Strona główna wydziału
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Wydział
Elektrotechniki, Automatyki,
Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
PL   EN
Strona główna AGH
2017-03-28
Efekty prac naukowych o znaczeniu międzynarodowym - Opracowanie dzielnika napięcia z autokalibracją oraz uzyskanie nagród na międzynarodowych i krajowych wystawach wynalazków
Przedmiotem wynalazku jest układ kondycjonowania wysokiego napięcia ( pomiarowy dzielnik), którego główną cechą jest wbudowana procedura autokalibracji, co umożliwia autoidentyfikację właściwości pomiarowych dzielnika, czyli jego stałej - jako liczby zespolonej- niezależnie dla każdej harmonicznej, wykrytej w mierzonym wysokim napięciu. Procedura autokalibracji jest przeprowadzana w miejscu i w trakcie pracy dzielnika przy wykorzystaniu wyłącznie nieznanego mierzonego wysokiego napięcia jako jedynego pobudzenia w procesie autoidentyfikacji. Procedura autoidentyfikacji jest przeprowadzana cyklicznie. Dzięki temu są śledzone zmiany właściwości dzielnika pod wpływem wpływu warunków środowiskowych lub starzenia elementów. Gwałtowna zmiana tych właściwości oznacza awarię lub ingerencję osób niepowołanych. Zaproponowano kilka wersji układowych realizujących tę nowatorską metodę pomiarową. Opracowane rozwiązanie zostało nagrodzone podczas międzynarodowych wystaw wynalazków: Special Award Asia Invention Association podczas 2014 TAIPEI INT'L INVENTION SHOW & TECHNOMART, złoty medal The Belgian and International Trade Fair for Technological Innovation 2014, Dyplom - Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego luty 2015, Złoty medal INTARG 2015 oraz XXII Giełda Wynalazków 2015 za Adaptive voltage divider with corrected frequency characteristic for measuring high voltages (Pomiarowy dzielnik napięcia z autokalibracją).
Rozwiązanie będące efektem prowadzonych badań zostało opatentowane w Polsce, Stanach Zjednoczonych, w Kanadzie i Europie. Ponadto zgłoszenia patentowe zostały opublikowane w kolejnych 5 krajach oraz 4 zgłoszenia w Urzędzie Patentowym RP. Jest więc szansa na kolejne patenty. Wiele ze zgłoszeń dotyczy tego samego pomysłu pod względem merytorycznym, ale musiały być osobno zgłoszone w wielu krajach. Z drugiej strony pod tym samym tytułem zgłaszane do opatentowania były różne aspekty opracowanego rozwiązania.

Przyznane patenty:
  1. An adaptive voltage divider with corrected frequency characteristic for measuring high voltages:
    • European Patent Office. — Opis patentowy; EP 2745121 B1,
    • Stany Zjednoczone — Opis patentowy; US 9331662 B2,
    • Kanada — Opis patentowy; CA 2843953 C,
    • Polska — Opis patentowy; PL 222066 B1,
Opublikowane zgłoszenia patentowe:
  1. Adaptive voltage divider with an adjusted frequency characteristics to measure high voltages:
    • Polska — Opis zgłoszeniowy wynalazku; PL 396031 A1,
    • Indie — Opis zgłoszeniowy wynalazku; IN 834DELNP2014 A,
    • Stany Zjednoczone — Opis zgłoszeniowy wynalazku; US 20140159701 A1,
    • World Intellectual Property Organization — Opis zgłoszeniowy wynalazku; WO 2013026805 A1,
    • Korea Południowa — Opis zgłoszeniowy wynalazku; KR 20140049551 A,
    • Japonia — Opis zgłoszeniowy wynalazku; JP 2014521980 A,

  1. Sposób i układ do kalibracji pomiarowego przetwornika napięcia:
    • Polska — Opis zgłoszeniowy wynalazku; PL 404893 A1,
    • Polska — Opis zgłoszeniowy wynalazku; PL 409067 A1,
    • Polska — Opis zgłoszeniowy wynalazku; PL 409066 A1,

Rozwiązanie będące przedmiotem patentów dotyczy zupełnie nowej metody pomiarowej, charakteryzującej się właściwością autokalibracji układu kondycjonowania napięcia, czyli układu obniżania wysokiego mierzonego napięcia do wartości akceptowanych przez standardowe przetworniki AC, czyli ±10VDC. Patenty te dotyczą różnych realizacji układów napięciowych. Jednakże sama metoda może być również stosowana w obwodach pomiaru prądu. Proponowana metoda może być również wykorzystywana w układach pomiarowych wielkości nieelektrycznych, takich jak temperatura, natężenie dźwięku, natężenie przepływu różnych mediów. Te obszary zastosowań wymagają dalszych prac koncepcyjnych i konstrukcyjnych.

