Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении тангенса угла диэлектрических потерь твердых изоляционных материалов, жидких диэлектриков, например, трансформаторного масла. Устройство содержит высоковольтный трансформатор с дополнительным выводом на высоковольтной обмотке, испытуемый конденсатор, резистор, схему измерения разности фаз, блок индикации, источник синусоидального сигнала, выполненного в виде генератора стабильной частоты, причем схема сравнения сигналов по фазе имеет два входа, один из которых подключен к общей точке соединения испытуемого конденсатора и резистора, другой - к дополнительному выводу высоковольтной обмотки трансформатора, а выход соединен с блоком индикации, который измеряет тангенс угла диэлектрических потерь по формуле: tg = tg(/2 - - ), где - угол диэлектрических потерь испытуемого конденсатора; - угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на резисторе; - угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на испытуемом конденсаторе. Угол принимается за постоянный угол, зависящий от величины резистора, напряжения на выходе высоковольтной обмотки трансформатора, которые для данного устройства являются постоянными величинами. Техническим результатом являются упрощение процесса измерения тангенса угла и уменьшение металлоемкости и габаритов устройства. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении угла диэлектрических потерь твердых электроизоляционных материалов, жидких диэлектриков, например трансформаторного масла.

Известно устройство для измерения тангенса угла диэлектрических потерь [1], содержащее высоковольтный трансформатор, имеющий отпайку на высоковольтной обмотке для подключения измерительных приборов: вольтметра, ваттметра и амперметра.

Однако известное устройство имеет большие габариты, множество соединительных проводов, требует дополнительной обработки измеренных величин, а по точности измерения пригодно лишь для объектов с большой емкостью, например для турбогенераторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее четырехплечевой высоковольтный мост, питаемый через повышающий трансформатор, высоковольтное напряжение которого подводится между вершиной моста и землей и примыкающее к "высоковольтной" вершине два плеча через испытуемый конденсатор C_x и эталонный высоковольтный конденсатор C_o, а в два другие плеча включаются переменное сопротивление R₃ и постоянное сопротивление R₄, шунтированное переменной емкостью C₄; нуль индикатор, включенный в диагональ моста [2].

Недостатком существующего устройства являются большие габариты (мост переменного тока P5026 имеет размеры: 540380280; масса моста - 22 кг; образцовый воздушный конденсатор имеет размеры: диаметр 310, высота - 380, масса - 15 кг), металлоемкость, громоздкий высоковольтный трансформатор, длительное время измерения и сборки схемы, а сам процесс измерения требует проведения ручных операций.

Техническим результатом является упрощение устройства, процесса измерения тангенса угла диэлектрических потерь, уменьшение его металлоемкости и габаритов (устройство вместе с высоковольтным трансформатором имеет габариты: 300150100; масса не более 8 кг); снижение мощности высоковольтного трансформатора; исключение ручных операций в процессе измерения.

Упрощение достигается тем, что в известное устройство, содержащее высоковольтный трансформатор, первый основной вывод высоковольтной обмотки которого через последовательно соединенные испытуемый конденсатор и резистор соединен с ее вторым основным выводом и подключен к общей точке схемы, источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке высоковольтного трансформатора, и блок индикации, дополнительно введена схема измерения разности фаз, один вход которого подключен к общей точке соединения резистора и испытуемого конденсатора, другой - к дополнительному выводу, выполненному на высоковольтной обмотке трансформатора, а выход соединен с блоком индикации.

Сущность изобретения заключается в упрощении устройства и процесса измерения тангенса угла диэлектрических потерь за счет измерения угла между напряжением на выходе высоковольтной обмотки трансформатора и током проводимости диэлектрика от угла 90^o с вычетом постоянного угла, зависящего от величины резистора и напряжения на испытуемом конденсаторе.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторная диаграмма работы устройства.

Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь содержит схему измерения разности фаз 1 с двумя входами, один из которых - вход 2 подключен к общей точке соединения испытуемого конденсатора 3 (C_x) и резистора 4 (R₃), другой вход 5 - к дополнительному выводу высоковольтной обмотки трансформатора 6, а выход 7 схемы измерения разности фаз 1 - к блоку индикации 8, причем высоковольтный трансформатор 6 питается от источника синусоидального сигнала 9, выполненного в виде генератора стабильности частоты.

Электрическая структурная схема и векторная диаграмма имеют следующие дополнительные обозначения: U - напряжение на высоковольтной обмотке трансформатора 6; U₁ - падение напряжения на испытуемом конденсаторе 3; U_R, U_C - соответственно напряжение на активной и реактивной составляющих испытуемого объекта 3 при последовательной схеме замещения; U₂ - падение напряжения на резисторе R₃; I - ток, проходящий через высоковольтную обмотку трансформатора 6, испытуемый объект 3 и резистор 4; - угол потерь испытуемого объекта; - угол между напряжениями U и U₁; - угол между напряжениями U и U₂ или угол между током I и напряжением U.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение источника синусоидального сигнала 9, выполненного в виде генератора стабильной частоты, подается через высоковольтный трансформатор 6 на испытуемый объект 3. Сигнал, снимаемый с дополнительного вывода 5 высоковольтной обмотки трансформатора 6, и сигнал, снимаемый с резистора 4, пропорциональный току проводимости испытуемого объекта 3, подаются на схему измерения разности фаз. Значение угла , между двумя сигналами на входах 2 и 5, подается на блок индикации, который измеряет величину tg отклонения фазового угла от угла 90^o за вычетом постоянного угла, зависящего от величины резистора 4 и падения напряжения на испытуемом конденсаторе 3.

Как видно из фиг. 2, угол потерь = /2=-,
где

Угол практически остается неизменным при незначительном отклонении падения напряжения на испытуемом объекте от напряжения на выходе высоковольтной обмотки трансформатора и при широком изменении угла от 90 до 63,44^o. Это соответствует изменению тангенса угла диэлектрических потерь (tg) от 0 до 50%. Так, при U₂ = 5 В, U₁ = 3000 В (U₁ = U) в диапазоне изменения угла от 90 до 63,44^o угол принимает значения от 0,0954925 до 0,085411^o и, если, к примеру, принять за неизменный угол, равный 0,095^o tg, то максимальная ошибка измерения тангенса угла диэлектрических потерь в интервале от 0 до 13% составит 0,0049^o, увеличиваясь до +0,0096^o при tg = 50%, что пренебрежимо мало.

Таким образом, фазовый угол на выходе 7 схемы измерения разности фаз 1 практически определяется углом потерь испытуемого объекта 3 и равен /2--, где является постоянной величиной и зависит от величины резистора 4 и напряжения на высоковольтной обмотке трансформатора 6 (что незначительно отличается от величины падения напряжения на испытуемом конденсаторе 3), которые для данного конкретного устройства являются постоянными величинами, а блок индикации 8 измеряет или контролирует тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика.

Формула изобретения

1. Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь, содержащее высоковольтный трансформатор с дополнительным выводом на высоковольтной обмотке, первый основной вывод которой через последовательно соединенные испытуемый конденсатор и резистор соединен с вторым основным выводом и подключен к общей точке схемы, источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке высоковольтного трансформатора и блок индикации, отличающееся тем, что в него дополнительно введена схема измерения разности фаз, один вход которой подключен к общей точке соединения резистора и испытуемого конденсатора, другой - к дополнительному выводу высоковольтной обмотки трансформатора, а выход соединен с блоком индикации, который измеряет тангенс угла диэлектрических потерь по формуле

где - угол диэлектрических потерь испытуемого конденсатора;
- угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на резисторе;
- угол между напряжением на высоковольтной обмотке трансформатора и падением напряжения на испытуемом конденсаторе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник синусоидального сигнала выполнен в виде генератора стабильной частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2