Способ измерения коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения Советский патент 1980 года по МПК G01R35/02 

Изобретение относится к высоковольтной измерительной технике, может применяться для измерения коэффициента деления высоковольтных делителей напряжения на переменном и постоянном токе. Известны спо.собы измерения коэффициента деления высоковольтных делителей напряжения, основанные на сравнении при рабочем напряжении из меряемого высоковольтного делителя с низковольтными образцовыми элемен тами, например, образцовыми низковольтными делителями напряжения, включаемыми в цепь вспомогательного напряжения 1. Общий недостаток этих способов - низкая точность изм рения на переменном токе. Наиболее близок к предлагаемому способ измерения коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения, заключающийся в том,что изменяют сопротивление низковольтного плеча делителя напряжения, измеряют токи (напряжения), протекающие чере делитель, соответствующие каждому значению указанного сопротивления, после чего коэффициент деления расс тывают по формуле 2. Однако известный способ имеет невысокую точность, особенно при измерениях на переменном токе, из-за влияния токов утечки. Кроме того, применимость известного способа на постоянном токе ограничивается напряжением (10-50) из-за повышения требований к точности измерения токов (напряжений). Целью изобретения является повышение точности измерения на постоянном и переменном токе при рабочем напряжении до и более. Поставленная цель достигается тем, что при измерении коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения путем вариации параметров его низковольтйого плеча согласно изобретению, при отключённом от точки заземления низковольтном плече измеряют отношение разности токов, протекгиощих через высоковольтное плечо делителя, и проводимость утечки на экран низковольтного вывода делителя, к току, протекающему через образцовые меры проводимости, подключенные к выводу делителя, затем измеряют отношение тока, протекающего через высоковольтное плечо делителя, к токпротекающему через образцовые меры проводимости, подключенные параллельно заземленному низковольтному плечу делителя, и результат вычисляют по

формуле:

П1.;)o

ляющая отклонение от единицы первого измеренного отношения;

m - численная величина, определяющая отклонение от единицы второго измеренного отношения;

o проводимость образцовых мер при измерении первого оттношения;

Зо2. проводимость образцовых мер при измерении второго отношения.

На фиг, 1 приведена схема устройства, ализуюцего способ. На фиг. 2-4 показаны измеряемый делитель, имеющий плечи У и Vj, и находящийся под высоким рабочим напряжением и, низковольтные образцовые меры, емкости и сопротивления У , некоторое устройство сравнения токов УСТ, проводимость утечки У низковольтного вывода делителя на экран (т.е. на землю), заземленный через устройство сравнения токов.

Сущность способа заключается в измерении двух отношений: отношения разности тока 1, протекающего через высоковольтное плечо У делителя при отсутствии низковольтных образцовых мер Уд (фиг. 2) и тока утечки 1, с низковольтного вывода делителя на экран (фиг.З), к току If через низковольтные образцовые меры УО , подключаемые к выходу незаземленного ;5елителя, и измерении отношения тока 1 (фиг.1) к току Х д через низковольтные образцовые элементы1, подключае1«1ые к выходу заземленного делителя.

Для повышения точности процесс измерения можно построить таким образом, чтобы определялись не сами эти отношения, а только отклонения их от единицы. Поэтому представим:

(1)

,01

I

(2)

П,М-- ., Значения токов °

i.(,jk:bL

.

л ч ol

i ,

Подставляя (3) в (1) и (2), находим:

(4)

i- 01

откуда коэффициент деления делителя

(5)

К- ,.-rriVlei-.

В принципе можно измерить непосредственйо токи 1, 1, 1 1,.,, а затем в соответствии с формулами (1), (2), (4) и (5) определить коэффициент деления делителя. Однако это приведет к потере точности, поэтому все операции в соответствии с формулами (1) и (2) необходимо осуществить в самом устройстве сравнения, токов УСТ (включая и выделение из отношений целой части, т.е. единицы). Для этого в устройство сравнения вводят некоторый вспомогательный ток 1 (фиг.2,3, 4), пропорциональный напряжению на аттестуемом делителе, который служит для установления (запоминания) величины тока 1 (фиг. 2).

Уравновешивая ток через высоковольтное плечо делителя при отключенном от точки заземления низковольтно плече вспомогательным током получаем

(6)

где С - некоторый коэффициент пропорциональности .

