Устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для поверки измерительных трансформаторов напряжения. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата устройство содержит источник высокого напряжения, составной емкостной делитель напряжения, многодекадный компаратор тока и нулевой индикатор. Составной емкостной делитель напряжения содержит высоковольтное плечо, состоящее из трех или более номинально равных замыкаемых емкостных элементов, и выходное плечо. Многодекадный компаратор тока выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования. Измерение коэффициентов трансформации поверяемых измерительных трансформаторов напряжения производится за несколько этапов. При этом на первом этапе измерения производятся с использованием составного емкостного делителя напряжения, составленного из высоковольтного и выходного плеч, а на последующих этапах - при поочередном отключении емкостных элементов высоковольтного плеча составного емкостного делителя напряжения при напряжении, равном номинальному первичному напряжению поверяемого измерительного трансформатора напряжения. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для поверки измерительных трансформаторов напряжения.

Известно устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащее источник высокого напряжения, высоковольтный и низковольтный конденсаторы в цепях первичной и вторичной обмоток поверяемого измерительного трансформатора напряжения, электромагнитный компаратор токов и нулевой индикатор [1, 2].

Недостаток известного устройства заключается в сложности эксплуатации высоковольтных газонаполненных конденсаторов, примененных в устройстве, а также в недостаточной временной стабильности высоковольтных газонаполненных конденсаторов, применяемых в устройстве для поверки измерительных трансформаторов напряжения, а также в недостаточной точности поверки измерительных трансформаторов напряжения, обусловленной влиянием активных токов на результат измерения, связанных с коронными разрядами на микронеровностях поверхности электродов газонаполненных конденсаторов [3].

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство (прототип) для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащее источник высокого напряжения, составной емкостной делитель напряжения, содержащий высоковольтное плечо, замыкаемое плечо и выходное плечо, измерительную цепь для определения метрологических характеристик поверяемого измерительного трансформатора напряжения в виде компаратора тока, индуктивного делителя напряжения и нулевого индикатора [4]. Измерение коэффициента трансформации поверяемого измерительного трансформатора напряжения производится в три этапа по определенному алгоритму. На первом этапе измерений составной емкостной делитель напряжения составляется из высоковольтного, замыкаемого и выходного плеч и измерения производятся при напряжении, равном номинальному первичному напряжению поверяемого измерительного трансформатора напряжения; на втором этапе измерений составной емкостной делитель напряжения составляется из высоковольтного и выходного плеч, и измерения производятся при напряжении, равном номинальному первичному напряжению поверяемого измерительного трансформатора напряжения; на третьем этапе измерений составной емкостной делитель напряжения составляется из замыкаемого и выходного плеч и измерения производятся при напряжении, равном номинальному вторичному напряжению поверяемого измерительного трансформатора напряжения.

Недостаток известного устройства (прототипа) заключается в необходимости проводить на третьем этапе измерения при низком вторичном напряжении измерительного трансформатора напряжения, в результате чего возникают дополнительные погрешности, обусловленные изменением рабочего напряжения на элементах высоковольтного составного емкостного делителя напряжения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает повышение точности поверки измерительных трансформаторов напряжения, а также конструктивное упрощение устройства.

Эта задача решена в результате того, что в устройстве для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащем источник высокого напряжения, составной емкостной делитель напряжения, содержащий высоковольтное плечо, замыкаемое плечо и выходное плечо, измерительную цепь для определения метрологических характеристик поверяемого измерительного трансформатора напряжения в виде компаратора тока, индуктивного делителя напряжения и нулевого индикатора, составной емкостной делитель напряжения содержит высоковольтное плечо, состоящее из трех или более номинально равных замыкаемых емкостных элементов, и выходное плечо, а измерительная цепь для определения метрологических характеристик поверяемого измерительного трансформатора напряжения выполнена в виде многодекадного компаратора тока с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным, а второе плечо выполнено многодекадным, при этом незаземленный вывод обмотки первого плеча компаратора тока подключен к низковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения, незаземленный вывод обмотки второго плеча компаратора тока подключен посредством многокаскадного делителя тока и параллельно соединенных конденсаторов постоянной и переменной емкости к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, незаземленный вывод обмотки для определения угловой погрешности измерительного трансформатора напряжения компаратора тока через резисторы присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, индикаторная обмотка компаратора тока присоединена к нулевому индикатору, а незаземленный вывод источника высокого напряжения подключен к высоковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения и незаземленному выводу первичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения.

