Конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный
Конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный относится к области метрологии и электроэнергетики, а именно к области точного измерения высокого напряжения. Технический эффект заключается в том, обеспечивается проведение измерений высоковольтных напряжений 6 кВ и более с точностью 0.05% и более. Технический результат состоит в том, что при этом возрастает номинальное напряжение конденсатора при сохранении всех метрологических характеристик. Для достижения указанного технического эффекта, конденсатор содержит цилиндрический центральный электрод, электрод измерительный и электрод земляной выполненные в виде пустотелых цилиндра с одним дном, снабжен экраном, изолятором проходным цилиндрическим, изолятором опорным коническим, расположенным между экраном и электродом измерительным, конденсатор снабжается цилиндрической металлической втулкой, размещенной на стержне центрального электрода коаксиально с ним, и дополнительно снабжается фланцем прижимным, а экран выполняется с дополнительным цилиндрическим буртиком расположенном между втулкой и боковой поверхностью проходного изолятора, а высота втулки равна высоте буртика. Кроме того, должно выполняться соотношение: d>0,1*D где: d - высота буртика над нижней плоскостью экрана, D - расстояние по образующей цилиндрической поверхности опорного изолятора от нижней точки защитного экрана до верхней точки фланца прижимного. Применение указанного технического решения позволяет поднять класс номинального напряжения конденсатора на одну ступень.
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, [1] 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.
Другим аналогом является [2] 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. Так же, при изменении температуры изменяется диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика, что приводит к дополнительной температурной погрешности измерений.
Наиболее близким решением является [3], в этой полезной модели содержится конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный содержащий конденсаторы причем обкладки одного из них размещены внутри обкладок другого, а электрод центральный выполнен 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 опорного изолятора имеются сквозные отверстия. Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность и стабильность передачи измерительного сигнала от высоковольтной части электрической сети измерительную часть при высоких номинальных напряжениях. Обуславливается это тем, что при высоких измеряемых напряжениях происходит электрический пробой по наружной поверхности проходного изолятора с экрана защитного на электрод земляной.
В основу настоящей полезной модели была положена задача разработать устройство для передачи измерительного сигнала от высоковольтной части электрической сети в низковольтную измерительную часть при обеспечении высокой точности и стабильности передачи сигнала.
Поставленная цель достигается за счет того, что используется конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный у которого электрод центральный выполнен 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, конденсатор снабжается цилиндрической металлической втулкой, размещенной на стержне центрального электрода коаксиально с ним, и дополнительно снабжается фланцем прижимным, а экран выполняется с дополнительным цилиндрическим буртиком расположенном между втулкой и боковой поверхностью проходного изолятора, а высота втулки равна высоте буртика. Кроме того, должно выполняться соотношение:
d>0,1*D
где: d - высота буртика над нижней плоскостью экрана,
D - расстояние по образующей цилиндрической поверхности опорного изолятора от нижней точки защитного экрана до верхней точки фланца прижимного.
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, 13 - втулка, 14 - фланец прижимной.
Работает полезная модель следующим образом. Высокое напряжение подается через защитный экран (1) и стержень центрального электрода (3) на электрод центральный (7). Электрод земляной (10) должен быть заземлен. Измерительный сигнал снимается между электродом измерительным (8) и электродом земляным (10). Высокое напряжение делится обратно пропорционально отношению емкостей между высоковольтным (7) и измерительным (8) электродами, и емкости между измерительным (8) и земляным (10) электродами): Затем измерительный сигнал подается в измерительный тракт для производства замеров. Экран конденсатора (5) снабжен буртиком назначение которого - сделать электрическое поле в зазоре между стержнем центрального электрода (3) и фланцем прижимным (14) электродами более однородным. Это позволяет избежать конфигурации электрического поля, характерной для скользящего разряда, что уменьшает изоляционные расстояния по наружной цилиндрической поверхности изолятора проходного (2) уменьшает помехи вносимые предразрядными токами позволяет поднять номинальное напряжение. Поскольку максимальное электрическое поле возникает на внутреннем краю прижимного фланца (14) буртик должен быть достаточно высоким и его высота должна составлять не менее 10% расстояния по образующей цилиндрической поверхности опорного изолятора от нижней точки защитного экрана до верхней точки фланца прижимного. Для снижения влияния температуры на коэффициент деления напряжения конденсатором полезная модель снабжается втулкой (13) это позволяет концентрировать электрическое поле в области газообразного диэлектрика, что снижает нелинейные искажения, вносимые твердым диэлектриком проходного изолятора (2). Для более полного снижения нелинейных искажений высота втулки (13) должна равняться высоте буртика над нижней плоскостью экрана. Таким образом,, должно выполняться соотношение:
d>0,1*D
где: d - высота буртика над нижней плоскостью экрана,
D - расстояние по образующей цилиндрической поверхности опорного изолятора от нижней точки защитного экрана до верхней точки фланца прижимного.
Эксплуатационные испытания заявляемого устройства показали, что можно существенно увеличить точность и стабильность передачи сигнала в измерительную цепь при высоких напряжениях. В частности применение указанного технического решения позволяет на одну ступень поднять класс напряжения конденсатора например с 110 кВ до 220 кВ.
Источники информации:
1. Brather Armin, патент DE 4139356 (A1) - Plate measurement capacitor for determining electrical and dielectric parameters, приоритет от 03.06.1993.
2. Заярный В.П., Полезная модель 
3357 приоритет от 16.12.96.
3. Гиниятуллин И.А., Лукашенко С.В., Решение о выдаче патента на полезную модель заявка 2011151527/28(077408), «Конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный», приоритет от 16.12.11.
1. Конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный, у которого электрод центральный выполнен цилиндрическим, электрод измерительный выполнен в виде пустотелого цилиндра с одним дном, электрод земляной выполнен также 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, отличающийся тем, что конденсатор снабжается цилиндрической металлической втулкой, размещенной на стержне центрального электрода коаксиально с ним, и дополнительно снабжается фланцем прижимным, а экран выполняется с дополнительным цилиндрическим буртиком, расположенным между втулкой и боковой поверхностью проходного изолятора, а высота втулки равна высоте буртика.
2. Конденсатор измерительный высоковольтный газовый трехэлектродный по п.1, отличающийся тем, что должно выполняться соотношение:
d>0,1
D,
где d - высота буртика над нижней плоскостью экрана,
D - расстояние по образующей цилиндрической поверхности опорного изолятора от нижней точки защитного экрана до верхней точки фланца прижимного.
