СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЕМКОСТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G01R15/06 G01R31/389 G01R35/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу для определения состояния емкостного преобразователя напряжения, в частности, для определения дефектов в емкостном делителе напряжения в емкостном преобразователе напряжения. Настоящее изобретение также относится к устройству для определения состояния емкостного преобразователя напряжения, которое реализует способ.

Предшествующий уровень техники

Преобразователи напряжения применяются в области электроэнергетики в качестве измерительных преобразователей для измерения переменных напряжений. Функция преобразователя напряжения состоит в том, чтобы измеряемое высокое напряжение пропорционально переносить на низкие значения напряжения. Это пониженное напряжение, например, значения около 100 В, передается на измерители напряжения, счетчики энергии и подобные приборы, например, для целей измерения или целей защиты. Преобразователи напряжения могут быть реализованы как индуктивные и как емкостные преобразователи напряжения, причем емкостные преобразователи напряжения могут проектироваться, например, на первичные расчетные напряжения (номинальные значения) до более 1 МВ.

Емкостные преобразователи напряжения содержат на стороне высокого напряжения емкостной делитель напряжения, который обычно состоит по меньшей мере из двух последовательно соединенных конденсаторов. Обычно, один конец последовательного соединения конденсаторов соединен с измеряемым высоким напряжением, а другой конец последовательного соединения - с массой. На отводе между конденсаторами приложено сниженное напряжение, пропорциональное относительно измеряемого напряжения, которое, например, через трансформатор может быть подано на измеритель напряжения.

Неисправности в емкостном преобразователе напряжения могут быть обусловлены дефектами в емкостном делителе напряжения. Имеются различные причины для дефектов в конденсаторах емкостного делителя напряжения, например, проникновение влаги в изоляцию. Контроль динамики изменения емкости во времени, так называемое “выявление тренда” («Trending»), может способствовать тому, чтобы предотвращать невосстанавливаемый отказ емкостного преобразователя напряжения. Невосстанавливаемый отказ может повредить другие приборы, например, измерительные приборы, подключенные к емкостному преобразователю напряжения, и подвергать опасности людей. Чтобы отслеживать во времени динамику изменения емкости и определять неисправности отдельных конденсаторов, измеряются емкости конденсаторов, например, посредством анализа передаточной функции (анализ отклика частоты развертки, Sweep Frequency Response Analysis SFRA). Эти измерения основываются, например, на принципе частотно-зависимого измерения импеданса короткого замыкания вторичной стороны трансформатора. Для этого последовательное соединение конденсаторов обычно отсоединяют от высокого напряжения и от массы. В частности, для отсоединения последовательного соединения конденсаторов от массы, требуется доступ к соответствующей точке подключения, что в реальности часто не имеет места или доступно лишь при значительных затратах на монтаж.

Краткое описание сущности изобретения

Существует потребность в улучшенном способе для проверки и контроля конденсаторов емкостного делителя напряжения в емкостном преобразователе напряжения.

Согласно настоящему изобретению, предлагается способ для определения состояния емкостного преобразователя напряжения и устройство для определения состояния емкостного преобразователя напряжения, как они определены в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения изложены варианты осуществления изобретения.

Настоящее изобретение предоставляет способ для определения состояния емкостного преобразователя напряжения. Емкостной преобразователь напряжения содержит на своей первичной стороне емкостной делитель напряжения с первым конденсатором и вторым конденсатором. Первичной стороной емкостного преобразователя напряжения в этой связи называется сторона емкостного преобразователя напряжения, которая связана с измеряемым высоким напряжением. Высокое напряжение может, например, иметь значение напряжения от нескольких 1000 В до нескольких 100000 В или даже 1 МВ или выше. Вторичной стороной емкостного преобразователя напряжения называется сторона емкостного преобразователя напряжения, которая связана с измерительным прибором или другим устройством, например, счетчиком энергии. Первый конденсатор содержит высоковольтный вывод (высоковольтное соединение) для соединения первого конденсатора с высоким напряжением. Второй конденсатор имеет вывод массы (соединение с массой) для соединения второго конденсатора с массой. В этой связи, масса может представлять собой, например, опорный потенциал для высокого напряжения. Как первый конденсатор, так и второй конденсатор могут содержать, соответственно, несколько включенных последовательно конденсаторов, чтобы повысить электрическую прочность результирующего конденсатора. Первый конденсатор и второй конденсатор для образования емкостного делителя напряжения могут, например, быть включены последовательно, так что частичное напряжение высокого напряжения может сниматься в точке соединения между первым и вторым конденсатором. Емкостной преобразователь напряжения может также содержать трансформатор, на который на первичной стороне трансформатора подается напряжение между точкой соединения и массой, и который на вторичной стороне трансформатора обеспечивает гальванически развязанное напряжение, которое пропорционально напряжению, снимаемому между точкой соединения и массой. Коэффициент передачи трансформатора может составлять, например, 1. Трансформатор может иметь любой другой коэффициент передачи, в частности, коэффициент передачи больше 1, так что напряжение, снимаемое с делителя напряжения, посредством трансформатора подвергается понижающему трансформированию.

В способе, первая резонансная частота определяется посредством нескольких первых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, в то время как высоковольтный вывод соединен с массой. Кроме того, вторая резонансная частота определяется посредством нескольких вторых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, в то время как высоковольтный вывод разомкнут. Отношение емкостей (емкостной коэффициент) емкостного делителя напряжения определяется в зависимости от первой резонансной частоты и второй резонансной частоты. Отношение емкостей может, например, представлять собой отношение емкости второго конденсатора к емкости первого конденсатора или отношение второго конденсатора к суммарной емкости первого и второго конденсатора. Как при определении первой резонансной частоты, так и при определении второй резонансной частоты, второй конденсатор своим выводом массы может оставаться соединенным с массой.

Когда емкости конденсаторов емкостного делителя напряжения изменяются, например, ввиду износа, в общем случае также изменяется и отношение емкостей. Поэтому отношение емкостей может рассматриваться как индикатор состояния емкостного преобразователя напряжения. Так как отношение емкостей может быть определено без отделения вывода массы второго конденсатора от массы, состояние емкостного делителя напряжения может определяться быстро и экономично.

В способе, кроме того, измерительный ток может определяться в зависимости от нагрузки емкостного преобразователя напряжения и падения напряжения на нагрузке емкостного преобразователя напряжения. Несколько первых измерений импеданса короткого замыкания и несколько вторых измерений импеданса короткого замыкания выполняются при применении измерительного тока. Нагрузка емкостного преобразователя напряжения относится к импедансу вторичной цепи емкостного преобразователя напряжения и обычно выражается через кажущуюся (полную) мощность, которая принимается при установленных условиях. Измерения импеданса короткого замыкания могут, таким образом, выполняться целенаправленно при измерительном токе, амплитуда которого близка к номинальному току, так что резонансные частоты могут определяться быстро и надежно.

