Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к измерительным устройствам постоянного и переменного напряжений.
Известен высоковольтный делитель напряжения (Патент па изобретение РФ №2026555, G01P 15/00, 1991 г.), содержащий низковольтное плечо, выполненное в виде параллельно включенных резистора и конденсатора, коаксиальный экран и высоковольтное плечо, выполненное в виде цепочки из n последовательно соединенных резисторов, первый вывод которой подключен к высокому потенциалу, второй вывод цепочки соединен с первым выводом низковольтного плеча, второй вывод которого подключен к нулевому потенциалу, коаксиальный экран подключен к точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч, причем емкость цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой высоковольтного плеча и коаксиальным экраном, является входной емкостью высоковольтного плеча.
Недостатком указанного устройства является влияние внешней электромагнитной обстановки на точность измерений напряжения.
Известен высоковольтный измерительный преобразователь напряжения (Патент на полезную модель РФ №166006, G01R 15/04 (2006.01), 2016 г.), принятый за прототип, содержащий резистивный делитель напряжения, состоящий из высоковольтного плеча и низковольтного плеча, помещенный в изолятор и залитый твердотельным диэлектриком, причем низковольтное плечо выполнено в виде резистора, а высоковольтное плечо выполнено в виде цепочки из нескольких последовательно соединенных резисторов, при этом первый вывод высоковольтного плеча подключен к высокому потенциалу, второй вывод высоковольтного плеча подключен к первому выводу низковольтного плеча, а второй вывод низковольтного плеча подключен к нулевому потенциалу, дополнительно содержащий два экранных кольца, установленных коаксиально оси изолятора в его верхней части, находящиеся под потенциалом высоковольтного проводника, при этом резисторы делителя напряжения расположены на внутренней поверхности изолятора по спирали на эквипотенциалях электромагнитного поля.
Недостатком указанного устройства является влияние внешней электромагнитной обстановки на точность измерений напряжения, а также сложность изготовления в части расположения резисторов на эквипотенциалях электромагнитного поля.
Технический результат заключается в уменьшении влияния внешней электромагнитной обстановки на точность измерений напряжения.
Технический результат достигается тем, что высоковольтный измерительный преобразователь напряжения, содержащий резистивный делитель напряжения, помещенный в изолятор и залитый твердотельным диэлектриком, два экранных кольца в верхней части изолятора, находящиеся под потенциалом высоковольтного проводника, два экранных кольца в нижней части изолятора, находящиеся под нулевым потенциалом, резистивный делитель напряжения состоит из высоковольтного плеча, выполненного в виде цепочки из последовательно соединенных резисторов, и низковольтного плеча, выполненного в виде резистора, первый вывод высоковольтного плеча подключен к потенциалу высоковольтного проводника, второй вывод высоковольтного плеча подключен к первому выводу низковольтного плеча, второй вывод низковольтного плеча подключен к нулевому потенциалу, дополнительно содержит второй резистивный делитель напряжения, размещенный в изоляторе вокруг первого резистивного делителя напряжения и залитый твердотельным диэлектриком, состоящий из последовательно подключенных групп резисторов, соединенных параллельно, при этом первый вывод второго резистивного делителя напряжения подключен к потенциалу высоковольтного проводника, а второй вывод подключен к нулевому потенциалу.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведен общий вид высоковольтного измерительного преобразователя напряжения, продольный разрез, на фиг. 2 приведено поперечное сечение А-А.
На чертежах использованы следующие обозначения: верхний фланец 1, изоляционная покрышка 2, стеклотекстолитовая труба 3, первый резистивный делитель напряжения 4, нижний фланец 5, первое экранное кольцо 6, второе экранное кольцо 7, герметизирующий диэлектрик 8, третье экранное кольцо 9, четвертое экранное кольцо 10, второй резистивный делитель напряжения 11.
Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения содержит изолятор, состоящий из верхнего фланца 1, изоляционной покрышки 2, стеклотекстолитовой трубы 3 и нижнего фланца 5. В стеклотекстолитовой трубе 3 изолятора размещены первый (измерительный) резистивный делитель напряжения 4 и второй (экранирующий) резистивный делитель напряжения 11. Второй резистивный делитель напряжения 11 расположен вокруг первого резистивного делителя напряжения 4. Размещенные в стеклотекстолитовой трубе 3 изолятора первый резистивный делитель напряжения 4 и второй резистивный делитель напряжения 11 залиты твердотельным диэлектриком 8, например, компаундом. Второй резистивный делитель напряжения 11 выполняет функцию экранирования от внешних электромагнитных полей. Величина сопротивления второго резистивного делителя 11 зависит от класса напряжения высоковольтного измерительного преобразователя и определяется величиной допустимого тепловыделения. В верхней части изолятора установлены первое экранное кольцо 6 и второе экранное кольцо 7, находящиеся под потенциалом высоковольтного проводника. В нижней части изолятора установлены третье экранное кольцо 9 и четвертое экранное кольцо 10, находящиеся под нулевым потенциалом. Экранные кольца предназначены для выравнивания распределения потенциала внутри высоковольтного измерительного преобразователя напряжения, что позволяет уменьшить величину емкостных токов, влияющих на точность измерения напряжения резистивным делителем, и влияние внешних электромагнитных полей. Радиусы экранных колец выбираются по условию максимального выравнивания распределения потенциалов. Исследования, выполненные на трехмерных математических моделях с распределенными параметрами, показывают, что при установке экранных колец угловая погрешность измерения переменного напряжения снижается в несколько раз.
-
Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения работает следующим образом. При подаче высокого потенциала на первый вход высоковольтного плеча первого резистивного делителя напряжения 4, первый вход второго резистивного делителя напряжения 11, первое экранное кольцо 5 и второе экранное кольцо 6 формируется распределение потенциала по резисторам первого резистивного делителя напряжения 4 и второго резистивного делителя напряжения 11, на низковольтном плече первого резистивного делителя напряжения 4 наблюдается падение напряжения. Данное падение напряжения подается на преобразователи аналоговых сигналов или устройствапотребители информации (релейная защита и автоматика, автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии). При этом формируется устойчивая емкостная связь между первым резистивным делителем напряжения 4 и вторым резистивным делителем напряжения 11. В результате внешняя электромагнитная обстановка не оказывает существенного влияния па первый (измерительный) резистивный делитель напряжения 4. Второй резистивный делитель напряжения 11 предназначен для исключения влияния на погрешности измерения напряжения внешней электромагнитной обстановки. Выполненные исследования на трехмерных математических моделях с распределенными параметрами показали высокую эффективность применения второго резистивного делителя напряжения для исключения влияния внешней электромагнитной обстановки.
Таким образом, введение дополнительного экранирующего резистивного делителя напряжения в заявленном техническом решении обеспечивает уменьшение влияния внешних электромагнитных полей.