Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока Советский патент 1990 года по МПК G01R17/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров конденсаторов или резисторов

на высоком напряжении.

Цель изобретения - упрощение конструкции моста при сохранении вы-.

сокой точности измерений за счет использования низковольтной образцовой меры вместо высоковольтной.

На чертеже представлена структурная схема трансформаторного высоковольтного моста переменного тока.

Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока содержит высоковольтный источник 1 напряжения,

первый переключатель 2 с подвижным 3, первым 4 и вторым 5 неподвижными контактами, второй переключатель 6 с подвижным 7, первым 8 и вторым 9 неподвижными контактами, третий пе-1 реклгочатель 10 с подвижным 11, первым 12 и вторым 13 неподвижными контактами, четвертый переключатель 14 с подвижным 15, вторым 16 и первым 17 неподвижными контактами, пятый f переключатель 18 с подвижным 19, первым 20 и вторым 21 неподвижными контактами, шестой переключатель 22 с подвижным 23, первым 24 и вторым 2 неподвижными контактами, седьмой переключатель 26 с подвижным 27, первым 28 и вторым 29 неподвижными контактами, восьмой переключатель 30 с

подвижным 31, первым 32 и вторым 33 неподвижными контактами, объект 34 измерений, первый измерительный трансформатор 35 тока с первичной 36 и вторичной 37 обмотками, второй измерительный трансформатор 38 тока с первичной и вторичной 40 обмотками, компаратор 41 токов с первой 42, второй 43, третьей 44 плечевыми и выходной 45 обмотками, высоковольтную меру 46 активного сопротивления (верхнее плечо высоковольтного делителя), дополнительную низковольтную образцовую меру 47 активного сопротивления, потенциометр 48, меру 49 активного сопротивления (нижнее плечо высоковольтного делителя), повторитель 50 напряжения, меру 51 емкости, меру 52 активного сопротивления, детектор 53 равновесия, разрядник 54.

Высоковольтная мера 46 активного сопротивления, потенциометр 48 и мера 49 активного сопротивления образуют высоковольтный делитель напряжени при этом мера 46, потенциометр 48 и мера 49 являются верхним, средним и нижними плечами этого делителя.

Высоковольтный источник 1 питания соединен с неподвижными контактами 4 и 5 первого переключателя 2 и с неподвижными контактами 8 и 9 второг переключателя 6.

Подвижный контакт 3 первого переключателя 2 подсоединен к узловой точке, связывающей между собой первый неподвижный контакт 12 третьего переключателя 10, первый неподвижный контакт )7 четвертого переключателя 14 и подвижный контакт 27 седьмого переключателя 26.

Q 5

0

0

5

5

0

5

0

Подвижный контакт 7 второго переключателя 6 подсоединен к узловой точке, связывающей между собой второй неподвижный контакт 13 третьего переключателя 10, второй неподвижный контакт 16 четвертого переключателя 14 и первый вывод первичной обмотки 36 первого измерительного трансформатора 35 тока.

Подвижный контакт 11 третьего переключателя 10 соединен с подвижным контактом 19 пятого переключателя 18, первый неподвижный контакт 20 которого связан с вторым неподвижным контактом 29 седьмого переключателя 26 и с высокопотенциальным выводом высоковольтной меры 46 активного сопротивления верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения, а второй неподвижный контакт 21 - с одним из выводов дополнительной низковольтной образцовой меры 47 активного сопротивления, другой вывод которой подсоединен к второму неподвижному контакт- ту 25 шестого переключателя 22.

Подвижный контакт 23 шестого переключателя 22 подсоединен к одному из крайних выводов потенциометра 48, другой крайний вывод которого подсоединен к высокопотенциальному выводу меры 49 активного сопротивления нижнего плеча высоковольтного делителя напряжения, а средний вывод - к входу повторителя 50 напряжения и к одному из выводов разрядника 54. Первый неподвижный контакт 24 шестого переключателя 22 соединен с вторым неподвижным контактом 33 восьмого переключателя 30 и с низкопотенциальным выводом высоковольтной меры 46 активного сопротивления.

