Способ измерения коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсккк Соцналмстическкх

Республик

<1>739447 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280775 (21) 2157901/18-21 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 050680 Бюллетень М9 21

Дата опубликования описания 05.06.80 (51) М. КЛ.2

G 01 R 35/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. 7., 089. 6 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б.Н.Дудкевич, A Ñ.Ëèòâèíåíêo и А.Я.По

)ф

Сибирский филиал Всесоюзного научно- и овательСкбго института физико-технических и радиот,скик иэмерени ц, .. (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДЕЛЕНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к высоковольтной измерительной технике, может применяться для измерения коэффициента деления высоковольтных делителей напряжения на переменном и постоянном токе.

Известны способы измерения коэффициента деления высоковольтных делителей напряжения, основанные на сравнении при рабочем напряжении измеряемого высоковольтного делителя с низковольтными образцовыми элементами, например, образцовыми низковольтными делителями напряжения, включаемыми в цепь вспомогательного. напряжения (1). Общий недостаток этих способов — низкая точность измерения на переменном токе.

Наиболее близок к предлагаемому способ измерения коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения, заключающийся в том, что изменяют сопротивление низковольтного плеча делителя напряжения, измеряют токи (напряжения), протекающие через делитель, соответствующие каждому значению указанного сопротивления, после чего коэффициент деления рассчитывают по формуле Р ) Однако известный способ имеет невысокую точность, особенно при измерениях на переменном токе, иэ-за влияния токов утечки. Кроме того, применимость известного способа на постоянном токе ограничивается напряжением (10-50) 10 В иэ-за повышения требований к точности измерения токов (напряжений) .

Целью изобретения является повышение точности измерения на постоянном и переменном токе при рабочем напряжении до 10 В и более.

Поставленная цель достигается тем, что при измерении коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения путем вариации параметров его низковольтного плеча согласно изобретению, при отключенном от точки заземления низковольтном плече измеря ют отношение разности токов, протекающих через высоковольтное плечо делителя, и проводимость утечки на экран низковольтного вывода делителя, к току, протекающему через образцовые меры проводимости, подключенные к выводу делителя, затем измеряют отношение тока, протекающего через высоковольтное плечо делителя, к то 739447

4 з, 02 Ч ч tq tg

>;$+> „. a х 4 от (1) и (2), находим: ».Ч, Ч (4)

Чо

Подставляя (3) в

Ч» и

Чo» протекающему через .образцовые меры проводимости, подключенные параллель, но заземленному низковольтному плечу делителя, и результат вычисляют по формуле: и, 3 К °

2 О2 где m — численная величина, определяющая отклонение от единицы первого измеренного отношения;

m — численная величина, определяющая отклонение от единицы второго измеренного отношения) О» — проводимость образцовых мер при измерении первого от

НОШЕНИЯ1 Π— проводимость образцовых мер при измерении второго отношения.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ. На фиг. 2-4 показаны измеряемый делитель, имеющий плечи У» и У и находящийся под высоким рабочим напряжением U, низковольтные образцовые меры,емкости и сопротивления У, некоторое устройство сравнения токов

УСТ, проводимость утечки У низковольтного вывода делителя на экран (т.е. на землю), заземленный через устройство сравнения токов.

Сущность способа заключается в измерении двух отношений: отношения разности тока I протекающего через высоковольтное плечо У» делителя при отсутствии низковольтных образцовых мер УО (фиг.2) и тока утечки I> с низковольтного вывода делителя на экран (фиг.3), к току I> через низковольтные образцовые меры У, подключаемые к выходу незаземленного делителя, и измерении отношения тока (фиг.1) к току ? через низковольтные образцовые элементы У, подключаемые к выходу заземленного де-. лителя.

