Устройство для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора



Устройство для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора
Устройство для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора

 


Владельцы патента RU 2489723:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) (RU)

Изобретение относится к технике электрических измерений. Устройство для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора, содержащее источник синусоидального напряжения, эталонный резистор, усилитель, индикатор, два выходных вывода, к которым подключают объект испытания, в котором первый вывод эталонного резистора соединен с первым выводом источника синусоидального напряжения, второй вывод эталонного резистора соединен с первым выходным выводом устройства и входом усилителя, выход которого соединен с входом индикатора. Кроме того, в него введены два реле с переключающимися контактами, переключатель на три положения, два двухвходовых элемента ИЛИ, два усилителя мощности, выходной вывод устройства и источник питания цепей управления, причем замыкающие контакты переключающихся контактов реле соединены с вторым выводом источника синусоидального напряжения, а размыкающие контакты этих реле соединены с первым выводом источника синусоидального напряжения, подвижный контакт первого реле соединен с вторым выходным выводом устройства, подвижный контакт второго реле соединен с третьим выходным выводом устройства, подвижный контакт переключателя на три положения соединен с выходным выводом источника питания цепей управления, первый неподвижный контакт переключателя соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом первого усилителя мощности, выход которого соединен с входом втягивающей катушки первого реле, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с входом втягивающей катушки второго реле. Технический результат заключается в упрощении процесса измерения и определения емкостей объекта. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике электрических измерений, в частности к измерениям электрических емкостей изоляции электрооборудования и может быть использовано для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора с целью контроля состояния обмоток трансформатора.

При внезапном коротком замыкании трансформатора в его обмотках возникают механические усилия, стремящиеся растянуть наружную обмотку и сжать внутреннюю. Кроме того, между витками одной и той же обмотки действуют усилия, которые стремятся сжать обмотку по высоте. Эти силы способны деформировать обмотки, что может привести к аварии трансформатора. Поэтому необходим периодический контроль состояния обмоток трансформатора. О геометрии обмоток можно судить по значению их индуктивности, измеряя сопротивление короткого замыкания. Однако более эффективным и чувствительным методом оценки состояния обмоток трансформатора является измерение их емкостей относительно «земли» и относительно друг друга. Этот метод весьма чувствителен даже к небольшим изменениям геометрии обмоток, что выгодно отличает его от традиционного метода измерения сопротивления короткого замыкания.

Известно устройство для измерения эффективной электрической емкости методом амперметра и вольтметра, а также с помощью фарадометра, куметра и моста переменного тока [1, 2, 3]. Недостатком этих устройств является наличие подвижных механических частей и невысокое быстродействие.

Наиболее близким техническим решением - прототипом к предлагаемому изобретению является устройство, для измерения электрической емкости [4], содержащее источник синусоидального напряжения, эталонный резистор, усилитель, индикатор, две выходных вывода, в котором первый вывод эталонного резистора соединен с первым выводом источника синусоидального напряжения, второй вывод эталонного резистора соединен с первым выходным выводом устройства и входом усилителя, выход которого соединен с входом индикатора.

Суть его заключается в том, что емкость измеряется на основе метода амперметра и вольтметра. Здесь под термином «емкость» C будем понимать, как это принято в [4] эффективную емкость, определяющую полное сопротивление конденсатора при данной угловой частоте ω:

C = 1 ω Z = I ω U . ( 1 )

При известном напряжении U и угловой частоте ω ток в цепи пропорционален измеряемой эффективной емкости C:I=ωUC=kC, где k - коэффициент пропорциональности. Далее термин «эффективная» перед словом «емкость» будем опускать. При низких частотах индуктивностью конденсаторов можно пренебречь. Поэтому при малых значениях индуктивности и tgδ значение емкости С будет совпадать с значением емкости в последовательной и параллельной схемах замещения.

