Устройство для регистрации напряжения или тока в высоковольтных цепях Советский патент 1986 года по МПК G01R15/04 

11

Ияобретенне относится к измерительной технике, н может бьт- использовано хшя измерения напряжения и тока D высоковол1)Тиьгх цепях.

Цель и:1обретения - повышение на- дежности, точности измерения и беа- опасности обслуживания за счет снижения перенапряжений п измерительных цепях Устройства и его погрешностей посредством выполнения соединительной линии между первичным измерительным преобразователем и регистрирующим прибором в виде последовательно соединенных звеньев, выполненных в виде двух параллельных, симметричных относительно земли, ветвей, снабженных допо5Н1ительным 1 iii:;o;iHbiriit делителями напряжения с заземленн1)1ми одними из входных зажимов.

На чертеже изобра:«ена. блок-схема устройства.

Устройстно содержит первичный измерительный преобразователь 1, выполненный, например, в ииде емкостного делителя )1ия, )icoKijBo:ifc rnoe плечо которого обр гзонаио ксчггимила- тором 2, а низковольтное - конд.сяса- тором 3. Один входной зажим деллгеля напряжения, образо за)П1Ый выподсзм конденсатора 2 его высоковольтного плеча, предназначен пля по.лклююнл/ контролируемой сети пысокого напряжения Иц , а второй, общий с одним из выходных за;кимов делителя напряжения, образованный И1.водом конде: - сатора 3 низкопольтного плеча, заземлен. Второй (незаземленный, пыхо/.но зажим делителя напряжения образор-ан объединеит,- выпс1Л,ам ) .;1Т1;)1Ов 2 и 3 его HMCOKoiio/ijiTiic ro и ии ч чо- вольтного гглеч, К ямлодным зажимам делителя нанряжсиил подключена сои,1,н нительная линия, вы:1олнен1 ая н виде К последооателычо сое.циненных зче- ньев, где , 2, ..., п. например двух-первого и втором.) . Кг;ж.ао звено имеет две параллельные ьегпи. Каждая из них содерж г1 вxoдн o цепочку, жп.пу измерптепьнот о 1 ;а(5еля и выходной делитель напря:«ения, ир)1чем один вывод входной цепочки соединен с началоГ 1 Ж1ин1 измеригельногс кабеля один входной выходного делител напряжении подключен к концу жш1Ы измерительного кабеля, а второй за- землен. При jro:-i первая ветвь первог звена соединительной лпн.ии включает входную цепочку, выполненную в в}ще

o

5

5

27

0 5 0 5 0 5

32J

ррзигтора А, второй вывод которой непосредственно подключен к незазем- л(. выходному зажину первичного измерительног о преобразователя 1 - емкостного детнчтолл напряжения, жилу 5 измерите:и1ного кабеля и выходной делитель напряжения, например емкост- но-омический, имеющий два плеча,

г

соединенных последовательно, одно из которых образовано резистором 6 и конденсатором 7, соединенными последовательно, а второе - резистором 8 и конденсатором 9, также соеди- ненньми последовательно. Вторая ветвь первого звена соединительной линии, параплельт1ая первой, содержит ихс дную цен -шку, вьпюлченнуы в виде конденсатора 10 и резистора 11, сое- ..тпненных последовательно, жипу 12 измерительного кабеля и выходной делитель напряжения, имеющий, как и выходной делитель напряжения первой вотви, ;1ва плеча, соединенных, после- .цовательИо, одно из которых об1зазо- .uuio резистором 13 и конденсатором 1ч, сое;,)П1е1П1ыми посд1едовательно, 1 второе - резистором 15 и конден- I . iTopOM 16, также соединенными пос- Л1. -донателЕ.но. При этом второй вывод 1.1 у.одной целочки в горой ветви непос- рс/;сгвеино соедушен с заземленньм ыходным заж.1мом первпчнот о измери- leJibHoro преобразователя 1.

