УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ СЕТИ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения емкости электрических сетей различного рода, находящихся под напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».
Известно устройство для измерения емкости сети [Карпиловский Л.Н. К вопросу контроля и измерения сопротивления изоляции и емкости судовых сетей постоянного и переменного тока. - Сб. «Вопросы судостроения», сер. «Судовая электротехника и связь», 1977, вып.17, с.47-59], содержащее источник переменного напряжения регулируемой частоты и измерительный прибор, включенные последовательно и подключенные через разделительный блок к контролируемый сети и заземлителю. Процесс измерения сводится к последовательному наложению на измеряемую емкость переменного напряжения двух кратных частот, измерению под действием этих напряжений переменных токов и последующему вычислению емкости по формуле.
Недостатком данного устройства являются невозможность его использования в сетях, находящихся под напряжением, а также трудоемкость проведения измерений и расчетов.
Известно устройство для измерения емкости сети [Авторское свидетельство СССР, №143141, кл G 01 R 27/26, 1960], находящейся под напряжением, содержащее источник оперативного напряжения, определитель постоянной времени разряда, блок регистрации, переключатель, блок подключения, добавочный резистор, накопительный конденсатор, один вывод которого подключен к корпусу, к первой входной клемме устройства для подключения измеряемой сети и к первому выводу добавочного резистора, второй - к переключателю, к которому также подключен источник оперативного напряжения, второй зажим которого соединен со вторым выводом добавочного резистора и с первым входом определителя постоянной времени разряда, второй вход которого соединен с переключателем, а выход - с блоком регистрации.
Недостатком данного устройства являются невозможность его использования в сетях, находящихся под напряжением, а также трудоемкость проведения измерений и расчетов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототип) является устройство [Авторское свидетельство СССР, №822080, кл G 01 R 27/18, 27/26, 1981] для измерения емкости сети, находящейся под напряжением, содержащее источник оперативного напряжения, определитель постоянной времени разряда, блок регистрации, блок деления, преобразователь «время - напряжение», переключатель, блок подключения, добавочный резистор, накопительный конденсатор, один вывод которого подключен к корпусу, к первой входной клемме устройства для подключения измеряемой сети и к первому выводу добавочного резистора, второй ко второму контакту переключателя, к первому контакту которого подключен первый зажим источника оперативного напряжения,
второй зажим которого соединен со вторым выводом добавочного резистора и с первым входом определителя постоянной времени разряда, второй вход которого соединен с седьмым контактом переключателя, к короткозамкнутым четвертому и пятому контактам которого подключен выход блока подключения, входы которого соединены с тремя другими входными клеммами устройства, вход преобразователя «время - напряжение» соединен с выходом определителя постоянной времени разряда, первый выход - с шестым контактом переключателя, второй выход - с третьим контактом переключателя и с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с девятым контактом переключателя, третий и четвертый входы подключены параллельно накопительному конденсатору, а выход соединен с блоком регистрации.
Устройство работает в три этапа и позволяет определить емкость сети.
Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы во время контроля в измерительной цепи отсутствовали другие напряжения, кроме оперативного. Однако добиться этого ни при каком положении движка резистора в блоке подключения в принципе невозможно из-за наличия пульсаций. А наличие этого, переменного, напряжения в цепи измерения приводит к погрешности измерения емкости сети. Причем эта погрешность тем больше, чем больше напряжение контролируемой сети и чем несимметричнее сеть. Поэтому предлагаемое устройство работоспособно лишь в ограниченном диапазоне напряжений контролируемой сети и лишь при ее определенной несимметрии.
Кроме того, данное устройство имеет большую длительность процесса измерения, которая возрастает с увеличением емкости контролируемой сети.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей. Технический результат заключается в уменьшении погрешности и времени измерения.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для измерения емкости сети под напряжением или обесточенной, содержащее блок подключения, блок регистрации, переключатель, введены блок управления, источник постоянного тока, и измерительно-вычислительный блок, причем выходы блока управления подключены к переключателю и измерительно-вычислительному блоку, источник постоянного тока включен между переключателем и «землей», а блок регистрации подключен к измерительно-вычислительному блоку
На фиг.1 приведена схема устройства, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Устройство содержит блок управления 1, измерительно-вычислительный блок 2, блок подключения 3, контролируемую сеть 4, переключатель 5, источник постоянного тока 6, блок регистрации 7, емкости сети 8, 9, 10, 11 и 12, сопротивления изоляции сети 13, 14, 15, 16 и 17.
Устройство работает следующим образом.
1
В момент времени t (фиг.2б, г) соответствующий максимуму одной (любой) из фаз контролируемой сети блок управления 1 подключает
a1
измерительно-вычислительный блок 2 к выходу блока подключения 3, который в свою очередь, подключен к фазам контролируемой сети, и происходит измерение и запоминание напряжения U на выходе блока подключения. Это напряжение всегда отлично от нуля, а его величина зависит от величины напряжения контролируемой сети и от степени ее несимметрия. На фиг.2а показано напряжение фаз сети в случае симметрии, а на фиг.2б - напряжение на выходе блока подключения в случае симметрии, а на фиг.2в и 2г те же напряжения соответственно в случае несимметрии сети.
1
Одновременно с измерением напряжения на выходе блока подключения в момент времени t происходит подключение с помощью переключателя 5 источника постоянного тока 6, к выходу блока подключения 3.
В течение времени, равного периоду частоты напряжения контролируемой сети происходит заряд емкостей сети 8-12 от источника постоянного тока 6, при этом небольшая часть тока протекает через сопротивления изоляции сети 13-17.
2
a2
a2
a1
Ровно через период напряжения контролируемой сети в момент времени t (фиг.2б, г) измерительно-вычислительный блок 2, управляемый блоком управления 1, вновь измеряет и запоминает напряжение U на выходе блока подключения 3. Затем в измерительно-вычислительном блоке 2 вычисляется разность напряжений ΔU=U-U.
a2
a1
С
a2
a1
С
a2
a1
С
Напряжение U содержит сумму двух составляющих напряжений: первая составляющая в точности равна U, а вторая составляющая U определяется величиной источника постоянного тока 6 и величиной эквивалентной емкости сети, равной сумме всех емкостей сети 8-12. Таким образом, U=U+U. И, следовательно, ΔU=U-U=U.
a2
a1
Таким образом, в результате проведения двух измерений напряжений U и U, на выходе блока подключения 3 полностью устраняется влияние на результат измерения емкости сети напряжения контролируемой сети при любой несимметрии сети.
С
Из анализа эквивалентной схемы сети следует, что эта составляющая U определяется по формуле 1 (вывод формулы (1) приведен в приложении).
Э
где I - величина источника постоянного тока, а С - величина эквивалентной емкости сети.
Э
Э
В измерительно-вычислительном блоке 2 из этого выражения, в котором известны все величины, кроме С, вычисляется величина эквивалентной емкости сети С и это значение передается в блок регистрации 7. Затем процесс измерения емкости сети повторяется. Кроме того, время измерения существенно сокращается.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет меньшую погрешность измерения и меньшее время измерения.