Недостатком указанного устройства является то, что измерение с его помощью емкостей объекта, имеющего три вывода, между каждым из которых и двумя остальными выводами имеется электрическая емкость, связано со сложными вычислениями на основании результатов трех измерений. Поясним процесс измерения емкостей. На рис.1 обозначены:

0 - вывод корпуса трансформатора,

1 - вывод первой обмотки трансформатора,

2 - вывод второй обмотки трансформатора,

С10 - емкость первой обмотки относительно корпуса,

С20 - емкость второй обмотки относительно корпуса,

C12 - емкость первой обмотки относительно второй. Для определения емкостей, как это видно из рис.1, а, необходимо выполнить три измерения емкостей:

1) между точками 1 и 2

C 1 = C 1 2 + C 1 0 C 2 0 C 1 0 + C 2 0 , ( 2 )

2) между точками 1 и 0

C 2 = C 1 0 + C 1 2 C 2 0 C 1 2 + C 2 0 , ( 3 )

3) между точками 2 и 0

C 3 = C 2 0 + C 1 2 C 1 0 C 1 2 + C 1 0 . ( 4 )

Далее, используя полученные при измерении значения C1, С2 и С3, решая уравнения (2)-(4), определяют искомые значения емкостей С12 С10 и С20.

Цель изобретения - упрощение процесса измерения и определения емкостей за счет исключения при каждом измерении одного конденсатора. Поясним предлагаемый порядок измерения.

При измерении по первой схеме, показанной на рис.1, б, испытательное напряжение подано на обе обмотки 6 и 7, их потенциалы будут равны и емкостной ток между обмотками протекать не будет. Это значит, что емкость C12 между обмотками исключается из измерения. Измеренная емкость в этом случае будет равна:

C 1 = C 1 0 + C 2 0 . ( 5 )

При измерении по второй схеме, показанной на рис.1, в, потенциал на второй обмотке будет равен потенциалу на корпусе трансформатора и емкость С20 между второй обмоткой и корпусом исключается из измерения. Измеренная емкость в этом случае будет равна:

C 2 = C 1 0 + C 1 2 . ( 6 )

При измерении по третьей схеме, показанной на рис.1, г, потенциал на первой обмотке будет равен потенциалу на корпусе трансформатора и емкость C10 между первой обмоткой и корпусом исключается из измерения. Измеренная емкость в этом случае будет равна:

C 3 = C 2 0 + C 1 2 . ( 7 )

Итак, имеем три линейных уравнения с тремя неизвестными C10, C20 и C12. Из уравнений (5)-(7) легко определяются неизвестные емкости:

C 1 0 = C 1 + C 2 С 3 2 , ( 8 )

C 2 0 = C 1 + C 3 С 2 2 , ( 9 )

C 1 2 = C 2 + C 3 С 1 2 . ( 1 0 )

Таким образом, процесс определения частичных емкостей объекта измерения значительно упрощается.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрической емкости [4], содержащее источник синусоидального напряжения, эталонный резистор, усилитель, индикатор, два выходных вывода, к которым подключают объект испытания, в котором первый вывод эталонного резистора соединен с первым выводом источника синусоидального напряжения, второй вывод эталонного резистора соединен с первым выходным выводом устройства и входом усилителя, выход которого соединен с входом индикатора введены два реле с переключающимися контактами, переключатель на три положения, два двухвходовых элемента ИЛИ, два усилителя мощности, выходной вывод устройства и источник питания цепей управления, причем замыкающие контакты переключающихся контактов реле соединены с вторым выводом источника синусоидального напряжения, а размыкающие контакты этих реле соединены с первым выводом источника синусоидального напряжения, подвижный контакт первого реле соединен с вторым выходным выводом устройства, подвижный контакт второго реле соединен с третьим выходным выводом устройства, подвижный контакт переключателя на три положения соединен с выходным выводом источника питания цепей управления, первый неподвижный контакт переключателя соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй неподвижный контакт переключателя соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий неподвижный контакт переключателя соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом первого усилителя мощности, выход которого соединен с входом втягивающей катушки первого реле, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с входом втягивающей катушки второго реле.