Пос-гк дут-идее, второе, звено соеди- : ительной линии имеет входные цепочки, в{.1по. 1не)П1ые аналогично входной i.i,fmo4Ke второй ветви предыд тцего, lepnoro, звена сое;.1,И1{и гельной .чинии, .ричем в ;11 рвой ветви входная цепоч- ,а образована 1 С И1стором 17 и кон- , ,емса 1 ором 18, а во )П орой - резис- ором 19 а -j.jH/j,euc.:vropoM 20. В первую .4 вторую встчи второго звена соеди- иггель 1ой .jivsHHH иключон соответст- neiirio жилы 21 и 22 нз.меригелт.ного к.-1: С;.я и Р1.1ходныо, ,ели гсли напряжении, также г.ыполненньиз ан;)логично .ыхо1;ным делителям напряжения перво- 14) звена сое.цннигельной линии. При ITOM в )й ветвя одно плечо вы- кодного де..:1я напряжения образовано резистором 23 и конденсатором 24, .второе - резистором 25 и конденсатором 2fo, а во второй вогви в одно плечо выходного делит еля напряжения вк:г10чены резтютор 27 и конденсатор 28, а во второе - резистор 29 и кон- .ценсатор 30. Звенья соединительной

линии включены последовательно посредством раздельного нодключения вторых вьшодов входных цепочек последующего, второго, -зропл сордини- тельной линии к выходам выходных делителей напряжения ее предыдущего Первого, звена. К ньгходам выходпьк делителей напряжения последнего, второго, звена соединительной линии своими входными зажимами подключен регистрирующий прибор 31, например осциллограф. В качестве измерительных кабелей использованы симметричные кабели, имеющие индипндуальные экранирующие оболочки жил и общую (внешнюю) экранирующую оболочку. Экранирующие оболочки 32 и 33 жил 5 и 12 и внешняя oKpanupv jnvin оСспочка 34 измерительного кабелп перпого эвена соединительной линии электричес- ки соединены в начале и конце и заземлены в одной ТОЧКГ. Л11,Г ПГИЧИЬГМ

образом электрическн соединены между собой и заземлены экранирующие оболочки 35 и 36 жил 21 и 22 и инешпяя экранирующая оболочка 37 измерительного кабеля второго звена соединительной линии. Зазешшиие экранирующих оболочек изиер1пч;;г1. кабелей целесообразно выполнять со сто- роны, более удаленной от первичного

измерительного преобразс ателя 1. I

Изолядию внешней эгфаиируюцей оболочки измерител1 ного кябм ля ппряого эвеиа соединительной линии относи- тельно зем-пи необходимо выполнить усиленной, например, с u.n до- полнит,ельной изолир то дрй о оточки дл исключения перекрытий между внешней экранирующей оболочкой и чмериге. 1ьно- го кабеля и землей на участке, прилегающем к месту заземления первичного измерительного преоОразоиателя I, которые могут возникнуть ;)а счег повышения потенциала зазсмтнтрпя пер- вичного измерительного престОразова- теля 1 при пр(Г1ч кании через последни больших, в частности, им:; /:п:Г-. токов.

Длину измерительного кабеля пер- вого звена соедин1ггел1.,11ии линии выбирают такой, чтобы в конце его, где расположен эаэемлитель, к которому присоединены экранирующие оболочки этого кабеля и пьгходн1;1е .ас.чители напряжения первого звена, потенциал земли при протекании наибольших токо чеоез первичный измерительный преобразователь 1 бьш близок к нулю. Обычно это условие выполняется при длине измерительного кабеля первого зиепа, равной 1 )-20 м.

Устройство работает следующим образом.

Иредлагае;-11..е устройство подкдю- г.-ют к контролируемой сети высокого напряжения Ugg путем соединения с ней входного незаземленного зажима iiepn.i inoro измерительного преобразо яателя 1. Для правильной работы устройства, обеспечивающей без искажений передачу на вход регистрирующего прибора 31 исследуемого сигнала высокого напряжения U , параметры эле- u, HTOB параллельных ветвеГ звеньев

.|и ;1Ц1 ЦтеЛЬНОЙ .ЧИНИИ с УЧ(ГГОМ ПЫХОДпс го сопротнвле.иия (импеданса) пер- Бичного измерительного прс образователи 1 выбирают исходя из симметрии

;- Й го OTHOnit 1ИГГ К ЗСМ И. ПрИ

ятом параметры элементоя должны удовлетворять условиям: , ;

; f trRo;

f-Р с -с с -с . Р-Г

-с -,. -чб а емкость С рконденсатора 10 при использовании в качестве першгчного изме1;ительного преобразователя I емкостного делителя напряжения должна быть равна выходной емкости дели- те.чя, равной сумме емкостей конден- слторсг 2 и 3, образующих его высо- копольтное и низковольное плечи, т.е. C,,j.

