Підвищення точності вимірювання напруги Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2008 р. Вип. №18

УДК 621. 314

Кизилов В.У.1, Рудев1ч Н.В.2

П1ДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТ1 ВИМ1РЮВАННЯ НАПРУГИ

Запропоноеано компенсуеати похибку высоковольтного вим1рювального трансформатора напруги введениям додаткового малопотужного трансформатора на-пруги з того ж феромагттного матер\алу.

Постанова проблемы

Проблема точного oo.iíkv слсктроснсргп е дуже гострою i актуальною. Вимоги до точно-ctí вим1рювання постшно зростають. Сьогодш наша промисловють випускае ви\прювалы-п пристро! (л1чильники слсктроснсргп) класу точност! 0.2-Ю.5. Це точшсть !х власна по вщно-шенню до струм1в та напруг, яю до них шдводяться, але не по вщношенню до струм1в та напрут, яю мають viicuc у споживач1в. При вим!рюванш струму похибка ви\прювання визнача-еться як високовольтним вим1рювальним трансформатором струму (ВВТС), так i пристроем введения струму (ПВС), який знаходиться в ви\прювальному пристро! i перетворюе вторинний струм 5 (1) А ВВТС до необхщного значения (як правило, до 1-^2 тА). При ви\прюванш напруги похибка вим1рювання також визначаеться як високовольтним вим1рювальним трансформатором напруги (ВВТН), так i пристроем введения напруги (ПВН), який знаходиться в ви\прю-вальному пристро! i перетворюе вторинну напругу 57 (100) В ВВТН до необхщного значения (як правило, 2-^10 В). Отже, при визначенш класу точност! ви\прювального пристрою похибка ВВТН та ВВТС не враховуеться i клас точносп визначаеться по струму та напрузк котр1 до нього пщводяться.

Анал1з остантх досл1джень i публтацт Найбшып ефективним i не витратним способом шдвищення точност1 вим1рювальних трансформатор i в е електронна компенсащя похибки, але, нажаль, и використання для високо-вольтних трансформатор i в обмежено унаслщок обмежено! потужност1 oncpauiiÍHoro пщсилю-вача, який е невщ'емним елементом bcíx схемних pinieHb з таким видом компенсаций За кордоном вже проводяться роботи по шдвищенню точност1 ВВТН за допомогою електронно! компе-нсацп похибки [1], що свщчить про можливють такого використання.

Дсякл схеми з електронною компенсацию похибки вим1рювальних трансформатор i в напруги можна використовувати для ВВТН на напругах до 6 кВ, але це знижуе надшшсть такого пристрою [2]. Бшышсть з них вимагае складно! конструкци ТН, що небажано [3]. Авторам статп вдалося створити пристрш, в котрому вщсутш вище наведен! недолши i на котрий вже отримано патент на винахщ [4].

Mema cmammi. Пщвшцення точност! ВВТН за допомогою електронно! компенсацп похибки. Питания пщвищення точност! ВВТС у данному випадку не розглядаеться.

Основт матер1али досл1дження Пропонований пристрш (рис. 1) дозволяе отримати високоточне значения вим!рювально! напруги.

До первинно! обмотки W\ ВВТН, точшсть якого пщвищуеться, шдключене джерело ви-м!рювано! напруги и\, з регульованого резистора д!льника напруги вторинно! обмотки W2 ВВТН частина напруги подаеться на один вхщ операц!йного пщсилювача (ОП), де вона nopiB-нюеться з напругою вторинно! обмотки W3 додаткового вим!рювального трансформатора напруги (ДВТН) на шшому вход! ОП.

1 Нацюнальний техн!чний ун!верситет "ХП1", канд. техн. наук. проф.

2 Нацюнальний техшчний ушверситет "ХП1", acnipaHT

ввтн

w4 иЕИХ

На щдспш викладень, наданих в [5], фа-зова похибка трансформатору напруги е ви-значальною.

