PL 18 64 56 B1
RZECZPOSPOLITA POLSKA
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)186456
(13) B1
(21) Numer zgłoszenia:325132
(22) Data zgłoszenia: 02.03.1998
(51) IntCl7
G01R 11/42 G01R 11/24 G01R 31/02 G 01R 29/16
(54) Układ kontroli obwodów napięciowych licznika do sieci trójfazowej czteroprzewodowej
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
13.09.1999 BUP 19/99
(73) Uprawniony z patentu:
Fabryka Aparatury Pomiarowej PAFAL S.A., Świdnica, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.01.2004 WUP 01/04
(72) Twórcy wynalazku:
Ludwik Borucki, Świdnica, PL Bolesław Mackiewicz, Świdnica, PL
(57) 1. Układ kontroli obwodów napięciowych licz- nika do sieci trójfazowej czteroprzewodowej po- siadający diodę elektroluminescencyjną, w któ- rym cewki obwodów napięciowych licznika po- łączone są w gwiazdę, a pomiędzy punkt połą- czenia końcówek cewek napięciowych licznika i zacisk, przeznaczony do przyłączenia przewodu neutralnego do licznika, włączony jest rezystor i równolegle do niego dioda Zenera, znamienny tym, że równolegle do diody Zenera (DZ) przy- łączony jest układ składający się z szeregowo połączonej diody elektroluminescencyjnej (DE) i rezystora (R2).
do sieci trójfazowej czteroprzewodowej
Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e
1. Układ kontroli obwodów napięciowych licznika do sieci trójfazowej czteroprzewo- dowej posiadający diodę elektroluminescencyjną, w którym cewki obwodów napięciowych licznika połączone są w gwiazdę, a pomiędzy punkt połączenia końcówek cewek napięcio- wych licznika i zacisk, przeznaczony do przyłączenia przewodu neutralnego do licznika, włą- czony jest rezystor i równolegle do niego dioda Zenera, znamienny tym, że równolegle do diody Zenera (DZ) przyłączony jest układ składający się z szeregowo połączonej diody elek- troluminescencyjnej (DE) i rezystora (R2).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że równolegle do rezystora (R1) przyłączo- ny jest układ składający się z transoptora (TR) i rezystora (R3), przy czym dioda transoptora (TR) połączona jest szeregowo z rezystorem (R3).
* * *
Przedmiotem wynalazku jest układ kontroli obwodów napięciowych licznika do sieci trójfazowej czteroprzewodowej. Rozwiązanie to znajduje zastosowanie do kontroli pracy po- miarowych obwodów napięciowych licznika, tj. wykrywania i sygnalizacji występowania takich zjawisk jak zwarcia doziemne linii zasilających, zwarcia międzyprzewodowe, przerwy w doprowadzeniu napięć fazowych do licznika, przerwy w połączeniach na skrzynce zacis- kowej oraz wewnątrz licznika, między innymi w cewkach napięciowych licznika.
Znane jest rozwiązanie przedstawione w zgłoszeniowym opisie patentowym Republiki Federalnej Niemiec o nr 22 42 195, w którym pomiędzy zacisk przewodu neutralnego a punkt połączenia cewek obwodów napięciowych licznika włączono rezystor, diodę prostowniczą i diodę elektroluminescencyjną. Przedstawione rozwiązanie jest proste, spełnia wymagania funkcjonalne, jednak w przedstawionej postaci nie może być stosowane w istniejących sie- ciach energetycznych, ponieważ w sytuacjach dużych narażeń ulega uszkodzeniom znacznie częściej od pozostałych elementów licznika, w szczególności cewek napięciowych, których bezawaryjność kontroluje.
Znane są także inne różnego rodzaju rozwiązania umożliwiające kontrolę pracy obwo- dów napięciowych liczników. W rozwiązaniu znanym z polskiego zgłoszenia patentowego o nr P-292464, opublikowanym w Biuletynie Urzędu Patentowego nr 14/1993 na str. 40-41, opisano listwę kontrolno-pomiarową zawierającą, włączone szeregowo w obwody napięciowe liczników, układy składające się z równolegle połączonych diod elektroluminescencyjnych i rezystorów. Układ ten spełnia poprawnie swoje funkcje sygnalizacyjne, jednakże ma znacz- ny wpływ na dokładność pomiaru energii. Przy stosowaniu typowych trójfazowych liczników o napięciu fazowym 58 V dodatkowy błąd wynikający ze stosowania układu wynosi około 2%, co uniemożliwia jego zastosowanie w większości układów pomiarowych.
