УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ НАНРЯЖЕНИЯ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЦЕПЯХ Советский патент 1970 года по МПК G01R13/40 

Настоящее изобретение относится к электроизмерительной технике н может быть использовано в технике высоких наирялсенпй для дистанционного измерения напряжения неременного и постоянного токов в электрических цепях, находящихся под высоким потенциалам относительно земли.

Для измерения напряжения в цепях переменного и постоянного токов применяют устройства, основанные на передаче информации с высокого потенциала на потенциал земли с помощью световых лучей.

В основном авт. св. № 240836 онисано аналогичное измерительное устройство, состоящее из двух, расположенных на больщом изоляционном расстоянии, конструктивно не связанных между собой частей - высоковольтной и низковольтной.

Высоковольтная часть установлена на стороне высокого напряжения, вблизи исследуемого объекта, и содержит делитель напряжения, модулятор света, соединенный с делителем, н уголковый отражатель.

Низковольтная часть - приемно-иередающая система - установлена на потенциале земли и содержит источник света (лазер), оптическую насадку, фотоприемник и выходной измерительный прибор. Онтическая насадка содерлшт поляризационную призму-анализатор, установленную в ноложении максимального пропускания по отнощению к падающему на нее линейно-поляризованному излучению, фазовую пластину, телескопическую систему, лппзу, световод, светофильтр.

Известные устройства позволяют получить достаточно высокую точность измерения, но требуют применения высокостабильных элементов схемы.

Таким образом, точность и чувствительность

устройства находятся в прямой зависимости от стабпльностп параметров схемы. Ошнбк; и пз.мепение чувствительности, обусловленные нестабильностью параметров схемы, нельзя устранить одно11 стабилизацией напряжения; питающего электронные цепп н псточннк света, так как в условиях реальной эксплуатации чувствительность прпемника может изменяться вследствие старения (утомления) ФЭУ, ослабления излучения лазера, уменьщения

прозрачности светового канала вследствие запыления оитической системы, температурного дрейфа рабочей точки модулятора.

С целью повыщения стабильности устройства и точности из.мерения в схему описываемого устройства введена система автоматической иодстройкп чувствительности, содержащая реле времени, управляющее работой датчика допускового контроля, установленного в цепи фотоириемника, и электрооитичеНИКОМ света п фотореле, включенным в цепи модулятора. Вход усилителя системы автоподстройки включеи в цепь упомянутого датчика, а выход соединен с регулятором интеисивности светового потока, выполненным, например, в виде серводвигателя и оптического клина, установленного между источником света и поляризационной призмой. На чертеже показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства, состоящего из двух, расположенных на больщом изоляционном расстоянии, конструктивно не связанных между собой частей - высоковольтной и низковольтной. Высоковольтная часть установлена на стороне высокого напряжения, вблизи исследуемого объекта, и содержит делитель напряжения (на чертеже не показан), модулятор I света, соединенный с низковольтным нлечом делителя, и уголковый отражатель 2. Если амплитудиые значения измеряемого напряжения не превышают рабочее нанряжеИИе модулятора, иоследний нодключается к исследуемой цепи непосредственно. Ннзковольтная часть - приемно-иередающая система - установлена на потенциале земли и содержит источник света (лазер) 3, в частности, оитический квантовый генератор (ОКГ) непрерывного видимого излучения, оптическую насадку 4, фотоприемник 5 и выходной измерительный индикатор 6. Оптическая насадка 4 содержит поляризационную призмуанализатор 7, установленную в положении максимальиого пропускания по отношению к надающему на нее линейно-иоляризованному излучению, фазовую нластину 8, телескопическую систему Я линзу 10, световод //, светофильтр 12. Кроме того, в схему устройства входят: фотореле 13 с н. р. контактами 14, обеспечивающее отключение модулятора / от источника измеряемого нанряжения путем замыкания модулятора накоротко; сонротивлеиие 15, ограиичивающее ток короткого замыкания при замыкании контактов 14; датчик 16 допускового контроля, обеспечивающий сравнение контролируемого и опорного сигналов, причем состоянию коитролируемого сигнала «в норме соответствует отсутствие сигнала, а состоянию «не в норме - наличие сигнала на выходе датчика; усилитель 17, усиливающий сигиал на выходе датчика допускового контроля и вызывающий срабатывание регулятора светового иотока;оптический клин 18, изменяющий интенсивность светового иучка /5; электрооптический затвор 20, управляющий интенсивностью светового потока 21; источник 22 питания, управляющий действием электроонтического затвора 20 серводвигатель 27, управляющий положением оптического клина 1&. Фотореле 13 расположено в корпусе модулятора света. Для управления действием фотореле может быть использован обратный пучок (нерабочий) 21 лазера .3 или самостоятельный источник света с поляризатором. Устройство работает следующим образом. Свет от когерентного источника (лазера) 3 формируется в оптической насадке 4 в щирокий пучок параллельных лучей и через воздушный промежуток поступает в модулятор / света, к которому прикладывается измеряемое напряжение от делителя папряжения. Под действием приложенного напряжения в модуляторе изменяется форма пли направление (в зависимости от типа примененного модулятора) поляризации света п в виде параллельного пучка 28 возвращается по первоначальному направлению в нриемно-передающий блок. Пройдя телескопическую систему 9 и фазовую пластину S, обрат п п 1 световой пучок попадает на анализатор 7. Анализатор выделяет из модулированиого пучка компоненту света с поляризацией, перпендикуляриой поляризации исходного пучка, смещает ее в стороиу от оптической оси и через прозрачную боковую грань пропускает иа линзу 10. Интенснвность вышедшей из анализатора компоненты света оказывается промодулированной в соответстВИИ с формой приложенного к модулятору напряжения. Фазовая иластника 8 обеспечивает положение рабочей точки на середине линейного участка модуляционной характеристики модулятора. Свет, собраипый линзой 10, через светофильтр 12 но световоду 11, приемный торец которого установлен в фокусе 10, поступает на фоточувствительный элемент фот нриемнпка 5, где преобразуется в фототок, меряемый выходным прибором, Перед вводом схемы автоподстройки в действие устройство настраивается на оптимальный режим работы, при котором устанавливается условный пуль. Для этого нри отсутствин напряжения па модуляторе путем соответствующего выбора напряжения питания фотонриемника 5 и величины светового потока устанавливается начальное (расчетное) значение фототока смещения, обусловленного действием фазовой пластинки 5. Затем фототок смещення компенсируется до нуля одним из известных способов, напрнмер постоянным током обратного направления от некоторого постороннего источника. Данное значение обратного тока нринимается за фиксированный (опорный) сигнал, а значение фототока смещения, соответствующее условному нулю,- за контролируемый сигнал. Схема сравнения токов может быть выполнена на линейном сопротивлении (сравнивающий элемент) 29 и вместе с опорным источником 30 образует

