способ и устройство для экспресс-контроля пробивного напряжения жидких диэлектриков

Формула изобретения

1. Способ экспресс-контроля пробивного напряжения жидких диэлектриков в испытательной ячейке с электродами путем подачи переменного напряжения с нарастающей амплитудой, отличающийся тем, что переменное напряжение преобразуют в постоянное напряжение с нарастающей амплитудой, которое подают на электроды, расстояние между которыми устанавливают меньшим нормированного межэлектродного зазора во столько раз, во сколько напряжение при пробое меньше нормированного значения пробивного напряжения жидкого диэлектрика, при этом напряжение при пробое фиксируется для определения величины пробивного напряжения жидкого диэлектрика.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зафиксированное напряжение при пробое между электродами для указания его абсолютной величины масштабируется в кратное число раз, равное отношению установленного и нормированного зазоров между электродами.

3. Устройство для экспресс-контроля пробивного напряжения жидких диэлектриков, содержащее испытательную ячейку с электродами, повышающий трансформатор, схему управления, схему формирования сигнала пробоя и индикатор, отличающееся тем, что в него введены генератор пилообразного напряжения, два разнополярных ключа и схема удвоения, причем первый вход генератора пилообразного напряжения присоединен к схеме управления, а второй - к схеме формирования сигнала пробоя, при этом первый выход генератора пилообразного напряжения присоединен к соединенным первым входам разнополярных ключей, а второй выход генератора через схему масштабирования соединен со входом индикатора, вторые входы ключей присоединены к выходам схемы управления, а первый выход каждого ключа присоединен соответственно к началу и концу двух половин первичной обмотки повышающего трансформатора, причем половины обмотки включены согласно, при этом точка соединения половин обмоток присоединена ко вторым выходам ключей, а вторичная обмотка трансформатора одним концом через схему удвоения, а вторым, соединенным со схемой формирования сигнала пробоя, непосредственно присоединены к электродам испытательной ячейки, имеющим возможность взаимного осевого перемещения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит схему масштабирования, встроенную последовательно между генератором пилообразного напряжения и индикатором.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что испытательная ячейка имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность и конусное дно с отверстием для подачи жидкого диэлектрика из трубопровода, в котором расположен прерыватель потока, соединенный со схемой управления.

6. Устройство по любому из пп.3 и 5, отличающееся тем, что испытательная ячейка имеет крышку с конусной внутренней полостью и штуцером для вывода жидкого диэлектрика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для испытаний электрической прочности изоляции жидких диэлектрических материалов.

Известен способ и аппарат для измерения электрической прочности жидких диэлектриков (паспорт 2ДЕ. 6.040 ПС аппарат типа АИМ-90 изготовитель МПО "Мосрентген").

Аппарат АИМ-90 содержит повышающий трансформатор, присоединенный выходом к электродам испытательной ячейки, а входом к регулятору напряжения, подключенному к сети питания переменного тока и управляемому с помощью электромеханического привода, связанного с воздушным разрядником, причем электроды испытательной ячейки подключены к схеме управления, которая присоединена к индикатору. При испытаниях на электроды подают переменное напряжение, амплитуда которого изменяется со скоростью 2 кВ/с с помощью автоматического регулятора. В момент пробоя напряжение, подаваемое на электроды, фиксируется и его значение принимается за пробивное напряжение пробы жидкого диэлектрика.

Недостатком данного устройства является использование мощного источника высокого напряжения, вследствие чего место испытаний должно отвечать высоким требованиям по электробезопасности. Для испытаний требуется большой объем жидкого диэлектрика, а на результаты измерений влияет загрязнение пробы из-за мощного пробоя продуктами распада и горения, которые на все время испытаний остаются в испытательной ячейке. После пробоя регулятор напряжения необходимо приводом вернуть в исходное состояние, что увеличивает время и энергозатраты. Непроизводительное время испытаний увеличивает время испытаний. Контроль жидкого диэлектрика в потоке в данном устройстве невозможен.