Podobnym znanym rozwiązaniem jest przystawka do optycznej kontroli ciągłości obwo- dów niskoprądowych, będąca przedmiotem polskiego wzoru użytkowego nr Ru 54171. Przy- stawka ta posiada trzybiegunowy wyłącznik, o stykach normalnie zwartych, które bocznikują układy złożone z diody elektroluminescencyjnej i rezystora. W czasie kontroli ciągłości po- miarowych obwodów napięciowych licznika styki muszą zostać rozwarte. Układ nie wnosi dodatkowego błędu pomiaru w stanie normalnej pracy, jednakże nie sygnalizuje stanu awa- ryjnego samoczynnie i wymaga przełączenia, na czas kontroli obwodów, styków wyłącznika przez uprawnioną osobę.
Innym znanym rozwiązaniem jest układ przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 172617. Układ ten rozwiązuje problem sprawdzenia ciągłości podłączenia obwodów na-
186 456 3
pięciowych licznika, przerw i zwarć w cewkach licznika, zamiany kolejności faz zasilających, rozsymetryzowania trójkąta napięć zasilających. Wadą tego układu jest jego koszt i brak możliwości dołączenia do liczników pracujących w sieci ze względu na konieczność stosowa- nia cewek napięciowych licznika z dodatkowym uzwojeniem wtórnym.
Układ kontroli obwodów napięciowych licznika do sieci trójfazowej czteroprzewodo- wej posiadający diodę elektroluminescencyjną, w którym cewki obwodów napięciowych licznika połączone są w gwiazdę, a pomiędzy punkt połączenia końcówek cewek napięcio- wych licznika i zacisk, przeznaczony do przyłączenia przewodu neutralnego do licznika, włą- czony jest rezystor i równolegle do niego dioda Zenera charakteryzuje się tym, że równolegle do diody Zenera przyłączony jest układ składający się z szeregowo połączonej diody elektro- luminescencyjnej i rezystora. Dodatkowo równolegle do rezystora przyłączony jest układ składający się z transoptora i rezystora, przy czym dioda transoptora połączona jest szerego- wo z tym rezystorem.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest jego prostota oraz niezawodność. Układ ten zrobiono w ten sposób, by był bardziej odporny na wpływ elektrycznych narażeń zewnętrz- nych takich jak przepięcia elektryczne, odkształcenia napięć czy długotrwałe wzrosty napięć zewnętrznych itp. od innych elementów obwodów napięciowych licznika, najczęściej ulega- jących uszkodzeniu, w szczególności jego cewek napięciowych.
Układ według wynalazku może znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie istnieje ry- zyko wykonania nieprawidłowego pomiaru energii elektrycznej spowodowane awarią w ob- wodach napięciowych zasilających licznik, bądź elementów obwodów napięciowych samego licznika. Awarie takie mogą być spowodowane przyczynami losowymi, jak i świadomymi działaniami użytkowników liczników. Powodują one niewłaściwy pomiar, korzystny z reguły dla odbiorcy energii - licznik mierzy 2/3 lub 1/3 rzeczywistej wartości pobranej energii. Awa- ria taka jest bardzo trudna do zauważenia przy stosowaniu typowych liczników indukcyjnych.
Wyposażenie liczników w układy według wynalazku umożliwia wykrycie takich awarii, a tym samym uniemożliwia niezauważalne uszkodzenie licznika. Zagwarantowana zostaje rzetelność pomiaru, a tym samym rozliczenia pomiędzy dostarczycielem i odbiorcą energii.
Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, w postaci schematu ideowego. W układzie tym trzy cewki napięciowe licznika L1, L2, L3 połączone są w układzie gwiazdy do wspólnego punktu O. Pomiędzy punkt O, a zacisk przeznaczony do przyłączenia przewodu neutralnego N sieci włączone są połączone równolegle rezystor R1, dioda Zenera DZ, o możliwie niskim napięciu przewodzenia i stosunkowo dużej mocy, oraz połączone szeregowo z sobą rezystor R2 i dioda elektroluminescencyjna DE oraz rezystor R3 i dioda transoptora TR. Rezystor R1 i dioda DE oraz rezystor R2 i transoptor TR tworzą układy funkcjonalnie odpowiadające układom komparatorów napięcia pomiędzy punktem O a punktem N układu, z wyjściami sygnalizacyjnymi - odpowiednio optycznym i elektrycznym.
