Устройство для поверки измерительных трансформаторов тока

 

Использование: в электроизмерительной технике для поверки измерительных трансформаторов тока в широком диапазоне измеряемых величин и частот. Устройство коаксиальный частотонезависимый шунт в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока, выполненный в виде трех параллельно соединенных резисторов низкой точности с возможностью их отключения из цепи первичной обмотки и измерения коэффициента преобразования коаксиального частотонезависимого шунта. Измерительная цепь для определения токовой и угловой погрешности измерительного трансформатора тока выполнена в виде электромагнитного компаратора токов, первое плечо которого выполнено однодекадным, второе многодекадным. Первое плечо через переменный резистор подключено к потенциальным зажимам третьего резистора коаксиального частотонезависимого шунта в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока. Второе плечо через резистор подключено к потенциальным зажимам коаксиального частотонезависимого шунта в цепи его вторичной обмотки. Номинальное значение его сопротивления равно номинальному значению сопротивления третьего резистора коаксиального частотонезависимого шунта в цепи первичной обмотки. Обмотка для определения угловой погрешности измерительного трансформатора тока через фазосдвигающий конденсатор подключена ко вторичной обмотке вспомогательного трансформатора тока. Индикаторная обмотка присоединена к нулевому индикатору. Техническим результатом является упрощение конструкции устройства, повышение точности поверки измерительных трансформаторов тока в широком диапазоне токов и частот. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для поверки измерительных трансформаторов тока в широком диапазоне измеряемых величин и частот.

Известно устройство для поверки измерительных трансформаторов тока, содержащее эталонный трансформатор тока с коэффициентом трансформации, равным коэффициенту трансформации поверяемого трансформатора тока, дифференциально-нулевой аппарат и источник переменного тока [1].

Недостаток этого устройства заключается в сложности его применения для поверки трансформатора тока из-за необходимости периодической поверки эталонных трансформаторов тока.

Известно устройство для поверки измерительных трансформаторов тока на основе компарирования токов, содержащее компаратор токов трансформаторного или автотрансформаторного типа с коэффициентами трансформации, равным коэффициенту трансформации поверяемого трансформатора тока, источник переменною тока и указатель разности коэффициентов преобразования поверяемого трансформатора тока [2].

Недостаток этого устройства заключается в сложности поверки компаратора токов, применяемого в устройстве.

Известно устройство для поверки измерительных трансформаторов тока с разными номинальными коэффициентов трансформации, содержащие одноразрядный или многоразрядный индуктивный делитель тока, источник переменного тока и указатель разности коэффициентов преобразования поверяемого трансформатора тока и индуктивного делителя тока [3,4].

Недостаток известного устройства заключается в сложности изготовления и поверки индуктивного делителя тока, применяемого в устройстве.

Известно устройство (прототип) для поверки измерительных трансформаторов тока, содержащее источник переменного тока, коаксиальные частотонезависимые шунты, магазины сопротивления и емкости и нуль-индикатор [5].

Недостаток известного устройства (прототипа) заключается в сложности изготовления частотонезависимых коаксиальных шунтов высокой точности, а также в ограниченном диапазоне измеряемых величин.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает получение следующих технических результатов: - конструктивное упрощение устройства для поверки измерительных трансформаторов тока; - повышение точности поверки измерительных трансформаторов тока в широком диапазоне токов и частот.

Эта задача решена в результате того, что устройство для поверки измерительных трансформаторов тока содержит коаксиальный частотонезависимый шунт в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока, выполненные в виде трех параллельно соединенных резисторов низкой точности и (0,1 - 1,0%) с возможностью их отключения из цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока и изменения коэффициента преобразования коаксиального частотонезависимого шунта, при этом потенциальные зажимы первых двух резисторов с меньшим сопротивлением присоединены к токовым зажимам третьего резистора с большим сопротивлением [6] . Измерительная цепь для определения токовой и угловой погрешности измерительного трансформатора тока выполнена в виде электромагнитного компаратора токов, первое плечо которого выполнено однодекадным, второе многодекадным, при этом первое плечо через переменный резистор подключено к потенциальным зажимам третьего резистора шунта, второе плечо через резистор подключено к потенциальным зажимам шунта в цепи вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, номинальное значение сопротивления которого равно номинальному значению сопротивления третьего резистора коаксиального частотонезависимого шунта в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока, обмотка для определения угловой погрешности измерительного трансформатора тока через фазосдвигающий конденсатор подключена ко вторичной обмотке вспомогательного трансформатора тока, первичная обмотка которого подключена последовательно с первичной обмоткой измерительного трансформатора тока, а индикаторная обмотка присоединена к нулевому индикатору.

