Устройство для регистрации напряжения или тока в высоковольтных цепях

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряжения и тока в высоковольтных цепях. Цель изобретения - повьписпие н.адежности, точности измерения и безопасности обслуживания . Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, регистрирующий прибор 31, соединительную линию, имеющую первую ветвь, в которую включены входная цепочка (резистор 4) 33 W и жила 5 измерительного кабеля. Соединитель}1ая линия выпохп ена в виде N звеньев, где N 1, 2, . . . , d , имеющих две параллельные ветви, каждая из которых включает в себя одну входную цепочку и жилу измерительного кабеля. В каждую ветвь введен выходной делитель напряжения (ВДН). БДИ может быть емкостно-ом 1ческим, имеет два плеча, одно из которых образовано резистором, например 6, и конденсатором 7, а второе - резистором 8 и конденсатором 9. Вторай ветвь первого звена соединительной линии содержит входную цепочку из элементов 10 и II, жилу 12 измерительного кабеля ВДН из элементов 13 и 14. Аналогично выполнены все N звеньев. В качестве измерительных кабелей использованы симметричные кабели, имеющие индивидуальные экранирующие оболочки (например 32, 33) жил (5, 12) и внешнюю экранирующую оболочку (34). Цель достигается за счет снижения перенапряжений в измерительных цепях устройства и его погрешностей. I ил. i (Л / /7 3t К 37

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (ill (5и 4 G 01 R 15/02

Qf ф Ъ уюч д q >

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13, Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ! Жа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 3800423/24-21 (22) 16.10 ° 84 (46) 23.08.86. Бюл. У 31 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина (72) А.С. Субачев (53) 621.317,7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 873137, кл. 0 01 R 15/02, 1977.

1(1ваб А. Измерения на высоком напряжении.-И.: Знергоатомиздат, 1983, с. 82, рис. 92. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦ11И НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ ТОКА В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ

ЦЕПЯХ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряжения и тока в высоковольтных цепях.

Цель изобретения — повыше не надежности, точности измерения и беэопас-! ности обслуживания. Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, регистрирующий прибор 31, соединительную линию, имеющую первую ветвь, в которую включены входная цепочка (резистор 4) и жила 5 измерительного кабеля. Соединительная линия выполнена в виде

1l звеньев, где М =1, 2, имеющих две параллельные ветви, каждая из которых включает в себя одну входную цепочку и жилу измерительного кабеля. В каждую ветвь введен выходной делитель напряжения (ВДН).

ВДН может быть емкостно-омическим, имеет два плеча, одно из которых образовано резистором, например 6, и конденсатором 7, а второе — резистором 8 и конденсатором 9. Вторая ветвь первого звена соединительной линии содержит входную цепочку из элементов IО и 11, жилу 12 измерительного кабеля ВДН из элементов 13 и 14. Аналогично выполнены все N звеньев. В качестве измерительных кабелей использованы симметричные кабели, имеющие индивидуальные экранирующие оболочки (например 32, 33) жил (5, 12) и внешнюю экранирующую оболочку (34). Цель достигается эа счет снижения перенапряжений в измерительных цепях устройства и его погрешностей. 1 ил.

12527

11зобретение г(тноси! ся к измерительной технике, и может (<(IT!. использовано для измерения напряжения и тока В высоковольTII(l»xtetlsfx.

1\ель изобретения — г(овь(юение наДежности, точности измерения и бе 3 опасности обслуживания за счет снижения перенапряжений В измерительных цепях устро?(ства и его 3(огре(пностей посредством выполнения соединительной линии между первичным измерительным преобразователем и регистрирую?(!им прибором в виде последовательно

СОЕДИНЕННЫХ ЭВЕНЬЕВ, ВЫПОЛНЕНГН(X B виде двух параллельных, симметричных относительно земли, ветвей, снабженных доло((и((те(((,н! (?и! 3<(,(х

15 теля!(и напряжения с эаземленнымн одними нз Входных заж((мов.

На черте(» IIB

ДЕ:3ИТЕЛ Я !!BI )3?(ж<Э! Ilt t(Н(,(г < (< < );t В.f t, (! (0<1 пле IO ко

25 плеч», предназначен для и д,ню (.(Гня к

Koнтролн(?уемой сети Выс эко! 0 !!<1! Ipяження И, а второ((,

ОбьеДННОI!<0 !3

2 н 3 Bl <0 (3! (Г

ВОЛЬТ/(Ог O II:(еч. К I

Каждая из н((х с.OJJBp;K?<ò Входнук< пО (к?" 3(<3(3! ч lf э ..(е ) ((Гt . ((ЬНО! о ltа((е.((я I! выходной делитель нанряже нч, (3(?н (ем один Вывод Входной цепочки соедн н с началом ж((пы иэмери! pJ!l-.ного кабеля, один входной за:ки(выходного денигеля напряже(гня подключен к конц.; жилы

VQ(? PJ1tt t эемлен. Ирн г

ПОСЛЕ((О(! с(ТЕЛЬ< (0 "

HbpB де . . =1,,, 3 на!(pfi I р 45 двух — пе1) НОГО II !31 Op 0 3 <) з(3 < i(I . 31". ж (Ое

2 р (<(стор((ч, второй вывод которой

33 посредстве((но подключен к незаэемлсш(ому Вь(ходному зажиму первичного нм(

< !3êoo TH0ão делителя напряжен?(я, жилу и.3: (ерительного кабеля и Вьгходной делитель напряжения, например емкостно-омический, имеющий два плеча, i

<.Оединенных последовательно, одно из которых образовано резистором 6 и конденсатором 7, соединенными последовательно, а второе — резистором

8 и конденсатором 9, также соединенными последовательно. Вторая

Ветвь первого звена соединительной линии, параллельная первой, содержит хгднy!3 цен- iêó, вы((олненную в Itиде конд<.нсатора 10 и резистора 11, соединенных г(оследовательно, жилу 12 измерительного кабеля (I Выходной ,(ели(ель напряжения, имеющий, как и

33ыхг<дно((делитель напряжения первой !

<с тB!t,

14, с<эе;((н(<3нн»I;(I< последовательно, B1t>pîp — ?p3ItcT0po>1 15 н кондснГ lTOp

10cJ(c Jqy1JI!tee, второе, звено соеди.(3((ельной,нинин ((ме T входные цепочК<(ВЫ((О:(Носl(II(i(E аНВЛОГII IНО ВХОДНОИ

t, почке второй Ветви предь(дущегo (ернсго, B(3Bíà соеднннгельной линии, .tHI-! Оi(B;I рв< и lipòÂè входная цепоч- l oc p;! 3:IB ана p<. 3! tcT

I3 (spy!<3 B

i i! я, акже г!3.(3(03(нонны<3 lH<3?I 0Ã?(чно .<((ход<(3(! делителям напряжения первоI 0 з(3ена OtсЦI(?II(ГОЛЬНОЙ (?п(н?3 I (1ри tт,3м В ПB<эной ветви ОДНО нлс

:одног0 Ji< л((т< ?! ÿ напря ко((3(я образовано резист ром 23 и конденсатором 24, нтopoc — ре (и<-тсром 25 и кондеHcàтором 2

28, а во второ 29 it конденс.атор 313. 3.3<..I(I,B соединительной

125273? разом.

1!рсдс!агае;, . устройство подклю-! лют ; контролируемой сет!е высокого напряжения UI315 путем соединения с

50 пей входного незаземленного зажима псj)I!,f Iíoão измерительного преобразОяателя I. Для правильной работы устройства, обеспечивающей без искаже)шй передачу на вход регистрирующего

55 прибора 31 исследуемого сит.нала высокого напряжения U>„, параметры эле-! «п гов е1араллельн13х ветвей звепьев с .» "tfc!Ifтепьпой )ппшш с уч том выход«его сопротивлен1!я (пп!едацса) nepj0 впчного измерительного прс ОбразоватЕJtri 1 пьбирают исходя пз симметрии

I i и ."О Отно)331 i!.!!" I 3 е! L I(. flPH этом параметры элементов должны удовлe T13Орять услОвиям: "4 3 <ф 6 Р 3 1 1 3б1 8 ".t)1 — 24;т,1 )с, ще а емкость С, конденсатора 10 при исголвзовании в качестве первичного п..мерительного преобразователя I емкостного делителя напряжения дол)гнл быль равна выходной емкости дели1 :;я, равной сумме емкостей конденс !TОрсв 2 и 3, Образую!ц31х его высоковольтное и низковольное плечи

1 г.с . С, --С еС !

,)к, и выбор плрл!!етров уклзанных э !!"..антон устройства Обусл,1вл«вает раЕ)енстно составляющих токов, протеxл3о fIIx I3 жилах иэмеритепыпЕх кабелей

o.. "дпн33те;Еьной линии, вызвлнных падением напряжения на сопротивлении зlэемления первичного измерительного п! Ообраэователя 1. Укаэанное равенство, г3 свою очередь, Обес !ечивает равные падения напряжения от этих сося ав.3!)Еющих токов в элементах, свяэлпш.;!с с )езелами пзмерпгег!Ьп!!х клбеЛс и ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ ПаРаЛЛОЛЬНЫХ ВЕтвсll соединительнои лшши, 1 реэульт,3г» !его эти падения !!лп5))!)3!вне!я

f3 a» filo xnw!e«cI!I);>)Tcs iIa r3xoiIIb!x зажимах регистрирую!3!его прибора 3! и 1!е регистрируются им.

Изоляцию внешней экра!!е!рующей оболочки измерител1ного клб»п перлого звена соединительной линии относи- 35 тельно земли необходимо I)bll Олнигь усиленной, нлпрвмсj) с ) 3."« !) дополнительной иэолируе Еей О In !кп для исключения перекрытий между внешней экранирующей Оболо !кой и и ",)ительно- 40 го кабеля и землей IIII у-1лстке, прилегающем к месту заземления первичного измерительного преобраэовагеля 1, которые могут воэ пкпуть .!о =Ieт Ilo

ВЬШЕЕНИя ПОтЕНцИЛЛЛ ЭЛЭЕМ.Шталя ПЕр- 45 вичного измерительного пре браэователя 1 при протеклшш .!)е» и следпий больших, в част«ости, !.!".; 3! .-.331!х токов.

Длину измерительного кабеля пер- 50 вого звена соедин! Iò! JI!. !Iuil .I!! !!! выбирают такой, чтобы в конце . гo, где расположен заземлитель, к которому присоединены экраиирующие оболочки

ЭТОГО КабЕЛя И ВшкодНШЕ депнтслп напряжения первого звена, потенциал земли при протекании наибольших токов чеоез первичный иэмс)рптс. п,!«,)п преКроме того, для исключения ис55 кli:- IIIIII исследуемОго се! и;3лл, выэва!3ш!- Отражениями От 1:Опцов измерительных кабелей соединительной лип133! 3! I!иэкОе3OJihTнОГО 1lле1чil eмкОСT линии включены последовательно посредством раздельного подключения вторых выводов входных цепочек последующего, второго, эвепл соединительной линии к выходам выходных делителей напряжения ее предыдущего, Первого, звена. К выходам выходпых

ДЕЛИтЕЛЕй НаПРЯжЕНИЯ ПОСЛЯЗЕНЕГО, второго, звена соединительной линии своими входными зажимами подключен регистрирующий прибор 31, например осциллограф. В качестве измерительных кабелей использованы симметричные кабели, имеющие индивидуальные экранирующие оболочки жпл и Общую (внеепнюю) экранирующую оболочку. Экранирующие оболочки 32 и 33 жил 5 и

l 2 и внешняя a!,5)II!!lipó!)3)Е;3я обс пo !ba

34 измерительного кабеля поp!c ro звена соединительной линии электрически соединены в начале tl конце и эаземлень! в одной то-!к .,3, -гичпые! образом электрически соепинены между собой и заземлены экраппрующие оболочки 35 и 36 жил ?1 и 2? и внешняя экранирующая оболочка 37 измерительного кабеля второго звена соединительной линии. Заэемле!313е экранирующих Оболочек иэмерптс.!и пых клбелей целесообразно выполнять со стороны, более удаленной or первичного измерительного преобрлэс! лтсля I. !

Образователь I был близок к нулю.

Обычно это условие выполняется при длине измерительного кабеля первого

:« ella, равной 5 .)-20 м.

Устройство работает слепующим об1252732

Б (1п+О 5 Ег) =0 5

6 R8+RÄ+0,5 7, q где Z u Z — волновые сопротивления цепи жила-жила измерительных кабелей первого и второго звеньев соединительной линии соответственно; отражению волн от низковольтного плеча емкостного делителя напряжения, которое образовано конденсатором С>

20

Н4=0,5 Z,, отсутствию волн, отраженных от конца измерительного кабеля второго 25 звена соединительной линии

Во+ВЫ =0 5 Zq y а также отсутствию волн, отраженных от начала измерительного кабеля вто- 30 рого звена соединительной линии в направлении к его концу

В5(Р +О 52<) и Вц+5,+0,5Z

Одновременно для исключения амп- З5 литудных и фазовых искажений сигнала, поступающего через соединительную линия на входные зажимы регистрирующего прибора 31, параметры элементов устройства выбирают с учетом 40 равенства постоянных времени, исходя из условий

/Ъ с.