Повышение точности предложенного устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения обеспечивается тем, что согласно предлагаемому изобретению измерения проводятся в четыре или более этапов по определенному алгоритму, при этом составной емкостной делитель напряжения содержит высоковольтное плечо, состоящее из трех или более номинально равных замыкаемых емкостных элементов, и выходное плечо, и измерения на первом этапе проводятся с использованием составного емкостного делителя напряжения, составленного из высоковольтного и выходного плеч, а на последующих этапах при поочередном отключении емкостных элементов высоковольтного плеча составного емкостного делителя напряжения при напряжении, равном номинальному первичному напряжению поверяемого измерительного трансформатора напряжения. В результате этого снижаются дополнительные погрешности, обусловленные изменением напряжения на емкостных элементах составного емкостного делителя напряжения в процессе поверки.

Возможность конструктивного упрощения устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения обеспечивается тем, что в устройстве вместо компаратора тока и индуктивного делителя напряжения применен многодекадный компаратор тока.

На чертеже приведена схема устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения.

Устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения содержит источник высокого напряжения 1, компаратор тока 2, составной емкостной делитель напряжения 3, поверяемый измерительный трансформатор напряжения 4 с резистивно-индуктивной нагрузкой 5 и нулевой индикатор 6. Компаратор токов 2 выполнен многодекадным с регулируемым коэффициентом преобразования. Обмотка первого плеча 7 подключена к низковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения 3, обмотка второго плеча 8 подключено через многокаскадный делитель тока 9 и параллельно соединенные конденсаторы постоянной 10 и переменной 11 емкости к поверяемому измерительному трансформатору напряжения 4. Обмотка 12 для определения угловой погрешности измерительных трансформаторов напряжения через резисторы 13, 14 подключена к поверяемому измерительному трансформатору напряжения 4, а индикаторная обмотка 15 подключена к нулевому индикатору 6. Высоковольтный емкостной делитель напряжения 3 содержит высоковольтное плечо 16, составленное из номинально равных емкостных элементов 17, 18, 19, и низковольтное (выходное) плечо 20. Для коммутации емкостных элементов высоковольтного плеча составного емкостного делителя напряжения 3 предусмотрены переключатели 21, 22, 23, 24, 25 (на схеме указанные переключатели показаны условно, в реальном устройстве переключение элементов делителя осуществляется при помощи соединительных кабелей). Для изменения числа апмер-витков обмоток компаратора тока 2 предусмотрены декадные переключатели 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34.

Работа устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения заключается в следующем.

Перед операцией поверки измерительных трансформаторов напряжения производится балансировка плеч компаратора токов 2 в следующей последовательности. Собирается схема в соответствии с чертежом. Переключатели 21, 22, 23, 24 устанавливаются в положение «2», переключатель 25 - в положение «1». На плечах 7, 8 компаратора токов 2 посредством декадных переключателей 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 выставляются значения, равные единице (μ=1, ρ=1), при этом декадные переключатели 33, 34 должны быть установлены в нулевое положение. От источника высокого напряжения 1 на схему подается напряжение, равное номинальному значению первичного напряжения поверяемого измерительного трансформатора напряжения. При помощи переменного конденсатора 11 производится уравновешивание измерительной цепи, что отмечается по нулевому (минимальному) показанию нулевого индикатора 6.

Затем производится измерение коэффициента трансформации поверяемого измерительного трансформатора напряжения, и выполняются следующие операции. На первом этапе переключатель 21 устанавливается в положение «1», переключатели 22, 23, 24, 25 - в положение «2». Схема уравновешивается путем регулирования ампер-витков в обмотках первого 7, второго 8 плеч компаратора тока 2 и обмотке 12 компаратора токов 2 посредством декадных переключателей 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34. Выполняется равенство

где C₁₇, C₁₈, C₁₉, - емкости элементов 17, 18, 19 высоковольтного плеча составного емкостного делителя напряжения 3;

С₂₀ - емкость выходного плеча 20 составного емкостного делителя напряжения 3;

К₄ - коэффициент трансформации поверяемого измерительного трансформатора напряжения 4;

μ - отсчет по шкале плеча 7 компаратора токов 2;

ρ₁ - отсчет по шкале плеча 8 компаратора токов 2.

