Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров конденсаторов или резисторов на высоком напряжении. Цель изобретения - упрощение конструкции моста достигается путем применения низковольтной образцовой меры вместо высоковольтной. Введение в структуру измерительной мостовой цепи дополнительной низковольтной образцовой меры активного сопротивления, включение ее в качестве верхнего плеча делителя напряжения при помощи пятого и шестого переключателей и включение таким образом замещенной высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча этого же делителя в качестве объекта измерения, что осуществляется при помощи седьмого и восьмого переключателей, позволяет путем уравновешивания моста на низком напряжении и последующей корректировки результата измерений при помощи потенциометра уменьшить погрешность измерений, вносимую нестабильностью высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча и меры нижнего плеча делителя напряжения и нестабильностью коэффициента передачи повторителя напряжения. Выполнение первичной обмотки второго измерительного трансформатора тока регулируемой и введение механической связи между переключателем числа ее витков и подвижными контактами пятого-восьмого переключателей позволяет сохранить неизменной чувствительность измерительной цепи при измерениях как на высоком, так и на низком напряжениях. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1) G 01 R 17/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4486223/24-21 (22) 23.09.88 (46) 30,06,90. Бюл. h - 24 (72) P.Ä. Тучин (53) 621.317.733 (088.8) (56) Иост переменного тока Р5026М.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации, Киев, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N - 1396069, кл. Г 01 R 17/12, 1986, (54) TPAHCCOPMATOPHbIII HbICOKOBOJIbTHbIA

ИОСТ IIEPEMEHHOI O ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров конденсаторов или резисторов на высоком напряжении, Цель изобретения — упрощение конструкции моста достигается путем применения низковольтной образцовой меры вместо высоковольтной. Введение в структуру измерительной мостовой цепи дополнительной низковольтной образцовой меры активного сопротивления, включение ее в качестве верхнего плеИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров конденсаторов или резисторов на высоком напряжении.

Цель изобретения — упрощение конструкции моста при сохранении вы„„80„„1575122 А1

1 ча делителя напряжения при помощи пятого и шестого переключателей и включение таким образом замещенной высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча этого же делителя в качестве объекта измерения, что. осуществляется при помощи седьмого и восьмого переключателей, позволяет путем уравновешивания моста на низком напряжении и последующей корректировки результата измерений при помощи потенциометра уменьшить погрешность измерений, вносимую нестабильностью высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча и меры нижнего плеча делителя напряжения и нестабильностью коэффициCl ента передачи повторителя напряжения. рр

Выполнение первичной обмотки второro измерительного трансформатора тока l регулируемой и введение механической связи между переключателем числа ее витков и подвижными контактами пятого — восьмого переключателей позволяет сохранить неизменной чувствитель- 4Л ность измерительной цепи при измере- 3 ниях как на высоком, так и на низком Ql напряжениях. 1 ил.

1 сокой точности измерений за счет использования низковольтной образцовой меры вместо высоковольтной.

На чертеже представлена структурная схема трансформаторного высоковольтного моста переменного тока.

Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока содержит высоковольтный источник 1 напряжения, 1575I22 первый переключатель 2 с подвижным

3, первым 4 и вторым 5 неподвижными контактами, второй .переключатель 6 с подвижным 7, первым 8 и вторым 9 неподвижными контактами, третий пе- . реключатель 10 с подвижным ll, первым 12 и вторым 13 неподвижными кон-, тактами, четвертый переключатель 14 с подвижным 15, вторым 16 и первым lp

17 неподвижными контактами, пятый 1 .переключатель 18 с подвижным !9, пер вым 20 и вторым 21 неподвижными кон, тактами, шестой переключатель 22 с подвижным 23, первым 24 и вторым 25 неподвижными контактами, седьмой переключатель 26 с подвижным 27, первым 28 и вторым 29 неподвижными контактами, восьмой переключатель 30 с подвижным 31, первым 32 и вторым 33 2р неподвижными контактами, объект 34 измерений, первый измерительный транс, форматор 35 тока с первичной 36 и вторичной 37 обмотками, второй измерительный трансформатор 38 тока с 25 первичной и вторичной 40 обмотками, компаратор 41 токов с первой 42, второч 43, третьей 44 плечевыми и выходной 45 обмотками, высоковольтную меру