Затем, после подключения к выходу делителя низковольтных образцовых мер емкости и сопротивления и уравновешивания током через них разности между установленным значением вспомогательного тока и током утечки вывода делителя на его экран, имеем (фиг.3):

,(7)

tw.

Уравновешивая установленный ранее вспомогательный ток током через низковольтные меры емкости и сопротивления при заземленном низковольтном плече, находим (фиг.З):

(, . (8)

Равенства (6), (7) и (8) приводят к выражениям (4) и (5). Вспомогательный ток служит только для запоминания тока 1|, поэтому знания точных значений параметров цепи вспомогательного тока не требуется. Необходимо только, чтобы они имели достаточную кратковременную стабильность за время между тремя уравновешиваниями.

Как следует из (4), способ принципиально свободен от влияния паразитной проводимости на землю при измерении параметров высоковольтного плеча делителя. При измерении суммарной проводимости делителя этот паразитный параметр автоматически учитывается. Возможность измерения от-, дельно высоковольтного плеча имеет значение для изготовления и подгонки высоковольтных делителей и является дополнительным преимуществом способа. На фиг. 1 приведен пример реализации способа на переменном токе. На схеме изображены измеряекплй высоковольтный делитель напряжения (резисторный и емкостной), компаратор токов 2 с тесной индуктивной связью, низковольтные образцовые еры 3, 4 и трехпозиционный переклю чатель 5, нулевой указатель б, вспо могательный преобразователь 7 высокого напряжения в низкое для питани цепи вспомогательного тока, элемент 8 и 9, служащие для уравновешивания цепи .вспомогательным током. Устройство работает следующим об разом. Переключатель 5 устанавливают в первое положение. При этом высоко вольтное плечо 10 включено на землю через обмотку 11 постоянного отноше ния плеч компаратора 2, низковольтное плечо 12 отсоединено от точки заземления, а экран 13 вывода делителя заземлен через обмотку 14. На делитель 1 подают его рабочее высокое напряжение и уравновешивают уст ройство элементами 8 и 9. Затем пе-; реключатель 3 переводят во второе положение, при котором низковольтное плечо 12 остается незаземленным, эк ран 13 вывода по-прежнему заземлен через компаратор 2, а к выходу делителя 1 подключены низковольтные обра цовые меры 3 и 4. Не изменяя значени элементов 8 и 9, вторично уравновешивают устройство изменением чисел витков декадных обмоток 1.5 и 16 .ком паратора 2. После этого переключатель 3 уста навливают в третье положение, когда низковольтное плечо 12 делителя соединено с точкой заземления, экра 13 вывода заземлен помимо компаратора 2, а элементы 3 и 4 остаются . подключенными к выводу делителя. При тех же значениях элементов 8 и 9 устройство уравновешивают изменением чисел витков декадных обмоток 15 и 16. Условие первого равновесия имеет вид; . где У - проводимость высоковольтного плеча 10; коэффициент преобразования высокого напряжения в низкое вспомогательного, преоб разователя 7; -проводимость цепи, составленной элементами 8, 9; -число витков обмотки 17; п - число витков обмотки 11; Вторюе уравновешивание дает: IV i P : otVV}l . . -ь .9оН« о (10 RQ, GO - :резисторные где д сопротивления и емкость соответственноэлементов 3,4; ри д - числа включенных витков декадных обмоток 15 и 16 компараторов; УЗ- проводимость утечки вывода делителя на экран; Компаратор 2 выполнен так, что п П2. п, где число витков обмотки 14. Тогда из (9) и (10) следует: . (11) Выражения (9) и (10) получены без учета сопротивления компаратора, так как в момент равновесия оно практически равно омическому сопротивлению, обмоток и очень мало. ; Условие третьего равновесия: (.)- jujCoC i- tv) 4 .. новые значения чисел где р и g включенных витков декадных обмоток 15 И 16 компаратора; проводимость низковольтного плеча 12. Приравнивая выражения (9) и (12), получаем: (11) и (13) находим комплексный коэффициент деления аттестуемого делителя:, . , Nlj, (juCoq. . fV p - tA C-oC| а oL JL%jaup. где dL i IbndLlР)- отсчеты по шкалам устройства соответственно при втором и третьем уравновешиваниях. Компараторы токов с тесной индуктивной связью имеют очень высокую точность и чувствительность. Применяя многодекадные компараторы, можно использовать низковольтные образцовые меры емкости и сопротивления постоянно го значения, которые можно подогнать также с высокой точностью. Поэтому погрешность измерения на пеЬеменном напряжении может быть малой. На постоянном напряжении сравнение токов с достаточно высокой точностью можно осуществить с помощью компенсаторов тока или компараторов, например, термоэлектрических. При атом заземление экрана низковольтноro вывода делителя через вход устройства сравнения токов при первом и второмуравновешиваниях не требуется, так как на постоянном напряжении имеет значение только сопротивление изоляции, которое в общем случае значительно превышает сопротивление мер 3 и 4.