Первый неподвижный контакт 28 седьмого переключателя 26 и первый неподвижный контакт 32 восьмого переключателя 30 подсоединены к выводам объекта 34 измерения. Подвижный контакт 31 восьмого переключателя 30 подсоединен к второму выводу первичной обмотки 36 первого измерительного трансформатора 35 тока.

Выход повторителя 50 напряжения через меру 51 емкости и меру 52 активного сопротивления подключен соответственно к второй 43 и третьей 44 плечевым обмоткам компаратора 41 токов, первая плечевая обмотка 42 которого включена параллельна вторичной

51

обмотке 40 второго измерительного трансформатора 38, а четвертая (выходная) обмотка 45 подсоединена к соответствующим выводам детектора 53 равновесия.

Вторичная обмотка 37 первого измерительного трансформатора 35 тока включена параллельно первичной обмотке 39 второго измерительного трансформатора.38 тока.

Низковольтный зажим делителя напряжения (низкопотенциальный вывод меры 49 активного сопротивления), второй вывод разрядника 54, общие выводы повторителя 50 напряжения и детектора 53 равновесия, а также вторые выводы плечевых обмотЬк 42- 44 и выходной обмотки 45 компаратора 41 токов и вторые выводы параллельно соединенных обмоток 37, 39 и 40 первого 35 и второго 38 измеритель - ных трансформаторов тока подсоединен к подвижному контакту 13 четвертого переключателя 14.

Переключатель числа витков о бмот- ки 39 второго измерительного трансформатора 38 тока и подвижные контакты 19, 23, 27 и 31 соответственно пятого 18, шестого 22s седьмого 26 и восьмого 30 переключателей механически связаны.

Устройство работает следующим образом.

Оператором при помощи регулировки выходного напряжения источника I питания устанавливается низкое напряжение, например 100В, после чего выбирается необходимая для измерений конфигурация измерительной цепи, соответствующая либо прямой либо перевернутой схемам. Для образования прямой схемы осуществляется коммутация, при которой соединяются между собой подвижный контакт 3 и первый неподвижный контакт первого переключателя 2, подвижный контакт 7 и первый неподвижный контакт 8 второго переключателя 6, подвижный контакт 11 и первый неподвижный контакт 12 третьего переключателя 10, подвижный контакт 15 и второй неподвижный контакт 16 четвертого переключателя 14. В этом случае высокое напряжение источника 1 подводится непосредственно к объекту 34 измерения, а первый вывод первичной обмотки 36 первого измерительного трансформатора 35 под51226

соединяется к общей шине (земля или корпус) всего устройства.

При необходимости производить

, измерения в условиях перевернутой схемы первый - четвертый переключатели 2,6,10,14 устанавливаются в положение, при котором их подвижные контакты 3,7,11 и 15 соединяются с соот10 ветствующими неподвижными контактами 5,9, 13 и 17. В этом случае высокое напряжение источника 1 питания подводится к объекту 34 измерений через первичную обмотку 36 первого

15 измерительного трансформатора 35 тока, а второй вывод объекта 34 измерения через контакты 3 и 5 первого переключателя подсоединеяется к общей шине устройства.

20 После выбора необходимой конфигурации измерительной цепи пятый - восьмой переключатели 18, 22, 26 и 30 устанавливают в положение, при котором их подвижные контакты 19, 23, 27

25 и 31 соединяются соответственно с вторыми неподвижными контактами 21, 25, 29 и 33, благодаря чему высоковольтная мера 46 активного сопротивления включается вместо объекта 34

30 измерения, а дополнительная низко- вольтная мера 47 активного сопротивления включается вместо высоковольтной меры 46. Одновременно с изменением положения переключателей 18, 22, 26 и 30 изменяется и положение переключа-1 теля, связанного с обмоткой 39 второго измерительного трансформатора 38 тока, число витков которой изменяется кратно отношению значений сопротив

4Q ления мер 46 и 47 активного сопротивления .

