Устройство для измерения частичных разрядов Советский патент 1992 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в приборах, предназначенных для обнаружения скрытых дефектов в диэлектриках конденсаторов, силовых кабелей, трансформаторов и т.д. посредством измерения частичных разрядов.

Известны устройства, обеспечивающие электрические методы измерения частичных разрядов, состоящие из фильтра верхних частот, усилителя и индикаторного устройства, в которое могут входить дискриминатор, импульсный вольтметр, счетчик и осциллограф.

К недостаткам указанных устройств относятся низкая помехозащищенность от импульсных помех, трудность защиты от сетевых помех при низкой частоте среза фильтра верхних частот, а также помех, генерируемых диэлектриком, характерных при измерении частичных разрядов оксидных конденсаторов

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, обеспечивающее лучшую помехозащищенность за счет сужения полосы пропускания, содержащее источник постоянного напряжения, измерительную схему, усилитель, полосовой фильтр и индикаторное устройство. Полоса пропускания фильтра может достигать 10 кГц.

К недостаткам известного устройства относятся искажение формы импульса вследствие сужения полосы пропускания, что значительно снижает точность измерения амплитуды импульса, сложность перестройки колебательной системы, что очень принципиально при измерении частичных разрядов при разных номинальных емкостях, а также недостаточная помехозащищенность (даже самая узкая полоса имеет ширину 10 кГц)

VI

СП

GS Ю

ON

Целью изобретения является повышение помехозащищеннсти.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения частичных разрядов конденсаторов; на фиг, 2 - структурная схема цифрового секвентного фильтра.

Устройство содержит источник 1 напряжения, апериодическую измерительную схему 2, усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, цифровой секвентный фильтр Уолша 5 и индикаторное устройство 6.

Цифровой секвентный фильтр включает массив параллельных сдвиговых регистров 7, инвертор 8. сумматоры 9 - 12 и регистр 13.

Устройство работает следующим образом.

Частичный разряд, возникающий под действием источника 1 в емкости С апериодической измерительной схемы 2, выделяется на резисторе R. Далее импульс частичного разряда поступает на логарифмический усилитель 3, на выходе которого он приобретает форму, близкую по виду к форме ступенчатого импульса. Спектр такого импульса в базисе Уолша состоит из двух составляющих wal(O ,v) и sal(1,v), причем амплитуды обеих составляющих равны. В блоке 4 ступенчатый импульс частичного разряда дискретизируется и квантуется и в таком виде поступает на цифровой секвентный фильтр 5. Количество отсчетов, которое должно быть снято в течение длительности импульса, должно соответствовать половине размерности базисной системы Уолша, а размерность базисной системы, в свою очередь, должна быть достаточной для представления как самого импульса частичного разряда, так и отфильтрованных помех. Например, если размерность базисной системы N составляет 16 функций, то в течение длительности импульса г должно быть снято 8 отсчетов. Отсюда легко определяется период дискретизации At: 2т

At

TrПолное время преобразования АЦП должно быть меньше периода дискретизации. На выходе цифрового секвентного фильтра 5 выделяется начальный участок импульса частичного разряда в виде цифровых отсчетов треугольного импульса, максимальная амплитуда которых соответствует амплитуде частичного разряда. Цифровые отсчеты поступают далее на индикаторное устройство 6. Шкала индикаторного устройства должна быть логарифмической, так как в усилителе 3 импульс частичного разряда

O

5

подвергается нелинейному (логарифмическому) преобразованию.

Цифровой секвентный фильтр 5 работает следующим образом.

Так как момент возникновения частичного разряда - случайная величина, фильтрация осуществляется в скользящем режиме. Кроме того, так как амплитуды спектральных составляющих ступенчатого импульса равны, достаточно осуществлять фильтрацию лишь одной составляющей. Для нахождения амплитуды частичного разряда эта составляющая в последующем умножается на 2. Таким образом, алгоритм фильтрации описывается следующим математическим выражением:

,(t)2 X uBX(t)sals(t,v),

U

ВЫХ1

п 0

0

5

0

5

0

5

0

5

где (1.v)- скользящая функция Уолша (s

-slip).