Для повышения точности процесс измерения можно построить таким образом, чтобы определялись не сами эти отношения, а только отклонения их от единицы. Поэтому представим:

Ф+.(?», (2) .2 т

Значения токов

i =из о 2 Хм

»> 1 =О (3)

ЧрЧ +Ч, „ откуда коэффициент деления делителя (5)

K= — - — = - s oa

Ч тч „щ йч ы з

1 2 4 1 02 х1о1

5 (О

В принципе можно измерить непосредственно тОки I» ?, I Ip, G затем в соответствии с формулами (1), (2), (4) и (5) определить коэффициент деления делителя. Однако это приведет к потере точности, поэтому все операции в соответствии с формулами (1) и (2) необходимо осуществить в самом устройстве сравнения токов УСТ (включая и выделение из отношений целой части, т.е. единицы). Для этого в устройство сравнения вводят некоторый вспомогательный ток I> (фиг.2,3, чины тока I > (фиг. 2) .

Уравновешивая ток через высоковольтное плечо делителя при отключенном от точки з аз емле ния низковольтном плече вспомогательным током получаем:

i„=CiB, (б) 25 где С вЂ” некоторый коэффициент пропорциональности.

Затем, после подключения к выходу делителя низковольтных образцовых мер емкости и сопротивления и уравновешивания током через них разности между установленным значением вспо.— могательного тока и током утечки вывода делителя на его экран, имеем (фиг. 3):

35 (В+1)1 „=с1 -I "-T. I

Уравновешивая установленный ранее вспомогательный ток током через низковольтные меры емкости и сопротивления при заземленном низковольтном плече, находим (фиг. 3):

+» )1О2-С|э- T» ., (8)

Равенства (6), (7) и (8) приводят к выражениям (4) и (5) . Вспомогательный ток служит только для запоминания тока I, поэтому знания точных значений параметров цепи вспомогательного тока не требуется. Необходимо только, чтобы они имели достаточную кратковременную стабильность за время между тремя уравновешиваниями.

Как следует иэ (4), способ прин— ципиально свободен от влияния паразитной проводимости на землю при измерении параметров высоковольтного плеча делителя. При измерении суммарной проводимости делителя этот паразитный параметр автоматически учитывается. Возможность измерения от-, дельно высоковольтного плеча имеет значение для изготовления и подгонки высоковольтных делителей и явля40

50

55 бО

4), пропорциональный напряжению на аттестуемом делителе, который служит

20 для установления (запоминания) вели/39447 ется дополнительным преимуществом способа.

На фиг. 1 приведен пример реализации способа на переменном токе.

° На схеме изображены измеряемый высоковольтный делитель напряжения 1 5 (резисторный и емкостной), компаратор токов 2 с тесной индуктивной связью, низковольтные образцовые иеры 3, 4 и трехпозиционный переключатель 5, нулевой указатель 6, вспомогательный преобразователь 7 высокого напряжения в низкое для питания цепи вспомогательного тока, элементы

8 и 9, служащие для уравновешивания цепи .вспомогательным током.

Устройство работает следующим образом. Переключатель 5 устанавливают в первое положение. При этом высоко-. вольтное плечо 10 включено на землю через обмотку 11 постоянного отношения плеч компаратора 2, низковольт- 20 ное плечо 12 отсоединено от точки заземления, а экран 13 вывода делителя заземлен через обмотку 14. На делитель 1 подают его рабочее высокое напряжение и уравновешивают уст- 25 ройство элементами 8 и 9. Затем переключатель 3 переводят во второе положение, при котором низковольтное плечо 12 остается незаземленным, экран 13 вывода по-прежнему заземлен 30 через компаратор 2, а к выходу делителя 1 подключены низковольтные образцовые меры 3 и 4. Не изменяя значений элементов 8 и 9, вторично уравновешивают устройство изменением чисел 35 витков декадных обмоток 15 и 16 компаратора 2.

