КОНДЕНСАТОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ГАЗОВЫЙ ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ

Настоящая полезная модель относится к области метрологии, электроэнергетики, и предназначена для передачи с высокой точностью и стабильностью электрических сигналов от высоковольтных частей электрических цепей в измерительные цепи. Передача осуществляется посредством электростатического поля, с обеспечением гальванической развязки высоковольтной и измерительной частей.
Известно устройство, используемое для аналогичных целей, представляющее собой трехэлектродный конденсатор переменной емкости [1]. В котором передача измерительного сигнала от высоковольтных частей электрической цепи в измерительные цепи осуществляется через высоковольтную разделительную емкость, образованную подвижным разделительным электродом, расположенным между двумя внешним и внутренним неподвижными электродами. При этом длина внешнего неподвижного электрода не менее чем в два раза превышает длину подвижного электрода. Указанные устройства не обеспечивают точности и стабильности передачи измерительного сигнала, поскольку подвижный электрод невозможно жестко зафиксировать между двумя электродами. Устройства подобного типа подвержены сильному влиянию электромагнитных помех, проникающих в измерительную цепь с открытых торцов устройства. Устройство требует использования нуль-индикатора при производстве измерений. Устройство предназначено для использования в мостовых схемах, что сужает область его применения.
Другим аналогом настоящей полезной модели является [2] представляющее собой плоский трехэлектродный газовый конденсатор, в котором для формирования измерительного сигнала используется третий электрод, размещаемый между двумя плоскими электродами. В связи с тем, что данная модель представляет собой плоский конденсатор, она подвержена сильному влиянию электромагнитных помех, проникающих через боковую поверхность в измерительную цепь. Кроме того, расположение диэлектрика большого объема в области сильного электрического поля приводит к сильной зависимости выходного сигнала от температуры окружающей среды из-за изменения диэлектрической проницаемости внутреннего диэлектрика.
Наиболее близким решением является [3] в этой полезной модели содержится два конденсатора обкладки одного являются внешними, а обкладки другого являются внутренними. Измерительный сигнал из одной цепи в другую передается через взаимную емкость пластин. Недостатком данного устройства является нестабильность из-за сильного влияния электромагнитных помех, поскольку конденсаторы выполнены плоскими и открытыми. Кроме того, возникает сильная температурная нестабильность из-за температурного изменения размеров разделительного диэлектрика. Кроме того, при изменении температуры изменяется диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика, что приводит к дополнительной температурной погрешности измерений.
Целью при разработке настоящей полезной модели было обеспечение передачи измерительного сигнала от высоковольтной части электрической сети в измерительную часть при обеспечении высокой точности и стабильности передачи сигнала.
Поставленная цель достигается за счет того, что используется конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный содержащий конденсаторы причем обкладки одного из них размещены внутри обкладок другого, конденсатор выполнен цилиндрическим так, что электрод центральный является цилиндрическим, электрод измерительный выполнен в виде пустотелого цилиндра с одним дном, электрод земляной выполнен так же в виде пустотелого цилиндра с одним дном и фланцем, снабжен экраном, изолятором проходным цилиндрическим с фланцевой частью, которая совмещена с фланцевой частью земляного электрода, изолятором опорным коническим, расположенным между экраном и электродом измерительным, конический выступ которого направлен в сторону дна электрода измерительного и касается наружной торцевой поверхности центрального электрода, а на торцевой части имеются сквозные отверстия.
Кроме того, должно выполняться соотношение:
o
o
п
п
(8-12)*S/D.<S/D,
п
где: S - площадь наружной цилиндрической поверхности проходного изолятора,
o
п
S - площадь наружной цилиндрической поверхности опорного изолятора, D - толщина цилиндрической поверхности проходного изолятора,
o
D- толщина цилиндрической поверхности опорного изолятора,
1
2
3
4
На Фигуре представлено устройство конденсатора измерительного высоковольтного газового трехэлектродного. Где 1 - экран защитный, 2 - изолятор проходной, 3 - стержень центрального электрода, 4 - сальник, 5 - экран, 6 - изолятор опорный, 7 - электрод центральный, 8 - электрод измерительный, 9 - дно измерительного электрода, 10 - электрод земляной, 11 - дно земляного электрода, 12 - подставка. C - емкость высоковольтная разделительная, С - емкость измерительная, С - емкость на землю паразитная, C - емкость на землю конструктивная.
1
2
Работает полезная модель следующим образом. Высокое напряжение подается через защитный экран (1) стержень центрального электрода (3) на электрод центральный (7). Электрод земляной (10) заземляется. Измерительный сигнал снимается между электродом измерительным (8) и электродом земляным (10). Высокое напряжение делится пропорционально отношению емкостей C (емкость высоковольтная разделительная между высоковольтным (7) и измерительным (8) электродами С (емкость между измерительным (8) и земляным (10) электродами):
1
2.
2
1
U/U=C/C,
1
2.
где: U - первичное (высокое) напряжение, U - вторичное (низкое) напряжение,
3
4
Затем измерительный сигнал подается в измерительный тракт для производства замеров. Емкости С и С являются паразитными емкостями через которые сигнал замыкается на землю помимо измерительного тракта и тем самым вносят искажения в измерения.
3
3
3
Цилиндрическая форма конденсатора обеспечивает исключение влияния внешних электромагнитных помех, поскольку внешний заземляющий электрод (10) экранирует измерительный электрод (8) от внешних полей. Исполнение измерительного электрода (8) в виде пустотелого цилиндра с одним дном позволяет поместить центральный высоковольтный электрод (7) внутри этого цилиндра. Это обеспечивает дальнейшее снижение влияния электромагнитных помех. Оба этих электрода в свою очередь размещаются внутри земляного электрода (10). Это обеспечивает снижение паразитной емкости на землю (С) и, соответственно, увеличивает точность и стабильность измерений. Исполнение проходного изолятора (2) в виде пустотелого тонкостенного диэлектрического цилиндра позволяет минимизировать паразитную емкость центрального электрода на землю (С) через эту емкость токи измерительного сигнала замыкаются на землю, минуя измерительный тракт. Это, в свою очередь, позволяет повысить стабильность передачи измерительного сигнала в измерительный тракт. Конденсатор снабжен экраном (5) назначение которого - сделать электростатическое поле в зазоре между центральным (7) и измерительным (7) электродами более однородным. Это уменьшает изоляционные расстояния и уменьшает токи, замыкающиеся на землю через паразитную емкость (С). Совмещение фланцевых частей проходного изолятора (2) и земляного электрода (10) так же стабилизирует их взаимное расположение и, соответственно, токи замыкания на землю. Полезная модель снабжается изолятором опорным коническим (6), расположенным между экраном (5) и электродом измерительным (8), конический выступ изолятора (6) направлен в сторону дна электрода измерительного (9) и касается наружной торцевой поверхности центрального электрода (8). Это позволяет компенсировать влияние температуры на коэффициент деления напряжения конденсатором, поскольку при повышении температуры окружающей среды увеличиваются паразитные токи, замыкающиеся на землю через боковую цилиндрическую поверхность проходного изолятора (2). Это увеличение происходит за счет того, что увеличивается диэлектрическая проницаемость материала стенок проходного изолятора (2), а компенсация увеличения токов замыкания на землю происходит за счет того, что конический выступ опорного изолятора (6) направлен в сторону дна измерительного электрода (9) и касается наружной торцевой поверхности центрального электрода (7). Поэтому при температурном расширении материала опорного изолятора (6) центральный электрод (7) движется вниз в строну дна измерительного электрода (9), его емкость на измерительный электрод (8) увеличивается и компенсирует увеличение паразитных токов замыкания на землю. На торцевой части опорного изолятора (6) имеются сквозные отверстия назначение которых - регулировать величину температурного смещения центрального электрода (7). Количество и диаметр этих отверстий подбирается экспериментально. Совмещение фланцевых частей электрода земляного (10) и изолятора проходного (3) и установка в зоне их соприкосновения экрана (5) обеспечивает направление температурного перемещения электрода центрального (7) в сторону дна измерительного электрода (8).
4
Для дополнительной стабилизации выходного сигнала необходимо, что бы конструктивная емкость на землю (С) была на порядок меньше паразитной емкости на землю. Это определяется тем, что токи, замыкающиеся на землю по элементам конструкции, вносят большие искажения в измерительный сигнал, поскольку проходят по, зануленным и заземленным частям измерительных приборов. Величина, определяющая паразитные токи замыкания на землю это (емкость цилиндрической внешней поверхности внутреннего электрода на землю через боковую поверхность проходного изолятора):
п
п
S/D
п
где: S - площадь наружной цилиндрической поверхности проходного изолятора,
п
D - толщина цилиндрической поверхности проходного изолятора. Величина определяющая конструктивные токи замыкания на землю это (емкость цилиндрической внешней поверхности внутреннего электрода на земляной электрод через боковую поверхность опорного электрода):
o
o.
S/D
o
где: S - площадь наружной цилиндрической поверхности опорного изолятора,
o
D - толщина цилиндрической поверхности опорного изолятора,
Таким образом это условие можно сформулировать:
o
o.
п
п
(8-12)*S/D<S/D.
Испытания предлагаемой полезной модели показали, что измерительные делители напряжения, выполненные на ее основе могут достигать класса точности 0,05.
Источники информации:
1. Мамонов А.А., Черникова Л.Г., Авторское свидетельство СССР №974431 приоритет от 15.11.82.
2. DE 4139356 (A1) - Plate measurement capacitor for determining electrical and dielectric parameters - has three plates, two planar outer electrodes at the same potential and intermediate counter-electrode, with stiff lead mounting and guide
3. Заярный В.П., Полезная модель №3357 приоритет от 16.12.96.