T,iK;:i i выбор параметров указанных э трчрнтов устройства обуславливает равенство составляющих токов, проте- хакицих в жилах нзмеритель1 и- кабелей с.:1один гго;1ьчой линии, вызнанных падением напряжения на сопротивлении ззземления перви11ного измерительного преобразователя 1. Указанное равенство, в свою очередь, обеспечивает рав)1ые падения напряжения от этих coc i авляющцх токов в элементах, свя- э;;ииь;х с юпами измерительных кабелей первой и второй параллельных вет- иеи соединительной линии, ь резуль- T.ire чег о эти падения напряжения пплимно компенсиртотся на входных зажимах регистрирую1кего прибора 31 и не регистрируются им.

Кроме того, для исключения ис- ь.лженш исследуемого сигнала, выз- Вспти ьг - отражениями от ко щов измерительных кабелей соединительной ли- Н1;и 1 низковольтного иг.еча емкосткого делителя напряжения, используемого в качестве первичного измерительного преобразователя 1, параметры элементов устройства выбирают с учетом согласования их с волновыми сопротивлениями измерительных кабеле по следующим условиям:

отсутствию волн тока и напряжения, отраженных от конца измеритель- кого кабеля первого звена соединителной линии в направлении к его началу Rg(,5Zt) о .

R8-bR +0,5Z2 где Z, и 2 - волновые сопротивления цепи жила-жила измерительных кабелей первого и второго звеньев соединительной линии соответственно;

отражению волн от низковольтного плеча емкостного делителя напряже- ния, которое образовано конденсатором Cj

,5Z,,

отсутствию волн, отраженных от конца измерительного кабеля второго звена соединительной линии

.0,5 Z,,

а также отсутствию волн, отраженных от начала измерительного кабеля второго звена соединительной линии в направлении к его концу

R + RB(,5Z,) .

R«-bR,+0,5Z, -0 5Z,, Одновременно для исключеиия амплитудных и фазовых искажений сигнала, поступающего через соединительную линию на входные зажимы регистрирующего прибора 31, параметры элементов устройства выбирают с учетом равенства постоянных времени, исходя из условий

с,

R,

8 R

I-2C.,

R,,c,-,, C;,

,-2Ск, ) и d,

постоянная времени цепи на входе первой ветви пер вого звена соединительной линии;

емкости между жилами измери тельных кабелей первого и второго зве

.

ньев соединительной линии

соответственн

При указанном выборе параметров элементов устройства рег11стрируемый прибором 31 сигнал Up пропорционален исследуемому сигналу высоког напряжения и связан с ним выражением

M ii iilil

Сг ftg/R,, f Z; 0,5 Z2

CjtC, Рз(К,.5гг) R,,O.SZ

R,

i

гв

,,vO,5Zj

.,

при этом первые два сомножителя дают напряжение на конденсаторе 3 низковольтного плеча емкостного делителя напряжения при частотах, настолько высоких, что емкостными сопротивлениями элементов соединительной линии можно пренебречь, а первые три сомножителя - напряжение на выходах выходных делителей напряжения первого звена соединительной линии, т.е. в месте подключения к указанным делителям резисторе в 17 и 19 последующего, второго, звена соединительной линии.

При выполнении соединительной линии в виде одного, первого, звена параметры элементов устройства выбирают аналогично предьздущему, исходя из следующих соотношений: ...5Z,;

40

45

50

55

6( С, C,+C,2C|,,

I-

,;

10

6 - 89

При этом регистрируемый прибором 31

сипгал также пропорционален исследуемому сигналу Ugp высокого напряжения и для высоких частот, на которых можно пренебречь емкостными сопротивлениями элементов соединительной линии, может быть представ- С, Н

лен как Up« 6 с С , R.Rg

При использовании в соединительной линии одного звена входные зажимы регистрирующего прибора 31 подключают непосредственно к выходам вьгходных делителей напряжения этого звена. Вариант выполнения устройства с одним звеном соединительной линии уступает варианту с двумя звеньями лишь тем, что повышенный потенциал

7

измерительного кабеля заносится в помещение, где установлен регистрирующий прибор 31, (но не на сам прибор), что требует соответствующей изоляции концов этого кабеля.