Структурная схема устройства для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора представлена на рисунке 2. На рисунке 2 обозначено:

1 - источник синусоидального испытательного напряжения,

2 - эталонный резистор,

3, 4, 5 - первый, второй и третий выходные выводы устройства,

6, 7 - первая и вторая обмотки испытуемого трансформатора,

8 - емкость C12 между первой и второй обмотками трансформатора,

9 - емкость C10 первой обмотки трансформатора на корпус,

10 - емкость C20 второй обмотки трансформатора на корпус,

11, 12 - силовые переключающие контакты первого и второго реле,

13 - усилитель,

14 - индикатор,

15 - переключатель на три положения,

16, 17, 18 - первый, второй и третий неподвижные контакты переключателя 15 на три положения,

19, 20 - первый и второй двухвходовые элементы ИЛИ,

21, 22 - первый и второй усилители мощности,

23, 24 - катушки первого и второго реле

25 - источник питания цепей управления.

Устройство работает следующим образом. Когда переключатель 15 находится в первом положении, то его подвижный контакт соединен с первым неподвижным контактом 16. При этом на первых входах первого 19 и второго 20 элементов ИЛИ появляется единичный сигнал. На выходах первого 19 и второго 20 элементов ИЛИ также появляются единичные сигналы, которые через усилители мощности 21 и 22 подаются на катушки первого 23 и второго 24 реле. Первое и второе реле срабатывают и замыкают свои замыкающие силовые контакты 11 и 12. При этом собирается схема по рис 1, б, по которой измеряется емкость C1=C10+C20. Результат первого измерения считывается с индикатора 14.

Далее переключатель 15 переводят во второе положение, при котором его подвижный контакт соединен с вторым неподвижным контактом 17. При этом сигнал на втором входе первого двухвходового элемента 19 равен единице, а сигналы на обоих входах второго элемента 20 ИЛИ становятся равными нулю. Сигнал на выходе первого двухвходового элемента 19 ИЛИ остается равным единице, а сигнал на выходе второго двухвходового элемента 20 ИЛИ становится равным нулю. Первое реле остается включенным, а второе реле обесточивается и его размыкающие контакты 12 замыкаются. При этом собирается схема по рис 1,в, по которой измеряется емкость C2=C10+C12. Результат второго измерения считывается с индикатора 14.

В третьем положении переключателя 15 его подвижный контакт соединен с третим неподвижным контактом 18. При этом сигнал на обоих входах первого двухвходового элемента 19 ИЛИ равен нулю, а сигналы на втором входе второго элемента 20 ИЛИ становятся равными единице. Сигнал на выходе первого двухвходового элемента 19 ИЛИ становится равным нулю, а сигнал на выходе второго двухвходового элемента 20 ИЛИ становится равным единице. Первое реле выключается, его размыкающие контакты замыкаются, а второе реле включается и его замыкающие контакты 12 замыкаются. При этом собирается схема по рис 1,г, по которой измеряется емкость C3=C20+C12. Результат третьего измерения считывается с индикатора 14. После этого по результатам трех измерений значения искомых емкостей определяют по формулам (8)-(10).

Технико-экономический эффект определяется упрощением процесса измерения и определения емкостей за счет исключения при каждом измерении одного конденсатора.

Источники информации

1. Справочник по электроустановкам промышленных предприятий в 4-х томах. Том 3. Под ред. А.С. Дорофеюка и В.И. Круповича. М.-Л.: Энергия, 1965, с.139-140.

2. Электрические измерения. Учебник для студентов электроэнергетических вузов. Под ред. А.В. Фремке. Л.: Энергия, 1973, с.143, 236.

3. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.И. Душин и др. Под ред. Е.М. Душина - 6-е изд. перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. 1987. 480 с. с.173, 196.