46 активного сопротивления (верхнее . 3p плечо высоковольтного делителя), дополнительную низковольтную образцо,вую меру 47 активного сопротивления, потенциометр 48, меру 49 активного сопротивления (нижнее плечо высоковольтного делителя), повторитель 50 напряжения, меру 51 емкости, меру 52 активного сопротивления, детектор 53 равновесия, разрядник 54.

Высоковольтная мера 46 актигзного 40 сопротивления, потенциометр 48 и мера 49 активного сопротивления образуют высоковольтный делитель напряжения, при этом мера 46, потенциометр 48 и мера 49 являются верхним, средним и 45 нижними плечами этого делителя, Высоковольтный источник 1 питания соединен с неподвижными контактами

4 и 5 первого переключателя 2 и с . неподвижными контактами 8 и 9 второго. переключателя б.

Подвижный контакт 3 первого переключателя 2 подсоединен к узловой точке, связывающей между собой первый неподвижный контакт 12 третьего

55 переключателя 10, первый неподвижныи контакт 17 четвертого переключателя

14 и подвижный контакт 27 седьмого переключателя 26, Подвижный контакт 7 второго переключателя 6 подсоединен к узловой точке, связываг>щей между собой второй неподвижный контакт 13 третьего переключателя 10, второй неподвижный контакт 16 четвертого переключателя

14 и первый вывод первичной обмотки

36 первого измерительного трансформатора 35 тока, Подвижный контакт ll третьего переключателя 10 соединен с подвижным контактом 19 пятого переключателя 18,. первый неподвижный контакт 20 которого связан с вторым неподвижным контактом 29 седьмого переключателя

26 и с высокопотенциальным. выводом высоковольтной меры 46 активного сопротивления верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения, а второй неподвижный контакт 21 — с одним из выводов дополнительной низковольтной образцовой меры 47 активного сопротивления, другой вывод которой подсоединен к второму неподвижному контактту 25 шестого переключателя 22.

Подвижный контакт 23 шестого переключателя 22 подсоединен к одному из крайних выводов потенциометра 48, другой крайний вывод которого подсоединен к высокопотенциальному выводу меры 49 активнога сопротивления нижнего плеча высоковольтного делителя напряжения, а .средний вывод — к входу повторителя 50 напряжения и к одному из выводов разрядника 54. Первый неподвижный контакт 24 шестого переключателя 22 соединен с вторым неподвижным контактом 33 восьмого переключателя 30 и с низкопотенциальным выводом высоковольтной меры 46 активного сопротивления, Первый неподвижный контакт 28 седьмого, переключателя 26 и первый неподвижный контакт 32 восьмого переключателя 30 подсоединены к выводам объекта 34 измерения. Подвижный контакт 31 восьмого переключателя 30 подсоединен к второму выводу первичной обмотки 36 первого измерительного трансформатора 35 тока.

Выход повторителя 50 напряжения через меру 51 емкости и меру 52 активного сопротивления подключен соответственно к второй 43 и третьей

44 плечевым обмоткам компаратора 41 токов, первая плечевая обмотка 42 которого включена парагглельна вторичной

1575122 обмотке 40 второго измерительного трансформатора 38, а четвертая (выходная) обмотка 45 подсоединена к соответствующим выводам детектора

53 равновесия.

Вторичная обмотка 37 первого измерительного трансформатора 35 тока включена .параллельно первичной обмотке 39 второго измерительного трансформатора.38 тока.