Возможность поверки измерительных трансформаторов тока в широком диапазоне токов и частот обеспечивается тем, что в устройстве используются коаксиальные частотонезависимые шунты, рассчитанные на большие токи, а также электромагнитный компаратор токов высокой точности.

На фиг. 1 приведена схема устройства для поверки измерительных трансформаторов тока при определении ρ₁ и ρ₂; на фиг. 2 приведена схема устройства для поверки измерительных трансформаторов тока при балансировке плеч компаратора токов и при определении ρ₃.

Устройство для поверки измерительных трансформаторов тока содержит источник переменного тока 1, коаксиальные частотонезависимые шунты в цепи первичной и вторичной обмоток измерительного трансформатора тока 2 и 3, электромагнитный компаратор токов 4, вспомогательный трансформатор тока 5 и поверяемый измерительный трансформатор тока 6 с резистивно-индукивной нагрузкой 7 во вторичной цепи измерительного трансформатора тока 6. Коаксиальный частотонезависимый шунт 2 в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока 6 выполнен в виде трех параллельно соединенных резисторов 8, 9, 10 низкой точности с возможностью их отключения из цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока и изменения коэффициента преобразования шунта посредством коаксиальных разъемов, рассчитанных на большие тики, при этом потенциальные зажимы первых двух резисторов 8, 9 присоединены к токовым зажимам третьего резистора 10 коаксиального частотонезависимого шунта 2. Номинальные значения сопротивления резисторов 8, 9, 10 коаксиального частотонезависимого шунта 2 находятся между собой в соотношении 1:10:100. Например, номинальное значение сопротивления резистора 8 равно 0.001 Ом, резистора 9 - 0.01 Ом, резистора 10 - 0.1 Ом. При этом следует отметить, что знать точные значения сопротивлений резисторов 8, 9, 10, а также величину их отношений не требуется [6]. Коаксиальный частотонезависимый шунт 3 в цепи вторичной обмотки измерительного трансформатора тока 6 конструктивно выполнен аналогично резисторам шунта 2, номинальное значение сопротивления которого равно номинальному значению сопротивления резистора 10 коаксиального частотонезависимого шунта 2 в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока 6, т.е. равно 0.1 Ом.

Электромагнитный компаратор токов 4 выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо 11 выполнено однодекалным и через переменный резистор 13 подключено к потенциальным зажимам третьего резистора 10 коаксиального частотонезависимого шунта 2, второе плечо 12 выполнено многодекадным и через резистор 14 подключено к потенциальным зажимам коаксиального частотонезависимого шунта 3 в цепи вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, а также обмотку для определения угловой погрешности измерительного трансформатора тока 15, которая присоединена к вспомогательному трансформатору тока 5 через фазосдвигающий конденсатор 16, первичная обмотка которого подключена последовательно с первичной обмоткой измерительного трансформатора тока 6. Индикаторная обмотка 17 компаратора токов 4 присоединена к нулевому индикатору 18.

Работа устройства для поверки измерительных трансформаторов тока заключается в следующем.

Перед операцией поверки измерительных трансформаторов тока производится балансировка плеч компаратора токов 4 в следующей последовательности. Собирается схема в соответствии с фиг.2. При этом значение сопротивления коаксиального частотонезависимого шунта 2 в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока 6 равно значению сопротивления резистора 10. В цепи вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора тока 6 выставляется номинальное значение тока, например 1₂ = 5 (А). На плечах компаратора токов 11,12 выставляются значения, равные единице (отсчеты по шкалам первого плеча 11 и второго плеча 12 компаратора токов 4 соответственно равны: δ = 1,ρ = 1). Затем при помощи переменного резистора 13 в первом плече компаратора токов (например, магазина сопротивлений) добиваются равенства нулю магнитного потока в сердечнике компаратора токов 4, что отмечается по нулевому (минимальному) показанию нулевого индикатора 18.

Далее производится измерение коэффициента трансформации измерительного трансформатора тока и выполняются следующие операции. Собирается схема в соответствии с фиг.1. При этом коаксиальный частотонезависимый шунт 2 в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока 6 составлен из трех параллельно соединенных резисторов 8, 9, 10, выполняющих функции делителя тока. Схема уравновешивается путем урегулирования ампер-витков в плечах 11, 12 и обмотке для определения угловой погрешности измерительного трансформатора тока 15 компаратора токов 4. Выполняется равенство: где R₈, R₉, R₁₀ - сопротивление резисторов 8, 9, 10 коаксиального частотонезависимого шунта 2; К₆ - коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока 6; ρ₁ - отсчет по шкале второго плеча 12 компаратора токов 4.