С

7 Я \

С

9 R

С

78 Я и

Цг С24 — Яге Сгв5 ю C ° +ZC

С24+С Ы 2 Rq>+R25 где =R4 (С7+С -2С«) постоянная времени цепи на входе первой ветви пер- 0 вого звена соединительной линии — емкости между жилами иэмери- 55 тельных кабелей первого и второго эвеС„и С

К1 ного делителя напряжения, используемого в качестве первичного измерительного преобразователя l, параметры элементов устройства выбирают 5 с учетом согласования их с волновыйи сопротивлениями измерительных кабелей по следующим условиям: отсутствию волн тока и напряжения, отраженных от конца измеритель- 10 ного кабеля первого звена соединительной линии в направлении к его началу ньев соединительной линии соответственно.

При указанном выборе параметров элементов устройства регистрируемый прибором 3! сигнал U q пропорциона7п лен исследуемому сигналу Uве высокого напряжения и связан с ним выражением

<8(R»+0,52 )

0 Cz Ra R» i 22 О,SK2

Pn* ВЕ C

М

R8(a„+Og 22) q+,052 п 2 в й» 0,6 Ег

4гв

)

» 25 25 при этом первые два сомножителя дают напряжение на конденсаторе 3 низковольтного плеча емкостного делителя напряжения при частотах, настолько высоких, что емкостными сопротивлениями элементов соединительной линии можно пренебречь, а первые три сомножителя — напряжение на выходах выход" ных делителей напряжения первого звена соединительной линии, т.е. в месте подключения к указанным делителям резистор в 17 и 19 последующего, второго, звена соединительной линии, При выполнении соединительной линии в виде одного, первого, звена параметры элементов устройства выбирают аналогично предыдущему, исходя иэ следующих соотношений:

7 4=R =R6+R8=R59 R, = 0,5 Е, 6 и 8 1в с =c +c =zc + †- — с -c с =c .

С С

1Р 7 9 "5 C +С 5 7 145 9 >65

7 7

Б в С,, -Р8 С

При этом регистрируемый прибором 31 сигнал также пропорционален исследуемому сигналу U8 высокого напряжения и для высоких частот, на которых можно пренебречь емкостными сопротивлениями элементов соединительной линии, может быть представ C2 RР лен как U =U

Р5 е С+С, R6+R8

При использовании в соединительной линии одного звена входные зажимы регистрирующего прибора 31 подключают непосредственно к выходам выходных делителей напряжения этого звена. Вариант выполнения устройства с одним звеном соединительной линии уступает варианту с двумя звеньями лишь тем, что повьппенный потенциал

252732

f0

7 1 измерительного кабеля заносится н помещение, где установлен регистрирующий прибор 31, (на не IIa сам прибор), чта требует соответствующей изоляции xolI«nlI этого кабеля.

Варианты выполнения устройства с числом звеньев соединительной линии, большим двух, целесообразно использовать в случаях, когда сопротивления заземлений первичного измеритель ного преобразователя l и выходных делителей напряжения звеньев соеди- нительной линии соизмеримы с вопнаным сопротивлением цепи измерительный кабель — земля. Во втором звене соединительной линии может быть также использован один несимметричный, например кааксиальный, измерительный кабель, чта позно 1яет регистрировать частоты да 50-100 кГц.

Помимо емкастнага делителя напряжения в качестве первичного измеритель ного преобразователя 1 может быть использован демнфированный делитель напряжения, в ьп1зкональтнае плеча которого наследанательно включен допапнительный резистор (демпфер) с сопротивлением Г 4. При этом значения сопротивлении резисторов 11, и Bg зходных цепочек первого зт1ена соединитс.с11..най ли1сни выбирают с учетам сопрати11ления 11 демпфера ис) ф хОдя иэ соотнакlения

Н4 Вб 0 5(Z1 R ), Предлагаемое устройство па сран- 35 нению с извес.тным обладас т бапее выСОКай НаДЕжНОСтЬЮ За СЧЕТ СУ111ЕСтВЕНного сшзжения высоких потенциалов в