Низковольтный зажим делителя напряжения (низкопотенциальный вывод меры 49 активного сопротивления), второй вывод разрядника 54, общие выводы повторителя 50 напряжения и детектора 53 равновесия, а также вторые выводы плечевых обмоток 4244 и выходной обмотки 45 компараторг

41 токов и вторые выводы параллель-. но соединенных обмоток 37, 39 и 40 первого 35 и второго 38 измерительных трансформаторов тока подсоединены к подвижному контакту 15 четвертого переключателя 14, Переключатель числа витков обмотки 39 второго измерительного трансформатора 38 тока и подвижные контакты 19, 23, 27 и 31 соответственно пятого 18, шестого 22, седьмого 26 и восьмого 30 переключателей механически связаны.

Устройство работает следующим образом, Оператором при помощи регулировки выходного напряжения источника 1 питания устанавливается низкое напряжение, например 1008, после чего выбирается необходимая для измерений конфигурация измерительной цепи, соответствующая либо прямой либо перевернутой схемам. Для образования прямой схемы осуществляется коммутация, при которой соединяются между собой подвижный контакт 3 и первый неподвижный контакт первого переключателя 2, подвижный контакт 7 и первый неподвижный контакт S второго переключателя 6, подвижный контакт

11 и первый неподвижный контакт 12 третьего переключателя 10 подвижный контакт 15 и второй неподвижный контакт 16 четвертого переключателя 14, В этом случае высокое напряжение источника 1 подводится непосредственно к объекту 34 измерения, а первый вывод первичной обмотки 36 первого измерительного трансформатора 35 подДалее измерительная цель приводится в состояние равновесия сначала пу45 тем выбора диапазона измерений регули-. ровкой числа витков обмоток 40 и 42 второго измерительного трансформатора

38 и компаратора 41 токов, а затем— путем подекадного уравновешивания при

50 помощи регулировки числа витков второй 43 и третьей 44 плечевых обмоток компаратора 41 токов. Состояние измерительной .цепи в процессе уравновешивания регистрируется при помощи детектора 53 равновесия.

Уравнение. равновесия по активной составляющей объекта измерений в данном случае имеет вид

15.

40 соединяется,к общей шине (земля или корпус) всего устройства.

При необходимости производить измерения в условиях перевернутой схемы первый - четвертый переключатели 2,6,10,14 устанавливаются в положение, при котором их подвижные контакты 3,7,11 и 15 соединяются с соответствующими неподвижными контактами 5 9, 13 и 17. В этом случае высокое напряжение источника 1 питания подводится к объекту 34 измерений через первичную обмотку Зб первого измерительного трансформатора 35 тока, а второй вывод объекта 34 измерения через контакты 3 и 5 первого переключателя подсоединеяется к общей шине устройства °

После выбора необходимой конфигурации измерительной цепи пятый — восьмой переключатели 1S 22, 26 и 30 устанавливают в положение, при котором их подвижные контакты 19, 23, 27 и 31 соединяются соответственно с вторыми неподвижными контактами 21, 25, 29 и 33, благодаря чему высоковольтная мера 46 активного сопротивления включается вместо объекта 34 измерения, а дополнительная низковольтная мера 47 активного сопротивления включается вместо высоковольтной меры 46. Одновременно с изменением положения переключателей 18, 22, 26 и 30 изменяется и положение переключа теля, связанного с обмоткой 39 второго измерительного трансформатора 38 тока, число витков которой изменяется кратно отношению значений сопротив ления мер 46 и 47 активного сопротивления, 1575122

msnzng(K„+ dK ) (R p ЛRз «+ Л Rz) тп „п,п Ко (К +К +К з) (1) где G расчетное значение активной проводимости высоковольтной меры 46 активного сопротивления; значение нестабильности 10 активной проводимости меры 46; число витков первой 42 и третьей 44 плечевых обмо-< ток компаратора 41 токов 15 соответств енно; число витков первой 36 и второй 37 обмоток первого измерительного трансформатора 35 тока соответст †20 венно, число витков первой 39 и второй 40 обмоток второdG п,,пz п,п—

ro измерительного трансформатора 38 тока;

25 коэффициент передачи повторителя 50 напряжения; значение нестабильности коэффициента передачи повторителя 50 напряжения; сопротивление меры 52 активного сопротивления; сопротивление дополнительной низковольтной образцовой меры 47 активного сап в 35 ротивления; сопротивление потенциометра 48; сопротивление нижнего плеча потенциометра 48;

40 сопротивление меры 49 активного сопротивления; значение нестабильности меры 49 активного сопротивЛения. . 45

ЛК

R о

R

d R— т.

