1. Постановка задачи

При обследовании электрических сетей с целью определения показателей качества электрической энергии, построения графиков потребления активной мощности, изменения реактивной мощности, проверки приборов и систем учета, подбора фильтрокомпенсирующего оборудования, обнаружения утечек электроэнергии, определения неисправности электрооборудования и исследования работы электрооборудования в переходных режимах, применяется большое количество специализированных приборов и измерительных систем. Как правило, это перепрограммируемые микропроцессорные устройства. При решении конкретных задач при большом числе регистрируемых характеристик чаще всего не удается решить измерительную задачу с помощью одного прибора и представления измерительной информации в нужном формате. Для решения подобных задач наиболее подходит технология создания виртуальных приборов фирмы National Instruments.

Наиболее распространены трехфазные сети и оборудование с линейным напряжением 0.4 кВ. Регистрация более высоких напряжений осуществляется через трансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения искажают измерительную информацию. Особенно значительны частотные искажения. Для обследования сетей и оборудования необходимо одновременно регистрировать мгновенные значения трех фазных или линейных напряжений и четырех токов. Иногда дополнительно регистрируется мгновенное значение четвертого напряжения - напряжения между нейтралями. В соответствии с задачей исследования, путем обработки системы токов и напряжений по определенным алгоритмам производится анализ состояния электрических сетей и оборудования в установившемся и переходных режимах. По количеству аналоговых входов измерительная задача может быть решена с помощью устройства сбора данных Nl USB-6009 при решении безтрансформаторной развязки устройства с исследуемой сетью. Само устройство Nl USB-6009 не имеет цепей гальванической развязки по входам и для его использования в промышленной сети необходима развязка с помощью дополнительных устройств [1].

2. Описание решения

Был разработан блок гальванической развязки, электрическая принципиальная схема которого представлена на рис.1. Внешний вид платы устройства на рис.2.

Для гальванической развязки токовых цепей применяются изолирующие усилители DA4-DA7. Реализовано четыре гальванически развязанных канала измерения тока. Входное напряжение до 200 мВ в амплитуде, пропорциональное токам подается с шунтов, включенных в линейные цепи, через винтовые разъемы хр1-хр4. Измерение токов осуществляется с шунтов находящихся под фазным напряжением. Выбором номинала шунта достигается масштабирование измеряемых токов. Для питания усилителей DA4-DA7 используется напряжение +5В. Для питания входных цепей изолирующих усилителей применены четыре гальванически развязанных DC/DC преобразователя DCP 010505. Питание блока гальванической развязки осуществляется от отдельного стабилизированного блока питания (БП) +5В. Использовался стабилизированный источник питания.

Рис.1. Электрическая принципиальная схема блока гальванической развязки

Для гальванической развязки цепей напряжения применяются изолирующие усилители DA1-DA3. Реализовано три гальванически развязанных канала измерения напряжения. Входные цепи изолирующих усилителей имеют общую нейтральную точку (клемма 8 разъема хр4). Входные делители фазных напряжений реализованы на резисторах R9,R10, R11,R12, R13,R14. Усилители DA1-DA3 питаются напряжением +15 -15В. Для питания входных и выходных цепей изолирующих усилителей применены гальванически развязанные DC/DC преобразователи DCP 0105015. Переключателем SB1 можно отключить питание схемы измерения токов, в этом случае можно питать оставшуюся схему от USB порта компьютера. Плата блока гальванической развязки размещается в корпусе из диэлектрического материала и через разъем xs6 стыкуется с разъемом аналоговых входов устройства сбора данных Nl USB-6009.

Основные технические характеристики устройства: габаритные размеры корпуса 100x800x20 мм, потребляемый ток 500 mА (350 mА при измерении только напряжений), амплитуда входного напряжения по фазе до 400 В, напряжение гальванической развязки входных цепей до 1,5 кВ.

Рис. 2. Внешний вид платы блока гальванической развязки

3. Используемое оборудование и ПО

Блок предназначен для работы совместно с устройством Nl USB-6009. В разработанных измерительных системах использовалось программа LabVIEW 7.1.

4. Внедрение и развитие решения

Блок гальванической развязки внедрен в лабораторном практикуме на кафедре «Электротехника» Ижевского государственного технического университета в составе различных виртуальных измерительных систем, применяемых в лабораторных практикумах по дисциплинам: «Электрический привод», «Электрооборудование промышленности». С применением блока реализованы системы определения показателей качества электрической энергии, системы мониторинга работы электрооборудования.

Разработка выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Список литературы

1. К.С. Ефремов, В.К. Барсуков Измерительная система для определения качества электрической энергии // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сборник трудов междунар. науч.-практ. конф. / Москва. Издательство Российского университета дружбы народов, 2006. С. 200-207.