Система автоконтроля нулевой точки и автоподстройки чувствительности основана на иснользовании схемы обратной связи. Ее действие сводится к снятию нанряжения с модулятора, к сравнению контролируемого сигнала с онорным и к доведению контролируемого сигнала до уровня, соответствующего условному нулю.

Схема автоконтроля нулевой точки и автоподстройки чувствительности в процессе работы измерительного устройства действует следующим образом.

При срабатывании реле 23 времени через замкнувшиеся контакты 25, 26 подается напряжение от источника 22 на электрооптическпй затвор 20 и подключается опорный источник 30 к сравнивающему элементу датчика 16 донускового контроля. Электрооптический затвор 20 открывается и пропускает через себя световой поток 21, который освещает фотореле 13. Фотореле, срабатывая, замыкает контакты 14, закорачивая модулятор света и снимая с него таким образом измеряемое напряжение. Для предотвращення короткого замыкания источника измеряемого напряжения через контакты 14 введено ограиичительиое соиротивление 15. При закороченном модуляторе через сравнивающий элемент 29 протекают фототок смещения (контролируемый сигнал) и опорпый ток. Если фототок смещеиия отличается от опорного, на элементе 29 возникает напряжение разбаланса, которое усиливается усилителем 17. Сигнал с выхода усилителя приводит в действие регулятор иитенсивиости светового потока, в качестве которого могут быть использованы серводвигатель 27 в комплекте с оптическим клином 18 (как показаио на чертеже) или ячейка Фарадея в комплекте с блоком памяти и др. При этом ячейка Фарадея устанавливается на пути распространения светового пучка между лазером 3 и аналнзатором 7. Регулятор изменяет интенсивность светового потока до тех пор, пока опорный и контролируемый сигналы не сравняются. После отработки сигнала схема возвращается в исходное состояние с помощью реле 13 времени. Периодичность срабатывания системы автоподстройки задается с помощью реле времени, быстродействие системы зависит от быстродействия элементов схемы автоподстройкп. Достоинством предлагаемого устройства является то, что его чувствптельпость в широкпх пределах, определяемых запасом мопдаосги излучения лазера, не зависит от пестабпльности характеристик всех узлов. Поэтому требования к стабильности источника питания фотоириемнпка, параметрам и температуриым характеристикам модулятора, утомляемости фотоприемника могут быть значительно снижены, что упрощает и удешевляет конструкцию ирибора и обсспечпвает поддержание заданной точности измерения независимо от влпяння внешних факторов. Кроме того, предлагаемая схема контроля пулевой точкп и подстройкп чувствительности обеспечивает возможность работы фотопрпемпика в режиме, близком к заданному (оптимальному), причем настройка на оптимальный режим осуществляется в процессе измерения и не требует отключеппя исследуемого объекта от цепи высокого напряжения. Это обстоятельство

в значительной степени упрощает эксплуатацию устройства в условиях действующей электропередачи и повышает его надежность.

Предмет изобретения

Устройство для измерения напряжения в высоковольтиых цетшх ио авт. св. Л 240836, отличающееся тем, что, с целью иовыщенпя стабильности устройства и точности нзмеренпя, оно снабжено системой автоматической нодстройки чувствительности, содержащей реле времени, управляющее работой датчика допускового контроля, устаповлеппого в цепи фотоприемпика, и элсктрооптического затвора, расположеппого между псточником света и фотореле, включенным в цепи модулятора, вход усилителя системы автонодстройки включен в цепь упомянутого датчика, а выход соедннен с регулятором пптенснвности светового

потока, выполненным, например, в впде серводвнгателя п оптического клина, уетаповлепным между источником света и полярнзационной прнзмой.