СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТАНГЕНСА УГЛА ПОТЕРЬ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к технике высоких напряжений и электроизмерительным средствам, обслуживающим высоковольтные установки.

Известен способ, позволяющий измерять тангенс угла потерь изоляции высоковольтных установок [1] путем сравнения фазы информационного сигнала, задаваемого контролируемой установкой, с фазой опорного сигнала с последующим получением разности фаз двух сигналов, по которой и судят о величине тангенса угла потерь. Существует ряд устройств, реализующих этот способ. Например, устройство [2] служащее для определения тангенса угла потерь конденсаторов, содержащее генератор, клемма выхода которого через активную нагрузку соединена с клеммой для подключения конденсатора, переключатель, аналого -цифровой преобразователь, ЭВМ, блок отсчета, компаратор и шифратор, которые синхронизируют работу устройств.

Однако с помощью этого устройства невозможно проводить измерения на объекте, подключенном к высокому напряжению. В этом случае применяют измерительный высоковольтный мост Шеринга [1, 3] содержащий преобразователь информационного сигнала, преобразователь опорного сигнала, выходы которых подключены ко входам устройства сравнения, выход устройства сравнения соединен с показывающим устройством, преобразователь опорного сигнала гальванически соединен с высоким напряжением, питающим исследуемое электрооборудование, а в качестве устройства сравнения используют нуль -орган (гальванометр). Подстроечными элементами этого моста добиваются его равновесия при сравнении двух сигналов информационного (задаваемого оборудованием с исследуемой изоляцией) и опорного. По значению параметров подстроечных элементов в положении равновесия моста судят о тангенсе угла потерь.

Необходимо остановиться на средствах получения опорного сигнала. Обычно здесь используют делитель напряжения (например, емкостного типа), который относится к высоковольтному оборудованию, поскольку его необходимо подключать непосредственно на высокое напряжение, к которому также подключено исследуемое высоковольтное оборудование. В делителе при получении опорного сигнала реализуется следующая цепочка преобразования: заданное высокое напряжение ток напряжение на выходном элементе цепи. Такие преобразователи являются источником погрешности задания опорного сигнала. Описанная система измерения тангенса угла потерь включает в себя высоковольтное оборудование, является громоздкой, дорогостоящей, подверженной действию ряда мешающих факторов (например, сильного электрического поля), вызывающих дополнительные погрешности измерения. Надо отметить и то, что при указанной громоздкости оказываются трудноосуществимыми измерения тангенса угла потерь на оборудовании, находящемся в эксплуатации.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в возможности осуществления измерения на электротехническом оборудовании во время его эксплуатации, повышении точности измерения и уменьшении габаритов и веса устройства, осуществляющего измерения.

Для этого в известном способе измерения тангенса угла потерь электротехнического оборудования, при котором сравнивают фазу информационного сигнала, задаваемого этим оборудованием, с фазой опорного сигнала, по полученной разности фаз двух сигналов судят о величине тангенса угла потерь, согласно изобретению в качестве опорного используют сигнал, получаемый путем измерения напряженности электрического поля, сопровождающего напряжение, питающее исследуемое электротехническое оборудование.

Поставленная задача решается в устройстве, служащем для реализации предлагаемого способа, содержащем преобразователь информационного сигнала и преобразователь опорного сигнала, выходы которых подключены ко входам устройства сравнения, а его выход соединен с показывающим устройством, в котором, согласно изобретению, преобразователь опорного сигнала выполнен в виде измерителя напряженности электрического поля, ко входу которого подключен датчик напряженности поля, а устройство сравнения выполнено в виде фазометра. Кроме того, датчик напряженности устройства располагают на заземленной поверхности, а показывающее устройство градуируют функцией тангенса.

Существо изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 показаны топография силового электрического поля провода, находящегося над проводящей поверхностью, а также представлено условно высоковольтное оборудование, подключенное к этому проводу. На фиг. 2 дана структурная схема устройства, реализующего схему измерения тангенса угла потерь.

Для измерения тангенса угла потерь (tgδ) требуются два сигнала один из них информационный, пропорциональный суммарному току через изоляцию (этот ток имеет две составляющие: реактивную и активную); второй опорный, имеющий фазу питающего высокого напряжения. Для вычисления угла потерь δ нужны фазы этих сигналов, или точнее фазовый сдвиг одного сигнала относительно другого. При этом величины (амплитуды) сигналов несущественны.

Информационный сигнал берется непосредственно с исследуемого высоковольтного оборудования 1 (фиг. 1). Например, высоковольтный ввод имеет специальный измерительный электрод, с помощью которого на заземление стекает ток изоляции.

Информацию о фазе питающего напряжения удобно получать без его преобразования в ток. Известно, что при расположении в пространстве заряженного проводника 2 (например, провода, включенного на напряжение) вблизи него имеет место электрическое поле 3 (фиг. 1). Связь между потенциалом провода 2 и функцией вектора напряженности (x, y, z) известна

где k₁ константа, элемент интегрирования.

На проводящей поверхности 4 (фиг. 2) имеется только нормальная составляющая причем величина напряженности пропорциональна напряжению провода.