В одной форме выполнения, несколько первых измерений импеданса короткого замыкания включают в себя несколько измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре (сетке частот) с последующими несколькими измерениями импеданса короткого замыкания во втором частотном растре. Первый частотный растр имеет больший разнос частот, чем второй частотный растр. Альтернативно или дополнительно, несколько вторых измерений импеданса короткого замыкания включают в себя несколько измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре с последующими несколькими измерениями импеданса короткого замыкания во втором частотном растре. И здесь действительно то, что первый частотный растр имеет больший разнос частот, чем второй частотный растр. Иначе говоря, резонансная частота в первом подходе может определяться грубо. В первом подходе, частоты могут выбираться в широком частотном диапазоне с грубым шагом, чтобы приближенно определять резонансную частоту посредством измерений импеданса короткого замыкания. Во втором подходе, резонансная частота может определяться точнее за счет того, что второй подход выполняется в частотном диапазоне, который определяется на основе первого подхода как частотный диапазон, который включает в себя резонансную частоту. Этот частотный диапазон, определенный в первом подходе, может сканироваться (считываться) с небольшим шагом во втором подходе, чтобы точно определить резонансную частоту. Могут выполняться дополнительные подходы, чтобы еще более точно определить резонансную частоту. Посредством этого итеративного способа, первая и вторая резонансные частоты могут определяться быстро и надежно.

В способе, кроме того, может определяться резонансная индуктивность емкостного преобразователя напряжения в зависимости от номинальных значений первого и второго конденсатора и номинальной частоты емкостного преобразователя напряжения. Номинальные значения первого и второго конденсатора, а также номинальная частота емкостного преобразователя напряжения могут быть взяты, например, с фирменной таблички емкостного преобразователя напряжения. Фактическое значение емкости второго конденсатора может определяться в зависимости от второй резонансной частоты и резонансной индуктивности. Так как при определении второй резонансной частоты высоковольтный вывод разомкнут, вторая резонансная частота по существу результирует только из емкости второго конденсатора. Поэтому, во взаимосвязи с резонансной индуктивностью, например, с применением уравнения колебаний Томсона, может определяться фактическое значение емкости второго конденсатора из второй резонансной частоты.

В других формах выполнения, вышеописанные несколько фактических значений емкости второго конденсатора могут определяться в различные моменты времени, и временная динамика тренда емкости второго конденсатора может регистрироваться и/или представляться на устройстве отображения. На основе временной динамики тренда может экстраполироваться или оцениваться, является ли состояние емкостного преобразователя напряжения достаточным для дальнейшей надежной работы.

В зависимости от фактического значения емкости второго конденсатора и отношения емкостей может определяться фактическое значение емкости первого конденсатора. В различные моменты времени могут определяться несколько фактических значений емкости первого конденсатора, и временная динамика тренда емкости первого конденсатора может регистрироваться и/или представляться на устройстве отображения. Таким образом, также на основе временной динамики тренда первого конденсатора может экстраполироваться или оцениваться, является ли состояние емкостного преобразователя напряжения достаточным для дальнейшей надежной работы.

Альтернативно или дополнительно, несколько отношений емкостей емкостного делителя напряжения могут определяться в различные моменты времени, и временная динамика тренда отношения емкостей может представляться на устройстве отображения. При изменении состояния конденсаторов емкостного делителя напряжения, обычно также изменяется отношение емкостей конденсаторов друг к другу. На основе временной динамики отношения емкостей, ухудшение состояния емкостного делителя напряжения может своевременно распознаваться простым способом.

В другой форме выполнения, определяется первая зависимость отношения емкостей от первой резонансной частоты. Первая зависимость может включать в себя, например, частную производную отношения емкостей по первой резонансной частоте. Подобная зависимость также обозначается как чувствительность (англ.: sensitivity - чувствительность) отношения емкостей по отношению к первой резонансной частоте. Некоторые из первых зависимостей отношения емкостей от первой резонансной частоты могут определяться в нескольких различных моментах времени, и временная динамика тренда первой зависимости может представляться на устройстве отображения.

Кроме того, может определяться вторая зависимость отношения емкостей от второй резонансной частоты. Вторая зависимость может, например, включать в себя частную производную отношения емкостей по второй резонансной частоте. Некоторые из вторых зависимостей отношения емкостей второй резонансной частоты могут определяться в нескольких различных моментах времени, и временная динамика тренда второй зависимости может представляться на устройстве отображения.

Временная динамика тренда первой зависимости отображает чувствительность общей емкости первого и второго конденсатора, а временная динамика тренда второй зависимости отображает чувствительность емкости второго конденсатора. При изменении первой и/или второй чувствительности во времени, то есть, посредством анализа соответствующей временной динамики тренда первой или второй чувствительности во времени, можно сделать вывод об изменениях состояния первого и/или второго конденсатора.

Кроме того, настоящее изобретение предоставляет устройство для определения состояния емкостного преобразователя напряжения. Емкостной преобразователь напряжения содержит на своей первичной стороне емкостной делитель напряжения с первым конденсатором и вторым конденсатором. Первый конденсатор имеет высоковольтный вывод для соединения с высоким напряжением. Второй конденсатор имеет вывод массы. Первый конденсатор и второй конденсатор могут, например, образовывать последовательное соединение, чтобы создать емкостной делитель напряжения. Устройство содержит измерительное устройство, которое выполнено с возможностью осуществления измерения импеданса короткого замыкания с регулируемой частотой. Кроме того, устройство содержит управляющее устройство, например, электронную систему управления с микропроцессором, которое выполнено так, чтобы определять первую резонансную частоту посредством нескольких первых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, в то время как высоковольтный вывод соединен с массой. Управляющее устройство, кроме того, выполнено так, чтобы определять вторую резонансную частоту посредством нескольких вторых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, в то время как высоковольтный вывод разомкнут. В зависимости от первой резонансной частоты и второй резонансной частоты, управляющее устройство определяет отношение емкостей емкостного делителя напряжения.

Устройство пригодно для осуществления вышеописанного способа и вышеописанных форм выполнения способа и поэтому имеет также вышеописанные преимущества.

Краткое описание чертежей

Изобретение далее поясняется на основе предпочтительных форм выполнения со ссылками на чертежи. На чертежах, идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные элементы.

Фиг. 1 схематично показывает емкостной преобразователь напряжения в соединении с высоковольтным проводом.

Фиг. 2 схематично показывает схему соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 1 для определения первой резонансной частоты.

Фиг. 3 схематично показывает схему соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 1 для определения второй резонансной частоты.

Фиг. 4 схематично показывает схему соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 1 для определения дополнительной резонансной частоты.

Фиг. 5 схематично показывает измерения импеданса короткого замыкания при различных частотах для определения первой или второй резонансной частоты согласно форме выполнения.

Фиг. 6 схематично показывает фазовые углы при измерениях импеданса короткого замыкания при различных частотах для определения первой резонансной частоты или второй резонансной частоты согласно форме выполнения.

Фиг. 7 схематично показывает измерения импеданса короткого замыкания при различных частотах для определения дополнительной резонансной частоты согласно форме выполнения.

Фиг. 8 схематично показывает фазовые углы при измерениях импеданса короткого замыкания при различных частотах для определения дополнительной резонансной частоты согласно форме выполнения.

