PL 216925 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 216925 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 389198 (51) Int.Cl. G01R 35/02 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 05.10.2009 (54) Sposób wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych dla przebiegów odkształconych (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 11.04.2011 BUP 08/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.05.2014 WUP 05/14 (72) Twórca(y) wynalazku: RYSZARD NOWICZ, Łódź, PL MICHAŁ KACZMAREK, Łódź, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Ewa Kaczur-Kaczyńska
2 PL 216 925 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych dla przebiegów odkształconych. Ze względu na występujące w napięciu pierwotnym zaburzenia indukcyjne przekładniki napięciowe winny mierzyć nie tylko napięcia pierwotne zawierające harmoniczną o częstotliwości 50 Hz, ale również harmoniczne o wyższych częstotliwościach. Obecnie katalogi tych przekładników nie podają wartości dopuszczalnych błędów napięciowego i kątowego dla poszczególnych klas dokładności w przypadku występowania w mierzonym napięciu pierwotnym wyższych częstotliwości. Tymczasem dla pełnego scharakteryzowania właściwości indukcyjnych przekładników napięciowych przy przetwarzaniu sygnałów odkształconych konieczne jest wyznaczenie ich metrologicznych charakterystyk częstotliwościowych, które w jednoznaczny sposób będą definiowały wartości błędów tych przekładników dla wyższych harmonicznych transferowanych napięć. W dotychczasowych opracowaniach normatywnych dotyczących indukcyjnych przekładników napięciowych brak jest wytycznych dotyczących wymagań i sposobu badania dokładności przetwarzania sygnałów odkształconych. Określają one wymagania dotyczące nowo wyprodukowanych indukcyjnych przekładników napięciowych, przeznaczonych do współpracy z przyrządami pomiarowymi i elektrycznymi urządzeniami zabezpieczającymi przy częstotliwości od 15 Hz do 100 Hz. Podają wartości graniczne błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych do pomiarów i do zabezpieczeń dla napięć pierwotnych o częstotliwości sieciowej oraz sposób ich wyznaczania. W sposobie wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników podanym w opracowaniach normatywnych uzwojenie pierwotne przekładnika winno być zasilane napięciem sinusoidalnym o częstotliwości znamionowej i w układzie pomiarowym stosuje się konwencjonalny przekładnik wzorcowy oraz mostek pomiarowy kompensacyjny, co powoduje, że sposób ten nie znajduje zastosowania do wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych podczas przetwarzania napięć odkształconych. Zgodnie z opracowaniami normatywnymi błędy napięciowe oraz kątowe indukcyjnych przekładników napięciowych oblicza się z zależności: w których U - błąd napięciowy, NN1 - składowa niekorygowanego błędu napięciowego spowodowana tylko prądem jałowym przekładnika, UN2 - składowa niekorygowanego błędu napięciowego spowodowana tylko prądem obciążenia przekładnika, U - błąd kątowy, U1 - składowa błędu kątowego spowodowana tylko prądem jałowym, U2 - składowa błędu kątowego spowodowana tylko prądem obciążenia przekładnika. Sposób wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych dla przebiegów odkształconych, przy wykorzystaniu zależności: w których wszystkie oznaczenia mają podane wyżej znaczenie, według wynalazku polega na tym, że obwód pierwotny badanego przekładnika łączy się z generatorem napięcia sinusoidalnego za pośrednictwem połączonego z nim równolegle autotransformatora wyposażonego w filtr sieciowy do odcinania składowych harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej lub niższej od 50 Hz lub z połączonymi ze sobą równolegle generatorem napięcia sinusoidalnego o częstotliwości 50 Hz umożliwiającym regulację wartości skutecznej tego napięcia i generatorem napięcia sinusoidalnego o częstotliwości wyższej od 50 Hz umożliwiającym regulację wartości skutecznej i częstotliwości napięcia,