где k₂ коэффициент пропорциональности, а комплексные представления напряженности и напряжения.

Таким образом, вектор напряженности, измеряемый к примеру, у заземленной проводящей поверхности 4, имеет информацию о фазе напряжения. Поэтому в качестве опорного сигнала для измерения tgδ удобно принять напряженность электрического поля. Для его получения используется измеритель напряженности поля, например, по типу [4] При этом исключается громоздкая схема преобразования высокого напряжения в опорный сигнал, присущая прототипу (высокое напряжение ток выходное напряжение). Электрическое поле вместе с зарядом провода составляет единое целое, поэтому в предлагаемом способе измерения вообще нет преобразования высокого напряжения в сигнал, а есть непосредственное измерение этого поля (напряженности E).

Устройство для осуществления предлагаемого способа измерения тангенса угла потерь содержит датчик напряженности 5 (фиг.2), размещенный на заземленной поверхности 4 и соединенный с измерителем напряженности электрического поля 6. Клемма 7 высоковольтного оборудования соединена с входом первичного измерительного преобразователя (ПИП) 8. Выходы измерителя напряженности 6 и ПИП 8 соединены со входами фазометра 9, выход которого подключен к показывающему устройству 10. Первичный измерительный преобразователь может быть выполнен в виде электронного усилителя, а показывающее устройство в виде микроамперметра или вольтметра. Устройство функционирует следующим образом. Информационный сигнал 7, имеющий гармоническую форму, обрабатывается в первичном измерительном преобразователе 8. Одновременно с датчика напряженности 5, расположенного в поле 3 на заземленной поверхности 4, поступает гармонический опорный сигнал на измеритель напряженности 6. И преобразователь 8, и измеритель напряженности 6 изменяют параметры напряжений, кодирующих информационный и опорный сигналы, до величин, позволяющих воспринимать их фазометром 9. Фазометр 9 сравнивает фазы информационного и опорного сигналов, образуя их разность, которая и является "углом потерь". Результат сравнения поступает на показывающее устройство 10, которое предварительно градуируется функцией тангенса угла. Таким образом, с выхода показывающего устройства 10 считывается величина тангенса угла потерь в изоляции высоковольтного оборудования.

Итак, с помощью описанного устройства, реализующего действия, составляющие существо способа, решаются поставленные задачи, а именно: повышается точность измерения за счет исключения промежуточных преобразований высокого напряжения в опорный сигнал; значительно уменьшаются габариты и вес устройства за счет исключения высокого напряжения из измерительной системы; созданы условия для проведения измерений на электрооборудовании без вывода его из эксплуатации. Кроме того, в связи с исключением контакта с высоким напряжением, обеспечена работа персонала, т.к. устройство измерения тангенса угла потерь является типично электронным устройством с уровнем напряжений в несколько вольт.

Источники информации
1. Локшин М.В. Сви П.М. Измерение диэлектрических потерь высоковольтной изоляции. М. Энергия, 1973, 144 с.

2. А.с. N 1693566, G 01 R 27/26. опубл. 1991.

3. Установка для измерения потерь и емкости с мостом переменного тока (типа P 525) (техническое описание и инструкция по применению). Киев: Завод "Точэлектроприбор", с. 2-4, 1959.

4. А.с. N 930162, G 01 R 29/12, опубл. 1982.

Изобретение относится к средствам измерения в технике высоких напряжений. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в возможности осуществления измерения на действующем оборудовании, повышении точности измерения и уменьшении габаритов устройства, осуществляющего измерения. Способ осуществляют путем сравнения фаз информационного и опорного сигналов. Информационный сигнал получают с выходной клеммы исследуемого высоковольтного оборудования, а опорный сигнал получают путем измерения напряженности поля, сопровождающего напряжение, питающее исследуемое высоковольтное оборудование. Устройство для осуществления способа содержит преобразователь информационного сигнала, преобразователь опорного сигнала, выходы которых подключены ко входам устройства сравнения, выход которого соединен с показывающим устройством. При этом преобразователь опорного сигнала выполнен в виде измерителя напряженности электрического поля, устройство сравнения выполнено в виде фазометра. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения тангенса угла потерь высоковольтного оборудования, при котором сравнивают фазу информационного сигнала, задаваемого этим оборудованием, с фазой опорного сигнала, получают разность фаз двух сигналов, по которой судят о величине тангенса угла потерь, отличающийся тем, что в качестве опорного используют сигнал, получаемый путем измерения напряженности электрического поля, сопровождающего напряжение, питающее исследуемое высоковольтное оборудование. 2. Устройство для реализации способа измерения тангенса угла потерь высоковольтного оборудования, содержащее преобразователь информационного сигнала, преобразователь опорного сигнала, выходы которых подключены к входам устройства сравнения, а его выход соединен с показывающим устройством, отличающееся тем, что преобразователь опорного сигнала выполнен в виде измерителя напряженности электрического поля, к входу которого подключен датчик напряженности поля, а устройство сравнения выполнено в виде фазометра. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик напряженности расположен на заземленной поверхности, а показывающее устройство проградуировано функцией тангенса.