При piBHOCTi фазових похибок ВВТН та ДВТН, при piBHOCTi ïx ноханаль'них значень шдукцщ 1 виконанш магштопроводш двох тpaнcфopмaтopiв з однаково! стал1 маемо наступи! сшввщношення парамстрш двох транс-форматорт, при яких напруга ивих на первин-нш обмотщ W4 буде пропорцшна вичпрюваль-Н1Й напрут Ui на первиннш обмотц! ВВТН:

ы

ДВТН

РИС. 1 - Г1рИСТр1Й ДЛЯ П1ДВИЩСННЯ T04H0CTÎ

ви\прювальних трансформаторов напруги

KaQoA

w4 =

Ue

Knih

кfolQ02^2

txmti W^S 'j

UhuH S'>

(1)

(2)

де li, U, S\, $2 - довжини .ищи магн1тних пол!в, попсрсчш nepepi3i магштопроводш ВВТН, ДВТН В1ДПОВ1ДНО: kmh km2, Оси, <Q02 - косфщкнти заповнення мщдю bîkoh магштопроводш. пере-тин bîkoh мaгнiтoпpoвoдiв ВВТН i ДВТН вщповщно; /,„•. /„д - середня довжина вика .\ii;j,i пер-винних обмоток ВВТН i ДВТН вiдпoвiднo; Щ„т UeuxmH - амплпудш значения но\пнальних на-пруг первинних обмоток ВВТН i ДВТН вщповщно. Отже, при виконанш (1) та (2) маемо:

Uaix =klh,

(3)

де к = ——п.

щ щ

ж

де п = -

R 3 + Rn

- кoeфiцieнт дшьника напруги; - число витив первинних обмоток

ВВТН, ДВТН вщповщно; - число витклб вторинних обмоток ВВТН, ДВТН вщповщно;

Такий принцип дп забезпечуе над1Йн1сть пропонованого пристрою, що дуже важливо в енергетицг ВВТН одночасно може живити засоби захисту 1 вим!рювання, яю не вима-гають високу точнють, а ДВТН створювати високоточне значения напруги для точних вимгрювальних пристроив (наприклад, м!кропроцесорних л1чильник1в електроенерги).

При наявносп опору навантаження мае мюце похибка еид спадання напруги В1,д струму навантаження, в цьому випадку вторинна напруга ВВТН щ буде приблизно дopiвнювaти (як евщчать дослщження):

W ®

U2 — ~Ui -rv /2, Wl

(4)

де Щ; - загальний ошр, який враховуе ошр первинно! \ вторинно! обмоток ВВТН; /2 -струм вторинно! обмотки ВВТН, обумовлений опором навантаження. Тодх:

11тФкЩ, (5)

Спад напруги Ы2 можна компенсувати спадом напруги на резистор! Щ (рис. 2), так що при = пгг будемо мати:

W //-) • • Wx

(6)

де Î7з - вторинна напруга ДВТН.

Необхщно В1д\птити малий вплив спадання напруги /^ь на напругу навантаження, при включен! резистора R3 у вторинну обмотку ВВТН. Якщо при заданому навантаженш загальна

похибка ВВТН доргвнюе 0.4 %, а похибка вщ спадання напруги /V складае 50 % вщ загально! похибки, тобто 0.2 %, а з дщьника напруги зшмаеться 1 :5 В, тобто у 100-^20 раз менше напруги виходу, отже похибка, яка вноситься /^/.»дортиюс 0.002 %-Ю. 01 % \ практично не впливае на загальну похибку трансформатора напруги.

Таким чином, таке усунення впливу навантаження можна використовувати тшьки для однофазних вимфювальних трансформатор1в напруги.

Для трьохфазних ВВТН, коли вщсутнш провш вороття струму, спад напруги /V/;. можна компенсувати включениям трансформатора струму послщовно з вторинною обмоткою ВВТН, навантаженого на резистор (рис. 3), так що:

т^12 = 1зК3, (7)

Щ12 . . .

де Iз =- - струм вторинно! обмотки ГС, де Ж5, Ж6 - число виткш первинно! 1 вто-

IV,

риппо! обмотки ТС.