Фиг. 9 схематично показывает зависимость отношения емкостей от второй резонансной частоты согласно форме выполнения.

Фиг. 10 схематично показывает зависимость отношения емкостей от первой резонансной частоты согласно форме выполнения.

Фиг. 11 схематично показывает зависимость отношения емкостей от емкости второго конденсатора емкостного делителя напряжения согласно форме выполнения.

Фиг. 12 схематично показывает зависимость отношения емкостей от емкости первого конденсатора емкостного делителя напряжения согласно форме выполнения.

Фиг. 13 показывает этапы способа для определения состояния емкостного преобразователя напряжения согласно форме выполнения.

Фиг. 14 показывает этапы способа для определения состояния емкостного преобразователя напряжения согласно дополнительной форме выполнения.

Фиг. 15 показывает этапы способа для определения состояния емкостного преобразователя напряжения согласно еще одной дополнительной форме выполнения.

Детальное описание примеров выполнения

Изобретение далее поясняется более подробно на основе предпочтительных форм выполнения со ссылками на чертежи. На чертежах, идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные или подобные элементы. Чертежи являются схематичными представлениями различных форм выполнения изобретения. Изображенные на чертежах элементы представлены не обязательно в точном масштабе. Скорее, различные представленные на чертежах элементы изображены таким образом, чтобы их функция и назначение были понятны специалисту.

Изображенные на чертежах соединения и связи между функциональными блоками и элементами могут также быть реализованы как опосредованное соединение или связь. Соединение или связь могут быть реализованы проводным или беспроводным способом.

Далее будут детально описаны способы и устройства для определения состояния емкостного преобразователя напряжения. Состояние емкостного преобразователя напряжения может ухудшаться вследствие дефектов в конденсаторах емкостного делителя напряжения. Существуют различные причины для дефектов в конденсаторах, например, проникновение влаги в изоляцию. Контроль изменения емкости во времени может способствовать тому, чтобы предотвращать невосстанавливаемый отказ емкостного делителя напряжения. Невосстанавливаемый отказ может представлять угрозу для других частей установки или для людей. Для оценки изменения емкости во времени и для локализации дефектов в конденсаторах емкостного делителя напряжения может потребоваться определить емкости конденсаторов отдельно друг от друга.

Фиг. 1 схематично показывает емкостной преобразователь 50 напряжения, который через высоковольтный вывод HV преобразователя 50 напряжения связан с высоковольтным проводом 60. Емкостной преобразователь 50 напряжения содержит два последовательно включенных конденсатора C₁ и C₂, которые образуют делитель напряжения. Первый конденсатор C₁ соединен с высоковольтным выводом HV, а второй конденсатор C₂ соединен через вывод NHF с массой 70. На соединении между первым конденсатором C₁ и вторым конденсатором C₂ предусмотрен отвод 52, с которого при работе преобразователя 50 напряжения может сниматься частичное напряжение высокого напряжения 60. Снимаемое напряжение через компенсационную индуктивность L_comp отводится на первичную обмотку трансформатора T. На вторичной обмотке трансформатора T предоставляется беспотенциальное измерительное напряжение, которое значительно меньше и пропорционально высокому напряжению на высоковольтном проводе 60 и может измеряться, например, измерительным прибором 80 на выводе 51 на вторичной стороне трансформатора T. В схематичном представлении согласно фиг. 1, трансформатор T изображен как идеальный трансформатор. Неидеальные свойства соответствующего реального трансформатора моделируются на фиг. 1 посредством сопротивления R₁ обмотки и паразитной индуктивности L₁ на первичной стороне, сопротивления R₂ обмотки и паразитной индуктивности L₂ на вторичной стороне, основной индуктивности L_h и потерь в железе R_fe.

Как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 2-4, емкости конденсаторов C₁ и C₂ могут различаться с помощью различных измерений для анализа передаточной функции (англ.: Sweep Frequency Response Analysis, SFRA - анализ отклика частоты развертки, SFRA). Эти измерения основываются на принципе частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора T. Следует обратить внимание на то, что для измерения согласно фиг. 4 вывод NHF должен быть отделен от массы. Однако это возможно только в том случае, когда вывод NHF является доступным и имеет возможность отсоединения от массы. Поэтому может быть предпочтительным определять состояние емкостного преобразователя напряжения без измерения согласно фиг. 4. При всех измерениях согласно фиг. 2-4 высоковольтный вывод HV преобразователя напряжения следует отсоединять от высоковольтного провода 60.

В показанной на фиг. 2 измерительной структуре, высоковольтный вывод HV через дополнительный провод 91 соединен с массой 70. Вывод NHF также соединен с массой 70, так что конденсаторы C₁ и C₂ параллельно включены между отводом 52 и массой 70. С помощью измерительного прибора 90, который подключается к выводу 51 на вторичной стороне трансформатора T, выполняется измерение импеданса короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора T, то есть на низковольтной стороне емкостного преобразователя 50 напряжения. Измерение импеданса короткого замыкания подробно описывается ниже.

В показанной на фиг. 3 измерительной структуре, высоковольтный вывод HV разомкнут, а вывод NHF соединен с массой 70. Между отводом 52 и массой теперь по существу включен только второй конденсатор C₂. С помощью измерительного прибора 90 выполняется измерение импеданса короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора T.

Фиг. 4 показывает измерительную структуру, в которой высоковольтный вывод HV через дополнительный провод 91 соединен с массой, а вывод NHF разомкнут, так что между отводом 52 и массой 70 по существу включен только первый конденсатор C₁. С помощью измерительного прибора 90 на вторичной стороне трансформатора T выполняется измерение импеданса короткого замыкания.

Показанные на фиг. 2-4 измерительные структуры различаются тем, что различные емкостные нагрузки действуют на первичной стороне емкостного преобразователя напряжения во время частотно-зависимого измерения импеданса короткого замыкания. На фиг. 2 конденсаторы C₁ и C₂ оба соединены с массой, так что параллельное соединение C₁ и C₂ действует как емкостная нагрузка. На фиг. 3 только конденсатор C₂ действует как емкостная нагрузка, и на фиг. 4 только конденсатор C₁ действует как емкостная нагрузка.

Как описывается далее, посредством двух различных частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, определяется отношение K_C емкостей между емкостью конденсатора C₁ и емкостью конденсатора C₂, также без знания индуктивного передаточного отношения емкостного преобразователя напряжения, которое определяется отношением вторичных и первичных чисел витков. Частотно-зависимые измерения импеданса короткого замыкания выполняются посредством сигнала тока, который имеет амплитуду, которая по существу соответствует номинальному току емкостного преобразователя напряжения или близка к этому номинальному току. Во время частотно-зависимого измерения импеданса короткого замыкания частота постепенно изменяется, например, повышается поэтапно от низкой начальной частоты до более высокой конечной частоты. Сила тока сигнала тока, то есть измерительного тока, может определяться и устанавливаться с применением информации с фирменной таблички емкостного преобразователя напряжения. Например, измерительный ток может определяться и устанавливаться на основе указанной на фирменной табличке допустимой нагрузки S_r и падения напряжения на д нагрузке U_Sr. Нагрузка может указываться как кажущаяся (полная) мощность в единицах вольт-ампер (ВА), которая образуется как произведение номинального тока, возникающего на вторичной стороне преобразователя тока, и соответствующего падения напряжения на нагрузке.

