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 эталонный индуктивный делитель напряжения, компаратор тока и нулевой индикатор. Составной эталонный индуктивный делитель напряжения выполнен с раздельными первичной и вторичной обмотками с возможностью отключения части секций первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения и изменения коэффициента преобразования делителя. Компаратор тока выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования, при этом схемотехника включения обмоток компаратора обеспечивает возможность проведения поверки устройства двумя независимыми способами. 5 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, эталонный однофазный измерительный трансформатор напряжения и устройство сравнения [1].

Недостатком указанного устройства является недостаточная точность измерений и необходимость проведения периодической поверки эталонного измерительного трансформатора напряжения в процессе эксплуатации.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство (прототип) для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащее источник высокого напряжения, составной эталонный индуктивный делитель напряжения, устройство сравнения и нулевой индикатор [2]. Определение действительных значений коэффициентов преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения в процессе эксплуатации производится способом независимой (автономной) поверки путем последовательного сравнения напряжений отдельных секций делителя при помощи компаратора напряжений.

Недостатком указанного устройства является недостаточная точность измерений, обусловленная тем, что оценка погрешности устройства производится только на основе независимой поверки и теоретического анализа составляющих погрешности устройства. При этом экспериментальное определение погрешности указанного устройства в рабочих условиях не представляется возможным. Единственно правильной оценкой погрешности высоковольтных эталонных средств измерений является оценка погрешности на основе сопоставления результатов измерений одной и той же безразмерной величины несколькими и принципиально независимыми один от другого способами.

Задача, на решение которой направленно предлагаемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает повышение точности устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения и определение одной и той же безразмерной величины - коэффициента преобразования эталонного индуктивного делителя напряжения - двумя принципиально независимыми один от другого способами.

Эта задача решена в результате того, что в устройстве для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащем источник высокого напряжения, составной эталонный индуктивный делитель напряжения, устройство сравнения и нулевой индикатор, составной эталонный индуктивный делитель напряжения выполнен с раздельными первичной и вторичной обмотками с возможностью отключения части секций первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения, устройство сравнения выполнено в виде компаратора тока, при этом незаземленный вывод обмотки первого плеча компаратора тока посредством переключателя через конденсатор постоянной емкости присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения, незаземленный вывод обмотки второго плеча компаратора тока посредством переключателя через параллельно соединенные конденсаторы постоянной и переменной емкости присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, незаземленный вывод обмотки для определения угловой погрешности измерительного трансформатора напряжения компаратора тока посредством переключателя через резистор присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, индикаторная обмотка компаратора тока присоединена к нулевому индикатору, а незаземленный вывод источника высокого напряжения присоединен к незаземленному выводу первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения и незаземленному выводу первичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения.

Повышение точности предложенного устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения обеспечивается тем, что в устройстве реализуется возможность проведения поверки составного эталонного индуктивного делителя напряжения и устройства в целом двумя принципиально независимыми один от другого способами - независимой (автономной) поверки и ступенчатого отключения секций первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения.

Способ независимой поверки обеспечивает высокую точность определения коэффициента преобразования эталонного индуктивного делителя напряжения. Однако при подаче рабочего напряжения на эталонный составной индуктивный делитель напряжения его коэффициент деления изменяется из-за наличия паразитных токов утечек.

Определение коэффициента преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения способом ступенчатого отключения части секций первичной обмотки эталонного индуктивного делителя напряжения производится при рабочем напряжении с учетом паразитных токов утечек.

Разность коэффициентов преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения, полученных двумя принципиально независимыми один от другого способами, свидетельствует о наличии погрешности устройства, обусловленной паразитными токами утечки. Если указанная разность близка к нулю, то паразитные токи утечки практически отсутствуют, что обеспечивает возможность повышения точности предложенного устройства.

Изобретение поясняется фиг.1-5.

На фиг.1 приведена схема устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения.

Устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения содержит составной эталонный индуктивный делитель напряжения 1, компаратор тока 2, источник высокого напряжения 3 и поверяемый измерительный трансформатор напряжения 4 с резистивно-индуктивной нагрузкой 5. Составной эталонный индуктивный делитель напряжения 1 содержит первичную обмотку 6 и вторичную обмотку 7. Первичная обмотка 6 содержит секции 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, номинальное напряжение которых равно напряжению вторичной обмотки 7, и секции 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, номинальное напряжение которых равно десятикратному напряжению вторичной обмотки 7.

Компаратор тока 2 выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования; первое плечо 27 выполнено однодекадным и подключено через конденсатор постоянной емкости 28 к незаземленному выводу вторичной обмотки 7 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1, второе плечо 29 выполнено многодекадным и подключено через параллельно соединенные конденсаторы постоянной 30 и переменной 31 емкости к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения. Обмотка 32 для определения угловой погрешности измерительных трансформаторов напряжения через резистор 33 подключена к поверяемому измерительному трансформатору напряжения 4, а индикаторная обмотка 34 подключена к нулевому индикатору 35. Для изменения числа апмер-витков обмоток компаратора тока 2 в процессе проведения поверки измерительных трансформаторов напряжения предусмотрены декадные переключатели 36, 37, 38.

Составной эталонный индуктивный делитель напряжения 1 и компаратор тока 2 выполнены на тороидальных магнитных сердечниках с высокой магнитной проницаемостью и с наличием между витками обмоток тесной индуктивной связи, благодаря которой обеспечивается высокая точность составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 и конденсатора тока 2.

Работа устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения заключается в следующем.

Перед операцией поверки измерительных трансформаторов напряжения производится балансировка плеч компаратора тока 2 в следующей последовательности. Собирается схема в соответствии с фиг.1. На компараторе тока 2 при помощи переключателей 36, 37 выставляется плечевое отношение, равное единице (μ=1, ρ=1), при этом переключатель 38 должен быть установлен в нулевое положение. Составной эталонный индуктивный делитель напряжения 1 отключается от источника высокого напряжения 3. Незаземленный вывод секции 8 первичной обмотки 6 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 подключается к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения 4. От источника высокого напряжения 3 на схему подается напряжение, равное номинальному значению первичного напряжения поверяемого измерительного трансформатора напряжения. При помощи переменного конденсатора 31 производится уравновешивание измерительной цепи, что отмечается по нулевому (минимальному) показанию нулевого индикатора 35.

Поверка измерительных трансформаторов напряжения производится следующим образом. Собирается схема в соответствии с фиг.2. От источника высокого напряжения 3 на схему подается напряжение, равное номинальному значению первичного напряжения поверяемого измерительного трансформатора напряжения. Схема уравновешивается путем регулирования ампер-витков в обмотках плеч 27, 29 и обмотке 32 компаратора токов 2 посредством декадных переключателей 36, 37, 38.

Коэффициент трансформации К₄ поверяемого измерительного трансформатора напряжения 4 определяется выражением:

где K₁ - коэффициент преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1;

μ - отсчет по шкале плеча 27 компаратора тока 2;

ρ - отсчет по шкале плеча 28 компаратора тока 2.

Угловую погрешность поверяемого измерительного трансформатора напряжения 4 отсчитывают по положению переключателя 38 обмотки 32 компаратора тока 2.

Коэффициент преобразования K₁ составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 определяется двумя способами:

- способом ступенчатого отключения секций первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1;

- способом независимой поверки составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1.

Поверка составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 способом ступенчатого отключения секций первичной обмотки производится следующим образом. Собирается схема в соответствии с фиг.2. Секции 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 первичной обмотки 6 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 условно образуют плечо с сопротивлением Z_6-1, секции 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 первичной обмотки 6 составного эталонного индуктивного делителя напряжения - плечо с сопротивлением Z_6-2, вторичная обмотка 7 - плечо с сопротивлением Z₇. Индуктивное сопротивление Z_6-1+Z_6-2 составляет большую часть индуктивной цепочки составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1. Знать точные значения Z_6-1, Z_6-2, Z₇, а также величину их отношений, не требуется. Коэффициент преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 равен:

где U_вх1 и U_вых1 - соответственно входное и выходное напряжения составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1.