3 R3

BR = аа+ ДRЗ+ dK1Ó (2) Затем изменяют положение потенциометра 48, осуществляют регулировку числа витков ш э третьей плечевой обмотки 44 компаратора 41 токов до тех пор, пока ш не станет равным (без учета размерности) расчетному значению активной проводимости G высоковольтной меры 46 активного сопротив55 ления. Такое состояние измерительной цели достигается при равенстве что эквивалентно устранению или, IIo крайней мере, резкому снижению погрешности измерений, возникающей ввиду нестабильности расчетных значений сопротивления (проводимости) мер 46 и 49 и коэффициента передачи повторителя 50 напряжения, После этого пятый — восьмой переключатели 18, 22, 26 и 30 возвращают в исходное положение, благодаря чему на место верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения вновь устанавливается высоковольтная мера

46 активного сопротивления, а дополнительная низковольтная образцовая мера 4 7 активного сопротивления отключается.

Подготовленный таким образом мост используют для высокоточного измерения емкости, проводимости или тангенса угла потерь высоковольтных объектов измерения.

Уравнение равновесия данной измерительной цепи по емкости после проведения описанной выше корректировки значений сопротивления меры 46 и меры 49 и коэффициента передачи повторителя 50 напряжения имеет вид ш п птК,С, (Rs 3 BR )

Сх (3)

1птп > (R, + Rz+ Rç) где m — число регулируемых в проМ цессе уравновешивания витков второй плечевой обмотки

43 компаратора 41 токов;

С, — значение емкости меры 51 емкости.

Из сравнения уравнений равновесия (1) и (3) видно, что установленное в процессе корректировки значение

dR z (сопротивление нижнего плеча потенциометра 48) учитывает нестабильность общих при измерении проводимости G и емкости С„ элементов измерительной цепи: мер 46 и 49 активного сопротивления и повторителя 50 напряжения, в результате чего обеспечивается высокая точность измерений как реактивной (емкости), так и активной (проводимости) составляющих объекта измерений.

Для обеспечения высокой точности измерений чувствительность измерительной цепи, а также связанная с ней разрешающая способность по точности должны быть одинаковы как при измерениях на высоком. (рабочем) напряжении, так и на низком, в услови157">12 ях которого осуществляется кс>рректировка погрешностей моста при помощи потенциометра 48 относительно опорной низковольтной дополнительной образцовой меры 47 активного сопротивления. Для выполнения этого условия значение сопротивления R меры 47 должно выбираться из соотношения

1.1 кое Rq

13р (4) Для сохранения масштаба измерительного преобразователя при замене высококовольтной меры 46 с большим номинальным знасением на опорную низковольтную меру с меньшим номи-г нальным значением число витков и, первичной обмотки 39 второго измерительного трансформатора 38 тока изменяется (в сторону уменьшения) с учетом сохранения отношения и 2

I (5) R + В + Кз R + К,+ Кз

3 где n †. число витков обмотки 39

1 установленное в процессе смены мер 46 и 47 активного сопротивления.

Это достигается благодаря наличию механической связи между переключателем числа витков обмотки 39 второго измерительного трансформатора 38 тока и подвижными контактами 19. 23, 27 и 31 пятого — восьмого переключателей- 18, 22, 26 и 30 соответственно. где U „ — низкое напряжение, в

Кар условиях которого осуществляется корректировка;

Upzf — рабочее (высокое) напряжение, в условиях которого осуществляются измерения параметров высоковольтных объектов;

R — значения сопротивления

1 высоковольтной меры 46 активного сопротивления.

