Высоковольтный делитель напряжений

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерений высоких напряжений. Высоковольтный делитель напряжений содержит высоковольтный и заземленный электроды, закрепленные на торцах изоляционного цилиндра, и расположенные между ними последовательно соединенные R-C-r блоки, расположенные по цилиндрической винтовой линии, шаг которой равен s=(H×n)/N (где N - число R-C-r блоков в высоковольтном плече, Н - высота рабочего пространства высоковольтного плеча; n - число блоков в витке спирали). Также устройство содержит тарельчатые электроды с отверстиями в центрах, установленные по краям печатных плат и с зазорами между электродами и цилиндрическим корпусом t=0.8-1 мм. При этом соединение плат выполнено в виде прямой призмы, точки соединения расположены по краям платы и смещены относительно узкой стороны платы, принятой за базу, на (k-1)×(L/n)×tgα и k×(L/n)×tgα (где k - порядковый номер плат, выбираемый из ряда 1, 2, …, n, α - угол наклона оси блока к базе, L - длина периметра вписанного многоугольника с числом сторон n). Технический результат - расширение функциональных возможностей, уменьшение габаритов делителя и повышение устойчивости конструкции к внешним механическим воздействиям. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к энергетике, в частности к средствам измерений высоких напряжений. Изобретение может найти применение в различных областях техники, где необходимо обеспечить контроль режимов работы высоковольтных цепей и измерять параметры высокого напряжения постоянного, переменного и импульсного токов.

Уровень техники

Известны высоковольтные делители напряжений, в которых высоковольтное плечо состоит из последовательно соединенных одинаковых блоков. В качестве блока может быть использован или резистор R, или конденсатор С, или сочетание резисторов и конденсаторов (Шваб А. Измерения на высоком напряжении. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.55-94, RU 2250471, 20.04.2005).

Недостатками конструкций, реализующих цепочечные схемы замещения высоковольтного плеча, является расположение блоков вдоль прямой линии, приводящее к снижению устойчивости делителя к внешним механическим воздействиям, возникновению неравномерности распределения электрического напряжения по высоте делителя, ограничивающее расширение рабочих диапазонов частот и напряжений делителя.

Известна конструкция высоковольтного делителя (АС 951432 17.10.80/15.08.82). Недостатками данного типа конструкции являются: наличие цангового разъема в электрической цепи, переходное сопротивление которого может меняться при механических воздействиях в вертикальном направлении, вызывая при этом изменение коэффициента передачи делителя и искрение в месте контакта, приводящее к появлению газообразных продуктов разложения, присутствие которых в жидком диэлектрике снижает его электрическую прочность; отсутствие установленных параллельно конденсаторам резисторов, что повышает нижнюю границу рабочего диапазона частот.

Известна конструкция высоковольтного делителя (US 4418314, 11.29.83). Недостатком данного технического решения являются: подвеска печатной платы на металлических проводниках, способствующая смещению собственного механического резонанса конструкции в область низких частот при увеличении габаритных размеров элементов конструкции, связанном с повышением номинального напряжения; газового диэлектрика, который не препятствует перемещению печатной платы в корпусе делителя при механических воздействиях, а также требует подбора и поддержание газового состава, давления газа при расширении диапазонов рабочих напряжений и частот.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является делитель напряжения (SU 13256364, 23.07.87), содержащий изоляционное основание цилиндрической формы с изменяющимся поперечным сечением, высоковольтный и заземленный электроды, закрепленные на торцах основания, последовательно соединенные резистивные элементы с линейным распределением потенциала. Недостатками данной конструкции являются: отличие распределения электрического потенциала по цепи проводящих элементов от распределения потенциала по высоте основания, вызванное напряжением на резисторе плеча низкого напряжения; креплением цепи проводящих элементов к внутренней поверхности основания, что при малой толщине основания делает коэффициент передачи делителя зависимым от воздействия ударов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение габаритных размеров, повышение устойчивости к внешним механическим воздействиям и расширение диапазонов рабочих частот и напряжений высоковольтного делителя напряжений.

Данная задача решается за счет того, что заявляемый высоковольтный делитель напряжений, содержащий высоковольтный и заземленный электроды, закрепленные на торцах изоляционного цилиндра, и расположенные между ними последовательно соединенные блоки собран так что:

- R-C-r блоки высоковольтного плеча расположены по цилиндрической винтовой линии, шаг которой равен s=(H×n)/N (где N - число R-C-r блоков в высоковольтном плече; Н - высота рабочего пространства высоковольтного плеча; n - число блоков в витке спирали), причем каждый i-блок находится над (i-n)-блоком (где i - номер блока), обеспечивающим необходимые габариты и высокий входной импеданс делителя при измерениях напряжений постоянного, переменного и импульсного токов;

- тарельчатые электроды с отверстиями в центрах электрода установлены по краям печатных плат и с зазором между электродом и цилиндрическим корпусом t=0.8-1 мм, обеспечивающими выравнивание электрического поля в торцах спирали;

- соединение плат в виде прямой призмы, контактируемые точки которых расположены по краям платы и смещены относительно узкой стороны платы, принятой за базу, на (k-1)×(L/n)×tgα и k×(L/n)×tgα (где k - порядковый номер плат, выбираемый из ряда 1, 2, …, n, α - угол наклона оси блока к базе, L -длина периметра вписанного многоугольника с числом сторон п), с шагом, равным шагу спирали, обеспечивающим уменьшение габаритных размеров делителя;

- внутреннее пространство цилиндрического корпуса, свободное от элементов конструкции, заполнено сыпучим диэлектриком с размером частиц (100-600) мкм, положение которого в корпусе фиксируется с помощью эпоксидного компаунда, обеспечивая необходимую электрическую прочность, защиту от разбрызгивания металла при возникновении дуговых разрядов и исключающим перемещение элементов конструкции при механических воздействиях на делитель.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является устойчивость конструкции к внешним механическим воздействиям и возможность измерений высоких напряжений постоянного, переменного и импульсного токов.

На фиг.1 изображена конструкция высоковольтного плеча делителя напряжений.

На фиг.2 представлено графическое пояснение к конструкции высоковольтного делителя напряжений.

Высоковольтное плечо состоит из изоляционной цилиндрической оболочки 1, высоковольтного вывода 2, заземленного вывода 3, R-C-r блоков, установленных на печатных платах 4, соединенных между собой в точках, расположенных вдоль длинных сторон плат, так что при соединении плат в этих точках образуется цилиндрическая спиралеобразная цепь из блоков. Каждый блок содержит конденсатор С и, соединенный с ним последовательно, низкоомный демпфирующий резистор r, а также шунтирующий это соединение высокоомный резистор R. Возможно исполнение высоковольтного плеча, в котором используется цепь блоков, каждый из которых содержит конденсатор С и шунтирующий его высокоомный резистор R и, соединенный с ними последовательно, низкоомный демпфирующий резистор r. Цепь блоков одним концом подключена к высоковольтному электроду с помощью проводника 13 и винта 14, а другим - к центральному к болту 5 коаксиального вывода. Болт крепиться с помощью изоляционной втулки 6, изоляционной шайбы 7 и гайки 8 в отверстии в центре низковольтного электрода. К головке болта крепится металлический проводник, соединяющий высоковольтное плечо с блоком низковольтного плеча.

Платы с R-C-r блоками расположены между верхним 10 и нижним 9 тарельчатыми электродами, которые соединены с высоковольтным и заземленным электродами соответственно. Высота платы Н и диаметр корпуса определяют рабочий объем высоковольтного плеча делителя, в котором сконцентрированы электромагнитные процессы, происходящие в высоковольтном плече при преобразовании измерительного сигнала. Тарельчатые электроды выравнивают эквипотенциальные поверхности на концах плат, искажение которых создается выемками на высоковольтном и низковольтном электродах, а также технологическими пустотами внутри цилиндрической оболочки.

С целью исключения перемещения дополнительных электродов и узла печатных плат в процессе эксплуатации свободное пространство цилиндрического корпуса заполнено сыпучим диэлектриком 11 (например, кварцевый песок или мел), который препятствует возникновению электрической дуги между элементами делителя, разбрызгиванию расплавленного металла при разрушении элементов и фиксируется в корпусе делителя с помощью эпоксидного клея 12.

Делитель содержит высоковольтное плечо, состоящее из N соединенных последовательно R-C-r блоков. Блоки высоковольтного плеча расположены вдоль витков цилиндрической спирали, внутренний диаметр которой равен диаметру окружности, описанной вокруг равностороннего многоугольника, сторона которого равна длине проекции L/n блока на плоскость, перпендикулярную оси спирали, причем точки соединения блоков лежат на этой спирали. Расстояние между витками цилиндрической спирали определяется из формулы s=(H×L)/N.

Блоки установлены на платах, которые одновременно являются гранями прямой призмы высотой Н, а основанием - правильный многоугольник. Точки соединения блоков лежат в точках пересечения ребер (aa", bb", cc", dd") прямой призмы с витками спирали W. На плате точки соединения соответствуют отверстиям, расположенным по краям узкой стороны с шагом, равным шагу спирали и смещенным относительно узкой стороны, принятой за базу, на (k-1)×(L/n)×tgα и k×(L/n)×tgα (где k - порядковый номер плат, выбираемый из ряда 1, 2, …, n, α - угол наклона оси блока к базе).

Работает делитель напряжений следующим образом.

