CZ281530B6 - Statický elektroměr - Google Patents

Abstract

Elektroměr pro měření spotřeby elektrické energie je opatřen měřicí částí (1), obsahující magnetický proudový měnič (3) a za ním zapojený integrační stupeň, a vyhodnocovací částí. Proudový měnič (3) je vytvořen jako otevřený měnič, provedený jako nezatížený tranformátor a opatřený vzduchovou mezerou.ŕ

Description

Vynález se týká statického elektroměru pro měření spotřeby elektrické energie s měřicí částí, obsahující magnetický proudový měnič a za ním zapojený integrační stupeň, a s vyhodnocovací částí .

Dosavadní stav techniky

Pro zjišťování spotřeby elektrické energie je, jak známo, potřebné měřit proudy ve vodiči před příslušným spotřebičem, přičemž důležitými veličinami jsou především velikost a fáze kmitání základního kmitočtu a několika vyšších harmonických.

Známé měření proudů pomocí bočníku není ve vícefázových sítích možné, protože rozdíl potenciálů bočníku různých fází je příliš velký pro vyhodnocení elektronikou statického elektroměru.

Měření běžnými měniči proudu je také nevýhodné, protože při existenci diody v zapojení spotřebiče stejnosměrný proud měničem cirkuluje, přičemž tento proudový měnič nasycuje, jestliže neobsahuje vzduchovou mezeru. Toto sycení potom vede k nepřípustným chybám při měřeni proudu, respektive energie, spotřebované její odběratelem.

.Uvedenému sycení se může zabránit vzduchovou mezerou v jádru měniče, která však znamená neúnosné velké rozměry měniče, protože přesnosti, požadované u měniče, se může dosáhnout jen tehdy, jestliže rozptylová impedance měniče je ve srovnání s jeho magnetizační impedanci zanedbatelně malá.

Z patentu US 3 546 565 je známo,jak zabránit nežádoucímu sycení jádra vytvořením vzduchové mezery, a tím způsobený pokles magnetizačni impedance kompenzovat kondenzátorem. Protože ale kapacitní odpor je frekvenčně závislý, zaznamenává takový elektroměr správné vždy jen určité složky proudu, například základní frekvence, vyšší harmonické však zaznamenává nesprávně. Z tohoto důvodu je proto známé řešení nevýhodné.

V EP-A-0 201 019 je popsán statický elektroměr s jedním elektronickým měřicím ústrojím, které má mikropočítač pro zpracování signálů s ohledem na korekční hodnoty pro různé prvky zapojeni. Přitom představuji korekční hodnoty integrální hodnotu pro příslušný rozsah měření a jsou obsaženy v charakteristických veličinách uložených v počítači, z nichž každá reprezentuje počítací ústroji, odpovídající definovanému množství energie.

Vynálezem se má navrhnout takový elektroměr, u jehož magnetického měniče se nevyskytují žádná nepřípustná chybná měřeni způsobená nasycením, a který umožňuje i při rozdílných frekvencích přesný odečet spotřebované energie.

-1CZ 281530 B6

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje statický elektroměr pro měření spotřeby elektrické energie s měřicí částí, obsahující magnetický proudový měnič a za nim zapojený integrační stupeň, a s vyhodnocovací částí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že proudový měnič je vytvořen jako otevřený měnič, provedený jako nezatížený transformátor a opatřený vzduchovou mezerou.

Řešení podle vynálezu obsahuje proto nezatížený magnetický proudový měnič, u kterého nedochází k sycení jádra primárním cirkulujícím proudem. Na výstupu je k dispozici signál dl/dt, ze kterého integrátor určí proud I.

Podle výhodného provedení elektroměru podle vynálezu je vyhodnocovací část připojena k proudovému měniči a vyhodnocovací část obsahuje mikropočítač. V něm se provádí dimenzování stupnice výstupního napětí, respektive signálu měřicí části, přičemž se bere v úvahu charakteristická časová konstanta integračního stupně.

Integrátory mají, jak známo, mezi jiným tu vlastnost, že jejich charakteristické časové konstanty vykazuji velké výkyvy v důsledku teplotních změn a stárnutí. Přitom jsou zejména použité kondenzátory kritickými prvky. Jejich stabilizace na požadovanou přesnost znamená vysoké náklady. Tento problém dlouhodobé přesnosti analogových integrátorů se řeší podle vynálezu jednoduchým způsobem tak, že se bere v úvahu charakteristická časová konstanta integrátoru při dimenzování stupnice signálu měřicí části.