Для осуществления скольжения в цифровом виде достаточно проводить вычисления по, полной форме после каждого вводимого отсчета. Полная форма вычислений для цифровых сигналов представлена следующим математическим выражением:

fc + i(1)fnrfP (01- 2Х(1) + X(N + 1) + 4(1)3,

где d(K+i) (1) - текущее выходное значение фильтра;

dK(1) - предыдущее выходное значение фильтра;

Х( 0 ). X(N-H / 2),X(N+1) - отсчетные значения.

По тактовому импульсу массив отсчет- ных значений, расположенных в сдвиговых регистрах 7, сдвигается на одну позицию вправо, т.е. отсчет из регистра N переходит в регистр N+1, из регистра N-1 - в регистр N и т.д. При этом значение, измеренное АЦП, заносится в регистр 0, после чего происходит очередной запуск АЦП. Таким образом осуществляется синхронизация работы АЦП и цифрового секвентного фильтра 5. После сдвига новый отсчет X(N+1 / инвертируется в инвенторе 8, суммируется с N+1 в сумматоре 10 и сдвигается монтажно на один разряд вправо (формируется значение

-2X(N+1, /2).Результат суммы отсчетов Х(0) и X(N+1), которая образуется в сумматоре 9, поступает на сумматор 11, где суммируется со значением, хранимым в регистре 13. Сумматор 12 осуществляет суммирование выходного значения сумматора 11 и выходного значения сумматора 10, сдвинутого монтажно на один разряд. С приходом очередного тактового импульса результирующее значение сумматора 12 заносится в регистр 13 и весь цикл работы фильтра повторяется. Значение регистра 13, сдвинутое монтажно на п разрядов влево, поступает на выход цифрового фильтра.

Использование изобретения позволяет получить оптимальную фильтрацию частичных разрядов, обеспечивая максимальную помехозащищенность устройства для измерения частичных разрядов, а также универ- сальность измерений, заключающуюся в ликвидации необходимости регулировки схемы при измерении частичных разрядов при различных номинальных емкостях.

Ф о р му л а и з о б рете н и я

1.Устройство для измерения частичных разрядов, содержащее источник напряжения, апериодическую измерительную схему, усилитель, индикаторное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены аналого-цифровой преобразователь и цифровой секвентный фильтр Уолша, включенные между усилителем и индикаторным устройством, а усилитель, выпол- ненный как логарифмический, включен на выходе апериодической измерительной схемы.

2.Устройство по п. 1,отличающеес я тем, что цифровой секвентный фильтр Уолша содержит массив параллельных

сдвиговых регистров Х(0)x(N+2), включенных последовательно, и арифметико-логическое устройство, состоящее из инвертора, четырех сумматоров и регистра, причем входы первого сумматора соединены с выходами регистров Х(0) и X{N+1), выход регистра X(N+1 /2) соединен с входом инвертора, выход которого соединен с первым входом инвертора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, младший разряд второго входа второгq сумма тора соединен с шиной питания, а старшие разряды - с общей шиной, выход второго сумматора соединен с первым входом третьего сумматора, выходные разряды второго сумматора сдвинуты на один разряд по отношению к входным разрядам третьего сумматора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом четвертого сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а второй вход - с выходом регистра, выход третьего сумматора соединен с входом регистра, второй вход четвертого сумматора, сдвинутый на п разрядов, выполняет роль выхода цифрового секвентного фильтра Уолша. роль входа цифрового секвентного фильтра Уолша выполняет вход регистра Х(0), вход тактовых сигналов цифрового секвентного фильтра Уолша подключен к синхровходам всех регистров.

Изобретение может быть использовано для измерений частичных разрядов при обнаружении дефектов в электротехническом оборудовании. Целью изобретения является повышение помехозащищенности измерений частичных разрядов. Устройство содержит источник напряжения, апериодическую измерительную схему с логарифмическим усилителем, аналого-цифровой преобразователь, цифровой секвентный фильтр Уолша и индикаторное устройство. Цифровой фильтр выделяет составляющую Sal(1 ,v) - скользящую функцию Уолша. 2 ил.

Фиг1