec uzwojenia cewki napięciowej drugiego systemu pomiarowego jest połączony z początkiem uzwojenia cewki prądowej pierwszego systemu pomiarowego. Na rdzeniu magnetycznym cewki prądowej każdego systemu pomiarowego jest umieszczony element obciążający. Korzystne jest wykonanie elementu obciążającego w postaci płaskiej płytki z dwoma otworami, umożliwiającymi założenie elementu na ramionach rdzenia magnetycznego. Licznik według wynalazku umożliwia bezpośredni pomiar nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ za pomocą jednego urządzenia, które można produkować z wykorzystaniem standardowych elementów stosowanych w produkcji liczników energii biernej i czynnej. Sposób połączenia cewek prądowych i napięciowych w liczniku według wynalazku oraz wyposażenie go w element obciążający, powodują, że dobierając parametry elementu obciążającego można wykonać liczniki mierzące nadwyżkę energii biernej powyżej zadanego, żądanego tg ϕ. Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy systemu pomiarowego trójfazowego licznika indukcyjnego do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, w przekroju podłużnym, fig. 2 - element obciążający licznika, w widoku z góry, fig. 3 - schemat ideowy układu połączeń systemów pomiarowych licznika połączonych z odbiornikiem zasilanym siecią czteroprzewodową, a fig. 4 - schemat ideowy układu połączeń systemów pomiarowych licznika połączonych z odbiornikiem zasilanym siecią trójprzewodową. P r z y k ł a d I Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, współpracujący z odbiornikami zasilanymi siecią czteroprzewodową, składa się z trzech pomiarowych systemów 1, 2, 3, a każdy z nich zawiera prądową cewkę I i napięciową cewkę U. Prądowa cewka I ma uzwojenie podzielone na dwie części, które są nawinięte na ramionach magnetycznego rdzenia 4, mającego w przekroju podłużnym kształt zbliżony do dużej litery U. Nad magnetycznym rdzeniem 4 prądowej cewki I jest umieszczony trójramienny, magnetyczny rdzeń 5, na którego środkowym ramieniu jest nawinięte uzwojenie napięciowej cewki U. Między magnetycznymi rdzeniami 4, 5 jest utworzona powietrzna szczelina robocza, a w niej znajduje się tarcza 6 wirnika, sprzężona z liczydłem rejestrującym. Na ramionach magnetycznego rdzenia 4 prądowej cewki I, w pobliżu szczeliny roboczej, jest umieszczony obciążający element 7, mający postać miedzianej płytki prostokątnej, w której wycięte są dwa, symetrycznie rozmieszczone prostokątne okienka. Dwa pozostałe systemy pomiarowe współpracują z dodatkową tarczą wirnika która jest osadzona na wspólnej osi z tarczą 6. Początki uzwojeń wszystkich napięciowych cewek U są połączone ze sobą, natomiast koniec uzwojenia napięciowej

3 PL B1 3 cewki U pierwszego pomiarowego systemu 1 jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki I drugiego pomiarowego systemu 2, koniec uzwojenia napięciowej cewki U drugiego pomiarowego systemu 2 jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki I trzeciego pomiarowego systemu 3, a koniec uzwojenia napięciowej cewki U trzeciego pomiarowego systemu 3 jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki I pierwszego pomiarowego systemu 1. Licznik jest ponadto wyposażony w blokadę uniemożliwiającą wsteczny ruch tarcz wirnika. W celu zmierzenia nadwyżki energii biernej odbiorników O, zasilanych z trójfazowej sieci o czterech przewodach L 1, L 2, L 3, N, prądowe cewki I licznika włącza się szeregowo w poszczególne fazowe przewody L 1, L 2, L 3 sieci, zwykle poprzez przekładniki prądowe, natomiast wspólny punkt połączeń napięciowych cewek U dołącza się do neutralnego przewodu N sieci. W zależności od potrzeby obwody napięciowe licznika dołącza się poprzez przekładniki napięciowe. Na napięciową cewkę U pierwszego pomiarowego systemu 1 jest podawane napięcie drugiej fazy, na napięciową cewkę U drugiego pomiarowego systemu 2 jest podawane napięcie trzeciej fazy, a na napięciową cewkę U trzeciego pomiarowego systemu 3 jest podawane napięcie pierwszej fazy. W wyniku tego w każdym systemie pomiarowym na tarczę wirnika oddziałują strumienie magnetyczne pochodzące z magnetycznych obwodów prądowych Φ I i napięciowych Φ UL. Dla rezystancyjnego obciążenia są one przesunięte względem siebie o 120 stopni elektrycznych. W tym stanie moment napędowy licznika jest proporcjonalny do iloczynu Φ UL Φ I cos120 i wywołuje wsteczny ruch tarcz wirnika, czemu przeciwdziała blokada, w którą jest wyposażony licznik. Start tarcz we właściwym kierunku rozpoczyna się po osiągnięciu przez moment napędowy dodatniej wartości, a to ma miejsce przy rezystancyjno-indukcyjnym obciążeniu odbiorników O, przy kącie fazowym ϕ powyżej 30 stopni elektrycznych. Wówczas moment napędowy licznika jest proporcjonalny do iloczynu U L lcos(120 - ϕ, gdzie U L oznacza napięcie na cewce napięciowej licznika, a I prąd w cewce prądowej licznika. W tej sytuacji wskazania licznika są proporcjonalne do iloczynu UIsin(ϕ - 30 ), gdzie U oznacza napięcie robocze odbiornika O, a zatem mierzona jest nadwyżka energii biernej ponad wartość odpowiadającą tg 30. Kąt 30 jest więc kątem początkowym rozruchu licznika. W celu zmierzenia nadwyżki energii biernej ponad wartość odpowiadającą innej wartości tg ϕ, mniejszej od tg 30, należy skorygować wzajemne usytuowanie strumieni magnetycznych obwodów prądowego i napięciowego, co uzyskuje się dzięki wyposażeniu licznika w obciążający element 7. Dobór wymiarów, kształtu i materiału, z którego jest wykonany obciążający element 7, pozwala na uzyskanie żądanej wartości dodatkowego przesunięcia kątowego między strumieniami. W przykładowym wykonaniu licznika, stosując miedziany obciążający element 7, przedstawiony na fig. 2, uzyskuje się opóźnienie efektywnego strumienia obwodu prądowego o 8 stopni elektrycznych, w wyniku czego licznik mierzy nadwyżkę energii biernej powyżej tg ϕ = 0,4. P r z y k ł a d II Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, współpracujący z odbiornikami zasilanymi siecią trójprzewodową, jest wykonany analogicznie jak opisano w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że zawiera dwa pomiarowe systemy 1, 2 natomiast początki uzwojeń napięciowych cewek U pomiarowych systemów 1, 2 są połączone ze sobą i z początkiem uzwojenia prądowej cewki I drugiego pomiarowego systemu 2, zaś koniec uzwojenia napięciowej cewki U drugiego pomiarowego systemu 2 jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki I pierwszego pomiarowego systemu 1. W celu zmierzenia nadwyżki mocy biernej odbiorników O, zasilanych z trójfazowej sieci o trzech przewodach L 1, L 2, L 3, prądową cewkę I pierwszego pomiarowego systemu 1 włącza się szeregowo w pierwszy przewód L 1 sieci, a prądową cewkę I drugiego pomiarowego systemu 2 włącza się szeregowo w trzeci przewód L 3 sieci, zwykle poprzez przekładniki prądowe, natomiast koniec uzwojenia napięciowej cewki U pierwszego pomiarowego systemu 1 dołącza się do pozostałego przewodu L 2 sieci. W zależności od potrzeby obwody napięciowe licznika dołącza się poprzez przekładniki napięciowe. Na napięciową cewkę U pierwszego pomiarowego systemu 1 jest podawane napięcie między przewodami L 1, L 2, a na napięciową cewkę U drugiego pomiarowego systemu 2 jest podawane napięcie między przewodami L 3, L 1. Działanie licznika jest analogiczne jak opisano w przykładzie pierwszym.

4 4 PL B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, wyposażony w blokadę ruchu wstecznego i zawierający trzy systemy pomiarowe licznika energii elektrycznej, znamienny tym, że początki uzwojeń napięciowych cewek (U) systemów pomiarowych (1, 2, 3) licznika są połączone ze sobą, natomiast koniec uzwojenia napięciowej cewki (U) danego systemu pomiarowego jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki (I) kolejnego systemu pomiarowego, zaś na magnetycznym rdzeniu (4) prądowej cewki (I) każdego systemu pomiarowego (1, 2, 3) jest umieszczony element obciążający (7). 2. Licznik według zastrz. 1, znamienny tym, że obciążający element (7) ma postać płaskiej płytki z dwoma otworami, umożliwiającymi założenie elementu na ramionach rdzenia magnetycznego. 3. Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ, wyposażony w blokadę ruchu wstecznego i zawierający dwa systemy pomiarowe licznika energii elektrycznej, znamienny tym, że początki uzwojeń napięciowych cewek (U) pomiarowych systemów (1, 2) licznika są połączone ze sobą i z początkiem uzwojenia prądowej cewki (I) drugiego pomiarowego systemu (2), natomiast koniec uzwojenia napięciowej cewki (U) drugiego systemu pomiarowego jest połączony z początkiem uzwojenia prądowej cewki (I) pierwszego systemu pomiarowego, zaś na magnetycznym rdzeniu (4) prądowej cewki (I) każdego systemu pomiarowego jest umieszczony obciążający element (7). 4. Licznik według zastrz. 3, znamienny tym, że obciążający element (7) ma postać płaskiej płytki z dwoma otworami, umożliwiającymi założenie elementu na ramionach rdzenia magnetycznego. Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.