Преобразователь напряжения высоковольтной сети в цифровой код

Настоящая полезная модель относится к измерительной технике, а именно к области электрических измерений высоковольтного переменного напряжения.
Известен ряд технических решений, в которых описаны высоковольтные измерительные преобразователи напряжения, в частности патенты RU 2516034, RU 2525581, RU 2624977, RU 130132, RU 145064, RU 159443.
Известен патент на изобретение RU 2516034. В описанном устройстве преобразователь напряжения содержит резистивно-емкостный делитель напряжения, низковольтное плечо которого соединено с высоковольтной линией, напряжение которой измеряется, а высоковольтное плечо соединено с заземляющим проводом устройства, причем высоковольтное плечо представляет собой последовательную цепь из конденсаторов, шунтированных резисторами, и расположено внутри изолятора, представляющего собой трубчатую конструкцию с внешним оребрением, увеличивающим длину прохождения тока утечки. В описании патента не указано, как располагается внутри изолятора высоковольтное плечо, а это очень важное обстоятельство, поскольку расположение конденсаторов внутри изолятора в прямую линию, как показано на фигуре 1 описания к этому патенту, приводит к значительному увеличению длины изолятора, увеличению его веса, стоимости и снижения устойчивости к ветровым и снеговым нагрузкам.
Наиболее близким к настоящей полезной модели относится изобретение, описанное в патенте RU 2525581. В патенте описано устройство для измерения тока и напряжения в высоковольтной сети, содержащее опорный изолятор, измерительный модуль, в состав которого входят первичный масштабный преобразователь тока, аналого-цифровой преобразователь и оптический коммуникационный модуль, делитель напряжения, расположенный в опорном изоляторе, волоконно-оптическую линию передачи, приемное коммуникационное устройство и блок питания.
Как показано на фигуре 2 описания изобретения по патенту RU 2525581, элементы высоковольтного плеча делителя напряжения, включенные в последовательную цепь, расположены внутри опорного изолятора в виде плоского зигзага. Это позволяет уменьшить длину опорного изолятора по сравнению с их расположением в прямую линию. Однако, в случае применения в качестве элементов высоковольтного плеча пленочных конденсаторов, это приводит к созданию внутри опорного изолятора неоднородного электрического поля, что увеличивает вероятность электрического пробоя изоляции. Дело в том, что в делителе напряжения желательно применение конденсаторов по возможности наибольшей емкости, так как это позволяет уменьшить влияние загрязнений на внешней оболочке опорного изолятора и емкостных связей между элементами делителя напряжения и внешними объектами на погрешность измерения напряжения, в первую очередь – фазовую погрешность. Поэтому приходится располагать конденсаторы плотно друг к другу, что увеличивает вероятность пробоя. Кроме того, расположение элементов делителя напряжения зигзагом не позволяет полностью использовать внутренний объем опорного изолятора.
Предлагаемая полезная модель не имеет подобного недостатка.
Технический результат, который достигается изобретением, состоит в повышении надежности устройства и его точности. Технический результат достигается за счет того, что конденсаторы высоковольтного плеча делителя напряжения, соединённые последовательно, располагаются по винтовой линии на каркасе, который, в свою очередь, располагается внутри опорного изолятора соосно с ним. Каркас выполнен из изолирующего материала и имеет продольное отверстие, через которое могут проходить волоконно-оптические линии связи и узлы питания блока измерительного преобразователя.
Перечень фигур на чертежах.
На фиг. 1 представлена конструкция устройства.
На фиг.2 изображено в укрупнённом виде расположение конденсаторов на каркасе (переборки каркаса не показаны).
На фиг.3 изображен разрез каркаса с расположенными на нём конденсаторами.
Предлагаемое устройство состоит из следующих узлов и элементов.
Измерительный модуль 1, содержащий электронную схему преобразования напряжения в цифровой код, подключенную к высоковольтным выводам 2, установлен на опорном изоляторе 3. Внутри опорного изолятора 3 установлен каркас 5 с переборками, расположенными по винтовой линии (на чертежах не показаны), на котором расположены по винтовой линии конденсаторы 4 высоковольтного плеча делителя напряжения, низковольтное плечо которого соединено с высоковольтными выводами устройства, а выход подключен к электронной схеме преобразования напряжения в цифровой код. Каркас 5 может иметь продольное отверстие 6.
Расположение конденсаторов высоковольтного плеча делителя напряжения по винтовой линии обеспечивает максимальное использование внутреннего объёма опорного изолятора, что позволяет применить высококачественные конденсаторы сравнительно большой ёмкости и получить приемлемую однородность электрического поля внутри опорного изолятора. Конденсаторы, расположенные в смежных витках винтовой линии, разделены переборками каркаса, которые могут быть выполнены из материала с высокой электрической прочностью, например, из силиконовой резины.
Повышение надежности достигается за счёт уменьшения вероятности электрического пробоя между выводами конденсаторов делителя напряжения, а повышение точности – за счет более полного использования внутреннего пространства опорного изолятора, что позволяет использовать конденсаторы большей ёмкости и, как следствие, снизить влияние загрязнений наружной поверхности опорного изолятора и ёмкостных связей между элементами делителя напряжения и внешними объектами на угловую погрешность измерения напряжения.
Предлагаемая полезная модель реализована в опытном образце цифрового комбинированного измерительного трансформатора тока и напряжения класса 110 кВ. Высоковольтное плечо ёмкостного делителя напряжения выполнено из расположенных по винтовой линии 150 последовательно соединённых плёночных конденсаторов типа B32656J2224, ёмкостью 0,22 мкФ на напряжение 2 кВ, так что эквивалентная ёмкость высоковольтного плеча составляет около 1,47 нФ.
Устройство успешно прошло высоковольтные испытания по ГОСТ Р МЭК 60044-7-2010 на базе Испытательного центра высоковольтного оборудования ОАО НИИПТ (г. Санкт-Петербург), в том числе испытание повышенным напряжением промышленной частоты (140 кВ) в течение одной минуты и грозовыми импульсами напряжением 325 кВ.