Год к

Ж и 1 •

п--^'з. (В)

И\ " '

Рис. 2 - Пристрш пщвищення точи ост 1 вим1рювального трансформатора напруги з усуненням впливу опору навантаження для одн офазнихТН

Рис. 3 - Пристрш пщвищення ТОЧНОСТ! ви-мфювального трансформатора напруги з усуненням впливу опору навантаження для трьохфазних I II

Похибка ТС не буде впливати на точнхсть компенсац!! впливу навантаження. Так при по-хибщ ТС 1 % загальна похибка компенсащ! буде дор1внювати 0.002 %.

В результат! при наявносп опору навантаження для будь-якого виконання трансформатору виконуеться сптвщношення (3).

Таким чином, за допомогою пропонованого пристрою можна отримати високу точшсть вимфювання напруги для частини навантаження або умонтувати пропоноване в конкретний вим1рювальний пристр!й, у зв'язку з цим, виникае можлив!сть практично без зниження надш-ност1 атестувати заслб вимфювання, враховуючи похибку високовольтного вимфювального

трансформатора напруги. 1снуючий стандарт вих1днс>: напруги ВВТН 100/ л/3 В може бути до-даний значениями в межах 5: 10 В, тод! заводи зможуть випускати ВВТН з запропонованою добавкою, яка буде настроюватися на завод! 1 буде доступна усш споживачам при пщключен! через повторювач.

Таким чином, розмфи ДВТН визначаються габаритними розмфами трансформатора, то-чшсть якого пщвищуеться. Може виникнути ситуатя , коли пщ час проектування встановлю-еться, що потужн1сть ОП повинна бути достатньо великою, що нелрипустимо. В такому раз!

схема (рис. 1) може бути тршки змшеиа (рис. 4). Принцип дп залишаеться таким же, з т1€Ю розницею. що у формул! (6) ив11Ш замшяеться на напругу первинно! обмотки и4н так, що:

= и1"м М.. (9)

и I ти 2

А вихщна напруга пропорцшна ргшищ напрут на кшцях обмотки ДВТН:

ит1Х=К{иг-иоп), (10)

де К - косфщ!€нт пропорщйност!. який залежить вщ схеми виконання вщнимальника.

ввтн

п h Jrh

•j W3 5 on f"1 ВЩНИМАПЬНИК

I w4 с»

ДВТН

Рис. 4 - Пристрш шдвищення точносп вим1рювального трансформатора напруги

У pa3i наявносп опору навантаження, в залежносп вщ виконання трансформатора напруги (однофазний чи трьохфазний) схеми рис. 2, рис. 3 перетворюються аналоггчно 3i схемою рис.1.

Впсновки

Таким чином, запропонований cnoci6 компенсацп без ус1ляких додаткових змш в доку-MCHTauiï i конструкцп високовольтних трансформатор!в може бути використаний в локальних вимфювальних пристроях, також е можливють рсал1зац1У в окремому upBcrpoï. який буде до-даватись до ВВТН.

IlepeniK посыланъ

1. Slomovitz D. Electronic Based High-Voltage Measuring Transformers / D. Slomovitz II IEEE Transactions on power delivery. - 2002. - Vol.17. - №2. - P. 359-361.

2. Slomovitz D. Electronic Compensation of Voltage Transformers / D. Slomovitz II IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 1988. - Vol.37. - №4. - P. 652-654.

3. Deacon T.A. Comments on "Electronic Error- Compensation of a Voltage Transformers" / T.A. Deacon II IEEE Transactions on instrumentation and measurement. - 1980. - Vol. IM-29. -№1,- P. 79-80.

4. Пат. 81842 Украша, M ПК G 01 19/ 00. Пристрш для слсктронно! компенсацп похибки ви-\прювальних трансформатс^в напруги / В.У. Кизылов, КВ. Рудевгч. - № а2006; Заявл. 10.04.2006; Опубл. 11.02.2008.

5. Кизилов В. У. Проектування ви\прювальних трансфор матор i в струму та напруг, трансреактор ¿в та дросс.ив змшного струму пристро1в автоматики ене ргосистем: Навчально - методичний nociÔHHK I В.У. Кизилов. - Харкав: ХДПУ, 2000. - 73 с.

Рецензент: Ю.В. Влад1\пров. канд. техн. наук, проф.. НТУ "X! II"

Стаття надшшла 06.04.2008