Например, резонансная частота может определяться посредством нескольких измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах. Например, частота, при которой выполняется соответствующее измерение импеданса короткого замыкания, в первом подходе повышается с грубым шагом, так что диапазон резонансной частоты может ограничиваться грубо. Во втором подходе, частота, при которой выполняется соответствующее измерение импеданса короткого замыкания, может повышаться с более точным шагом в диапазоне, который определяется в первом подходе, и тем самым резонансная частота может определяться точнее. Иначе говоря, в первом подходе может выполняться несколько измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре, а во втором подходе может выполняться несколько измерений импеданса короткого замыкания во втором частотном растре, который имеет меньший разнос частот, чем первый частотный растр.

Основой последующих рассмотрений является уравнение колебаний Томсона (уравнение 1), с помощью которого может быть рассчитана резонансная частота ω (=2πf) колебательного контура с емкостью C и индуктивностью L. В последующих уравнениях, круговые частоты обозначены как ω, а частоты колебаний как f. В тексте эти величины ω и f упрощенно обозначаются как частоты.

Уравнение 1:

Резонансные частоты могут определяться для показанных на фиг. 2-4 колебательных контуров. Резонансные частоты могут применяться, чтобы определять отношение емкостей. С помощью показанных на фиг. 2-4 колебательных контуров, из соответствующих частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания могут определяться три резонансные частоты.

Для схемы согласно фиг. 2 может определяться первая резонансная частота ω_e, которая зависит от суммы емкостей конденсаторов C₁ и C₂ согласно уравнению 2.

Уравнение 2:

Для схемы согласно фиг. 3 может определяться вторая резонансная частота ω₂, которая зависит от емкости конденсатора C₂ согласно уравнению 3.

Уравнение 3:

Для схемы согласно фиг. 4 может определяться дополнительная резонансная частота ω₁, которая зависит от емкости конденсатора C₁ согласно уравнению 4.

Уравнение 4:

Отношение K_C емкостей емкостного преобразователя 50 напряжения зависит от отдельных емкостей делителя напряжения и может определяться как частное из суммы емкостей конденсаторов C₁ и C₂ и емкости конденсатора C₁ (Уравнение 5), см. также International Standard IEC 61869-5, Sec. 3.1.528, Note 501.

Уравнение 5:

Уравнения 2-4, выведенные из частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания, могут быть вставлены в уравнение 5. Таким образом могут быть получены четыре дополнительных уравнения (уравнение 6 - уравнение 9). В уравнение 6 входят резонансные частоты ω₁ и ω_e, в уравнение 7 входят резонансные частоты ω₁ и ω₂, в уравнение 8 входят резонансные частоты ω₂ и ω_e, и в уравнение 9 входят резонансные частоты ω₁, ω₂ и ω_e. Как было описано выше, определение резонансной частоты ω₁ может быть проблематичным, так как для этого вывод NHF необходимо отделить от массы, что не всегда возможно (простым образом). Поэтому ниже главным образом рассматривается Уравнение 8, которое не зависит от измерения резонансной частоты ω₁.

Уравнение 6:

Уравнение 7:

Уравнение 8:

Уравнение 9:

Для того чтобы обеспечить с помощью емкостного делителя напряжения, состоящего из конденсаторов C₁ и C₂, по возможности низкое измерительное напряжение, пропорциональное высокому напряжению, для конденсатора C₂ может выбираться значительно большая емкость, чем для емкости конденсатора C₁, т.е., C₂>>C₁. Поэтому полная емкость C₁+C₂ в схеме согласно фиг. 2 отличается лишь незначительно от емкости конденсатора C₂. Отсюда следует, что резонансные частоты ω_e и ω₂ схем согласно фиг. 2 и фиг. 3 лишь незначительно отличаются друг от друга. Индуктивность, которая образует соответствующий резонансный контур вместе с емкостями C₁ и/или C₂, может содержать частотно-зависимую нелинейность. Поэтому индуктивность, которая образует соответствующий резонансный контур вместе с емкостью C₂ или C₁+C₂, в схемах согласно фиг. 2 и фиг. 3 по существу одинакова. Это справедливо, в частности, для уравнения 8. Рабочие точки схем согласно фиг. 2 и фиг. 3 почти идентичны, так как резонансная индуктивность в обоих измерениях по существу одинакова. Это означает, в частности, что рабочие точки нелинейной индуктивности приближенно равны, так как значения импеданса при резонансной частоте измерений (с C₂ или C₁+C₂) близки друг к другу. Уравнение 8, ввиду той же рабочей точки, является уравнением, действительным для определения отношения K_c емкостей.

Резонансная индуктивность L, которая может учитываться для раздельного рассмотрения емкостей конденсаторов C₁ и C₂, может быть получена из фирменной таблички. Резонансная индуктивность L может представлять компенсационную индуктивность L_comp, паразитные индуктивности L₁ и L₂, а также основную индуктивность L_h. Например, резонансная индуктивность L может определяться с помощью уравнения колебаний Томсона согласно уравнению 10.

Уравнение 10:

Например, резонансная индуктивность L емкостного преобразователя напряжения может определяться в зависимости от номинальных значений первого и второго конденсатора C₁ и C₂ и номинальной частоты ω емкостного преобразователя напряжения. Однако следует принимать во внимание, что абсолютные значения индуктивности, например, резонансной индуктивности L или компенсационной индуктивности L_comp, а также абсолютные значения конденсаторов C₁ и C₂ не обязательно должны быть известны или должны представлять большой интерес, так как они имеют в общем определенный допуск по отношению к техническим характеристикам на фирменной табличке. Более интересной является потенциальная разница обеих емкостей (C₁ и C₂) при различных измерениях во времени, а также динамика тренда отношения емкостей друг к другу. Поэтому требуется только, чтобы применялась та же самая индуктивность в уравнениях, которые имеют одинаковую рабочую точку. При этом не требуется знание индуктивного передаточного отношения емкостного преобразователя напряжения, т.е. как отношение K_c емкостей, так и резонансная индуктивность L емкостного преобразователя напряжения могут определяться с применением вышеуказанных номинальных значений, например, с фирменной таблички, независимо от индуктивного передаточного отношения.

Резонанс достигается в колебательном контуре, когда фазовый угол между током и напряжением достигает фазового угла 0°. При фазовом угле 0°, индуктивная и емкостная мнимые составляющие компенсируют друг друга, и остается только действительная составляющая. Частота, при которой это достигается, обозначается как резонансная частота.