На втором этапе переключатели 21, 24 устанавливаются в положение «1», переключатели 22, 23, 25 - в положение «2». Производится уравновешивание схемы, что соответствует равенству

На третьем этапе переключатели 21, 23 устанавливаются в положение «1», переключатели 22, 24, 25 - в положение «2». Производится уравновешивание схемы, что соответствует равенству

На четвертом этапе переключатели 21, 22 устанавливаются в положение «1», переключатели 23, 24, 25 - в положение «2». Производится уравновешивание схемы, что соответствует равенству

Решая совместно уравнения (1), (2), (3), (4), после промежуточных преобразований определим коэффициент трансформации K₄ поверяемого измерительного трансформатора напряжения по полученным значениям μ, ρ₁, ρ₂, ρ₃, ρ₄

В общем случае, если составной емкостной делитель напряжения 2 содержит высоковольтное плечо, состоящее из N номинально равных емкостных элементов, и соответственно измерение коэффициента трансформации К поверяемого измерительного трансформатора напряжения выполняется в N этапов, то выражение для определения коэффициент трансформации поверяемого измерительного трансформатора напряжения принимает вид

где N - количество номинально равных емкостных элементов высоковольтного плеча составного емкостного делителя напряжения;

ρ₁...ρ_N - соответственно отсчеты по шкале правого плеча компаратора токов при выполнении N измерений.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить точность измерения коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов напряжения за счет минимизации дополнительных погрешностей, обусловленных изменением напряжения на емкостных элементах составного емкостного делителя напряжения в процессе поверки, а также конструктивно упростить устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения вследствие исключения из измерительной цепи такого сложного средства измерения как индуктивный делитель напряжения.

Источники информации

1. ГОСТ 8.216-88. ГСИ. Трансформаторы напряжения. Методика поверки.

2. Тавдгиридзе Л.Н. Передвижная лаборатория для поверки средств измерений высокого напряжения промышленной частоты до 300/√3 кВ и 100 кВ постоянного тока/ Л.Н.Тавдгиридзе, Л.Н.Лобжанидзе, К.И.Мегрелидзе// Измерительная техника. - 1981. - №2. - С.68-70.

3. Бржезицкий В.А., Кикало В.Н. Результаты исследования характеристик высоковольтных газонаполненных конденсаторов/ В.А.Бржезицкий, В.Н.Кикало// 2-е всесоюзное совещание «Точные измерения электрических величин»: Тезисы докладов. - Л., 1985.

4. Нефедьев Д.И. Устройство для поверки высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения. Патент №2086996 на изобретение (Россия). Опубликовано в Б.И. - 1997. - №22.

Устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащее источник высокого напряжения, составной емкостной делитель напряжения, содержащий высоковольтное плечо, замыкаемое плечо и выходное плечо, измерительную цепь для определения метрологических характеристик поверяемого измерительного трансформатора напряжения в виде компаратора тока, индуктивного делителя напряжения и нулевого индикатора, отличающееся тем, что составной емкостной делитель напряжения содержит высоковольтное плечо, состоящее из трех или более номинально равных замыкаемых емкостных элементов, и выходное плечо, а измерительная цепь для определения метрологических характеристик поверяемого измерительного трансформатора напряжения выполнена в виде многодекадного компаратора тока с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным, а второе плечо выполнено многодекадным, при этом незаземленный вывод обмотки первого плеча компаратора тока подключен к низковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения, незаземленный вывод обмотки второго плеча компаратора тока подключен посредством многокаскадного делителя тока и параллельно соединенных конденсаторов постоянной и переменной емкости к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, незаземленный вывод обмотки для определения угловой погрешности измерительного трансформатора напряжения компаратора тока через резисторы подключен к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, индикаторная обмотка компаратора тока подключена к нулевому индикатору, а незаземленный вывод источника высокого напряжения подключен к высоковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения и незаземленному выводу первичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения.