Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении тангенса угла диэлектрических потерь твердых изоляционных материалов, жидких диэлектриков, например, трансформаторного масла. Устройство содержит высоковольтный трансформатор с дополнительным выводом на высоковольтной обмотке, испытуемый конденсатор, резистор, схему измерения разности фаз, блок индикации, источник синусоидального сигнала, выполненного в виде генератора стабильной частоты, причем схема сравнения сигналов по фазе имеет два входа, один из которых подключен к общей точке соединения испытуемого конденсатора и резистора, другой - к дополнительному выводу высоковольтной обмотки трансформатора, а выход соединен с блоком индикации, который измеряет тангенс угла диэлектрических потерь по формуле: tgδ = tg(π/2 - α - γ), где δ - угол диэлектрических потерь испытуемого конденсатора; α - угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на резисторе; γ - угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на испытуемом конденсаторе. Угол γ принимается за постоянный угол, зависящий от величины резистора, напряжения на выходе высоковольтной обмотки трансформатора, которые для данного устройства являются постоянными величинами. Техническим результатом являются упрощение процесса измерения тангенса угла и уменьшение металлоемкости и габаритов устройства. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении угла диэлектрических потерь твердых электроизоляционных материалов, жидких диэлектриков, например трансформаторного масла.

Известно устройство для измерения тангенса угла диэлектрических потерь [1], содержащее высоковольтный трансформатор, имеющий отпайку на высоковольтной обмотке для подключения измерительных приборов: вольтметра, ваттметра и амперметра.

Однако известное устройство имеет большие габариты, множество соединительных проводов, требует дополнительной обработки измеренных величин, а по точности измерения пригодно лишь для объектов с большой емкостью, например для турбогенераторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее четырехплечевой высоковольтный мост, питаемый через повышающий трансформатор, высоковольтное напряжение которого подводится между вершиной моста и землей и примыкающее к "высоковольтной" вершине два плеча через испытуемый конденсатор C_x и эталонный высоковольтный конденсатор C_o, а в два другие плеча включаются переменное сопротивление R₃ и постоянное сопротивление R₄, шунтированное переменной емкостью C₄; нуль индикатор, включенный в диагональ моста [2].

Недостатком существующего устройства являются большие габариты (мост переменного тока P5026 имеет размеры: 540·380·280; масса моста - 22 кг; образцовый воздушный конденсатор имеет размеры: диаметр 310, высота - 380, масса - 15 кг), металлоемкость, громоздкий высоковольтный трансформатор, длительное время измерения и сборки схемы, а сам процесс измерения требует проведения ручных операций.

Техническим результатом является упрощение устройства, процесса измерения тангенса угла диэлектрических потерь, уменьшение его металлоемкости и габаритов (устройство вместе с высоковольтным трансформатором имеет габариты: 300·150·100; масса не более 8 кг); снижение мощности высоковольтного трансформатора; исключение ручных операций в процессе измерения.

Упрощение достигается тем, что в известное устройство, содержащее высоковольтный трансформатор, первый основной вывод высоковольтной обмотки которого через последовательно соединенные испытуемый конденсатор и резистор соединен с ее вторым основным выводом и подключен к общей точке схемы, источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке высоковольтного трансформатора, и блок индикации, дополнительно введена схема измерения разности фаз, один вход которого подключен к общей точке соединения резистора и испытуемого конденсатора, другой - к дополнительному выводу, выполненному на высоковольтной обмотке трансформатора, а выход соединен с блоком индикации.

Сущность изобретения заключается в упрощении устройства и процесса измерения тангенса угла диэлектрических потерь за счет измерения угла между напряжением на выходе высоковольтной обмотки трансформатора и током проводимости диэлектрика от угла 90^o с вычетом постоянного угла, зависящего от величины резистора и напряжения на испытуемом конденсаторе.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторная диаграмма работы устройства.

Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь содержит схему измерения разности фаз 1 с двумя входами, один из которых - вход 2 подключен к общей точке соединения испытуемого конденсатора 3 (C_x) и резистора 4 (R₃), другой вход 5 - к дополнительному выводу высоковольтной обмотки трансформатора 6, а выход 7 схемы измерения разности фаз 1 - к блоку индикации 8, причем высоковольтный трансформатор 6 питается от источника синусоидального сигнала 9, выполненного в виде генератора стабильности частоты.

Электрическая структурная схема и векторная диаграмма имеют следующие дополнительные обозначения: U - напряжение на высоковольтной обмотке трансформатора 6; U₁ - падение напряжения на испытуемом конденсаторе 3; U_R, U_C - соответственно напряжение на активной и реактивной составляющих испытуемого объекта 3 при последовательной схеме замещения; U₂ - падение напряжения на резисторе R₃; I - ток, проходящий через высоковольтную обмотку трансформатора 6, испытуемый объект 3 и резистор 4; δ - угол потерь испытуемого объекта; γ - угол между напряжениями U и U₁; α - угол между напряжениями U и U₂ или угол между током I и напряжением U.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение источника синусоидального сигнала 9, выполненного в виде генератора стабильной частоты, подается через высоковольтный трансформатор 6 на испытуемый объект 3. Сигнал, снимаемый с дополнительного вывода 5 высоковольтной обмотки трансформатора 6, и сигнал, снимаемый с резистора 4, пропорциональный току проводимости испытуемого объекта 3, подаются на схему измерения разности фаз. Значение угла α, между двумя сигналами на входах 2 и 5, подается на блок индикации, который измеряет величину tgδ отклонения фазового угла от угла 90^o за вычетом постоянного угла, зависящего от величины резистора 4 и падения напряжения на испытуемом конденсаторе 3.

Как видно из фиг. 2, угол потерь δ = π/2=α-γ,
где

Угол γ практически остается неизменным при незначительном отклонении падения напряжения на испытуемом объекте от напряжения на выходе высоковольтной обмотки трансформатора и при широком изменении угла α от 90 до 63,44^o. Это соответствует изменению тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) от 0 до 50%. Так, при U₂ = 5 В, U₁ = 3000 В (U₁ = U) в диапазоне изменения угла α от 90 до 63,44^o угол γ принимает значения от 0,0954925 до 0,085411^o и, если, к примеру, принять γ за неизменный угол, равный 0,095^o tgδ, то максимальная ошибка измерения тангенса угла диэлектрических потерь в интервале от 0 до 13% составит ±0,0049^o, увеличиваясь до +0,0096^o при tgδ = 50%, что пренебрежимо мало.

Таким образом, фазовый угол на выходе 7 схемы измерения разности фаз 1 практически определяется углом потерь испытуемого объекта 3 и равен π/2-δ-γ, где γ является постоянной величиной и зависит от величины резистора 4 и напряжения на высоковольтной обмотке трансформатора 6 (что незначительно отличается от величины падения напряжения на испытуемом конденсаторе 3), которые для данного конкретного устройства являются постоянными величинами, а блок индикации 8 измеряет или контролирует тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика.

Формула изобретения

1. Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь, содержащее высоковольтный трансформатор с дополнительным выводом на высоковольтной обмотке, первый основной вывод которой через последовательно соединенные испытуемый конденсатор и резистор соединен с вторым основным выводом и подключен к общей точке схемы, источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке высоковольтного трансформатора и блок индикации, отличающееся тем, что в него дополнительно введена схема измерения разности фаз, один вход которой подключен к общей точке соединения резистора и испытуемого конденсатора, другой - к дополнительному выводу высоковольтной обмотки трансформатора, а выход соединен с блоком индикации, который измеряет тангенс угла диэлектрических потерь по формуле

где δ - угол диэлектрических потерь испытуемого конденсатора;
α - угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на резисторе;
γ - угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на испытуемом конденсаторе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник синусоидального сигнала выполнен в виде генератора стабильной частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2