Istotną cechą proponowanej metody i układu jest wyznaczanie właściwości pomiarowych przetwornika wraz z jego osprzętem, czyli kablami łączącymi układ z woltomierzem oraz z uwzględnieniem impedancji wejściowej woltomierza. Drugą unikalną cechą układu jest wyznaczanie stałej przetwornika jako liczby zespolonej. Zatem określane są nie tylko jego cechy amplitudowe ale i fazowe, indywidualnie dla każdej harmonicznej.

W powiązaniu z układami synchronizacji o precyzji rzędu ns, zastosowanie opracowanego rozwiązania umożliwia wykrywanie tras propagacji zaburzeń w liniach elektroenergetycznych. Dzięki temu realne staje się wykrywanie źródeł tych zaburzeń. Przykładowo, można lokalizować odcinki linii przesyłowej, w której zaczynają się ujawniać kłopoty z jej izolacją (wyładowania niezupełne). Wczesne wykrycie takiego miejsca może zapobiec niekontrolowanemu rozwojowi uszkodzenia. Można też wykrywać urządzenia energoelektroniczne, które istotnie degradują jakość energii elektrycznej.

Możliwa staje się budowa generatorów sygnałów testowych o kontrolowanej pochodnej zmiany tego sygnału i odpornych na rodzaj i wartość dołączonego do nich obciążenia.

Możliwa jest również budowa i instalowanie (z uwzględnieniem autokalibracji obwodów prądowych) liczników energii elektrycznej, w stosunku do których nie ma potrzeby okresowego ich demontażu w celu weryfikacji ich właściwości pomiarowych. Jedyną operacją może być wymiana jednego elementu zawierającego zweryfikowany przetwornik AC. Operacja ta może być przeprowadzana nawet bez przerywania normalnej pracy licznika. Złożoność tej operacji porównywalna jest z wymianą karty SIM w telefonie.

W opracowanym rozwiązaniu jednocześnie z autokalibracją przeprowadzana jest ocena stanu układu i jest ona porównywana z jego historią. Dlatego łatwo można wykryć niekorzystne trendy lub gwałtowną zmianę jego parametrów. Taka sytuacja może być skutkiem ingerencji osób niepowołanych.

Przemysłowa wersja dzielnika może być wykonana z elementów o wartościach wstępnie określonych z niepewnością około 5%, a mimo to cały układ pomiarowy może posiadać promilową niepewność. Ta cecha jest szczególnie korzystna w odniesieniu do drogich elementów wysokonapięciowych.

W odniesieniu do laboratoryjnej wersji układu, można uzyskać niepewność całego układu pomiarowego na poziomie pojedynczych ppm, przy zastosowaniu biernych podzespołów o przeciętnej niepewności. Również wysoka odporność układu na wpływy atmosferyczne i inne w miejscu jego pracy umożliwia wykonanie mobilnego stanowiska badawczego, które będzie wykorzystywane przy weryfikacji przekładników napięciowych stosowanych w energetyce w miejscu i w trakcie ich pracy. Unika się zatem kosztownego demontażu i przewożenia do wyspecjalizowanego laboratorium. Jednocześnie weryfikacji podlega przekładnik wraz z towarzyszącymi mu instrumentami oraz okablowaniem.

Metoda pomiarowa jest nowatorska, więc nie jest jeszcze związana z żadną normą czy standardem. Dlatego niezbędne jest rozpoczęcie długotrwałych i trudnych procedur legalizujących tę metodę.

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

al. A. Mickiewicza 30
Pawilon B-1
30-059 Kraków

Strona internetowa Wydziału EAIiIB stosuje pliki cookies (ciasteczka). Są one wymagane do poprawnego jej funkcjonowania.
Dowiedz się więcej na temat naszej polityki prywatności i kliknij ZGADZAM SIĘ, aby niniejsza informacja nie pojawiała się.
Możesz również określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce.