Способ измерения параметров RC-двухполюсника Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

1

(21)4399153/21

(22) 29.03.88

(46) 15.09.91. Бюл. №34

(71)Читинский политехнический институт

(72)А.Г.Машкин и А.В.Кудрявцев (53)621.317.70803(0888)

(56)Авторское свидетельство СССР N 892347.кл G 01 R 27/02,1979

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ RC-ДВУХПОЛЮСНИКА

(57)Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения свойств сложных диэлектрических систем и электроизоляционных конструкций, в том числе кабелей, силовых конденсаторных батарей, электромашин и аппаратов, горных пород и т.д , а также для контроля состояния изоляции электрических кабельных сетей, сетей постоянного тока, кабельных линий связи, в

частности для определения способности изоляции изменять свойства при одновременном действии комбинированного постоянного переменного напряжения. Целью изобретения является обеспечение измерений параметров RC-двухполюсников с абсорбционными свойствами На вход исследуемого RC-двухполюсника подают изменяющееся напряжение и изменяют полный ток утечки и активную составляющую полного тока утечки, по которым определяют искомый параметр В качестве изменяющегося напряжения используют знакочередующееся напряжение прямоугольной формы, активную составляющую полного тока утечки измеряют по величине действующего значения первой гармоники изменяющеюся напряжения, измерение проводят дополнительно при воздействии постоянного напряжения, а также комбинированного постоянного и изменяющегося Зил

СО

с

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено в основном для определения свойств сложных диэлектрических систем и электроизоляционных конструкций, в том числе кабелей, силовых конденсаторных батарей, электромашин и аппаратов, горных пород и т.д., а также для контроля состояния изоляции электрических кабельных сетей, сетей постоянного тока, кабельных линий связи, в частности, для определения способности изоляции изменять свойства при одновременном действии комбинированного постоянного переменного напряжения.

Цель изобретения - повышение точности при измерении параметров RC-двухполюсников с абсорбционными свойствами

На фиг 1 приведена функциональная электрическая схема устройства для измерения параметров RC-двухполюсника, реализующего способ измерения параметров RC-двухполюсников, на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу отдельных блоков устройства; на фиг.З-схема замещения RC-двухполюсника с абсорбционными характеристиками, где I-величина полного тока утечки, 1а, -соответственно активная и реактивная составляющие полного тока утечки, 1СКв - ток сквозной провоо

XI

VJ ( ел ю

димости, I абс, Icr - абсорбционная и емкостная составляющие тока смещения 1См, 1аабс, Трабс - активная и реактивная составляющие тока абсорбции, ROM - омическое сопротивление двухполюсника, обратная величина сквозной проводимости G НабсСи,,,) - активное сопротивление току абсорбции, обратное по величине активной проводимости току абсорбции Ga6c(U), Ca6c(LL), Cr - соответственно абсорбционная и геометрическая емкости двухполюсника. Активное сопротивление и активная проводимость двухполюсника определяется соответственно

RHS -

Re

Ra6c

ROM -Ь Ra6c

D ROM R a6c(y

ROM Ь R абс()

Сиз Ga6c + G

u/г2 + 1

+ G ;

С ,м () + C

СизН2 2

UTT,+ 1

Устройство для измерения параметров RC-двухполюсников включает генератор 1 прямоугольных знакочередующихся импульсов, разделительный фильтр 2 по постоянному току, двухполюсник 3, резистор 4, импульсный усилитель 5, активный фильтр б по первой гармонике прямоугольных импульсов, измерительный выпрямитель 7, преобразователи 8.1, 8,2 напряжения в код; блоки 9.1, 9.2 ввода и вывода; источник 10 постоянного тока; разделительный фильтр 11 переменного тока, резистор 12, усилитель 13 постоянного тока, блок 14 памяти, арифметический логический блок 15 вычитания, блок 16 регистрации, ключ 17 включения генератора 1, ключ 18 включения источника постоянного тока, переключатель 19 регистрируемых величин.

Генератор 1 соединен через фильтр 2 с RC-двухполюсником З, второй вход которого соединен с общей шиной через ключ 17 и резистор 4 с общей шиной, выход ключа 17 соединен с входом усилителя 5, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход усилителя 5 последовательно соединен с фильтром 6, выпрямителем 7, пробразова- телем 8.1, блоком 9.1, первым входом блока 14. Выход источника 10 через фильтр 11 соединен с входом RC-двухполюсника З, а также через ключ 18 и резистор 12с общей шиной. Выход ключа 18 соединен с входом

усилителя 13, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход усилителя 13 последовательно соединен с преобразователем 8.2, блоком 9.2 и вторым входом блока

Выходы преобразователей 8.1, 8.2 соединены с вторым и третьим входами пере0 ключателя 19,

По способу-прототипу измерению подлежит величина не активного, а омического сопротивления двухполюсника (так как релаксационная составляющая тока утечки

5 связывается только с величной релаксационной емкости без учета потерь), если момент времени измерения выбран по крайней мере в пять раз большим, чем постоянная времени затухания тока абсорб0 цми на участках фронта и среза импульса напряжения, в противном случае измеряется кажущееся значение омического сопротивления, величина которого носит случайный характер при переходе от одного

5 объекта измерения к другому. При использовании известного способа для измерения абсорбционной емкости у объектов с большим значением тангенса угяа диэлектриче- сктих потерь, величина измеряемой

0 емкости будет определяться с большой погрешностью вплоть до полной неопределен ности и тем самым это измерение не будет обладать практически никакой информативной ценностью для определения парамет5 ров и свойств RC-двуполюсников с абсорбционными характеристиками.

По изобретению помимо величины омического сопротивления (проводимости), которое характеризует проводящие свойства

0 двухполюсника и определяет активные потери от переноса свободных зарядов (омические потери), измерению подлежит величина активного сопротивления току абсорбции, которая характеризует диэлектри5 ческие свойства двухполюсника и определяет активные потери от различного вида низкочастотных миграционных поляризаций (диэлектрические потери), а также величина активного сопротивления, кото0 рое определяет все активные потери в двухполюснике при его работе на переменном напряжении, которые определяются как при действии одного переменного, так и комбинированного напряжения. Это связа5 но с тем, что при действии на RC-двухполюс- ник с абсорбционными характеристиками синусоидального напряжения с круговой частотой ш и амплитудой U через него будет протекать активный ток величиной соответственно при одном переменном и комбинированном напряжении

+ 1

la(-)U

/ So т2 Wz2

аЯт(Д+1

+ G

+ G),

где S, S(-) - начальное значение проводимости без и при постоянном напряжении, г, ц-) - постоянная времени затухания тока абсорбции без и при постоянном напряжении; G - сквозная проводимость, по величине обратная омическому сопротивлению двухполюсника G 1/R0M. Этот ток определяется двумя составляющими 1а 1аабс+1скв; Ia() Jaa6c(-)+JCKB, где Таабс, 1аабс(-) активная составляющая тока абсорбции и при постоянном напряжении; |Скв - ток сквозной проводимости.

Поэтому по величине активной составляющей тока абсорбции можно судить об активном сопротивлении току абсорбции, по сопоставлении величин Рабс и Набс(-) об управляющем действии постоянного тока

Ra6c U/laa6c; Ra6c(-)U/iaa6c(-)

по величине тока сквозной проводимости - об омическом сопротивлении ROM U/ICKB.

Устройство для измерения параметров RC-двухполюсников работает следующим образом.

Выработанные генератором прямоугольных импульсов 1 прямоугольные знакочередующиеся импульсы напряжения после включения ключа 17 через разделительный фильтр 2 подаются на вход измеряемого RC-двухполюсника З. С резистора 4 на вход усилителя 5 подается напряжение, пропорциональное полному току утечки RC- двухполюсника 3

Щ kll(Se л1Ъ + G),

где t - время затухания абсорбционного процесса; k - постоянная, определяемая параметрами разделительного фильтра 2 и резистора 4; U - амплитуда прямоугольных импульсов генератора 1. С выхода усилителя 5 на входы активного фильтра 6 первой гармоники подается усиленное напряжение, пропорциональное полному току утечки RC-двухполюсника:

Us kiU( G),

где ki - постоянная, определяемая параметрами присоединительного фильтра 2 и усилителя 5. В этом случае на выходе активного

фильтра 6 первой гармоники сформируется синусоидальное напряжение с амплитудой (фиг.2):

5i/2ft/rt

U6 4k2U/ (Se t/6 + G)sin(27rft)dt

4k2U ( V й/V-M

t/e+ fG

со/

1/2f

где ka - постоянная, определяемая параметрами присоединительного фильтра 2, резистора 4, усилителя 5 и активного фильтра 6. 15 В случае, если 2f ,то

it -4k2U / , . U6 -- / + с

Wr + 1

Следовательно, для конкретных условий измерения, когда k2 и U постоянные, амплитуда переменного напряжения Кб определяется активной проводимостью RCдвухполюсника.

Измерительный выпрямитель 7 выпрямляет и формируется из синусоидального сигнала с амплитудой Ue постоянный, величина которого пропорциональна активчой проводимости RC-двухполюсника:

., 4 к2 k3 U r U- -оиз

Я

или

U4 k2 U л: 4 к2 U я

Сиз - Си

40 rA6k3 4k2U

постоянная, определяемая

параметрами выпрямителя 7.

Постоянное напряжение, сформированное измерительным выпрямителем 7, подается на вход пробразователя 8.1.

5 напряжения в код. С выхода преобразователя 8.1 пачка импульсов подается на вход блока 16 регистрации, через переключатель 19 регистрируемых величин. После достижения стабильного показания Сиз на блоке

0 регистрации с помощью блока ввода-вывода 9 значение величины вводится в блок 14 памяти. Затем к измеряемому RC-двухпо- люснику 3 подключается источник 10 постоянного тока через разделительный

5 фильтр 11 переменного тока ключом 18. Напряжение, снимаемое с резистора 12, подается на вход усилителя постоянного тока, пропорционально сквозному току и абсорбционному току утечек и после усиления усилителем 13 на вход преобразователя 8.2

напряжения в код поступает напряжение, которое пропорционально величине омической (сквозной) проводимости G двухполюсника 3:

Ui3 k4l)- (Se -Щ G),

где U-- напряжение источника постоянного тока; k4 - коэффициент, зависящий от параметров источника 10 постоянного тока, резистора 12 и усилителя 13. Изменяя параметры вышеперечисленных элементов, добиваются равенства М 1/U-. Величина Se t т становится весьма малой по сравнению с G. Пачка импульсов с выхода преобразователя 8.2 поступает на вход блока 16 регистрации через переключатель 19. При достижении постоянных показателей G на входе 16 регистрации с помощью блока 9.2 ввода-вывода значение ввеличины G вводится во вторую ячейку блока 14 памяти, затем посредством блоков 9.1,9.2 ввода-вывода величины Сиз и G выводятся на входы арифметического логического блока 15 вычитания, а результат вычитания выводится через переключатель 19 на вход блока 16 регистрации, который отображает величину Сабе, затем после стирания в первой ячейке блока 14 памяти величины Сиз туда вводится величина Сиз(-), которая при переключении переключателя 19 на регистрацию величин Сиз отображается на блоке 16 регистрации, а при выводе величины Сиз(-) блоком ввода- вывода 9 на арифметический логический блок 15 вычитания и переключении пере- ключателя 19 на регистрацию величины Сабе на блоке 16 регистрации отобразится величина Ga6c(-) Сопоставляя величины Сабе и Сабс(),можно судить об управляющем действии постоянного напряжения на качество параметров RC-двухполюсника. Если С«Си то судить об управляющем действии постоянного напряжения можно путем сопоставления Сиз И Сиз(-).

При реализации изобретения возможно определить нелинейную зависимость активных параметров RC-двухполюсника от напряжения и частоты, униполярного эффекта и оценить эффективность,управления постоянным напряжением, в зависимости от полярности, качеством изоляции. Так, например, изменяя амплитуду напряжения генератора прямоугольных импульсов от 0 до

Умакс можно найти зависимость активных параметров от напряжения Сиз(и). Ga6c(U) и G(U), а также GM3(-XU), Ca6c(-)(U).

Напряжение, генерируемое генератором 1, можно изменять как по амплитуде, так и по частоте, одновременно можно изменять частоту пропускания активного фильтра. Также можно регулировать величину напряжения источника 10 постоянного тока и изменять его полярность. Формула изобретения Способ измерения параметров RC- двухполюсника, включающий подачу на вход исследуемого RC-двухполюсника изменяющегося напряжения и измерение полного тока утечки, активной составляющей полного тока утечки и определении по результатам измерения искомых параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении параметров RC-двухполюсников с абсорбционными свойствами, в качестве изменяющегося напряжения используют знакочередующееся напряжение прямоугольной формы, измерение активной составляющей полного тока утечки проводят по величине действующего значения первой гармоники изменяющегося напряжения, дополнительно измеряют активную составляющую полного тока Ja(-); 1з(+) утечки при подаче на вход исследуемого RC- двухполюсника параллельно изменяющемуся напряжению постоянного напряжения соответственно отрицательной и полржи- тельной полярности, а через время затухания абсорбционного процесса измеряют компоненту активной составляющей полного тока утечки - ток 1Скв сквозной проводимости при подаче на вход исследуемого RC-двухполюсника постоянного напряже- ния и определение активной составляющей

ТОКа 1абс, 1абс(+); 1абс(-) абсорбции СОответствующих соответственно полным токам 1а; 1а(+); а(-) по формулам

1а - активная составляющая полного тока утечки; 1абс 1а - 1скв;

1аабс(-)1а(-)- 1скв, Iaa6c((+)- JCKB,

причем частоту F следования импульсов знакочередующегося импульсного напряжения выбирают из условия F -к-, где тпостоянная времени затухания тока абсорбции.

LI

a

1

10

J

Ю-

tf

Ш-пМ.

v

Vstf

V9&

&

т

ZJ

I

M

7Д

I

15

М4

tr

/

Физ.1

фиг. Z

J

Icn

ад

Габс.

OM

Rrtcfu) r Cr Т

IQ.

0t/aJ

Icr

7рабс