Альтернативно или дополнительно, резонансная индуктивность L емкостного преобразователя напряжения, которая имеет значение для разделения C₁ и C₂, может выводиться из частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания. Например, может выполняться несколько измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах f в заданном частотном диапазоне. Частотно-зависимые измерения импеданса короткого замыкания могут выполняться на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, в то время как высоковольтный вывод HV первого конденсатора C₁ соединен с массой, как показано на фиг. 2. Альтернативно или дополнительно, частотно-зависимые измерения импеданса короткого замыкания выполняются на вторичной стороне емкостного преобразователя напряжения, в то время как высоковольтный вывод HV первого конденсатора C₁ разомкнут, как показано на фиг. 3. Эти измерения могут пониматься как измерения в последовательном резонансном контуре. Из измеренных импедансов Z_sc короткого замыкания могут определяться минимальный импеданс Z_{sc_f0}, ширина полосы B и резонансная частота f₀. Как показано в уравнении 11, минимальный импеданс Z_{sc_f0} определяется посредством первой производной импеданса Z_sc короткого замыкания по частоте f. Минимальный импеданс Z_{sc_f0} имеет место там, где первая производная импеданса короткого замыкания дает нулевое значение, или фазовая характеристика имеет переход через нуль. Эта точка также обозначается как импеданс Z_{sc_f0} при резонансной частоте f₀. Этот импеданс Z_{sc_f0} соответствует омическому сопротивлению R, так как мнимые части взаимно компенсируются. Ширина полосы B получается также из частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания. Ширина полосы B определяется посредством точек на уровне -3 дБ токовой характеристики. Разность между результирующими верхней граничной частотой f_H и нижней граничной частотой f_L на уровне -3 дБ определяется как ширина полосы B, т.е. ширина полосы B занимает частотный диапазон от f_L до f_H, в котором измеренный ток короткого замыкания лежит максимум на 3 дБ ниже максимального тока короткого замыкания. Импеданс при обеих граничных частотах f_L и f_H превышает импеданс Z_{sc_f0} на коэффициент квадратного корня из 2. Значения для резонансной индуктивности L'' и резонансной емкости C'' в уравнении 12 относятся ко вторичной стороне трансформатора T и с помощью индуктивного передаточного отношения K_IVT трансформатора T переносятся на первичную сторону, откуда получаются резонансная индуктивность L' и резонансная емкость C' на первичной стороне преобразователя напряжения.

Уравнение 11:

Уравнение 12:

Определенная таким образом резонансная индуктивность L' на первичной стороне соответствует резонансной индуктивности L, которая может учитываться для раздельного рассмотрения емкостей конденсаторов C₁ и C₂ и которая представляет компенсационную индуктивность L_comp, паразитные индуктивности L₁ и L₂, а также основную индуктивность L_h в соответствующей схеме соединений согласно фиг. 2 или согласно фиг. 3.

При выполнении частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания при соединении высоковольтного вывода HV первого конденсатора C₁ с массой согласно фиг. 2, резонансная емкость C' соответствует суммарной емкости первого и второго конденсатора C₁ и C₂. Резонансная частота f₀ или резонансная круговая частота w₀ соответствует резонансной частоте ω_e согласно уравнению 2 с учетом соответствующей резонансной индуктивности L.

При выполнении частотно-зависимых измерений импеданса короткого замыкания при разомкнутом высоковольтном выводе HV первого конденсатора C₁ согласно фиг. 3, резонансная емкость C' соответствует емкости второго конденсатора C₂. Резонансная частота f₀ или резонансная круговая частота w₀ соответствует резонансной частоте ω₂ согласно уравнению 3 с учетом соответствующей резонансной индуктивности L.

Фиг. 5 показывает результаты измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах. Детально, фиг. 5 показывает импедансы 501 измерений импеданса короткого замыкания на емкостном преобразователе напряжения согласно фиг. 2 при различных частотах и импедансы 502 измерений импеданса короткого замыкания на емкостном преобразователе напряжения согласно фиг. 3 при различных частотах. Фиг. 6 показывает соответствующие фазовые углы, которые измеряются при измерениях импеданса короткого замыкания при различных частотах. Фазовые углы 601 измерялись при измерениях импеданса короткого замыкания на емкостном преобразователе напряжения согласно фиг. 2, и фазовые углы 602 измерялись при измерениях импеданса короткого замыкания на емкостном преобразователе напряжения согласно фиг. 3. Оба измерения показывают весьма сходную характеристику изменения импеданса и фазы в зависимости от частоты. Так как емкость C₂ лишь незначительно отличается от общей емкости C₁ плюс C₂, а резонансная частота аналогична, может быть принято, что одинаковая индуктивность отвечает за резонансные явления в схемах преобразователя напряжения согласно фиг. 2 и фиг. 3. Резонансная частота емкостного преобразователя напряжения в схеме соединений согласно фиг. 2 лежит в этом примере между 49 и 50 Гц, и резонансная частота емкостного преобразователя напряжения в схеме соединений согласно фиг. 3 лежит в этом примере между 52 и 53 Гц.

Как было описано выше, в частности, уравнение 8 пригодно для рассмотрения отношения емкостей емкостного делителя напряжения, так как рабочие точки схем согласно фиг. 2 и фиг. 3 почти идентичны, так что рабочие точки также примерно равны нелинейным составляющим индуктивностей. В противоположность этому, резонансная частота схемы соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 4 лежит в явно другом диапазоне, как показывают результаты измерений на фиг. 7 и 8. Фиг. 7 показывает импеданс 701 из измерений импеданса короткого замыкания на емкостном преобразователе напряжения согласно фиг. 4 при различных частотах, и фиг. 8 показывает соответствующие фазовые углы 801, которые измерялись при измерениях импеданса короткого замыкания при различных частотах. Из фиг. 7 и 8 видно, что резонансная частота емкостного преобразователя напряжения в схеме соединений согласно фиг. 4 лежит в диапазоне от 155 до 156 Гц.

Поэтому измерения импеданса короткого замыкания на емкостном преобразователе напряжения согласно схемам соединений, как они показаны на фиг. 2 и 3, возможны, с одной стороны, без отсоединения соединения с массой от вывода NHF и, кроме того, могут гарантировать, что емкостной преобразователь напряжения в обоих случаях работает в приблизительно одинаковой рабочей точке, так что нелинейным поведением компонентов емкостного преобразователя напряжения, например индуктивностей в емкостном преобразователе напряжения, можно пренебречь.

Последующие рассмотрения основываются по меньшей мере на двух резонансных частотах из различных измерений, например, измерений импеданса короткого замыкания, согласно схемам соединений, как они показаны на фиг. 2 и 3. Резонансные частоты могут выводиться из результатов измерений импеданса короткого замыкания, например, путем интерполяции. Интерполяция может иметь некоторую неточность. Чтобы противодействовать этой неточности, может выполняться несколько измерений вокруг перехода фазы через нуль. Например, в первом подходе измерений, сравнительно широкий частотный диапазон считываться с широким шагом частоты, например, частотный диапазон от 20 Гц до 200 Гц с шагом в несколько герц, например, с шагом от 0,5 Гц до 5 Гц. Тем самым может устанавливаться приблизительный диапазон, в котором находится резонансная частота. Приблизительный диапазон включает в себя лишь несколько герц. Во втором подходе измерений, этот диапазон может считываться с меньшим шагом частоты, например, с шагом 0,1 Гц или 0,01 Гц, чтобы точнее определить резонансную частоту.

