Высоковольтный цилиндрический газонаполненный конденсатор Советский патент 1979 года по МПК H01G4/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для аттестации образцовых высоковольтных измерительных конденсаторов при рабочем напряжении.

Известен конденсатор, содерлсащий высоковольтный и низковольтный цилиндрические электроды, причем низковольтный электрод разрезан плоскостями, перпендикулярными к его оси, на несколько изолированных одна от другой секций, с образованием нескольких частичных емкостей, лежащих в различных плоскостях по высоте цилиндра 1.

При наличии остаточного эксцентриситета электродов и подаче на конденсатор высокого напряжения электроды конденсатора под действием электрических сил начинают изгибаться, изменяются собственные эксцентриситеты частичных емкостей конденсатора, что влечет за собой их изменение. Сравнивая эти емкости на рабочем напряжении, судят о коэффициенте напряжения конденсатора. Однако описанная конструкция конденсатора не позволяет установить значение собственных эксцентриситетов секций низковольтных электродов, поэтому рассчитать значение коэффициентов напряжения частичных емкостей также не представляется возможным. При

сравнении результатов частичных емкостей конденсатора одна с предполагается, что если высоковольтный мост, в смежные плечи которого включены указанные

частичные емкости, не выходит из равновесия при изменении питающего напряжения, то частичные емкости остаются неизменными. Иизковольтный электрод будучи укрепленным с обоих концов может изогнуться так, что частичные емкости изменяются пропорционально, и баланс моста при этом не нарушается, хотя сами емкости нретерпевают изменения. В случае же непропорционального изменения сравниваемых

емкостей число уравнений, полученных в результате сравнений, всегда на единицу меньше, чем число неизвестных изменений частичных емкостей (эксцентриситетов). Действительно, сравнивая, например, частичные емкости Ci и Cz, получим уравнения

ЛР

H(I +

(1)

Р,

1ИЯ частичных емкостей Ci и Сг до их изменения, т. е. до действия электрических сил; - г относите„тьное изменение емкостей Ci и С2, вызванное изменением экецентриситетов 3 соответствующих плоскостях низковольтного электрода; Р„ - отношение указанных емкостей Cnj и Си.; измеряемые изменения от ношений емкостей Ci и СчИз уравнения (1) получим ДС,ДСг „. ДР Изменения емкостей ACi и ДСз подчиняются известным функциям эксцентриситетов DI и 1)2 в соответствующих плоскостях, т. е. ДА) f(D2) „ ДЯ Однако этот метод и разработанная конструкция конденсатора не позволяют точно установить значение эксцентриситетов и, следовательно, частичных емкостей на высоком напряжении. Известен высоковольтный газонацолненный цилиидрическнй конденсатор с особо жесткой системой электродов. Благодаря высокой жесткости и соосности электродов разработанный конденсатор обладает достаточно малым значением коэффициента напрял ения 2. Описанный способ измерения коэффициента напряжения и устройство высоковольтного газонаполненного конденеатора имеют существенные недостатки; каждая аттестация требует разборки конденсатора и проведения ряда электромеханических измерений, что само но себе является весьма трудоемкой процедурой, требующей достаточно длительного времени. Все измерения проводят при низком напряжении, а действие высокого напряжения имитируется механической силой. При этом все допущения делаются для наихудшего случая суммирования действий всех источников погрешностей, что приводит к грубой оценке коэффициента напряжения. Кроме того, при такой аттестации нет полной гарантии, что после сборки конденсатора его геометрические параметры в течение длительного времени останутся такими же, какими они были до сборки, поэтому проследить за временной стабильностью емкости конденсатора чрезвычайно трудно. Цель изобретения - повышение точности определения величины емкости конденсатора при высоких напряжениях. Для достижения цели в высоковольтном цилиндрическом газонаполненном конденсаторе, содержащем высоковольтный электрод и низковоль-цный электрод, состоящий из нескольких частей, образующих с высоковольтным электродом ряд частичных емкостей, низковольтный электрод конденсатора выполнен в виде пустотелого цилиндра, разрезанного вдоль оси на равные части. На фиг. 1 схематически изображен конденсатор. Здесь обозначены: R - радиус цилиндра высоковольтного электрода; 2 - радиус цилиндра низковольтного электрода; D - эксцентриситет системы электродов; а - угол, определяющий направление смещения высоковольтного электрода. Для наглядности на фиг. 2 эксцентриситет D и толщина изоляции между секциями низковольтного электрода сильно увеличены. В конденсаторе образуются частичные емкости Ci-С4, значения которых, при неизменном значении диаметров высоковольткого и низковольтного электродов, их длины /, а также заданном значении диэлектрической проницаемости среды е, однозначно зависят от общего для всех четырех емкоетей эксцентриситета D и угла а. Выражения, определяющие указанные зависимости, имеют вид C, (COS а. - sin а)- sin , (4) С, -(l + -f (COS a + sin a)-p Sin2a j, (5) Сз -|-{ 1 - (COS a - Sin a) + ,6 sin , (6) 1 + -IP(COS a -f Sin a)-f Sin , (7) С где - емкость цилиндрического конденсатора с эксцентриситетом D. Из выражений (4) - (9) следует, что при строгой соосности электродов, т. е. при отсутствии эксцентриситета D, частичные емкости Ci-С4 равны и их отношения равны единице. При этом равнодействующая электричееких сил, действующая между электродами, очевидно, равна нулю. Выполнить электроды строго соосными невозможно, поэтому в любом цилиндрическом конденсаторе, как бы тщательно он не был изготовлен, существует остаточный эксценриситет D. Это являетея причиной того, то при подаче на конденсатор высокого апряжения равнодействующая электричеких сил смещает высоковольтный элекрод, увеличивая эксцентриситет D, что неедленно отражается на значениях частичых емкостей . Описанное свойство редлагаемого конденсатора дает возможность точно определить значение эксцентриситета D при любых значениях рабочего напряжения без вскрытия конденсатора. Эти свойства отличают предлагаемое устройство конденсатора как от аналога, так и от прототипа. Действительно, измеряя при помощи вывысоковольтного моста-компаратора отношения частичных емкостей Cj/Сз и CzJC, получим два уравнения 1+«, - -1+/«, где пит - отклонения отношений частичных емкостей от единицы, обусловленные наличием эксцентриситета D. Подставляя в уравнения (10) и (11) значения частичных емкостей кз выражений (4) - (7) и решая их относительно Дна, получим для D (значение а в данном случае интереса не представляет) Rl-Rl ) I/ .. /12) 8 2 F2 Таким образом, измеряя указанные отношения при низком напряжении и при высоком рабочем напряжении, можно рассчитать значение изменения эксцентриситета ДО по выражению . К где «1, /И1 и rta, т, - отклонения отношений указанных емкостей соответственно при низком и высоком напряжениях. Изменение емкости АС при этом определяется по выражению дС . U j/r гдеопределяется из выражения (У) И равно о2 р2 KI