Варианты выполнения ус1 ройстпа с числом звеньев соединительной линии большим двух, целесообразно использовать в случаях, когда сопротивления заземлений первичного измерител ного преобразователя 1 и выходных делителей напряжегшя звеньев соединительной линии соизмеримы с волновым сопротивлением цепи измерительный кабель - земля. Во втором звене соединительной линии может быть также исиользопан один несимметричный, например коаксиальный, измерительный кабель, что г озволяет регистрировать частоты до 50-100 кГц. Помимо емкостного делителя напряжения в качестве первичного измеритель ного преобразователя 1 может быть использован демпфированный напряжения, в низковольтное плечо которого последовательно включен дополнительный резистор (демпфер) с сопротивлением Rn. При этом значения сопротивлении резисторов R и R(; входных цепочек первого звена соединительной хпшпи выбирают с учетом сопротипления Нл демпфера, исходя из соотношения

,5(Z,-Rj).

Предлагаемое устройство по сравнению с извес-.тпым обладает более высокой надежностью за счет су11(ествен- ного снижения высоких потенциалов в его цепях, возникающих из-за значительного падения напряжения па сопротивлении заземлепия первичного измерительного преобразовате.чя I при протекании через )iero nMnyJibcHbrx токов, так как значение этого сопро- тиилепия заземления дпя импу;п,сных токов имеет много большую величину, чем па промышленной частоте, поскольку в 3Tot случае эффективно работают лишь б-чижаЙЕгие к месту присоединения первичного измерительного преобразователя 1 элеметы заземлителя. При этом снижение высоких потенциалов, т.е. перенапряжений, в цепях устройства достигается за счет использова- ПИЯ допол1;ительных выходных делителей напряженпя, установленных в конце каждого звена соедипител пой линии, и заземления н каждом из этих дели527328

телей одного из входных зажимов, оказывается возможным в результате вьшолнения звеньев соединительной линии (или по крайней мере первого 5 ее звена) в виде двух параллельных ветвей, симметричных относительно земли. Заземления выгодных делителей напряжения создают цепь тока для перенапряжений ветвей соединительной 10 линии относительно земли, а сами делители напряжения снижают эти перенапряжения. Кроме того, подобное заземление в конце измерительного кабеля последнего звена соединитель- 15 ной линии переводит указанный измерительный кабель для волны перенапряжения, действующей в цепи измерительный кабель-земля, в режим, близкий к короткому замыканию в его 20 конп,е, что также способствует снижению перенапряжений. В известном устройстве эта цепь практически разомкнута, что приводит к удвоению перенапряжений в конце измеритель- 25 ного кабеля, т.е. непосредственно па входных заж1-пчах регистрирующего прибора 31.

При прочих равных условиях з пред- лат аемом устройстве при вьтолнении 3Q соединительной линии из двух звеньев перенапряжения на входных зажимах регистрирующего прибора 31 по отношению к земле по сравнению с известным устройством оказываются с)1ижепными более чем на два порядка. Указа1пюе снижение перенапряжений существепно снижает вероятность пе- рекрыт п 1 и пробоев, в том числе преходящих, элементов устройства, что повьш1ает точность измерения напряжения и тока в высоковольтных цепях. Попьгление точности измерения обусловлено непосредственно и тем, что звенья соединительной линии, и прежде , всего ее первое звено, выполнены в отличие от известного устройства в виде двух параллельных ветвей, симметричных относительно земли. Это исключает дополнительную погрешность д возникающую в известном устройстве на высоких частотах из-за нгьшгчия падения папряжения на экранттрующей оболочке измерительного кабеля, обусловленного емкостным током, сте- 5 кающим С изолированной экранирующей оболочки кабеля на землю.