В целях безопасности, на случай пробоя измеряемого объекта и попадания высокого напряжения в измерительную цепь при появлении в ней случайного разрыва, необходимо предусмотреть обычные меры защиты, например, с помощью разрядников.

Для проверки расчетных данных был собран и экспериментально исследован макет устройства, реализующего способ. Исследования подтвердили преимущества способа, его высокую чувствительность и точность. Макет устройства уверенно реагировал на шестой знак низковольтных образцовых мер емкости и сопротивления при отношении высокого напряжения к напряжению на этих мерах, равном тысяче.

Средний результат серии из десяти измерений коэффициента деления делителя (при сохранении, отношений напряжений и токов, соответствующих рабочему состоянию), верхнее плечо которого образовывали безреактивные образцовые катушки сопротивления типа Р361 класса 0,02, не выходил за класс катушек и составил 0,015%.

При колебаниях напряжения в сети, когда цепь вспомогательного тока питалась от низко вольтной обмотки высЬковольтного трансформатора, подвысоким напряжением которого находился измеряемый делитель на 15 кв из резисторов на основе литого микропривода, отклонение показаний не превышало тысячных долей процента.

Степень нечувствительности макета устройства к паразитным проводимостям на землю при измерении сопротивления высоковольтного плеча делителя определялась искусственным введением емкости утечки более 0,3 мкф, в реальных условиях практически не встречается. Отклонение показаний от среднего серии измерений при естественной емкости утечки не превышало 0,015%.

Точность измерения ВДН по способу высокая и определяется практически образцовыми низковольтными мерами емкости и сопроти1аления постоянного значения, ко то pbie всегда можно подо- . гнать с высокой точностью. При этом качестве вспомогательного преобразователя можно использовать, напримёр, высоковольтный трансформатор напряжения (его низковольтную обмотку) , питающий аттестуемыйделитель, или вспомогательный высоковольтный делитель напряжения, точные значе8

ния коэффициента деления которого знать не требуется. Элементы 8 и 9 вспомогательной цепи могут быть неградуированными.

При описанном способе устраняетс влияние сопротивления утечки на результат измерения параметров высоковольтного плеча делителя напряжения Это достигается тем, что экран низковольтного вывода ВДН при первых двух уравновешиваниях заземляется через вход устройства сравнения токов, входное сопротивление которого очень мало.

Возможность определения сопротивления высоковольтного плеча ВДН и высокая при этом точность позволяют применить данный способ для подгонки и настройки делителей при их изготовлении.

Способ может быть реализован кик на переменном, так и на постоянном напряжении. При этом можно аттестовать высоковольтный .делитель напряжения любой конструкции на их рабочем высоком напряжении без необходимости в наличии специальных прецизионных регулируемых низковольтных делителей напряжения. Аттестуемые делители могут быть как емкостного, так и резисторного характера.

Повышение точности и достоверности аттестации, исключение необходимости в. образцовых ВДН и в специальных прецизионных регулируемых низковольтных делителях напряжения, возможность аттестации ВДН любой конструкции на переменном и постоянном напряжении, возможность контроля плеч ВДН при их изготовлении показывают, что изобретение имеет большую технико-экономическую эффективность. Реализация предлагаемого способа будет способствовать широкому внедрению, точных измерений на высоком напряжении, позволит выполнять измерительные устройства дешевы,ми и транспортабельными, существенно повысить точность измерений и верхний предел напряжений, на которых можно производить измерения, а также повысить точность учета энергии в энергосистёмах, что даст значительный экономический эффект.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента деления высоковольтного делителя напряжения путем вариации параметров его низковольтного плеча, о т л и ч а ющ и и с V тем, что, с целью повышения точности, при отключенном от точки заземления низ ковольтном плече измеряют отношение разности токов, протекающих через высоковольтное плечо делителя, и проводимости утечки на