Рассчитав значение изменения электрической емкости, легко определить значение коэффициента напряжения.

Значение емкости на высоком напряжении при этом равло

- +-f}

На фиг. 2 показана схема включения описанного конденсатора в высоковольтный мост с индуктивным компаратором тока при измерении отношений частичных емкостей GI/CS и Сч1Сц,.

Формула изобретения

Высоковольтный цилиндрический газонаполненный конденсатор, содержаший высоковольтный электрод и низковольтный электрод, состояший из нескольких частей, образуюш,их с высоковольтным электродом ряд частичных емкостей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения величины емкости конденсатора при высоких напряжениях, низковольтный электрод конденсатора выполнен в виРазрабатываемые в настоящее время инуктивные компараторы тока обладают есьма малыми погрешностями порядка 10- -10-, поэтому отношения емкостей огут быть измерены также весьма точно. Кроме того, при равновесии моста магнитный поток в компараторе тока отсутствует, в связи с этим измерительные клеммы А, В эквипотенциальны заземленной точке моста О, что определяет эквипотенциальность всех секций низковольтного электрода при измерении отношения емкости. Благодаря этому толш.ина изоляции между секциями может быть весьма незначительной. Паразитные емкости С„ между секциями низковольтного электрода шунтируют индуктивно связанные цепи компаратора тока и не оказывают влияния на результат измерения. Кроме того, на результат измерения отношений емкостей Cj/Cs не оказывают влияния емкости Cz и С4, так как эти еМКОсти включены параллельно источнику питания и, наоборот, при измерении отношений С2/С4 на результат измерения не сказываются емкости С, Сз. После определения коэффициента напряжения К. - низковольтные секции объединяются и образуется цилиндрический конденсатор с известным значением коэффициента напряжения емкости. Создание высоковольтного конденсатора, устройство которого позволяет точно определить значение его коэффициента напряжения, обеспечивает повышение точности измерения высоких напряжений путем создания высоковольтных емкостных делителей напряжения. Погрешность измерения высоких напряжений выше 100 кВ в настояmiee время достигает порядка 0,5%, что ведет к значительным погрешностям в учете вырабатываемой и потребляемой электрической энергии и является причиной значительного экономического ушерба. Разработка описанного конденсатора позволит создать точные емкостные делители напряжения, повысить точность измерения высоких напряжений и учета электрической энергии на высоком напряжении на один - полтора порядка, что, несомненно, приведет к положительному экономическому эффекту. де пустотелого цилиндра, разрезанного вдоль оси на равные части. Источники информации принятые во внимание цри эксиертизе 1. Zinkernagel J. Hochspannungsme |3Kondensator fur 420 кУ Neunspannung ohnc Spannungsabhangigkeit der Kapazitot, «PTB -Mitt, 1976, 86, № i; 19-25. 2. David L. Hillhause und A. E. Peterson, A 300 kV.