Например, при li р„g = 10 кВ и R

10 MOM R должно быть равно 100 кОм.

В этом случае измерительное напряжение, действующее на выходе повторителя 50 напряжения, как при работе мос та в условиях 1)р > так и при работе моста в условиях U к,р будет составлять

10 В, т,е. чувствительность измеритель ной цепи сохранится неизменной, 40 Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока, содержащий высоковольтный источник напряжения, компаратор токов с первой, второй, третьей и четвертой обмотками, повто45 ритель напряжения, выход которого через образцовые меры емкости и активного сопротивления подключен соответственно к второй и третьей обмоткам компаратора токов, четвертая

5р обмотка которого подсоединена к соответствующим выводам детектора равновесия, четыре высоковольтных переключателя, разрядник, подсоединенный

-параллельно входу повторителя напряжения, два измерительных трансформатоI ра тока, причем первые неподвижные контакты первого и второго переключа" телей подсоединены к высоковольтному зажиму источника питания, вторые

Таким образом, благодаря введению в структуру мостовой измерительной цепи дополнительных переключателей, потенциометра и дополнительной низковольтной образцовой меры активного сопротивления и использования ее в качестве опорной при корректировке значения сопротивления (проводимости) замещаемой ею высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения точность измерения увеличивается, Это дает возможность упростить конструкцию высоковольтного делителя напряжения и повторителя напряжения, т.е. упростить конструкцию моста в целом. Высоковольтная мера активного сопротивления в этом случае может быть выполнена из соответствующим образом включенных высокаомных резисторов типа С2-29 или

MPX среднего класса точности, например 0,1-0,5, что делает ее конструкцию достаточно простой.

Дополнительная низковольтная образцовая мера может быть выполнена на основе высокочастотных резисторов типа С2-61, В силу крайне незначительных габаритных размеров такая мера может быть легко термостатирована, что обеспечит работу данной измерительной цепи в более широком температурном диапазоне, чем это позволяют известные измерительные устройства аналогичного назначения.

Формула изобретения

11 15751 неподвижные контакты первого и второго переключателей подсоединены к общей шине моста, второй неподвижный контакт третьего, подвижный контакт второго и второй неподвижный контакт

5 Г четвертого переключателей подсоединены к первому выводу первичной обмот. ки первого измерительного трансформатора тока, вторичная обмотка которого включена параллельно первой обмотке компаратора токов, при этом низко:вольтный зажим делителя напряжения, второй вывод разрядника, общие выво,ды повторителя напряжения и детектора 15, равновесия, а также вторые выводы первой, второй и третьей плечевых обмо.ток и четвертой выходной обмотки компаратора токов и вторые. выводы па-. раллельно соединенных обмоток изме- 20 .рительных трансформаторов тока подсо,единены к подвижному контакту четвертого переключателя, о т л и ч а ю—

,шийся тем, что, с целью упроще, ния конструкции при сохранении высо- 25 кой точности измерений, он снабжен дополнительной низковольтной образцовой мерой активного сопротивления, потенциометром, пятым, шестым, седьмым и восьмым переключателями, причем подвижный контакт пятого переключателя подсоединен к подв.ижному контакту третьего переключателя, подвижный контакт шестого переключателя подсоеди12 иены к первому выводу потенциометра, второй вывод которого подсоединен к высокопотенциальному выводу нижнего плеча делителя напряжения, а средний вывод потенциометра — к входу повторителя напряжения, первые неподвижные контакты пятого и шестого переключателей подсоединены к выводам дополнительной низковольтной образцовой меры активного сопротивления соответственно, а вторые неподвижные контакты этих же переключателей. совместно с

I первыми неподвижными контактами соответственно седьмогр и восьмого переключателей подсоединены к выводам верхнего плеча делителя напряжения, вторые неподвижные контакты седьмого и восьмого переключателей подсоединены к выводам объекта из" мерений, подвижный контакт седьмого переключателя подсоединен к подвижному контакту первого переключателя, подвижный контакт восьмого переключателя подсоединен к второму выводу первичной обмотки первого измерительного трансформатора тока, а подвижные контакты пятого, шестого, .седьмого и восьмого переключателей связаны, например, механически с переключателем числа витков регулируемой первичной обмотки второго измерительного трансформатора тока.