PL 216 925 B1 3 względnie z programowalnym generatorem napięcia sinusoidalnego, umożliwiającym regulację wartości skutecznej harmonicznej napięcia o częstotliwości 50 Hz oraz regulację wartości skutecznej oraz częstotliwości harmonicznej napięcia o częstotliwości wyższej. Następnie do obwodu pierwotnego przekładnika podłącza się jeden kanał oscyloskopu dwukanałowego, wyposażony w sondę wysokonapięciową zaś do obwodu wtórnego przekładnika drugi kanał tego oscyloskopu także wyposażony w sondę wysokonapięciową przy badaniu dokładności przekładnika jednobiegunowego, względnie do obwodu pierwotnego przekładnika podłącza się jeden oscyloskop jednokanałowy wyposażonym w sondę wysokonapięciową, zaś do obwodu wtórnego drugi oscyloskop jednokanałowy także wyposażony w sondę wysokonapięciową przy badaniu dokładności przekładnika dwubiegunowego, uruchamia się zasilanie obwodu pierwotnego przekładnika i za pomocą oscyloskopu lub oscyloskopów dokonuje jednoczesnego pomiaru wartości skutecznych poszczególnych harmonicznych napięcia pierwotnego i napięcia wtórnego przekładnika, po czym przeprowadza się analizę wyników pomiarów napięć metodą szybkiej transformaty Fouriera (analizę FFT), oblicza błędy napięciowe oraz kątowe dla poszczególnych harmonicznych przetwarzanego odkształconego napięcia ze znanych zależności: i sporządza charakterystyki częstotliwościowe badanego przekładnika. Do pomiaru wartości skutecznych poszczególnych harmonicznych napięcia pierwotnego i napięcia wtórnego przekładnika stosuje się oscyloskopy cyfrowe o paśmie przetwarzania odpowiednim dla częstotliwości wyższych od 50 Hz. W celu zwiększenia dokładności obliczeń błędów napięciowych i kątowych dla harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej od 50 Hz, w obliczeniach tych uwzględnia się charakterystyki amplitudowe oraz fazowe sond wysokonapięciowych oscyloskopu. Sposób według wynalazku umożliwia wyznaczenie częstotliwościowej charakterystyki błędu napięciowego oraz kątowego (przesunięcia fazowego) przekładników przy dowolnym odkształconym sygnale testującym dla jednobiegunowych lub dwubiegunowych indukcyjnych przekładników napięciowych. Sposób według wynalazku umożliwia wyznaczanie metrologicznych charakterystyk częstotliwościowych tych przekładników. Sposób według wynalazku ilustruje poniższy przykład z powołaniem się na rysunki, na którym fig. 1 ilustruje schemat układu pomiarowego przekładnika jednobiegunowego, zaś fig. 2 - schemat układu pomiarowego przekładnika dwubiegunowego. P r z y k ł a d W celu wyznaczania błędów napięciowego i kątowego jednobiegunowego indukcyjnego przekładnika napięciowego obwód pierwotny 1 tego przekładnika połączono z generatorem 3 napięcia sinusoidalnego za pośrednictwem złączonego z nim równoległe autotransformatora 2 wyposażonego w filtr sieciowy do odcinania składowych harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej lub niższej od 50 Hz. Do obwodu pierwotnego 1 przekładnika podłączono jeden kanał dwukanałowego oscyloskopu cyfrowego 4, wyposażony w sondę wysokonapięciową, zaś do obwodu wtórnego 6 przekładnika drugi kanał oscyloskopu 4, także wyposażony w sondę wysokonapięciową. Kanały oscyloskopu 4 wyposażono w interfejsy komunikacyjne do połączenia z komputerem. Po uruchomieniu zasilania obwodu pierwotnego 1, za pomocą oscyloskopu 4 mierzono wartości skuteczne poszczególnych harmonicznych napięcia pierwotnego i napięcia wtórnego przekładnika. Wyniki pomiarów napięć przesyłano, za pomocą interfejsów komunikacyjnych, do komputera wyposażonego w program, za pomocą którego dokonywano analizy FFT zmierzonych wartości napięć, wyznaczano błędy napięciowe i kątowe poszczególnych harmonicznych przetwarzanego napięcia przy wykorzystaniu znanych zależności:
4 PL 216 925 B1 w których wszystkie oznaczenia mają wyżej podane znaczenie, przy czym gdzie: I' 0 I 2 Z' 1 Z' r wtórną, α - wartość skuteczna prądu jałowego przeliczona na stronę wtórną przekładnika. - wartość skuteczna prądu wtórnego, - moduł impedancji uzwojenia pierwotnego przeliczony na stronę wtórną, - moduł impedancji całkowitej (obydwu uzwojeń) przekładnika przeliczony na stronę - kąt strat materiału ferromagnetycznego, wyznaczany z wzoru: w którym I' Fe - wartość skuteczna składowej czynnej prądu jałowego przeliczona na stronę wtórną, I' μ - wartość skuteczna składowej biernej prądu jałowego przeliczona na stronę wtórną, φ r - kąt charakteryzujący stosunek reaktancji obu uzwojeń do ich rezystancji, wyznaczany z wzoru: w którym Χ 2 - reaktancja rozproszenia uzwojenia wtórnego, R 2 - rezystancja uzwojenia wtórnego, X' 1 - reaktancja rozproszenia uzwojenia pierwotnego przeliczona na stronę wtórną, R' 1 - rezystancja rozproszenia uzwojenia pierwotnego przeliczona na stronę wtórną, φ 1 - kąt charakteryzujący stosunek reaktancji uzwojenia pierwotnego do jego rezystancji wyznaczany z wzoru: w którym X' 1 i R' 1 mają wyżej podane znaczenie, Ψ - kąt określający charakter obciążenia przyłączonego do zacisków wtórnych przekładnika, wyznaczany z wzoru