С применением уравнения 8, отношение емкостей может определяться на основе резонансных частот, определенных посредством измерений импеданса короткого замыкания, например, на основе резонансных частот ω_e и ω₂, определенных для схем согласно фиг. 2 и фиг. 3:

Уравнение 13:

Отношение K_C емкостей может лежать, например, в диапазоне 10.

На основе отношения K_C емкостей могут, например, определяться абсолютные значения емкостей конденсаторов C₁ и C₂. Прежде всего, для этого необходимо определить полную индуктивность емкостного преобразователя напряжения. Для этого могут применяться значения емкости с фирменной таблички преобразователя напряжения. На фирменной табличке емкостного преобразователя напряжения могут, например, быть указаны значения емкости для C₁ и C₂. Типовые значения равны, например, C₁=5140 пФ (+10%, -5%) и C₂=50700 пФ (+10%, - 5%). Кроме того, может указываться номинальная частота емкостного преобразователя напряжения, например, 50 Гц. Эти значения могут быть подставлены в следующее уравнение 14, откуда по меньшей мере приближенно может определяться индуктивность емкостного преобразователя напряжения. Для вышеописанного примера, индуктивность составляет, например, 180,1586 Гн.

Уравнение 14:

Фактическая емкость конденсатора C₂ может определяться затем с помощью уравнения 15 с применением резонансной частоты ω₂.

Уравнение 15:

Емкость конденсатора C₁ может определяться с применением емкости конденсатора C₂ и отношения K_C емкостей согласно уравнению 16.

Уравнение 16:

Отклонения определенных таким образом емкостей конденсаторов C₁ и C₂ от указанных на фирменной табличке значений могут определяться абсолютным или относительным образом и указываться для оценки состояния емкостного делителя напряжения на устройстве отображения измерительного прибора 90. Надежная работа емкостного преобразователя напряжения может, например, быть приемлемой, когда фактически определенные емкости конденсаторов C₁ и C₂ лежат в диапазоне допусков, указанном на фирменной табличке.

Кроме того, зависимость отношения емкостей от резонансной частоты ω_e или от резонансной частоты ω₂ может определяться и указываться для оценки состояния конденсаторов емкостного делителя напряжения. Путем взятия частной производной от уравнения 8 по резонансной частоте ω₂ может определяться зависимость отношения K_C емкостей от резонансной частоты ω₂ согласно уравнению 17.

Уравнение 17:

Также путем взятия частной производной от уравнения 8 по резонансной частоте ω_e может определяться зависимость отношения K_C емкостей от резонансной частоты ω_e согласно уравнению 18.

Уравнение 18:

Зависимость отношения емкостей от резонансной частоты ω_e или ω₂ относится также к зависимости изменения отношения емкостей относительно изменения резонансной частоты ω_e или ω₂. Эта зависимость также обозначается как чувствительность. Высокая чувствительность может способствовать тому, что также малые изменения могут явно распознаваться, и, тем самым, ухудшение состояния емкостного делителя напряжения может своевременно и надежно распознаваться. Фиг. 9 показывает чувствительность отношения K_C емкостей относительно изменения резонансной частоты ω₂, причем представление нормируется измеренной резонансной частотой, то есть, измеренная резонансная частота представляется линией 901, и чувствительность отношения емкостей графиком 902 в процентах в зависимости от изменения резонансной частоты в процентах. Фиг. 10 указывает чувствительность отношения K_C емкостей относительно изменения резонансной частоты ω_e. Также это представление нормировалось измеренной резонансной частотой, то есть, измеренная резонансная частота представляется линией 1001, и чувствительность отношения емкостей графиком 1002 в процентах в зависимости от изменения резонансной частоты в процентах.

На основе уравнения 5, зависимость или чувствительность отношения K_C емкостей от емкости конденсатора C₂ может представляться согласно уравнению 19. Из уравнения 19 видно, что чувствительность отношения K_C емкостей является постоянной также при изменении емкости конденсатора C₂.

Уравнение 19:

Также на основе уравнения 5, зависимость или чувствительность отношения K_C емкостей от емкости конденсатора C₁ может быть представлена согласно уравнению 20.

Уравнение 20:

Фиг. 11 показывает чувствительность отношения K_C емкостей относительно изменения емкости конденсатора C₂. Представление нормировалось измеренной резонансной частотой, то есть, измеренная резонансная частота представляется линией 1101, а чувствительность отношения емкостей - графиком 1102 в процентах в зависимости от изменения емкости конденсатора C₂ в процентах. Фиг. 12 показывает соответственно чувствительность отношения K_C емкостей относительно изменения емкости конденсатора C₂, причем представление нормировалось измеренной резонансной частотой. Измеренная резонансная частота представляется линией 1201, а чувствительность отношения емкостей - графиком 1202 в процентах в зависимости от изменения емкости конденсатора C₁ в процентах.

Определенный выше способ может автоматически выполняться измерительным прибором 90. Способ работы измерительного прибора 90 далее описывается со ссылкой на фиг. 13-15.

Показанный на фиг. 13 способ содержит этапы 1301-1312 способа. На этапе 1301 вводятся данные с фирменной таблички емкостного преобразователя напряжения, например, через пользовательский интерфейс оператором измерительного прибора 90 или с помощью соответствующего сканера, который сканирует фирменную табличку проверяемого емкостного преобразователя напряжения. Данные фирменной таблички могут включать в себя, например, допустимую нагрузку и падение напряжения на нагрузке при номинальной частоте, а также номинальные значения первого и второго конденсатора. Хотя описываемые далее измерения импеданса короткого замыкания выполняются на вторичной стороне трансформатора емкостного преобразователя напряжения, в этом способе не требуется знание индуктивного передаточного отношения трансформатора. На основе данных фирменной таблички, на этапе 1302 вычисляется измерительный ток, например, как описано выше с применением нагрузки и падения напряжения на нагрузке при номинальной частоте. На этапе 1303 высоковольтный вывод HV отсоединяется от высоковольтного провода 60 и связывается с массой 70, так что образуется схема соединений согласно фиг. 2. На этапе 1304 определяется резонансная частота ω_e, например, посредством нескольких измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре с последующими несколькими измерениями импеданса короткого замыкания во втором частотном растре, причем первый частотный растр имеет больший разнос частот, чем второй частотный растр. На этапе 1305 высоковольтный вывод HV отсоединяется, так что получается схема соединений согласно фиг. 3. На этапе 1306 определяется резонансная частота ω₂ посредством измерений импеданса короткого замыкания. Для этого вновь могут выполняться несколько измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре с последующими несколькими измерениями импеданса короткого замыкания во втором частотном растре, причем первый частотный растр имеет больший разнос частот, чем второй частотный растр. На этапе 1307 определяется отношение K_C емкостей, например, согласно уравнению 8. На этапе 1308 из данных с фирменной таблички определяется резонансная индуктивность L, как было описано выше со ссылкой на уравнения 10 и 14. На этапе 1309 с учетом резонансной индуктивности L может определяться емкость конденсатора C₂ согласно уравнению 15, и на этапе 1310 - емкость конденсатора C₁ согласно уравнению 16. На этапе 1311 значения емкостей конденсаторов C₁ и C₂ отображаются, например, на устройстве отображения измерительного прибора 90. Кроме того, на этапе 1312 временная динамика тренда емкостей конденсаторов C₁ и C₂ может отображаться на устройстве отображения или, например, может записываться в устройстве обработки и оцениваться на более длительном временном интервале. Для анализа тренда, емкости конденсаторов C₁ и C₂ могут регистрироваться на протяжении более длительного временного интервала и, например, передаваться в облачную память.