Снижение перенапряжений в измерительных цепях устройства позволяет

5

9

значительно повысить и безопасность его обслуживания, в том числе и за счет заземления корпуса регнстрирую- щего прибора 31, который в известном устройстве как правило, не зазем ляется для предотвращения перекрытий между измерительньм кабелем и корпусом регистрирующего прибора.

Использование предлагаемого устройства позволяет существенно повысить точность информации об электрических воздействиях на высоковольтное оборудование, в частности о перенапряжениях, что дает возможность правильного выбора его изоляции и предотвращает возможные аварии высоковольтного оборудования из-за недостаточного уровня изоляции, снижает его стоимость, которая определяется в основном затратами на изоля- щйо.

Формула изобретения

Устройство для регистрации напряжения или тока в высоковольтных цепях, содержащее первичный измерительный преобразователь, первый выходной зажим которого заземлен, регистрирующий прибор и соединительную линию, имеющую первую ветвь с включенными в нее входной цепочкой и жилой измерительного кабеля, начало которой соединено с первым выводом входной цепочки, пр1тчем входные зажимы регистрирующего прибора связаны с выходом соединительной линии, второй вывод входной цепочки в первой ветви соединительной линии подключе1 к второму, незаземленному, выходному

Составитель С. Вейский Редактор О. Бугир Техред И.Верес Корректор М. Демчик

,-.-..-.««.. - -.-,-. - --.- - --- - ----- - ..-..в. - - - -...-.-- - - - -- - - .--.

Заказ 4619/47 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

25273210

зажиму первичного измерительного преобразователя, а входная цепочка первой петви выполнена в пиде резистора, отличающееся тем.

20

5 что, с целью повышения надежности, точности измерения и безопасности обслуживания, соединительная линия выполнена в виде N звеньев, где N - 1, 2, ..., п , соединенных последо10 вательно, имеющих две параллельные ветви, каждая из которых, как и первая, включает в себя одну входную цепочку и одну жилу измерительного кабеля, начало которой соединено с

5 первым выводом входной цепочки, а в каждую ветвь дополнительно введен выходной напряжения, один входной которого соединен с концом жилы измерительного кабеля, а другой заземлен, вторые выводы входных цепочек последующего звена соединительной линии раздельно подключены к выходным зажимам выходных делителей напряжения ее предыдущего звена, а входные зажимы регистрирующего прибора непосредственно присоединены к выходным зажимам выходных делителей напряжения последнего звена гоединителън1;1Й линии, входная цепоч30 ка второй ветви, образующей с параллельной ей первой ветвью первое звено сосдш1итель ой линии, и входные цепочки последующих звеньев соедини- тельной линии выполнены каждая в виде

2 резистора и конденсатора, соединенных последователыш, причем второй вывод входной цепочки второй ветви первого звена соединительной линии подключен к заз мленно 1у вьг :одному зажиму пер- вично измeгитeл нoгo преобразователя.

25

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряжения и тока в высоковольтных цепях. Цель изобретения - повьписпие н.адеж- ности, точности измерения и безопасности обслуживания . Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, регистрирующий прибор 31, соединительную линию, имеющую первую ветвь, в которую включены входная цепочка (резистор 4) 33 W и жила 5 измерительного кабеля. Сое- динитель}1ая линия выпохп ена в виде N звеньев, где N 1, 2, . . . , d , имеющих две параллельные ветви, каждая из которых включает в себя одну входную цепочку и жилу измерительного кабеля. В каждую ветвь введен выходной делитель напряжения (ВДН). БДИ может быть емкостно-ом 1ческим, имеет два плеча, одно из которых образовано резистором, например 6, и конденсатором 7, а второе - резистором 8 и конденсатором 9. Вторай ветвь первого звена соединительной линии содержит входную цепочку из элементов 10 и II, жилу 12 измерительного кабеля ВДН из элементов 13 и 14. Аналогично выполнены все N звеньев. В качестве измерительных кабелей использованы симметричные кабели, имеющие индивидуальные экранирующие оболочки (например 32, 33) жил (5, 12) и внешнюю экранирующую оболочку (34). Цель достигается за счет снижения перенапряжений в измерительных цепях устройства и его погрешностей. I ил. i (Л / /7 3t К 37