Ve vyhodnocovací části se uloží referenční hodnota pro výstupní signál měřicí části získaná pomoci definovaného referenčního napětí přiváděného po definovanou dobu na integrační stupeň a z poměru mezi touto referenční hodnotou a kalibrační hodnotou, získanou za provozu elektroměru, je odvoditelný stupnicový faktor pra uvedené dimenzování stupnice.

Další výhodné provedení elektroměru podle vynálezu je takové, že proudový měnič je tvořen lineární tlumivkou a jí přiřazeným pomocným vinutím.

A konečně podle ještě dalšího výhodného provedení je pomocné vinutí spojeno se zatížením, vytvořeným jako vysokoohmický odpor.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle připojených výkresů, kde na obr. 1 je blokové schéma prvního příkladu provedení částí elektroměru, které jsou podstatné podle vynálezu, na obr. 2 je varianta detailu blokového schéma z obr. 1, na obr. 3 je příklad z obr. 2 v detailnějším znázornění, na obr. 4 je schéma druhého přikladu provedení a na obr. 5 je diagram pro vysvětlení funkce.

-2CZ 281530 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje výřez ze statického elektroměru, sestávajícího z měřicí části 1 a z vyhodnocovací části 2. Měřicí část 1 obsahuje magnetický proudový měnič 3, kterým mohou být snímány proudy ve vodiči bez potenciálu. Protože v důsledku stejnosměrné proudové složky v proudu, odebíraném spotřebičem, nemůže se tento proud měřit přímo proudovým měničem, sestává proudový měnič 3 z lineární tlumivky £, která je protékána zatěžovacim proudem 1, a z pomocného vinutí 5, ve kterém se indukuje napětí působením tlumivky 4.

V pomocném vinutí 5 se indukované napětí přivádí do analogového integrátoru 6., ve kterém se vytvoří integrováním uvedeného indukovaného napětí napětí úměrné proudu. Toto se dále zpracuje jako transformovaný proudový signál. Vlastní měření se provádí v mikropočítači 1_ s předřazeným analogově číslicovým převodníkem

8. Na výstupu 9 mikropočítače 7 tedy vznikne proudový signál nebo od něho odvozená veličina, jako energie nebo výkon. Do mikropočítače 7 se přivádí zátěžné napětí UN.

Na obr. 1 znázorněná část, respektive měřici část 1 s proudovým měničem 3 a analogovým integrátorem 6 by tvořila u známého elektroměru podle shora zmíněného EP-A-0 201 109 součást jeho vstupního modulu podle obr. 1, zatímco funkce mikropočítače 7 by byla převzata výhodně mikropočítačem 8, viz obr. 1, tohoto známého elektroměru.

Jak již bylo uvedeno, jsou charakteristické časové konstanty analogového integrátoru 6 podrobeny velkým výkyvům, které jsou způsobeny teplotními změnami a stárnutím. V praxi se mohou integrátory tohoto druhu použít účelné jen tehdy, jestliže se jejich charakteristické časové konstanty přezkoušejí v požadovaných a nutných odstupech a jestliže jsou učiněna opatření, aby případné výkyvy nebo změny nemohly výsledek měření ovlivnit nežádoucím způsobem. Obvykle se to provádí odpovídajícím doregulováním integrátoru. U elektroměru podle vynálezu se navrhuje tento způsob:

Při provozu elektroměru se měří časová konstanta integrátoru a použije se pro dimenzování stupnice nebo cejchování stupnice proudového signálu nebo od něho odvozených veličin, jako například energie nebo výkonu. To, jinými slovy, znamená, že mikropočítač 7 při výpočtu spotřebované energie z přenosové hodnoty signálu, který je do něj přiveden, násobí tuto přenosovou hodnotu stupnicovým faktorem, získaným na základě měřeni integrační časové konstanty, a tím vyrovná případné výkyvy integrační časové konstanty. Při provozu elektroměru dochází proto k průběžnému sámočinnému cejchování.

Toto samočinné cejchování se v praxi provádí tak, že vhodným řídicím ústrojím, zejména mikropočítačem se přepne pomocí vedení 10 spínač 11 z plné vytažené polohy do čárkovaně znázorněné polohy a výstup, to je vedení 12 analogového integrátoru 6, se uvede na nulový potenciál. Přepnutím spínače 11 se přivede na vstup analogového integrátoru 6 místo indukovaného napětí pomocného vinutá 5 referenční napětí UR, čímž napětí na výstupu analogového integrátoru 6 pozvolna stoupá. Po určité definované době se toto napětí změří, a tím se získá kalibrační, respektive cej

-3CZ 281530 B6 chovací, hodnota, přičemž eliminování chyb více měření se může popřípadě provést vytvořením střední hodnoty. Nyní se porovná cejchovací hodnota s referenční hodnotou, uloženou v mikropočítači 7, získanou měřením za stejných cejchovacích podmínek. Z uvedeného porovnání se již bezprostředně získá stupnicový faktor.