35

Далее измерительная цель приводится в состояние равновесия сначала путем выбора диапазона измерений регулировкой числа витков обмоток 40 и 42 второго измерительного трансформатора 38 и компаратора 41 токов, а затем - путем подекадного уравновешивания при помощи регулировки числа витков второй 43 и третьей 44 плечевых обмоток компаратора 41 токов. Состояние измерительной цепи в процессе уравновешивания регистрируется при помощи детектора 53 равновесия.

Уравнение равновесия по активной составляющей объекта измерений в данном случае имеет вид

+ лг ™ьъгъ±(&л+ dl KRjtjdRj + 4Ri) ±ль lii CRTfR Rj)

(1)

5

де G - расчетное значение активной проводимости высоковольтной меры 46 активного сопротивления;

AG - значение нестабильности 10 активной проводимости меры 46;

т.,,т,- число витков первой 42 и третьей 44 плечевых обмо-i ток компаратора 41 токов 15 соответственно;

тц,п2- число витков первой 36 и второй 37 обмоток первого измерительного трансформатора 35 тока соответст- 20 венио;

число витков первой 39

и второй 40 обмоток второго измерительного трансформатора 38 тока;

К. - коэффициент передачи повторителя 50 напряжения;

Л К - значение нестабильности

коэффициента передачи повторителя 50 напряжения; RO - сопротивление меры 52 активного сопротивления; R, - сопротивление дополнительной низковольтной образцовой меры 47 активного соп- 35 ротивления;

R - сопротивление потенциометра 48; Л R-- сопротивление нижнего пле25

30

ча потенциометра 48; - сопротивление меры 49

активного сопротивления; - значение нестабильности меры 49 активного сопротивления .

Затем изменяют положение потенциометра 48, осуществляют регулировку числа витков m 3 третьей плечевой об- мотки 44 компаратора 41 токов до тех пор, пока т3 не станет равным {без учета размерности) расчетному значению активной проводимости G высоковольтной меры 46 активного сопротивления. Такое состояние измерительной цели достигается при равенстве

4R4 4G +

и R3 +

ЛК

(2)

5

0

5

5

0

0

45

55

что эквивалентно устранению или, по крайней мере, резкому снижению погрешности измерений, возникающей ввиду нестабильности расчетных значений сопротивления (проводимости) мер 46 и 49 и коэффициента передачи повторителя 50 напряжения.

После этого пятый - восьмой переключатели 18, 22, 26 и 30 возвращают в исходное положение, благодаря чему на место верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения вновь устанавливается высоковольтная мера 46 активного сопротивления, а дополнительная низковольтная образцовая мера 47 активного сопротивления отключается .

Подготовленный таким образом мост используют для высокоточного измерения емкости, проводимости или танген-- са угла потерь высоковольтных объектов измерения.

Уравнение равновесия данной измерительной цепи по емкости после проведения описанной выше корректировки значений сопротивления меры 46 и меры 49 и коэффициента передачи повторителя 50 напряжения имеет вид

г IPlSiDd iSs. + (L. ft ° т1п,пэ -(R,+X+

где m- - число регулируемых в процессе уравновешивания витков второй плечевой обмотки 43 компаратора 41 токов; С0 - значение емкости меры 51

емкости.

Из сравнения уравнений равновесия (1) и (3) видно, что установленное в процессе корректировки значение 4R 2 (сопротивление нижнего плеча потенциометра 48) учитывает нестабильность общих при измерении проводимости G и емкости Сх элементов измерительной цепи: мер 46 и 49 активного сопротивления и повторителя 50 напряжения, в результате чего обеспечивается высокая точность измерений как реактивной (емкости), так и активной (проводимости) составляющих объекта измерений.