PL 216 925 B1 5 w którym X 0 - reaktancja obciążenia R 0 - rezystancja obciążenia, i wykreślono charakterystykę częstotliwościową badanego przekładnika. W celu wyznaczania błędów napięciowego i kątowego dwubiegunowego indukcyjnego przekładnika napięciowego obwód pierwotny 1 tego przekładnika połączono z generatorem 3 napięcia sinusoidalnego za pośrednictwem połączonego z nim równolegle autotransformatora 2 wyposażonego w filtr sieciowy do odcinania składowych harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej lub niższej od 50 Hz. Do obwodu pierwotnego 1 przekładnika podłączono jednokanałowy oscyloskop cyfrowy 4, wyposażony w sondę wysokonapięciową, zaś do obwodu wtórnego 6 przekładnika - drugi jednokanałowy oscyloskop cyfrowy 5, także wyposażony w sondę wysokonapięciową. Oscyloskopy 4 i 5 wyposażono w interfejsy komunikacyjne do połączenia z komputerem. Po uruchomieniu zasilania obwodu pierwotnego 1, za pomocą oscyloskopów 4, 5 mierzono wartości skuteczne poszczególnych harmonicznych napięcia pierwotnego i napięcia wtórnego przekładnika. Wyniki pomiarów napięć przesyłano, za pomocą interfejsów komunikacyjnych, do komputera wyposażonego w program, za pomocą którego dokonywano analizy FFT zmierzonych wartości napięć, wyznaczano błędy napięciowe i kątowe poszczególnych harmonicznych przetwarzanego napięcia przy wykorzystaniu znanych zależności: scharakteryzowanych powyżej i wykreślono charakterystykę częstotliwościową badanego przekładnika. W obliczeniach błędów napięciowych i kątowych dla harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej od 50 Hz, uwzględniono charakterystyki amplitudowe oraz fazowe sond wysokonapięciowych. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wyznaczania błędów napięciowego i kątowego indukcyjnych przekładników napięciowych dla przebiegów odkształconych, z wykorzystaniem zależności: w których U - błąd napięciowy, NN1 - składowa niekorygowanego błędu napięciowego spowodowana tylko prądem jałowym przekładnika, UN2 - składowa niekorygowanego błędu napięciowego spowodowana tylko prądem obciążenia przekładnika, U - błąd kątowy, U1 - składowa błędu kątowego spowodowana tylko prądem jałowym, U2 - składowa błędu kątowego spowodowana tylko prądem obciążenia przekładnika. znamienny tym, że obwód pierwotny badanego przekładnika łączy się z generatorem napięcia sinusoidalnego za pośrednictwem połączonego z nim równoległe autotransformatora wyposażonego w filtr sieciowy do odcinania składowych harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej lub niższej od 50 Hz lub z połączonymi ze sobą równolegle generatorem napięcia sinusoidalnego o częstotliwości 50 Hz umożliwiającym regulację wartości skutecznej tego napięcia i generatorem napięcia sinusoidalnego o częstotliwości wyższej od 50 Hz umożliwiającym regulację wartości skutecznej i częstotliwości
6 PL 216 925 B1 napięcia, względnie z programowalnym generatorem napięcia sinusoidalnego, umożliwiającym regulację wartości skutecznej harmonicznej napięcia o częstotliwości 50 Hz oraz regulację wartości skutecznej oraz częstotliwości harmonicznej napięcia o częstotliwości wyższej, następnie do obwodu pierwotnego przekładnika podłącza się jeden kanał oscyloskopu dwukanałowego, wyposażony w sondę wysokonapięciową, zaś do obwodu wtórnego przekładnika drugi kanał tego oscyloskopu także wyposażony w sondę wysokonapięciową przy badaniu dokładności przekładnika jednobiegunowego, względnie do obwodu pierwotnego przekładnika podłącza się jeden oscyloskop jednokanałowy wyposażony w sondę wysokonapięciową, zaś do obwodu wtórnego drugi oscyloskop jednokanałowy także wyposażony w sondę wysokonapięciową przy badaniu dokładności przekładnika dwubiegunowego, uruchamia się zasilanie obwodu pierwotnego przekładnika i za pomocą oscyloskopu lub oscyloskopów dokonuje jednoczesnego pomiaru wartości skutecznych poszczególnych harmonicznych napięcia pierwotnego i napięcia wtórnego przekładnika, po czym przeprowadza się analizę wyników pomiarów napięć metodą szybkiej transformaty Fouriera (analizę FFT), oblicza błędy napięciowe oraz kątowe dla poszczególnych harmonicznych przetwarzanego odkształconego napięcia ze znanych zależności i sporządza charakterystyki częstotliwościowe badanego przekładnika. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do pomiaru wartości skutecznych poszczególnych harmonicznych napięcia pierwotnego i napięcia wtórnego przekładnika stosuje się oscyloskopy cyfrowe o paśmie przetwarzania odpowiednim dla częstotliwości wyższych od 50 Hz. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w obliczeniach błędów napięciowych i kątowych dla harmonicznych napięcia o częstotliwości wyższej od 50 Hz, uwzględnia się charakterystyki amplitudowe oraz fazowe sond wysokonapięciowych oscyloskopu.
PL 216 925 B1 7 Rysunki
8 PL 216 925 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)