t его цепях, воэникс1югсих из-за значительного падения напряжения и» coII 40 ративлении заземления пер1зичнога измерительного преабразовате.зя 1 при протекании через него импульсных токов, так как значение .это1а сопротивления заземления для импульсных 45 токов имеет мнсзга большую нелич11ну, чем на прамышле1гной частоте, поскольку н это1с случае эффективна работают лишь б)1ижсз11всие к месту присоединения перничнага измеритс.льного прообраза- 50 ззателя 1 элемен lbl заземлиз еля. При этом снижение высоких потенциалов, т.е. перенапряжений, н цепях устройства достигается за счет использования допол1 ительных н11хадных Делителей 55 напряжения, установленных н конце каждого звена соединителз,ной линии, и заземления в каждом иэ этих делителей одного из входных зажимов, аказынается возможным в результате выполнения звеньев соединительной линии (или по крайней мере первого ее звена) в виде двух параллельных ветвей, симметричных относительно земли. Заземления вызсодных делителей напряжения создают цепь тока для перенапряжений ветвей соединительной линии относительно эемзш, а сами делители напряжения снижают эти перенапряжения. Кроме того, подобное заземление в конце измерительного кабеля последнего звена соединительной линии переводит укаэанный измерительный кабель для волны перенапряжения, действующей в цнии измерительный кабель-земля, н рсжим, близкий к короткому замыканию в ега конце, чта также способствует сниже 1ию перенапряжений. В известном устройстве эта цепь практически разомкнута, чта приводит к удвоению перенапряжений в конце измерительного кабеля, т.е. непосредственно на гходных зажимах регистрирующего прибора 31.

Прн прочих равных условиях н предлагаемом устройстве при выполнении соединительной линии из двух зненьен перенапряжения на входных зажимах регистрирующего прибора 31 па отношению к земле по сравнению с известным устройством оказываются сниженными более чем на дна порядка.

Укаэанное снижение перенапряжений существенна снижает вероятность перекрытий и пробоев, в том числе прехадящ11х, элементов устройства, что повышает точность измерения напряжения и тока в высоковольтных цепях.

Повышение точности измерения обусловлена непосредственно и тем, что звенья соединительной линии, и прежде всего ее первое звена, выполнены в отличие от известного устройства в виде двух параллельных нетвей, симметричных относительна земли. Эта исключает дополнительную погрешность возникающую в известном устройстве на высоких частотах из-за наличия падения напряжения на экразп1рующей оболочке измерительного кабеля, абуславленнага емкостным током, стекающим с изолированной экранирующей оба11ачки кабеля на землю.

Снижение перенапряжений н измерительных цепях устрайстIIQ позволяет

1252732

Формула изобретения

Составитель С. Вейский

Редактор О. Бугир Техред И.Верес Корректор М. Демчик

Заказ 4619/47 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри»тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 значительно повысить и безопасность его обслуживания, н том числе и эа счет заземления корпуса регистрирующего прибора 31, который в иэнестном устройстве как правило, не эаземляется для предотвращении перекрытий между измерительным кабелем и корпусом регистрирующего прибора.

Использование предлагаемого устройства позволяет существенно повысить точность информации об электрических воздействиях на высоковольтное оборудование, в частности о перенапряжениях, что дает возможность правильного выбора его изоляции и <5 предотвращает нозможные аварии высоковольтного оборудования из-эа недостаточного уровня изоляции, снижает его стоимость, которая определяется н основном затратами на изоля- 20 цию.

Устройство для регистрации »спряжения или тока в высоковол т»ых цепях, содержащее первичный измерительный преобразователь, первый выход»ой зажим которого заземлен, регистрирующий прибор и соединительную ли- Зр нию, имеющую первую ветвь с включенными в нее входной цепочкой и жилой измерительного кабеля, начало которой соединено с первым выводом входной цепочки, причем входные зажимы регистрирующего прибора связаны с выходом соединительной линии, второй вывод входной цепочки н первой ветви соединительной ли»ии подкиюче» к второму, неэаэемле»ному, выходному зажиму первичного иэм рительного преобразователя, а входная цепочка первой гетин выполнена н ниде резистора, о т и и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью поныщения надежности, точности измерения и безопасности обслуживания, соединительная линия выполнена н виде И звеньев, где Н

=1, 2, ..., n соединенных последовательно, имеющих две параллельные негни, каждая иэ которых, как и первая, включает в себя одну нходную цепочку и одну жилу измерительного кабеля, начало которой соединено с первым выводом входной цепочки, а н каждую ветвь дополнительно введен ныходной дслитель напряжения, один вход»ой за :им которого соединен с концом жилы измерительного кабеля, а другой заэемлен, вторые выводы входных цепочек последующего знена соединительной линии раздельно подключены к ныходным зажимам выходных делителей напряжения ее предыдущего звена, а входные зажимы регистрирующего прибора непосредственно присоединены к выходным зажимам выходных делителей »аиряже»ия последнего звена соеди»итсль»ой линии, нходная цепочка второй ветви, образующей с параллель»ой ей первой ветвью первое звено соеди»итель»ой ли»ии, и входные цепочки последующих звеньев соединительной линии выполнены каждая в виде резистора и конденсатора, соединенных последовательно, причем второй вывод входной цепочки второй ветви первого звена соединительной линии подключен к эа и tå»»ñ . у выходному зажиму пернич»о измерительного преобразователя.