Измеряемое напряжение U1 прикладывается между высоковольтным и низковольтным электродами. В пассивной измерительной цепи, образованной высоковольтным (ВП) и низковольтным (НП) плечами, в точке соединения (болт 5) высоковольтного и низковольтного плеча появляется напряжение U2, пропорциональное по амплитуде входному напряжению и используемое для передачи, хранения и дальнейшей обработки измерительной информации. Значение коэффициента пропорциональности (деления) определяется соотношением значений элементов R-C-r блоков, а также взаимным расположением элементов конструкций высоковольтного плеча делителя в пространстве. При протекании тока между тарельчатыми электродами возникает электромагнитное поле, характеристики которого благодаря спиралеобразному размещению блоков, превышают характеристики электромагнитного поля окружающей среды, что делает делитель помехоустойчивым.

Высоковольтный делитель напряжений, содержащий высоковольтный и заземленный электроды, закрепленные на торцах изоляционного цилиндра, и расположенные между ними последовательно соединенные блоки, отличающийся тем, что:
R-C-r блоки высоковольтного плеча расположены по цилиндрической винтовой линии, шаг которой равен s=(H×n)/N (где N - число R-C-r блоков в высоковольтном плече; Н - высота рабочего пространства высоковольтного плеча; n - число блоков в витке спирали), причем каждый i-блок находится над (i-n)-блоком (где i - номер блока), обеспечивающим необходимые габариты и высокий входной импеданс делителя при измерениях напряжений постоянного, переменного и импульсного токов;
- тарельчатые электроды с отверстиями в центрах, установленные по краям печатных плат и с зазорами между электродами и цилиндрическим корпусом t=0.8-1 мм, обеспечивающими выравнивание электрического поля в торцах спирали;
- соединение плат в виде прямой призмы, точки соединения которых расположены по краям платы и смещены относительно узкой стороны платы, принятой за базу, на (k-1)×(L/n)×tgα и k×(L/n)×tgα (где k - порядковый номер плат, выбираемый из ряда 1, 2, …, n, α - угол наклона оси блока к базе, L - длина периметра вписанного многоугольника с числом сторон n), с шагом, равным шагу спирали, обеспечивающим уменьшение габаритных размеров делителя;
- внутреннее пространство цилиндрического корпуса, свободное от элементов конструкции, заполнено сыпучим диэлектриком с размером частиц (100-600) мкм, положение которого в корпусе фиксируется с помощью эпоксидного компаунда и который обеспечивает необходимую электрическую прочность, защиту от разбрызгивания металла при возникновении дуговых разрядов и исключает перемещение элементов конструкции при механических воздействиях на делитель.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин.

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов в машиностроении и предназначено для контроля положения металлических изделий и исполнительных органов технологического оборудования без механического контакта с ними.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения величины переменного тока, протекающего по проводам высоковольтных линий электропередач и по высоковольтному оборудованию подстанций.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в цепях измерения переменного тока приборов учета и регистрации электроэнергии.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при создании цифровых приборов с первичными преобразователями, имеющими нелинейную характеристику, например, в неразрушающем контроле толщины покрытий.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может найти применение в измерительной технике высоких напряжений. В заявленном измерителе напряжения на основе эффекта Поккельса модуль обработки связан через оптоволоконную линию с сенсором. В состав сенсора входят кварцевая колонна с торцевыми пленочными электродами и сорокапятиградусный вращатель Фарадея, коллиматор и сферическое зеркало. Колонна состоит из пары идентичных монокристаллических цилиндров и соосно сопряженных торцами так, что их электрические оси X антиколлинеарны, а одноименные оптические оси Y и Z ортогональны. Линия выполнена из оптического волокна, сохраняющего поляризацию. Модуль содержит подключенные к программируемому вычислительному блоку лазерный источник излучения и аналого-цифровой преобразователь с фотоприемниками и на входе. Оптоволоконная линия 2 подведена к фотоприемникам и с помощью циркулятора и поляризационного делителя. Модуль измеряет интенсивности отраженных излучений, поступающих на фотоприемники, и рассчитывает фазовый набег между поляризационными модами в кварцевой колонне, по которому определяет электрическое напряжение, приложенное к торцевым электродам кварцевой колонны. В линию встроен модулятор фазового набега и оптоволоконный элемент задержки, сдвигающий отраженное излучение по фазе модуляции. Технический результат изобретения - повышение точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявляемое изобретение относится к метрологии, в частности к электроизмерительной технике. Индикатор напряжения содержит два щупа, расположенные в отдельных корпусах, кабель, на котором установлены корпуса. Корпуса выполнены с возможностью магнитного притяжения друг к другу. На одном из корпусов установлен магнит и по меньшей мере часть другого корпуса изготовлена из магнитопроводного материала, либо на каждом корпусе предусмотрен по меньшей мере один магнит и полюса указанных магнитов противоположны друг другу. В оболочке другого корпуса предусмотрены выемки, соответствующие расположению магнитов. Корпуса имеют концы с щупом, при этом на каждом конце корпусов открыт доступ к щупам. на концах с щупом обоих корпусов предусмотрена кромка, обеспечивающая поворот, причем кромки, обеспечивающие поворот, выполнены так, что они соответствуют друг другу и обеспечивают возможность поворота корпусов относительно друг друга. Каждая выемка расположена на таком же расстоянии от конца с щупом, что и соответствующий ей магнит. Сила притяжения магнита или магнитов, расположенных дальше от конца с щупом, больше силы притяжения магнита или магнитов, расположенных ближе к концу с щупом. Технический результат – упрощение эксплуатации, повышение точности приложения щупов к измерительных выводам. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявлено устройство для измерения спектрального состава удельной выталкивающей силы спортивного напольного покрытия, состоящее из алюминиевой трубки со скользящим внутри нее металлическим стержнем, нижний конец которого заканчивается конусообразной сменяемой насадкой, а верхний запрессован в пластину, на которую крепится дополнительный груз, отличающийся тем, что на ту же пластину крепится еще и датчик ускорения, который с помощью коаксиального кабеля соединен со входом спектр-анализатора, в котором сменяемыми RC-цепочками поочередно устанавливаются полосовые фильтры, а в качестве индикатора ускорения к выходу спектр-анализатора подключен вольтметр. Измерения проводятся следующим образом: стальной стержень с изменяемой массой с установленным на его верхнем торце датчиком ускорения падает на напольное покрытие с фиксированной высоты и отскакивает от него с определенным ускорением и неизвестной частотой. Для определения частоты отскока стержня сигнал датчика пропускается через спектр-анализатор со сменяемыми с помощью RC-цепочек полосовыми фильтрами. При совпадении частоты отскока стержня с частотой полосового фильтра ускорение стержня будет максимальным, по которому и определяется искомая частота отскока. Техническим результатом при реализации заявленного устройства является повышение точности измерения частоты отскока стержня с удельной массой mk при его свободном падении на напольное покрытие. 1 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к области электрических измерений, и может быть использовано в качестве измерительного средства высокого напряжения на высоковольтных линиях электропередач. Измерительная колонна оптического трансформатора напряжения содержит цилиндрический изолятор, в полости которого размещен чувствительный элемент в виде кристалла. Кристалл имеет форму стержня, выполненного из кварцевого стекла, и установлен продольно в полости изолятора посредством удерживающих кристалл, а также электрически контактирующих с ним электрических модулей. Первый из модулей содержит первую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на первой торцевой крышке изолятора, а со стороны второй концевой части, содержащей первый многопластинчатый контакт, с первой концевой частью кристалла. Второй электрический модуль содержит вторую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на второй торцевой крышке изолятора посредством второго многопластинчатого контакта, обеспечивающего электрическое соединение между ними, а со стороны второй концевой части со второй концевой частью кристалла посредством третьего многопластинчатого контакта. Полость вокруг кристалла заполнена компрессионным электроизоляционным гелем, электрическая прочность которого превышает электрическую прочность воздушной среды, а полимерные микросферы заполнены инертным газом. Техническим результатом является повышение точности измерений и линейности их преобразования. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к крепежному элементу для сенсора тока и направлено на сокращение ручного труда при монтаже. Крепежный элемент имеет стопорное устройство, а также фланцевую область для крепления сенсора тока в вертикальном положении на крепежной поверхности. Фланцевая область имеет опорную поверхность и/или опорную планку, которые лежат в первой плоскости, крепежный элемент имеет также зажимную поверхность, на которой отформовано стопорное устройство. Зажимная поверхность лежит во второй плоскости, и при этом эти две плоскости имеют общий угол (α) пересечения, который составляет больше 90,25°. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерений высоких напряжений. Высоковольтный делитель напряжений содержит высоковольтный и заземленный электроды, закрепленные на торцах изоляционного цилиндра, и расположенные между ними последовательно соединенные R-C-r блоки, расположенные по цилиндрической винтовой линии, шаг которой равен sN. Также устройство содержит тарельчатые электроды с отверстиями в центрах, установленные по краям печатных плат и с зазорами между электродами и цилиндрическим корпусом t0.8-1 мм. При этом соединение плат выполнено в виде прямой призмы, точки соединения расположены по краям платы и смещены относительно узкой стороны платы, принятой за базу, на ××tgα и k××tgα. Технический результат - расширение функциональных возможностей, уменьшение габаритов делителя и повышение устойчивости конструкции к внешним механическим воздействиям. 2 ил.

Наверх