устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока

Классы МПК:G01R19/00 Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Белорусская государственная политехническая академия (BY)
Приоритеты:
подача заявки:
1991-03-29
публикация патента:

Изобретение относится к радиоизмерительным устройствам и может быть использовано для эффективного измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях. Сущность изобретения: устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока содержит делитель 1 RC-типа, верхнее резистивное плечо 2, которое соединено с высоковольтной цепью 3, нижнее емкостное плечо делителя 1, состоящее из двух последовательно соединенных конденсаторов 4, 5, к общим выводам которых подключен нагрузочный резистор 6, газовый разрядник 7, подключенный к нижнему плечу делителя 1, последовательно соединенные электронный усилитель 8, измерительный блок 9 и индикатор 10, причем вход электронного усилителя 8 подключен к общим выходам конденсаторов 4, 5. 1 ил.
Рисунок 1

Формула изобретения

Устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, содержащее последовательно соединенные электронный усилитель, измерительный блок и индикатор, высоковольтный RC-делитель, верхнее резистивное плечо которого соединено с входной клеммой для подключения к высоковольтной цепи, а нижнее емкостное плечо которого состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, общие выводы которых соединены с входом электронного усилителя и с первым выводом нагрузочного резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, введен газовый разрядник, первый вывод которого подключен к нижнему емкостному плечу высоковольтного RC-делителя, второй вывод соединен с общей шиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях.

Известно устройство контроля высоких напряжений постоянного тока, содержащее высоковольтный плоскопараллельный конденсатор, в межэлектродном промежутке которого размещена сферической формы проводящая частица (см. журнал "Измерительная техника", N 12, 1976).

Также известно устройство измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях, содержащее систему экранирующий измерительный электрод, электродвигатель, причем экранирующий электрод выполнен в виде круга с секторно-ножевидными отверстиями. Устройство описано в авт.св. N 1288630, кл. G 01R 29/12.

Такие устройства измерения высоких напряжений постоянного тока обладают невысокой чувствительностью, точностью, надежностью работы и сложной конструкцией.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, описанное в заявке ФРГ N 25008661, кл.G 01R 15/06, 1979. Оно содержит высоковольтный емкостный делитель и измерительный блок, содержащий конденсаторы для высокого и низкого напряжения, к которому подключен измерительный усилитель, соединенный с трансформатором.

Недостатками устройства-прототипа являются невысокая точность измерения высоких напряжений (устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 207984790%), связанная с наличием емкостного делителя, установившиеся напряжения на конденсаторах которого релаксируют со временем; низкая стабильность работы, резбалан нуля, что связано с наличием емкостного делителя в высоковольтной цепи; значительные габариты устройства, обуславливающие наличие мощного высоковольтного конденсатора и нагрузочного трансформатора.

Целью предполагаемого изобретения является повышение точности измерения высоких напряжений постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения высоких напряжений постоянного тока, содержащем делитель напряжения, усилитель, измерительный блок и индикатор, размещен газовый разрядник, который подключен к нижнему емкостному плечу делителя RC-типа. Вследствие того, что в предложенном устройстве для измерения высоких напряжений постоянного тока размещен газовый разрядник, который подключен к нижнему емкостному плечу делителя RC-типа, с которого подается сигнал на измерительный блок, достигается поставленная цель. Точность измерения повышается более чем в 10 раз.

В известных технических решениях признаков, сходных с заявленным, не обнаружено. Следовательно, предложенное техническое решение устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока обладает существенными отличиями.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом.

Конструктивно устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока включает делитель 1 RC-типа, верхнее резистивное плечо 2 которого подключено к высоковольтной цепи 3, а нижнее емкостное плечо делителя 1 состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов 4 и 5, к нижнему 5 из которых подключен нагрузочный резистор 6. Газовый разрядник 7 подключен к нижнему плечу делителя 1 RC-типа. Устройство также содержит электронный усилитель 8, измерительный блок 9 и индикатор 10.

Резистор 2 делителя 1 RC-типа выбирается высокоомным для обеспечения эффективной работы разрядника 7 и уменьшения до минимума зарядного тока. Как показали результаты эксперимента, резистор 2 обладает номинальной величиной 1 2 ГОм.

На емкостном плече делителя 1 формируется в процессе ее заряда напряжение, осуществляющее включение разрядника 7. При этом конденсатор 4 емкостного плеча высоковольтный, а конденсатор 5 низковольтный. Разрядник 7 преобразует постоянное напряжение на конденсаторах в импульсное, он выбирается низковольтным, что обеспечивает существенное повышение частоты следования формируемых разрядником импульсов и стабильности работы, т.е. повышение точности работы устройства и стабильности его работы.

Делитель 1 RC-типа формирует на нижнем емкостном плече стабильное напряжение, обеспечивающее стабильную работу разрядника 7, стабильный формируемый делителем 1 информационный сигнал, а следовательно, и стабильную работу устройства в целом. Электронный усилитель 8 является также формирователем напряжения сигнала. Он преобразует напряжение с выхода делителя 1 RC-типа в импульсное напряжение постоянной амплитуды, переменной частоты.