Показанный на фиг. 14 способ содержит этапы 1401-1411. На этапе 1401 вводятся данные с фирменной таблички емкостного преобразователя напряжения. Эти данные могут вводиться, например, через пользовательский интерфейс оператором измерительного прибора 90. Альтернативно, эти данные записываются электронным способом с фирменной таблички проверяемого емкостного преобразователя напряжения, например, посредством сканера или камеры. Данные с фирменной таблички могут, например, включать в себя допустимую нагрузку и падение напряжения на нагрузке при номинальной частоте. Хотя описываемые далее измерения импеданса короткого замыкания выполняются на вторичной стороне трансформатора емкостного преобразователя напряжения, в этом способе не требуется знание индуктивного передаточного отношения трансформатора. На основе данных с фирменной таблички, на этапе 1402 может вычисляться подходящий измерительный ток (см. этап 1302). На этапе 1403 высоковольтный вывод HV отсоединяется от высоковольтного провода 60 и связывается с массой 70. Таким образом, получается схема соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 2. Далее, на этапе 1404 определяется резонансная частота ω_e, например, как описано выше с применением двух подходов, соответственно, из нескольких измерений импеданса короткого замыкания в различных частотных растрах. На этапе 1405 высоковольтный вывод HV отсоединяется, так что получается схема соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 3. На этапе 1406 определяется резонансная частота ω₂, например, как описано выше с применением двух подходов, соответственно, из нескольких измерений импеданса короткого замыкания с различными частотными растрами. На этапе 1407 определяется отношение K_C емкостей, например, согласно уравнению 8. На этапе 1408 определяется зависимость или чувствительность отношения емкостей относительно резонансной частоты ω₂ (см. также уравнение 17). На этапе 1409 определяется зависимость или чувствительность отношения емкостей относительно резонансной частоты ω_e (см. также уравнение 18). Чувствительности отношений емкостей относительно резонансной частоты ω₂ или ω_e на этапе 1410 отображаются на устройстве отображения измерительного прибора 90. Дополнительно, на этапе 1411 временные характеристики трендов чувствительностей отношений емкостей относительно резонансной частоты ω₂ или ω могут отображаться во времени или сохраняться, чтобы оцениваться устройством обработки. Для анализа тренда, чувствительности могут регистрироваться на протяжении более длительного интервала времени и передаваться, например, в облачную память.

Показанный на фиг. 15 способ содержит этапы 1501-1511 способа. На этапе 1501 вводятся данные с фирменной таблички емкостного преобразователя напряжения. Эти данные могут вводиться, например, через пользовательский интерфейс оператором измерительного прибора 90. Альтернативно, эти данные могут записываться электронным способом с фирменной таблички проверяемого емкостного преобразователя напряжения, например, посредством сканера или камеры. Данные с фирменной таблички могут, например, включать в себя допустимую нагрузку и падение напряжения на нагрузке при номинальной частоте, а также индуктивное передаточное отношение трансформатора емкостного преобразователя напряжения. На основе данных с фирменной таблички, на этапе 1502 может вычисляться подходящий измерительный ток (см. этап 1302). На этапе 1503 высоковольтный вывод HV отсоединяется от высоковольтного провода 60 и связывается с массой 70. Таким образом, получается схема соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 2. Затем, на этапе 1504 определяется резонансная частота ω_e и ширина полосы B_e (см. также уравнение 11), например, как описано выше с применением двух подходов, из нескольких измерений импеданса короткого замыкания в различных частотных растрах. На этапе 1505 высоковольтный вывод HV отсоединяется, так что получается схема соединений емкостного преобразователя напряжения согласно фиг. 3. На этапе 1506 определяется резонансная частота ω₂ и ширина полосы B₂ (см. также уравнение 11), например, как описано выше с применением двух подходов, соответственно, из нескольких измерений импеданса короткого замыкания с различными частотными растрами. На этапе 1507 определяется отношение K_C емкостей, например, согласно уравнению 8, из резонансных частот ω_e и ω₂. На этапе 1508 определяется соответствующая резонансная индуктивность L из резонансной частоты ω_e или ω₂ (см. также уравнение 12). Кроме того, на этапе 1508 с применением соответствующей резонансной индуктивности L, соответствующей резонансной частоты ω_e или ω₂ и индуктивного передаточного отношения может определяться суммарная емкость конденсаторов C₁ и C₂ или емкость конденсатора C₂ согласно уравнению 12. Отсюда может определяться емкость конденсатора C₁. На этапе 1509 может проверяться, является ли измерение действительным, при этом определенное на этапе 1507 отношение K_C емкостей совпадает с отношением емкостей, определенным на этапе 1508 для конденсаторов C₁ и C₂. Если измерение действительно, то на этапе 1510 значения емкости конденсаторов C₁ и C₂ отображаются, например, на устройстве отображения измерительного прибора 90. Кроме того, на этапе 1511 временная динамика тренда емкостей конденсаторов C₁ и C₂ может отображаться на устройстве отображения или, например, записываться в устройстве обработки на протяжении более длительного временного интервала и оцениваться. Для анализа тренда, емкости конденсаторов C₁ и C₂ могут регистрироваться на протяжении более длительного временного интервала и передаваться, например, в облачную память.

Резюмируя, вышеописанные способы предоставляют возможность определять и наблюдать динамику тренда обеих емкостей емкостного делителя напряжения в емкостном преобразователе напряжения, чтобы делать вывод о состоянии емкостного преобразователя напряжения. Характеристика тренда представляет информацию о временном тренде емкостей конденсаторов C₁ и C₂ в емкостном делителе напряжения. Для анализа тренда емкостей, временное изменение является более информативным во времени, чем абсолютное значение емкостей. Поэтому является оправданным, применять значения емкостей с фирменной таблички, чтобы определять индуктивность L емкостного преобразователя напряжения, так как абсолютная точность значений емкости конденсаторов C₁ и C₂ не является решающей для характеристики тренда обеих емкостей. На основе полученной таким образом индуктивности L и резонансных частот ω_e и ω₂, определенных посредством измерений импеданса короткого замыкания, могут вычисляться емкости конденсаторов C₁ и C₂ и применяться в качестве опорных значений. Эти значения представляют надежную основу для контроля состояния посредством характеристики тренда.

