Высоковольтный измерительный преобразователь напряжения

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к измерительным устройствам постоянного и переменного напряжений.
Известен высоковольтный делитель напряжения (Патент на изобретение РФ № 2026555, МПК 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, МПК G01R 15/04, 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 прототипа 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, состоящий из высоковольтного плеча и низковольтного плеча, помещенный в изолятор и залитый твердотельным диэлектриком, одно или несколько экранных колец в верхней части изолятора, находящихся под потенциалом высоковольтного проводника, одно или несколько экранных колец в нижней части изолятора, находящихся под нулевым потенциалом, 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 потенциалу высоковольтного проводника, второй вывод высоковольтного плеча подключен к первому выводу низковольтного плеча, а второй вывод низковольтного плеча подключен к нулевому потенциалу, внутренняя поверхность изолятора дополнительно содержит покрытие в виде слоя толщиной (5-500) нм из электропроводного композиционного углеродосодержащего материала, контактирующего с потенциалом высоковольтного проводника в верхней части изолятора и контактирующего с нулевым потенциалом в нижней части изолятора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведен высоковольтный измерительный преобразователь напряжения.
На чертеже использованы следующие обозначения: верхний фланец - 1, изоляционная покрышка - 2, стеклотекстолитовая труба - 3, резистивный делитель напряжения - 4, нижний фланец - 5, первое экранное кольцо - 6, второе экранное кольцо - 7, твердотельный диэлектрик - 8, третье экранное кольцо - 9, четвертое экранное кольцо - 10, резистивный слой - 11.
7
12
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 резистивный делитель напряжения 4, выполненный спиральным. Внутренняя поверхность изолятора дополнительно содержит покрытие в виде резистивного слоя 11 толщиной (5-500) нм, который нанесен, например напылением или другим известным способом, на внутреннюю поверхность стеклотекстолитовой трубы 3 изолятора. Электропроводный композиционный углеродосодержащий материал представляет собой соединение органического или неорганического связующего с графитом или сажей. Резистивный делитель напряжения 4 в стеклотекстолитовой трубе 3 залит твердотельным диэлектриком 8, например герметизирующим компаундом. В верхней части изолятора резистивный слой 11 находится в электрическом контакте с потенциалом высоковольтного проводника, а в нижней части изолятора резистивный слой 11 находится в электрическом контакте с нулевым потенциалом. Резистивный слой 11 выполняет функцию экранирования от внешних электромагнитных полей, исключает влияние на измерения напряжения внешней электромагнитной обстановки. Величина сопротивления резистивного слоя составляет 5⋅10÷5⋅10 Ом, определяется классом напряжения высоковольтного измерительного преобразователя и величиной допустимого тепловыделения на внутренней поверхности изолятора. 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 резистивного делителя напряжения 4, первое экранное кольцо 5 и второе экранное кольцо 6, на низковольтном плече наблюдается падение напряжения. Данное падение напряжения подается на устройства потребители информации (релейная защита и автоматика, автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии). Равномерное распределение электрического потенциала создается на резистивном слое 11, обладающем высоким сопротивлением, что формирует устойчивую емкостную связь между резистивным делителем напряжения 4 и резистивным слое 11. В результате внешняя электромагнитная обстановка не оказывает существенного влияния на резистивный делитель напряжения 4. Выполненные исследования на трехмерных математических моделях с распределенными параметрами показали высокую эффективность экранирующего резистивного слоя для исключения влияния внешней электромагнитной обстановки.
Таким образом, наличие на внутренней поверхности изолятора резистивного слоя высокого сопротивления в заявленном техническом решении обеспечивает уменьшение влияния внешних электромагнитных полей.