Известны также способ и работающий по данному способу полуавтоматический высоковольтный аппарат для испытаний пробы электроизоляционных масел, взятые в качестве прототипа, германской фирмы Petrotest Instruments GmbH & Со (Лабораторное оборудование для контроля качества нефтепродуктов. Вып. 10, Petrotest, 1996, c.18). Аппарат 16-0915 содержит повышающий трансформатор, схему управления, привод, автоматический регулятор напряжения и индикатор. Пробу жидкого диэлектрика наливают в испытательную ячейку и на электроды с расстоянием между ними 2,5 мм автоматически подают переменное напряжение с нарастающей амплитудой. На индикаторе в момент пробоя фиксируется величина пробивного напряжения пробы жидкого диэлектрика. Очистка межэлектродного зазора от продуктов распада и горения проводится взаимным перемещением корпуса испытательной ячейки и электродов, расположенных несоосно.

Недостатки способа и устройства - большой расход испытуемого жидкого диэлектрика, высокие требования по электробезопасности. Загрязнитель остается в испытательной ячейке и влияет на результат испытаний. В связи с высоким уровнем напряжения на электродах при метрологической проверке во всем диапазоне изменения напряжения на электродах из-за паразитных проводимостей установленная величина напряжения не сохраняется на время измерения. Контроль жидкого диэлектрика в потоке невозможен.

Задачей данного изобретения является создание способа и устройства, которые обеспечивают получение следующего технического результата: сокращение времени на контроль, повышение достоверности измерения, снижение энергозатрат и повышение электробезопасности при эксплуатации устройства.

Изобретение также обеспечивает контроль пробивного напряжения в потоке.

Технический результат достигается тем, что в способе экспресс-контроля пробивного напряжения жидких диэлектриков в испытательной ячейке с электродами путем подачи переменного напряжения с нарастающей амплитудой, переменное напряжение преобразуют в постоянное напряжение с нарастающей амплитудой, которое подают на электроды, расстояние между которыми устанавливают таким, чтобы пробой в межэлектродном зазоре происходил при напряжении, в кратное число меньшим, чем нормированное значение пробивного напряжения жидкого диэлектрика, а напряжение при пробое фиксируется для определения величины пробивного напряжения жидкого диэлектрика.

Для указания абсолютной величины пробивного напряжения испытуемого жидкого диэлектрика зафиксированное напряжение при пробое между электродами масштабируют в кратное число раз, равное отношению величины установленного и нормированного зазоров.

Сущность устройства для осуществления способа заключается в том, что в устройстве, содержащем испытательную ячейку с электродами, повышающий трансформатор, схему управления, схему формирования сигнала и индикатор, введены генератор пилообразного напряжения, два разнополярных ключа и схема удвоения.

Причем первый вход генератора пилообразного напряжения присоединен к схеме управления, а второй - к схеме формирования сигнала пробоя, при этом первый выход генератора пилообразного напряжения присоединен к соединенным первым входам разнополярных ключей, а второй выход генератора через схему масштабирования соединен со входом индикатора, вторые входы ключей присоединены к выходам схемы управления, а выход каждого ключа присоединен соответственно к началу и концу двух половин первичной обмотки повышающего трансформатора, причем половины обмотки включены согласно, при этом точка соединения половин обмоток присоединена ко вторым выходам ключей, а вторичная обмотка трансформатора - одним концом через схему удвоения, а вторым, соединенным со схемой формирования сигнала пробоя, непосредственно присоединены к электродам испытательной ячейки, имеющим возможность взаимного перемещения.

Испытательная ячейка имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность и конусное дно с отверстием для подачи жидкого диэлектрика из трубопровода, в котором расположен прерыватель потока, соединенный со схемой управления. Испытательная ячейка может быть снабжена крышкой со штуцером для вывода жидкого диэлектрика.

Кроме того, устройство содержит схему масштабирования, встроенную последовательно между генератором пилообразного напряжения и индикатором.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 - испытательная ячейка в разрезе.