Popsaný způsob cejchování je vyvoláván automaticky mikropočítačem 7 ve větších časových odstupech, například několika dnů nebo týdnů. Trvá obvykle vždy několik málo sekund, takže se provoz elektroměru neovlivní.

U varianty, znázorněné na obr. 2 a 3, se použije místo ideálního analogového integrátoru 6 dolnokmitočtová propust £2 s hlubokou mezní frekvenci. Tím jsou odstraněny problémy, které by mohly vzniknout z přídavných chybných vstupních napětí zesilovacího prvku. Dolnokmitočtová propust 13 se musí ovšem zapojit pro cejchovací proces jako ideální integrátor, což se provede otevřením spínače 15 ovládaného prostřednictvím řídicího vedení 14, viz obr. 3. Ostatní postupy při cejchování probíhají podobně, jak již bylo shora popsáno: odpojení dolnokmitočtové propusti 13. od pomocného vinutí 5 prostřednictvím spínače 11 a řídicího vinutí 16., viz obr. 3, a přivedením referenčního napětí UR přes spínač 17 a řídicí vedení 18.

V důsledku malého zatížení pomocného vinutí 5 vysokoohmickým odporem 19, viz obr. 2, 3, se může vytvořit charakteristika pásmové propusti měřicího obvodu. To má tu přednost, že se tlumí vysokofrekvenční složky vstupního proudu, a tím se redukuje požadavek na zesilovač 20 dolnokmitočtové propusti £3. Dále se může pro přídavnou korekturu trvalé odchylky napětí přivádět z mikropočítače 7 přes číslicově analogový převodník 21 na vstup zesilovače 20 dolnokmitočtové propusti korekční signál.

Jiná varianta spočívá v tom, že pro cejchování se použije jako referenční napětí střídavé napětí UR' místo stejnoměrného napětí UR. Tato varianta je znázorněna na obr. 4 a 5. Stejně jako u jiných příkladů provedení se přepojením spínače 11 odpojí regulérní vstupní signál od vstupu dolnokmitočtové propusti 13 a místo něho se přivede referenční střídavé napětí UR', viz obr. 5, řádka a. Na výstupu dolnokmitočtové propusti 13 se vytvoří střídavé napětí UA, obr. 5, řádka b, jehož efektivní hodnota, nebo výhodněji jeho usměrněná střední hodnota UM, obr. 5, řádka c, se měří po určitý časový interval T. Porovnání výsledku tohoto měřeni s referenční hodnotou, změřenou stejným způsobem při cejchování a uloženou do paměti, se získá hodnota, která je přímo úměrná změně měřicí konstanty měřicí části. Jako měřicí část je zde označován, analogicky k obr. 1, proudový měřicí obvod, sestávající z tlumivky £ s pomocným vinutím 5 (proudový měnič 3), a z dolnokmitočtové propusti 13,. Jako měřicí konstanta se označuje amplitudový poměr mezi výstupním a vstupním napětím dolnokmitočtové propusti 13.

Pro úsporu obvodových nákladů může se použit jako referenční střídavé napětí UR' stejně již existující referenční stejnosměrné napětí analogově číslicového převodníku 8, přičemž se toto napětí střídavě přivádí na vstup dolnokmitočtové propusti 13 jako kladné a záporné pomoci analogových spínačů.

Claims (4)

1. Statický elektroměr pro měření spotřeby elektrické energie s měřicí části, obsahující magnetický proudový měnič a za ním zapojený integrační stupeň, a s vyhodnocovací částí, vyznačující se tím, že proudový měnič (3) je vytvořen jako otevřený měnič, provedený jako nezatížený transformátor a opatřený vzduchovou mezerou.

2. Statický elektroměr podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyhodnocovací část (2) je připojena k proudovému měniči (3), a že vyhodnocovací část (2) obsahuje mikropočítač (7) .

3. Statický elektroměr podle nároku 1, vyznačující se tím, že proudový měnič (3) je tvořen lineární tlumivkou (4) a jí přiřazeným pomocným vinutím (5).

4. Statický elektroměr podle nároku 3, vyznačující se tím, že pomocné vinutí (5) je spojeno se zatížením, vytvořeným jako vysokoohmický odpor (19).