После этого переключатель 3 устанавливают в третье положение, когда низковольтное плечо 12 делителя 4 соединено с точкой заземления, экран

13 вывода заземлен помимо компаратора 2, а элементы 3 и 4 остаются подключенными к выводу делителя. При тех же значениях элементов 8 и 9 устройство уравновешивают изменением чисел витков декадных обмоток 15 и

16. Условие первого равновесия имеет вид: 3|YI =iЭЧ п (9)

50 где У вЂ” проводимость высоковольтного плеча 10;

Ь вЂ” коэффициент преобразования высокого напряжения в низкое вспомогательного преобразователя 7;

У вЂ” проводимость цепи, составленной элементами 8, 9; число витков обмотки 17; — число витков обмотки 11„.

Второе уравновешивание дает:

Я 9о(М, Р )+) Ц Сс,(1 Ч „ Ч 1

g +q +)жс +ч s"4 +9 + )uuCО о о о ч о (10) I где 9 = 1/Во, Но, Со †:резисторные сопротивления и емкость соответственно элементов 3,4;

Р и д

) — числа включенных витков декадных обьюток 15 и 16 компараторов; у„ — проводимость утечки вывода делителя на экран.

Компаратор 2 выполнен так, что

n4 = n<. п, где n — число витков обмотки 14. Тогда из (9) и (10) следует:

9ор+5 сФФ „ (11)

"1 И

Выражения (9) и (10) получены без учета сопротивления компаратора, так как в момент равновесия оно практически равно омическому сопротивлению. обмоток и очень мало.

: Условие третьего равновесия:

Alamo(n p" )+ è Ño(n ф"))

И ую где р и g — новые значения чисел включенных витков декадных .обмоток 15 и

16 компаратора; у проводимость низковольтного плеча 12.

Приравнивая выражения (9) и (1 2), получаем: и

3 Ч +

9oP " о - " (11) и (13) находим комплексный коэффициент деления аттестуемого делителя:

9о Р + 5 о Со Ч

)(=

+) + Q„Р" с;4 или

Д -1 ) Щ(3

aL w$csР где ok иА>(— отсчеты по шкалам устя ройства соответственно при втором и третьем уравновешиваниях.

Компараторы токов с тесной индуктивной связью имеют очень высокую точность и чувствительность. Применяя многодекадные компараторы, можно использовать низковольтные образцо вые меры емкости и сопротйвления постоянного значения, которые можно подогнать также с высокой точностью. поэтому погрешность измерения на переменном напряжении может быть малой.

На постоянном напряжении сравнение токов с достаточно высокой точностью можно осуществить с помощью компенсаторов тока или компараторов, например, термоэлектрических, При том заземление экрана низковольтно739447 го вывода делителя через вход устройства сравнения токов при первом и втором уравновешиваниях не требу"ется, так как на постоянном напряже— нии имеет значение только сопротив-. ление изоляции, которое в общем слу- 5 чае значительно превышает сопротивление мер 3 и 4.

В целях безопасности, на случай пробоя измеряемого объекта и попадания высокого напряжения в измерительную цепь при появлении в ней случайного разрыва, необходимо предусмотреть обычные меры защиты, например, с помощью разрядников.

Для проверки расчетных данных был собран и экспериментально исследован макет устройства, реализующего способ. Исследования подтвердили преиму щества способа, его высокую чувствительность и точность. Макет устройства уверенно реагировал на шестой знак низковольтных образцовых мер емкости и сопротивления .при отношении высокого напряжения к напряжению на этих мерах, равном тысяче.

Средний результат серии из десяти измерений коэффициента деления делителя (при сохранении отношений напряжений и токов, соответствующих рабочему состоянию), верхнее плечо которого образовывали безреактивные образцовые катушки сопротивления типа

Р361 класса 0,02, не выходил эа класс катушек и составил 0,015%.

При колебаниях напряжения в сети, когда цепь вспомогательного тока пи- 35 талась от низковольтной обмотки высоковольтного трансформатора, под: высоким напряжением которого находился измеряемый делитель на 15 кв из резисторов на основе литого мик- 4Q ропривода, отклонение показаний не превышало тысячных долей процента.