4. Эпштейн С.Л., Викулов А.П., Москвин В.Н. Справочник по измерительным приборам для радиодеталей. Под ред. Гайлиша Е.А. Л.: Энергия 1980. с.10.

Устройство для измерения электрических емкостей изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора, содержащее источник синусоидального напряжения, эталонный резистор, усилитель, индикатор, два выходных вывода, к которым подключают объект испытания, в котором первый вывод эталонного резистора соединен с первым выводом источника синусоидального напряжения, второй вывод эталонного резистора соединен с первым выходным выводом устройства и входом усилителя, выход которого соединен с входом индикатора, отличающееся тем, что в него введены два реле с переключающимися контактами, переключатель на три положения, два двухвходовых элемента ИЛИ, два усилителя мощности, выходной вывод устройства и источник питания цепей управления, причем замыкающие контакты переключающихся контактов реле соединены с вторым выводом источника синусоидального напряжения, а размыкающие контакты этих реле соединены с первым выводом источника синусоидального напряжения, подвижный контакт первого реле соединен с вторым выходным выводом устройства, подвижный контакт второго реле соединен с третьим выходным выводом устройства, подвижный контакт переключателя на три положения соединен с выходным выводом источника питания цепей управления, первый неподвижный контакт переключателя соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй неподвижный контакт переключателя соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий неподвижный контакт переключателя соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом первого усилителя мощности, выход которого соединен с входом втягивающей катушки первого реле, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с входом втягивающей катушки второго реле.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), предназначено для измерения коэффициента отражения СВЧ нагрузок в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазоне радиоволн и может быть использовано для контроля в процессе производства коэффициента отражения отражающих материалов, например используемых для изготовления рефлекторов антенн.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения эквивалентных параметров CG-двухполюсников. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой, а именно к микропроцессорным системам управления и диагностики тепловозов.

Изобретение относится к измерительной технике на СВЧ и может использоваться при проектировании изделий электронной техники СВЧ различного назначения. .

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции рельсовой линии. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения проводимости и состава растворов, влажности различных сыпучих веществ устройствами с использованием бесконтактных емкостных кондуктометрических датчиков.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции электрических машин и аппаратов. .

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при аттестации и контроле собственных S-параметров устройств для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ.

Изобретение относится к области микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля параметров усилителей при их производстве.

Изобретение относится к измерительной технике и к технике измерения свойств материалов с помощью электромагнитных средств, в частности к конструкциям измерительных сосудов (ячеек) для проведения таких измерений в жидких средах

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения сопротивления заземляющего устройства и его составляющих: сопротивления растеканию заземляющего устройства и сопротивления границы раздела металл-грунт

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения сопротивления и индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора напряжения

Заявлено устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров рассеяния четырехполюсника на СВЧ. Техническим результатом заявленного устройства выступает упрощение и повышение точности устройства для измерения параметров рассеяния четырехполюсника на СВЧ и соответственно упрощение способа измерения. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство дополнительно введены четвертый электрический ключ - на входе измеряемого четырехполюсника, отрезок линии передачи - в интегральную схему, резистор - в ее цепь обратной связи, в качестве измерителя частотных характеристик используют измеритель модуля коэффициента отражения, при этом все четыре электрических ключа выполнены в виде полевых транзисторов с барьером Шотки, все три отрезка линии передачи выполнены длиной, равной одной восьмой длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи на входе, сток четвертого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе на расстоянии от входа измеряемого четырехполюсника, равном одной восьмой длины волны в линии передачи, исток соединен с одним концом дополнительного отрезка линии передачи, другой конец которого заземлен, сток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе на расстоянии от выхода измеряемого четырехполюсника, равном одной восьмой длины волны в линии передачи, исток соединен с одним концом одного отрезка линии передачи, другой конец которого заземлен, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе на расстоянии от выхода измеряемого четырехполюсника, равном одной четвертой длины волны в линии передачи, исток соединен с одним концом другого отрезка линии передачи, другой конец которого заземлен, сток третьего полевого транзистора с барьером Шотки в цепи обратной связи соединен с линией передачи на выходе измеряемого четырехполюсника, исток соединен с одним концом резистора цепи обратной связи, другой конец которого соединен с одним концом ее емкости, другой конец которой соединен с линией передачи на входе измеряемого четырехполюсника, а на затвор каждого из четырех полевых транзисторов с барьером Шотки подают постоянное управляющее напряжение от соответствующего источника постоянного управляющего напряжения. 4 ил.