Для обеспечения высокой точности измерений чувствительность измерительной цепи, а также связанная с ней разрешающая способность по точности должны быть одинаковы как при измерениях на высоком (рабочем) напряжении, так и на низком, в условис 157

ях которого осуществляется корректировка погрешностей моста при помощи потенциометра 48 относительно опорной низковольтной дополнительной образцовой меры 47 актшжого сопротивления. Для выполнения этого условия ; значение сопротивления Rf меры 47 должно выбираться из соотношения

R У 1 иро4(4)

где U - низкое напряжение, в

условиях которого осуществляется корректировка Upaf - рабочее (высокое) напряжение, в условиях которого осуществляются измерения параметров высоковольтных объектов; R, - значения сопротивления высоковольтной меры 46 активного сопротивления. Например, при U ряЈ Ю кВ и R, 10 МОм R должно быть равно 100 кОм В этом случае измерительное напряжение, действующее на выходе повторители 50 напряжения, как при работе мое та в условиях Up«г, так и при работе моста в условиях и Кор будет составлят 10 В, т.е. чувствительность измерител ной цепи сохранится неизменной.

Для сохранения масштаба измерительного преобразователя при замене высококовольтной меры 46 с большим номинальным знасением на опорную низковольтную меру с меньшим номи-г нальным значением число витков п, первичной обмотки 39 второго измерительного трансформатора 38 тока изменяется (в сторону уменьшения) с учетом сохранения отношения

(5)

где п -, число витков обмотки 39) установленное в процессе смены мер 46 и 47 активного сопротивления. Это достигается благодаря наличию механической связи между переключателем числа витков обмотки 39 второго измерительного трансформатора 38 тока и подвижными контактами 19, 23, 27 и 31 пятого - восьмого переключателей 18, 22, 26 и 30 соответственно.

2i(1

Таким обратом, благодаря введению в структуру мостовой измерительной цепи дополнительных переключателей, потенциометра и дополнительной низковольтной обратцовой меры активного сопротивления и использования ее в качестве опорной при корректировке значения сопротивления (проводимости) замещаемой ею высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча высоковольтного делителя напряжения точность измерения увеличивается. Это дает возможность упростить конструкцию высоковольтного делителя напряжения и повторителя напряжения, т.е. упростить конструкцию моста в целом. Высоковольтная мера активного сопротивления в этом

случае может быть выполнена из соответствующим образом включенных вы- сокоомных резисторов типа С2-29 или МРХ среднего класса точности, например 0,1-0,5, что делает ее конструкцию достаточно простой.

Дополнительная низковольтная образцовая мера может быть выполнена на основе высокочастотных резисторов типа С2-61. В силу крайне незначительньгх габаритных размеров такая мера может быть легко термостатирована, что обеспечит работу данной измерительной цепи в более широком температурном диапазоне, чем это позволяют

35

известные измерительные устройства аналогичного назначения.

Формула изобретения

Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока, содержащий высоковольтный источник напряжения, компаратор токов с первой, второй, третьей и четвертой обмотками, повторитель напряжения, выход которого через образцовые меры емкости и активного сопротивления подключен соответственно к второй и третьей обмоткам компаратора токов, четвертая

обмотка которого подсоединена к соответствующим выводам детектора равновесия, четыре высоковольтных переключателя, разрядник, подсоединенный параллельно входу повторителя напряжения, два измерительных трансформато- ра тока, причем первые неподвижные контакты первого и второго переключателей подсоединены к высоковольтному зажиму источника питания, вторые

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров конденсаторов или резисторов на высоком напряжении. Цель изобретения - упрощение конструкции моста достигается путем применения низковольтной образцовой меры вместо высоковольтной. Введение в структуру измерительной мостовой цепи дополнительной низковольтной образцовой меры активного сопротивления, включение ее в качестве верхнего плеча делителя напряжения при помощи пятого и шестого переключателей и включение таким образом замещенной высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча этого же делителя в качестве объекта измерения, что осуществляется при помощи седьмого и восьмого переключателей, позволяет путем уравновешивания моста на низком напряжении и последующей корректировки результата измерений при помощи потенциометра уменьшить погрешность измерений, вносимую нестабильностью высоковольтной меры активного сопротивления верхнего плеча и меры нижнего плеча делителя напряжения и нестабильностью коэффициента передачи повторителя напряжения. Выполнение первичной обмотки второго измерительного трансформатора тока регулируемой и введение механической связи между переключателем числа ее витков и подвижными контактами пятого-восьмого переключателей позволяет сохранить неизменной чувствительность измерительной цепи при измерениях как на высоком, так и на низком напряжениях. 1 ил.