На следующем этапе измерений коаксиальный частотонезависимый шунт 2 составляется из двух параллельно соединенных резисторов 8, 10. Производится уравновешивание схемы и составляется новое равенство: Далее собирается схема в соответствии с фиг.2, при этом коаксиальный частотонезависимый шунт 2 в первом плече 11 компаратора токов 4 составляется из двух параллельно соединенных резисторов 9, 10. Затем производится уравновешивание схемы, что соответствует новому равенству:

При этом левые части равенств (1), (2), (3) являются коэффициентами шунтирования коаксиального частотонезависимого шунта 2 или его элементов [4, 5].

Решая совместно уравнения (1), (2), (3), находим коэффициент трансформации К₆ измерительного трансформатора тока по полученным значениям ρ₁,ρ₂,ρ₃. Для этого перепишем уравнение (1) в виде:

Из выражений (2) и (3) найдем соответственно R₈ и R₉:


Подставляя выражения (5) и (6) в (4), после несложных промежуточных преобразований, получим:

В случае, если при балансировке плеч компаратора токов отношение плеч что имеет место при поверке измерительных трансформаторов тока на большие первичные токи, то выражение (7) принимает вид:

Так как в процессе поверки измерительного трансформатора тока 6 не требуется знать точное значение сопротивления коаксиальных частотонезависимых шунтов 2, 3 или их отношения, то обеспечивается по сравнению с прототипом упрощение устройства для поверки измерительных трансформаторов тока.

С точки зрения точности поверки трансформаторов тока единственным требованием к коаксиальным частотонезависимым шунтам 2, 3 является независимость их сопротивлений от частоты и от изменения тока в широком диапазоне, что обеспечивается коаксиальным исполнением указанных шунтов, выбором соответствующего материала шунтов (например, манганина). Конструкция коаксиальных шунтов приведена в [6, 7].

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет определять с высокой точностью и в широком диапазоне токов и частот коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока, что обеспечивается за счет нового системного эффекта путем объединения в систему коаксиального частотонезависимого шунта 2 низкой точности и компаратора токов 4 высокой точности.

Источники информации
1. ГОСТ 8.217-86. Трансформаторы тока. Методы и средства поверки.

2. Векслер А.З. Применение магнитного компаратора для измерительных трансформаторов переменного тока / А.З. Векслер, Б.В. Захаров // Труды институтов Комитета стандартов. - М. : Издательство стандартов, 1963, вып.74 (134).

3. Векслер М.С. Индуктивные делители тока / М.С. Векслер, М.И. Кофман // Измерение, контроль, автоматизация, 1982, 1(41), с. 17-20.

4. Хахамов И. В. Применение делителей тока при поверке трансформаторов тока // Измерительная техника, 1969, 1, с. 90-92.

5. Любимов Л.И. Вопросы поверки и аттестации масштабных преобразователей переменного тока / Л.И. Любимов, И.Д. Форсилова, Е.З. Шапиро. - М.: Машиностроение, 1984, с. 4-13, 21-27.

6. Векслер М.С. Шунты переменного тока / М.С.Векслер, А.М.Теплинский. - Л.: Энергоатомиздат, 1987, с. 11-21.

7. Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 150-163.

Формула изобретения

Устройство для поверки измерительных трансформаторов тока, содержащее источник переменного тока, коаксиальные частотонезависимые шунты в цепи первичной и вторичной обмоток измерительного трансформатора тока, резистивно-индуктивную нагрузку в цепи вторичной обмотки измерительного трансформатора тока цепь для определения токовой и угловой погрешности измерительного трансформатора тока, и нулевой индикатор, отличающееся тем, что в нем коаксиальный частотонезависимый шунт в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока выполнен в виде трех параллельно соединенных резисторов с возможностью их отключения из цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока и изменения коэффициента преобразования коаксиального частотонезависимого шунта, при этом потенциальные зажимы первых двух резисторов с меньшим сопротивлением присоединены к токовым зажимам третьего резистора с большим сопротивлением, а цепь для определения токовой и угловой погрешности измерительного трансформатора тока выполнена в виде электромагнитного компаратора токов, первое плечо которого выполнено однодекадным, второе - многодекадным, при этом первое плечо через переменный резистор подключено к потенциальным зажимам третьего резистора коаксиального частотонезависимого шунта, второе плечо через резистор подключено к потенциальным зажимам коаксиального частотонезависимого шунта в цепи вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, номинальное значение сопротивления которого равно номинальному значению сопротивления третьего резистора коаксиального частотонезависимого шунта в цепи первичной обмотки измерительного трансформатора тока, обмотка цепи для определения угловой погрешности измерительного трансформатора тока через фазосдвигающий конденсатор подключена ко вторичной обмотке вспомогательного трансформатора тока, а индикаторная обмотка присоединена к нулевому индикатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2