Dioda Zenera DZ ogranicza wartość napięcia występującą pomiędzy punktami O i N układu, natomiast rezystory R2 i R3 ograniczają wartości prądów płynących przez diodę elektrolumi- nescencyjną DE i diodę transoptora TR.
W przypadku prawidłowej pracy układów napięciowych licznika, tj. gdy napięcia na zaciskach fazowych R, S i T licznika są sobie równe i przesunięte w fazie o 120°, indukcyj- ności cewek L1, L2 i L3 są jednakowe, przez zacisk prądowy w przewodzie neutralnym N nie płynie żaden prąd tj. I = 0. Jeśli na skutek sytuacji awaryjnej np. przerwy w cewce licz- nika, przerwy w zasilaniu jednego lub dwóch obwodów fazowych, zwarciu doziemnym przewodów fazowych, zwarciu międzyprzewodowym, braku styku na skrzynce zaciskowej licznika i innych sytuacjach awaryjnych powyższa zasada symetrii nie będzie zachowana, w przewodzie neutralnym zacznie płynąć prąd przemienny I. Prąd ten wywołuje spadek na- pięcia na rezystorze R1. Rezystor R1 przyłączony jest poprzez rezystor R2 do diody elektro- luminescencyjnej DE oraz poprzez rezystor R3 do diody transoptora TR. Dioda elektrolumi- nescencyjna DE i dioda transoptora TR posiadają określony poziom napięcia (około 1,5 V) powyżej którego przez diody zaczyna płynąć prąd i diody zaczynają emitować światło. Jeśli spadek napięcia na rezystorze R1 przekroczy wartość progu świecenia diody, dioda DE za- cznie emitować światło widzialne sygnalizując o stanie awaryjnym zaistniałym w napięcio-
wych obwodach pomiarowych licznika, natomiast promieniowanie emitowane przez diodę transoptora TR spowoduje wejście fototranzystora transoptora TR w stan przewodzenia, po- wodując zwarcie na wyjściu Wy. Z wyjścia Wy transoptora TR sygnał może być podawany do współpracujących urządzeń zewnętrznych, np. takich jak rejestratory energii, powodując, że w rejestratorze zapamiętane zostają przedziały czasu, w których występowała sytuacja awaryjna. Dobierając wartość rezystora R1 ustawić można odpowiedni próg zadziałania ukła- du. Próg zaświecenia diody elektroluminescencyjnej DE i diody transoptora TR jest tak do- brany by układ sygnalizował stany awaryjne, nie sygnalizował natomiast niewielkich asyme- trii układu wynikających np. z drobnych różnic pomiędzy cewkami, dopuszczalnych wahań napięć fazowych, występowania harmonicznych itp.
Dioda Zenera DZ ogranicza spadek napięcia na rezystorze R1, a tym samym straty mo- cy wydzielane w elementach układu. Ograniczona zostaje maksymalna wartość napięcia wstecznego na diodzie elektroluminescencyjnej DE i diodzie transoptora TR. Dioda DZ wraz z rezystorami R2 i R3 ograniczają także wartość prądu maksymalnego płynącego przez diodę sygnalizacyjną DE i diodę transoptora TR. Zabezpieczenia powyższe spowodowały, że układ kontroli wytrzymuje wysokie przeciążenia obwodów napięciowych licznika występujące w sy- tuacjach awaryjnych, oraz jest odporny na narażenia świadomie wywołane przez człowieka, mające na celu uszkodzenie licznika.
Układ ma tą zaletę, że podczas normalnej pracy licznika spadek napięcia na rezystorze R1 jest bardzo mały i napięcie w punkcie O układu jest praktycznie równe napięciu przewodu neutralnego N, a na cewkach obwodów napięciowych L1, L2, L3 występują napięcia równe napięciom fazowym. Powoduje to, że układ kontroli nie ma znaczącego wpływu na błąd po- miaru energii przez licznik i układ taki można zainstalować na zewnątrz licznika, np. pod osłoną skrzynki zaciskowej, podczas normalnej eksploatacji licznika u użytkownika, lub we- wnątrz licznika, w procesie jego okresowej kontroli czy renowacji.
186 456
Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz.
Cena 2,00 zł.