Степень нечувствительности макета устройства к параэитным проводимостям на землю при измерении coIIpo 45 тивления высоковольтного плеча делителя определяласЬ искусственным введением емкости утечки более

0,3 мкф, что в реальных условиях практически не встречается. Отклонение показаний от среднего серии измерений при естественной емкости утечки не превышало 0,015%.

Точность измерения ВДН по способу высокая и определяется практически образцовыми низковольтными мерами емкости и сопротивления постоянного значения, которые всегда можно подогнать с высокой точностью. При этом в качестве вспомогательного преобразователя можно использовать, напри- 60 мер, высоковольтныМ трансформатор напряжения (его низковольтную обмотку), питающий аттестуемый делитель, или вспомогательный высоковольтный делитель напряжения, точные значе- 65 ния коэффициента деления которого знать не требуется. Элементы 8 и 9 вспомогательной цепи могут быть не— градуированными.

При описанном способе устраняется влияние сопротивления утечки на результат измерения параметров высоковольтного плеча делителя напряжения.

Это достигается тем, что экран низковольтного вывода ВДН при первых двух уравновешиваниях эаэемляется через вход устройства сравнения токов, входное сопротивление которого очень мало.

Воэможность определения сопротивления высоковольтного плеча ВДН и высокая при этом точность позволяют применить данный способ для подгонки и настройки делителей при их изготовлении.

Способ может быть реализован как на переменном, так и на постоянном напряжении. При этом можно аттестовать высоковольтный делитель напряжения любой конструкции на их рабочем высоком напряжении беэ необходимости в наличии специальных прецизионных регулируемых низковольтных делителей напряжения. Аттестуемые делители могут быть как емкостного, так и резисторного характера.

Повышение точности и достоверности аттестации, исключение необходимости в образцовых ВДН и в специальных преци зио нных регулируемых низ ко— вольтных делителях напряжения, возможность аттестации ВДН любой конструкции на переменном и постоянном напряжении, возможность контроля плеч ВДН при их изготовлении показывают, что изобретение имеет большую технико-экономическую эффективность.

Реализация предлагаемого способа будет способствовать широкому внедрению тбчных измерений на высоком напряжении, позволит выполнять измерительные устройства дешевыми и транспортабельными, существенно повысить точность измерений и верхний предел напряжений, на которых можно производить измерения, а также повысить точность учета энергии в энергосистемах, что даст значительный экономический эффект. формула изобретения

Способ измерения коэффициента деления высоковольтного делителя напря— жения путем вариации параметров его низковольтного плеча, о т л и ч а ющ и и с )I тем, что, с целью повышения точности, при отключенном от точки заземления низковольтном плече из" меряют отношение разности токов, протекающих через высоковольтное плечо делителя, и проводимости утечки на

739447

10 ч

Составитель Б. Веремейкин

Техред M. Петко Корректор В.Синицкая

Редактор Б. Федотов

Заказ 3537/5б Тираж 1019 Пор писное

ППИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /

4/5 тная 4

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектн экран ни э ко во льтно го вывода делителя, к току, протекающему череэ образцовые меры проводимости, подключенные к выходу делителя, затем измеряют отношение тока, протекающего через высоковольтное плечо делителя, к то- 5 ку, протекающему через образцовые меры проводимости, подключЕнные параллельно заземленному низковольтному плечу делителя, и результат определяют по формуле: 30 и о к= э х о где m — численная величина, определяющая отклонение от единицы первого измеренного отношения;

m — численная величина, опреде2 ляющая отклонение от единицы второго измеренного отношения; д Проводимость образцовых мер о1 при измерении первого отношения;

J — проводимость образцовых мер при измерении второго отношения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9451957, кл. G 01 R 17/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9355572, кл. G 01 R 19/00, 1969.