Схема уравновешивается путем регулирования ампер-витков в обмотках плеч 27, 29 и обмотке 32 компаратора токов 2 посредством декадных переключателей 36, 37, 38. При равновесии мостовой схемы (фиг.2) выполняется равенство:

Затем производится отключение секций 8-17 первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 (плечо Z_6-2). При равновесии мостовой схемы выполняется равенство:

Далее собирается схема в соответствии с фиг.3. При равновесии мостовой схемы выполняется равенство:

Решая совместно выражения (2), (3), (4), (5), определяем коэффициент деления K₁ составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 при рабочем напряжении:

Поверка составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 способом независимой поверки производится следующим образом. Собирается схема в соответствии с фиг.4. От источника напряжения 3 на секцию 8 первичной обмотки 6 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 подается напряжение, равное номинальному напряжению вторичной обмотки 7 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1. На плечах 27, 29 компаратора тока 2 выставляются значения, равные единице (μ=1, ρ=1). В качестве опорного сопротивления выбирается сопротивление Z₈ секции 8 первичной обмотки 6 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1. При помощи переменного конденсатора 31 производится уравновешивание схемы, что отмечается по нулевому (минимальному) показанию нулевого индикатора 35 (ρ₈=1).

Затем производятся измерения сопротивлений секций Z₉-Z₂₆ относительно сопротивления Z₈ первичной обмотки 6 составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 и записываются отсчеты по шкале плеча 28 компаратора тока 2 (ρ₉-ρ₂₆). При измерении сопротивлений Z₉-Z₁₇ на первом плече 27 компаратора тока 2 выставляется значение μ=1, при измерении сопротивлений Z₁₈-Z₂₆ на первом плече 27 компаратора тока 2 выставляется значение μ=0,1.

Коэффициент преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1, определенный способом независимой поверки, определяется выражением:

Совпадение результатов измерения коэффициентов преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1, определенных двумя принципиально независимыми один от другого способами - способом ступенчатого отключения секций первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения при рабочем напряжении и способом независимой поверки - свидетельствует об отсутствии утечек с элементов схемы. Разность результатов измерения коэффициентов преобразования K₁ составного эталонного индуктивного делителя напряжения 1 указанными способами свидетельствует о погрешности составного эталонного индуктивного делителя напряжения.

Таким образом, сочетание двух указанных способов измерения коэффициентов преобразования составного эталонного индуктивного делителя напряжения обеспечивает повышение точности устройства для поверки измерительных трансформаторов напряжения.

Источники информации

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

2. Копшин В.В. Поверочная установка высшей точности для аттестации масштабных преобразователей высоких напряжений и киловольтметров при частоте 50 Гц // В.В.Копшин, В.А.Бржезицкий, В. И.Проненко / Измерительная техника. - 1978. - №6. - С.54-56.

Устройство для поверки измерительных трансформаторов напряжения, содержащее источник высокого напряжения, составной эталонный индуктивный делитель напряжения, устройство сравнения и нулевой индикатор, отличающееся тем, что составной эталонный индуктивный делитель напряжения выполнен с раздельными первичной и вторичной обмотками с возможностью отключения части секций первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения, устройство сравнения выполнено в виде компаратора тока, при этом незаземленный вывод обмотки первого плеча компаратора тока посредством переключателя через конденсатор постоянной емкости присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения, незаземленный вывод обмотки второго плеча компаратора тока посредством переключателя через параллельно соединенные конденсаторы постоянной и переменной емкости присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, незаземленный вывод обмотки для определения угловой погрешности измерительного трансформатора напряжения компаратора тока посредством переключателя через резистор присоединен к незаземленному выводу вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения, индикаторная обмотка компаратора тока присоединена к нулевому индикатору, а незаземленный вывод источника высокого напряжения присоединен к незаземленному выводу первичной обмотки составного эталонного индуктивного делителя напряжения и незаземленному выводу первичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора напряжения.