Измерительный блок 9 представляет собой блок цифровой обработки сигналов. Индикатором является цифровое табло.

Устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока работает следующим образом. При подключении делителя 1 RC-типа к высоковольтной цепи 3 конденсаторы 5 и 4 начинают заряжаться через высокоомный резистор 2 до напряжения Uc, соответствующего напряжению включения (срабатывания) газового разрядника Uвкл с постоянной времени устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847 = RC, где R - сопротивление высокоомного резистора 2, а C C4устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847C5/(C4 + C5), где C4, C5 емкости конденсаторов 4 и 5.

Напряжение на емкости C нарастает по закону

устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847

током заряда i устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847 Ux/R, где Ux измеряемое высокое напряжение.

В момент, когда Uc Uвкл, разрядник включается и замыкает цепь разряда емкости C. В процессе разряда накопленного на емкости заряда напряжение снижается по закону

устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847

где устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847p= CRr,

Rr сопротивление включенного разрядника.

Когда напряжение на емкости C станет меньше напряжение удержания во включенном состоянии, разрядник переходит в высокоомное состояние и процесс заряда емкости C и включения разрядника 7 повторяется. В результате периодического включения и выключения разрядника 7, включенного параллельно емкости C, на конденсаторе 5 выделяется периодический импульсный сигнал переменной частоты.

С учетом (I) определяем частоту следования импульсов:

Uc= 1/Cустройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847idt устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847 iустройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847t/C, (3)

где устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847t время повышения напряжения на емкости C при ее заряде до величины Uc Uвкл,

устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847

где K1, K2 коэффициенты пропорциональности.

Как следует из (4), при заданных значениях R и C частота следования импульсов напряжения сигнала, выделяемого на резисторе, прямо пропорциональна измеряемому высокому напряжению Ux.

Выделенный на резисторе 6 импульсный сигнал формируется посредством электронного усилителя 8 в импульсный сигнал прямоугольной формы и посылается на измерительный блок 9, содержащий, например, двоичные счетчики, элементы памяти и дешифраторы. С выхода измерительного блока сигнал подается на индикатор 10 в виде цифрового табло, на котором отображается истинное значение измеряемого напряжения Ux.

Создано экспериментальное устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, например напряжения П-анода электронно-лучевых трубок с контролем напряжения от 10 кВ до 40 кВ. Устройство содержало высокоомный резистор R 1,5 ГОм, конденсатор 4 емкостью C 680 пФ, 6,8 кВ, конденсатор 5 емкостью C 0,47 мкФ, 400 В, разрядник 7 типа P-45, усилитель-формирователь 8 на операционном усилителе типа К544У02 и логическом элементе К155ЛАЗ. Измерительный блок 9 реализован на 4-х счетчиках типа К155ИЕ2, 4-х элементах памяти типа К155ТМ2 и четырех дешифраторах типа К514ИД2. Индикатор 10 представляет собой цифровое табло, содержащее 4 семисегментных полупроводниковых индикатора типа АЛС321Б.

Экспериментальное устройство измеряет высокое напряжение в диапазоне 10

40 кВ с приведенной погрешностью устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 2079847устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, патент № 20798475% . Стабильность работы устройства высокая.

Вследствие исключения громоздких элементов: высоковольтного конденсатора и трансформатора габариты устройства незначительны.

Таким образом, благодаря тому, что предложенное устройство для измерения высоких напряжений снабжено газовым разрядником, высоковольтный делитель выполнен RC-типа, причем газовый разрядник подключен к нижнему емкостному плечу делителя RC-типа, достигается поставленная цель.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства в сравнении с базовым устройством-прототипом и другими аналогами:

более чем в 10 раз повышается точность измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях;

более чем на порядок повышается стабильность работы устройства измерения напряжений.

Класс G01R19/00 Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления

датчик постоянного тока с развязкой -  патент 2528270 (10.09.2014)
сенсорное устройство для тока подшипника с преобразователем энергии -  патент 2526864 (27.08.2014)
электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале -  патент 2525581 (20.08.2014)
устройство для гальванического разделения сигналов -  патент 2522913 (20.07.2014)
способ обнаружения несанкционированного запараллеливания фидеров распределительных подстанций на стороне потребителя и устройство для его осуществления -  патент 2520163 (20.06.2014)
устройство для измерения активного тока -  патент 2518846 (10.06.2014)
способ измерения установившегося после включения питания значения постоянного электрического сигнала на выходе измерительного преобразователя -  патент 2518631 (10.06.2014)
устройство для измерения тока и напряжения в высоковольтной сети -  патент 2516034 (20.05.2014)
устройство для измерения тока -  патент 2515176 (10.05.2014)
измерительный шунт для импульсных токов -  патент 2514147 (27.04.2014)
Наверх