Устройство содержит генератор пилообразного напряжения 1, первый вход которого присоединен к схеме управления 2, а второй - к схеме формирования сигнала пробоя 3. Первый выход генератора 1 присоединен к первым соединенным входам разнополярных ключей 4 и 5, а второй выход генератора 1 через схему масштабирования 6 соединен со входом индикатора 7. Вторые входы ключей 4, 5 присоединены к выходам схемы управления 2, а выход каждого ключа 4 и 5 присоединен соответственно к началу и концу двух половин первичной обмотки повышающего трансформатора 8. Половины первичной обмотки включены согласно, а вторичная обмотка трансформатора 8 одним концом через схему удвоения 9, а вторым концом, соединенным со схемой формирования сигнала пробоя, непосредственно присоединена к электродам 10 испытательной ячейки 11. Испытательная ячейка 11 имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность 12 и конусное дно 13 с входным отверстием 14 для подачи жидкого диэлектрика через трубопровод 15 с установленным на нем прерывателем 16. Прерыватель 16 содержит электромагнит 17 с сердечником, состоящим из металлической части 18 и изоляционной - 19. Испытательная ячейка 11 имеет крышку с конусной внутренней полостью 20 и штуцером 21 для вывода контролируемого жидкого диэлектрика в магистраль. Электроды 10 имеют возможность взаимного осевого перемещения.

Экспресс-контроль жидкого диэлектрика проводится при уменьшенном расстоянии "1" между электродами (например, в 10 раз) и, как следствие, во столько же раз уменьшенном напряжении между электродами.

При этом величина напряженности электрического поля, действующего на слой жидкого диэлектрика и поляризующего его, в результате чего меняется проводимость жидкого диэлектрика вплоть до пробоя, в заявленном устройстве и прототипе одинаковые.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Через отверстие 14 в испытательную ячейку 11 подают контролируемый жидкий диэлектрик, очищают зазор между электродами 10 и внутреннюю поверхность испытательной ячейки 11 от возможных продуктов горения и распада от пробоя потоком жидкого диэлектрика. Затем отсекают прерывателем 16 поток жидкого диэлектрика по команде со схемы управления 2. Схема управления 2 запускает генератор пилообразного напряжения 1. Ключи 4 и 5 устанавливаются в исходное состояние. Индикатор 7 через схему масштабирования 6 от генератора пилообразного напряжения 1 также устанавливается в исходное положение. При этом на вторичной обмотке повышающего трансформатора 8 формируется переменное напряжение с нарастающей амплитудой.

Схема удвоения 9 формирует постоянное напряжение с нарастающей амплитудой. В момент пробоя слоя диэлектрика между электродами 10, которые установлены относительно друг друга на расстоянии "1", схема 3 формирует сигнал пробоя, который останавливает рост напряжения генератора пилообразного напряжения 1. Индикатор 7 показывает напряжение, пропорциональное напряжению на электродах 10 в момент пробоя между ними, которое пересчитывается на напряжение для стандартного зазора (2,5 мм) кратным увеличением на 10 с помощью схемы масштабирования 6.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном способе и устройстве испытания проводятся при уменьшении слоя жидкого диэлектрика в межэлектродном зазоре и, как следствие, при уменьшенном напряжении, приложенном к электродам, к тому же напряжение изменяется по линейному закону. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство за счет уменьшения межэлектродного зазора обеспечивает уменьшение требуемой мощности источника питания, что снижает энергозатраты и повышает электробезопасность при испытаниях. Это дает возможность проводить испытания на производственных участках в магистралях с жидким диэлектриком, например при его регенерации. Очистка испытательной ячейки и зазора между электродами от продуктов горения и распада при пробое производится потоком жидкого диэлектрика, что повышает достоверность результатов.

Цилиндрическая форма испытательной ячейки облегчает очистку за счет исключения искривленных участков поверхности, способствующих накоплению продуктов распада и горения, а конусное дно облегчает смену и удаление проб жидкого диэлектрика после испытаний.

Применение прерывателя и наличие в испытательной ячейке крышки со штуцером для вывода жидкого диэлектрика дает возможность эксплуатации устройства в потоке, например, при работе оборудования по регенерации и очистке жидкого диэлектрика по схеме "Бак-накопитель - очиститель - перекачивающий насос".