Настоящее изобретение относится к способу для определения состояния емкостного преобразователя (50) напряжения, который на своей первичной стороне содержит емкостный делитель напряжения с первым конденсатором (C₁) и вторым конденсатором (C₂). Первый конденсатор (C₁) имеет высоковольтный вывод (HV) для соединения с высоким напряжением (60), а второй конденсатор (C₂) имеет вывод массы (NHF). Первая резонансная частота (ω_e) определяется посредством нескольких первых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) соединен с массой (70). Вторая резонансная частота (ω₂) определяется посредством нескольких вторых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) разомкнут. Определяется отношение (K_C) емкостей емкостного делителя (50) напряжения в зависимости от первой резонансной частоты (ω_e) и второй резонансной частоты (ω₂). Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений является повышение чувствительности контроля динамики изменений емкости во времени, так называемое "выявление тренда" («Trending»), что способствовует тому, чтобы предотвращать невосстанавливаемый отказ емкостного преобразователя напряжения. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ для определения состояния емкостного преобразователя напряжения, причем емкостный преобразователь (50) напряжения на первичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения содержит емкостный делитель напряжения с первым конденсатором (C₁) и вторым конденсатором (C₂), причем первый конденсатор (C₁) имеет высоковольтный вывод (HV) для соединения с высоким напряжением (60) и второй конденсатор (C₂) имеет вывод массы (NHF), причем способ включает в себя:

- определение первой резонансной частоты (ω_e) посредством нескольких первых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) соединен с массой (70),

- определение второй резонансной частоты (ω₂) посредством нескольких вторых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) разомкнут, и

- определение отношения (K_C) емкостей емкостного делителя (50) напряжения в зависимости от первой резонансной частоты (ω_e) и второй резонансной частоты (ω₂).

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- определение измерительного тока в зависимости от нагрузки емкостного преобразователя (50) напряжения и падения напряжения на нагрузке емкостного преобразователя (50) напряжения, причем несколько первых измерений импеданса короткого замыкания и несколько вторых измерений импеданса короткого замыкания выполняют при применении измерительного тока.

3. Способ по п. 1,

причем несколько первых измерений импеданса короткого замыкания включают в себя несколько измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре с последующими несколькими измерениями импеданса короткого замыкания во втором частотном растре, причем первый частотный растр имеет больший разнос частот, чем второй частотный растр, и/или

причем несколько вторых измерений импеданса короткого замыкания включают в себя несколько измерений импеданса короткого замыкания в первом частотном растре с последующими несколькими измерениями импеданса короткого замыкания во втором частотном растре, причем первый частотный растр имеет больший разнос частот, чем второй частотный растр.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- определение резонансной индуктивности емкостного преобразователя (50) напряжения в зависимости от номинальных значений первого и второго конденсаторов (C₁, C₂) и номинальной частоты емкостного преобразователя (50) напряжения, и

- определение фактического значения емкости второго конденсатора (C₂) в зависимости от второй резонансной частоты (ω₂) и резонансной индуктивности.

5. Способ по п. 4, причем резонансную индуктивность определяют независимо от индуктивного передаточного отношения трансформатора емкостного преобразователя напряжения.

6. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- определение первого минимального импеданса и первой ширины полосы посредством нескольких первых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) соединен с массой (70),

- определение второго минимального импеданса и второй ширины полосы посредством нескольких вторых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) разомкнут, и

- определение фактического значения емкости первого конденсатора (C₁) и фактического значения емкости второго конденсатора (C₂) в зависимости от первого минимального импеданса, первой ширины полосы, второго минимального импеданса, второй ширины полосы и индуктивного передаточного отношения трансформатора емкостного преобразователя напряжения.

7. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя:

- сравнение отношения (K_C) емкостей, которое определяют в зависимости от первой резонансной частоты (ω_e) и второй резонансной частоты (ω₂), с отношением емкостей, которое определяют в зависимости от фактического значения емкости первого конденсатора (C₁) и фактического значения емкости второго конденсатора (C₂), и

- определение действительности определения фактического значения емкости первого конденсатора (C₁) и фактического значения емкости второго конденсатора (C₂) в зависимости от сравнения.

8. Способ по п. 4, дополнительно включающий в себя:

- определение нескольких фактических значений емкости второго конденсатора (C₂) в различные моменты времени, и

- представление временной динамики тренда емкости второго конденсатора (C₂) на устройстве отображения.

9. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя:

- определение нескольких фактических значений емкости второго конденсатора (C₂) в различные моменты времени, и

- представление временной динамики тренда емкости второго конденсатора (C₂) на устройстве отображения.

10. Способ по п. 4, дополнительно включающий в себя:

- определение фактического значения емкости первого конденсатора (C₁) в зависимости от фактического значения емкости второго конденсатора (C₂) и отношения (K_C) емкостей .

11. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя:

- определение нескольких фактических значений емкости первого конденсатора (C₁) в различные моменты времени, и

- представление временной динамики тренда емкости первого конденсатора (C₁) на устройстве отображения.

12. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- определение нескольких отношений (K_C) емкостей емкостного делителя напряжения в различные моменты времени, и

- представление временной динамики тренда отношения (K_C) емкостей на устройстве отображения.

13. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- определение первой зависимости (δK_c/δω_e) отношения (K_C) емкостей от первой резонансной частоты (ω_e).

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий в себя:

- определение нескольких первых зависимостей (δK_c/δω_e) отношения (K_C) емкостей от первой резонансной частоты (ω_e) в различные моменты времени, и

- представление временной динамики тренда первой зависимости на устройстве отображения.

15. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- определение второй зависимости (δK_c/δω₂) отношения (K_C) емкостей от второй резонансной частоты (ω₂).

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий в себя:

- определение нескольких вторых зависимостей (δK_c/δω₂) отношения (K_C) емкостей от второй резонансной частоты (ω₂) в различные моменты времени, и

- представление временной динамики тренда второй зависимости (δK_c/δω₂) на устройстве отображения.

17. Устройство для определения состояния емкостного преобразователя напряжения, причем емкостный преобразователь (50) напряжения на первичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения содержит емкостный делитель напряжения с первым конденсатором (C₁) и вторым конденсатором (C₂), причем первый конденсатор (C₁) имеет высоковольтный вывод (HV) для соединения с высоким напряжением (60), и второй конденсатор (C₂) имеет вывод (NHF) массы, причем устройство (90) содержит:

- измерительное устройство, которое выполнено с возможностью измерения импеданса короткого замыкания с регулируемой частотой,

- управляющее устройство, которое выполнено с возможностью определять первую резонансную частоту (ω_e) посредством нескольких первых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) соединен с массой (70),

определять вторую резонансную частоту (ω₂) посредством нескольких вторых измерений импеданса короткого замыкания при различных частотах на вторичной стороне емкостного преобразователя (50) напряжения, в то время как высоковольтный вывод (HV) разомкнут, и

определять отношение (K_C) емкостей емкостного делителя напряжения в зависимости от первой резонансной частоты (ω_e) и второй резонансной частоты (ω₂).

18. Устройство по п. 17, причем устройство (90) выполнено с возможностью осуществления способа по п. 1.