Группа изобретений относится к электроизмерительной технике и предназначена для использования в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами. Между одним из полюсов контролируемой цепи и шиной заземления подключают измерительную цепь, содержащую управляемый дополнительный источник постоянного тока формирующий однополярное двухступенчатое напряжение, при этом, с целью снижения измерительного напряжения дополнительного источника, с цепью заземления соединяют полюс дополнительного источника одноименный с подключенным полюсом контролируемой цепи. Устройство содержит измерительную цепь, включенную между одним из полюсов контролируемой цепи и шиной заземления и состоящую из управляемого дополнительного источника постоянного тока, ограничительных резисторов и токового шунта, микропроцессорный элемент, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания аналоговой части микропроцессорного элемента, блок передачи измерительной информации, при этом, параллельно токовому шунту, подключена цепь из последовательно соединенных масштабирующих операционных усилителей, а параллельно дополнительному источнику подключен еще один операционный усилитель с делителем напряжения на входе, выходы операционных усилителей соединены с входами аналого-цифрового преобразования микропроцессорного элемента, а выход микропроцессорного элемента, управляющий дополнительным источником, имеет функцию широтно-импульсной модуляции. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности измерений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов. Техническим результатом является повышение надежности диагностирования электрических цепей и достоверности диагностируемых параметров. В способе диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов, в диагностируемую электрическую цепь дополнительно последовательно подключают конденсатор, на вход цепи подают переменное напряжение промышленной частоты и в режиме установившихся гармонических колебаний измеряют амплитуду и фазовый сдвиг напряжения на конденсаторе относительно поданного напряжения, вычисляют относительную амплитуду в виде отношения амплитуды напряжения на конденсаторе к амплитуде подаваемого напряжения и в качестве диагностируемых параметров принимают значение фазового сдвига и вычисленное значение относительной амплитуды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам определения электрических свойств материалов, и может быть использовано для создания веществ, обладающих требуемыми зависимостями удельной электропроводности от давления, которые применяются, например, при оценке изменения во времени горного давления в породных массивах. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества. Технический результат достигается за счет возможности определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества от давления. Устройство включает диэлектрическую трубку, в один конец которой вставлена первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в нее вкручен винт, а во второй ее конец вставлена вторая металлическая втулка с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления. Электродами являются первая и вторая металлические втулки, подключенные проводниками тока к регистратору сопротивления. Диэлектрическая трубка герметизирована. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения и контроля электрофизических параметров полупроводниковых приборов, и может быть использовано для измерения емкости любого двухполюсника. Технический результат заявляемого изобретения заключается в уменьшении погрешности измерения емкости полупроводникового прибора до 2% при частоте тестового сигнала 1 кГц, амплитуде тестового сигнала 10 мВ и постоянном токе через полупроводниковый прибор до 1 мА. Технический результат достигается благодаря тому, что устройство для измерения емкости полупроводникового прибора содержит полупроводниковый прибор, преобразователь емкость-напряжение, первый аналого-цифровой преобразователь, а также в него дополнительно включены измеритель фазового сдвига, блок вычисления и блок управления, при этом преобразователь емкость-напряжение выполнен в виде гиратора электрического импеданса, выполняющего преобразование емкости в фазовый сдвиг напряжения, и первый аналого-цифровой преобразователь расположен в измерителе фазового сдвига. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх