Пристрій для вимірювання великих опорів у колах високої напруги

1 Пристрій для вимірювання великих опорів у колах високої напруги, який містить джерело високої напруги промислової частоти, високовольтну шину, перший низькоомний калібрований резистор, з'єднаний послідовно з контрольованим об'єктом, вольтметр та загальну шину живлення, який відрізняється тим, що в нього введені послідовно з єднані другий низькоомний калібрований резистор і магазин резисторів, з'єднаний виходом з загальною шиною живлення, ключ, ввімкнений паралельно двом послідовно з'єднаним низькоомним каліброваним резисторам, коло з послідовно з'єднаних випрямляча, фільтра нижніх частот, підсилювача частоти комутації, фазочутливого випрямляча та індикатора, підключене входом до середньої точки з'єднання низькоомних каліброваних резисторів, і генератор частоти комутації, вихід якого з'єднаний з керуючими входами ключа та фазочутливого випрямляча, а вольтметр включений між входом випрямляча і загальною шиною живлення 2 Пристрій по п 1 , який відрізняється тим, що додатково містить елемент аварійного захисту розрядник, включений між низькопотенціальним вводом контрольованого об'єкта і загальною шиною живлення О Винахід належить до техніки вимірювання великих опорів у колах високої напруги і може бути використаний для технічної діагностики ізоляції без виведення обладнання з експлуатації під робочою напругою Відомий також пристрій для вимірювання великих опорів у колах високої напруги (див Технические средства диагностирования Справочник /В В Клюев П П Пархоменко, В Е Абрамчук и др, Под общ ред В В Клюева, - М Машиностроение, 1989, с 275 - 276), який містить джерело високої напруги промислової частоти, високовольтну шину, шізькоомний калібрований резистор, з'єднаний послідовно з контрольованим об'єктом, вольтметр та загальну шину живлення Крім того, джерело високої напруги виконано стабілізованим, а вольтметр включений паралельно низькоомному каліброваному резистору Опір ізоляції Rx контрольованого об'єкта визначають за формулою U ТІ де RK - опір низькоомного капіброваного резистора, Uo - висока напруга стабілізованого джерела, U - низька напруга на нлзькоомному резисторі, вимірювана во пьтметром Так як опір ізоляції набагато більший опору низькоомного резистора (RK « Rx), то значенням U у порівнянні з Uo нехтують Тому опір ізоляції визначають за розрахунковою формулою X R U к Недоліком відомого пристрою є необхідність в автономному джерелі стабілізованої напруги При діагностиці без виведення обладнання з експлуатації, тобто під робочою напругою, переключення контрольованого об'єкта до другого джерела напруги часто неможливо Використання високовольтних вольтметрів на десятки і сотні кВ зв'язано з труднощами технічного та економічного характеру В основу винаходу покладена задача створення такого пристрою, в якому введения нових еле CO СО ментів і зв'язків ДОЗВОЛИЛО б вилучити необхідність у стабілізованому джерелі високої напруги і здійснювати вимірювання великих опорів безпосередньо в колах високої робочої напруги без виведення високовольтного обладнання з експлуатації, додержуючись при цьому умов безпечності вимірювань Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для вимірювання великих опорів у колах високої напруги, який містить джерело високої напруги промислової частоти, високовольтну шину, перший ннзькоомний калібрований резистор, з'єднаний послідовно з контрольованим об'єктом, вольтметр та загальну шину живлення, згідно винаходу, введені послідовно з'єднані другий низькоомний калібрований резистор і магазин резисторів, з'єднаний виходом з загальною шиною живлення, ключ, ввімкнений паралельно двом послідовно з'єднаним низькоомним каліброваним резисторам, коло з послідовно з'єднаних випрямляча, фільтра нижніх частот, підсилювача частоти комутації, фазочутливого випрямляча та індикатора, вхід якого підключений до середньої точки з'єднання ннзькоомних каліброваних резисторів, і генератор частоти комутації, вихід якого з'єднаний з керуючими входами ключа та фазочутливого випрямляча, а вольтметр включений між входом випрямляча і загальною шиною живлення Доцільно, щоб пристрій для вимірювання великих опорів у колах високої напруги додатково містив елемент аварійного захисту - розрядник, включений між шізькопотенцшльвим вводом контрольованого об'єктаї загальною шиною живлення Введення у відомий пр негрі й другого ннзькоомного каліброваного резистора і магазину резисторів, шунтування низькоомних каліброваних резисторів ключом, який періодично розмикається напругою частоти комутації, ви прям нопідсилювального кола з послідовно т єднаних випрямляча, фільтра нижніх частот, підсилювача частоти комутації і фазочутливого випрямляча, підключення цього кола до середньої точки з'єднання ннзькоомних каліброваних резисторів , з'єднання між собою керуючих входів ключа і фазочутливого випрямляча та підключення їх до виходу генератора частоти комутації забезпечили можливість визначення опору ізоляції контрольованого об'єкта но відношенню шпькооминх коліброваних резисторів і значенню опору магазину резисторів при нульовому показу індикатора на виході випрямно-підсилювального кола При цьому результат вимірювання не залежить від значення високої напруги, яка може бути робочою, а регульовані і комутовані елементи находяться в низькопотенціалый частині схеми, яка захищена з допомогою розрядника, що забезпечує безпечність вимірювання На фігурі представлена структурна схема пристрою для вимірювання великих опорів у колах високої напруги Пристрій містить джерело 1 високої напруги, високовольтну шину 2, об'єкт контролю 3 шпько 44346 омні кагибровані резистори 4 і 5, магазин резисторів 6, ключ 7, генератор 8 частоти комутації, випрямляч 9, фільтр 10 нижніх частот, підсилювач 11 частоти комутації, фазочутливий випрямляч 12, індикатор 13, вольтметр 14 та елемент аварійного захисту -розрядник 15 Від джерела і високої напруги проходить високовольтна шина 2, до якої високонотенціаїтьним вводом підключений контрольований об'єкт 3 з опором ізоляції Rx Послідовно З опором ізоляції об'єкта контролю 3 відносно загальної шини живлення включені низькоомні калібровані резистори 4 і 5 з опорами Ri і F 2 ВІДПОВІДНО І магазин резис? торів б з регульованим опором R3 Паралельно резистором 4 і 5 ввімкнений ключ 7, керуючий вхід якого підключений до виходу генератора 8 прямокутної напруги частоти комутації До середньої точки з'єднання резисторів 4 і 5 підключені послідовно з'єднані випрямляч 9 фільтр 10 нижніх частот, підсилювач 11 частоти комутації, фазочутливий випрямляч 12 і індикатор 13 До входу випрямляча 9 підключений вольтметр 14, другий вхід якою підключений до загальної шини живлення Керуючий вхід фазочутливого випрямляча 12 підключений також до виходу генератора 8 прямокутної напруги Елемент аварійного захисту - розрядник 15 включений між низькопотенціальним вводом контроль&алого об'єкта 3 з опором ізоляції Rx і загальною шиною живлення Пристрій працює таким чином Об'єкт контролю 3 постійно находиться під робочою напругою від високовольтної шини 2, живиться від джерела 1 високої напруги промислової частоти ш Низькоомні калібровані решсторн 4 і 5 і магазин резисторів 6 з опором ізоляції об'єкта З утворюють високовольтний подільник напруги, виходом якого є середня точка з'єднання резисторів 4 і 5 Коефіцієнт передачі подільника загальної шини живлення залежить від сталу ключа 7 Якщо вхідний опір випрямляча 9 вибраний набагато більшим виходного опору подільника, то його коефіцієнт передачі залежить тільки від КІЛЬКОСТІ включених елементів подільника напруги При замкнутому ключі 7 коефіцієнт передачі подільника визначається пль'ки опором ізоляції Rx об'єкта 3 і опором R3 магазину резисторів 6 к ;, = __ІЬ_ (і) 8х +Rз Коли ключ 7 розімкнути, коефіцієнт передачі подільника стає залежним від опорів усіх елементів подільника к' R , + R. У ВІДПОВІДНОСТІ з виразами (1) і (2) вихідна напруга комутаційного подільника ІІ2 періодично змінюється від значення (2) 44346 до значення (4) де Ui - висока напруга, на вході подільника Вихідна напруга подільника (3) і (4) надходить на випрямляч 9 і фільтр 10 нижніх чистої, де випрямляється та ігладжується Ключ 7 періодично розмикається керуючою напругою генератора (мультивібратора) 8, який перемикається з частотою ' меньшою частоти ^ високої напруги ( ' = 0,1 0 , 2 ^ ) В результаті періодичних -змін коефіцієнта ділення комутаційного подільника на виході фільтра 10 випрямляча 9 формуються імпульси постійних напруг з амплітудами пропорцюнальними виразам (3) і (4) При нерівності коефіцієнтів передач комутаційного подільника в ПОСЛІДОВНОСТІ однонолярних імпульсів Уявляється імінна складова частоти комутації Q з амплітудою трольованого об'єкта та умов безпечності вимірювань Так, коефіцієнти ділення комутаційного подільника (1) і (2) при нульовому показі індикатора згідно з (8) не залежать від стану ключа 7, тобто рівні між собою Напруга ІІ2 на магазині резисторів 6 за умовами безпечності вимірювань не повинна перевищувати 100В, що контролюється вольтметром 14 Тому у високовольтних колах (Ui > ЮкВ) опір магазину R3 < R41 , отже, < л З другої сторони, і співвідношення (8) виходить, що (И) Тоді відношення напруг I I , SK де S - крутість вольтамперної характеристики EJ-- 5 ^ - Вх (12) ДІОДІВ випрямляча 9, Кі - коефіцієнт передачі фільтра 10 нижніх частот Змінна складова напруги (5) підсилюється підсилювачем 11 частоти комутації і випрямляється фазочутливим випрямлячем 12, який також керується напругою частоти комутації від генератор 8 Постійна напруга, на виході випрямляча (6) і; -ss к к ! 2 4 F 2 - коефіцієнт ? R.) де підсилення підсилювача 11 частоти комутації, Кі - коефіцієнт передачі фазочутливого випрямляча 12, вимірюється Індикатором 13 Змінюють опір R3 магазину резисторів 6 до одержання нульового показу індикатора 13 При досягненні нульового показу (ІЦ = 0) маємо З рівності (7) находимо опір ізоляції контрольованого об'єкта З Таким чином, знаючи відношення опорів низькоомних каліброваних резисторів 4 і 5 (R1/R2) по опору магазину резисторів 6 (R3) можна визначити опір ізоляції Rx При цьому не погрібний високовольтний зразковий резистор (Ro), не потрібне також стабілізоване джерело високої напруги, так як відношення (8) не залежить від напруги живлення Ui Останнє дозволяє проводити діагностику ізоляторів та ІЗОЛЯЦІЙНИХ матеріапав безпосередньо під робочою напругою без виведення високовольтного обладнання з експлуатації Опори низькоомних резисторів R-i, R2 і опір магазину резисторів RS вибирають, виходячи з очікуємого діапазону змінювання опору ізоляції Rx кон З виразу (12) опір низькоомного резистора (13) Якщо вибрати опір резистора 5, наприклад, R2 = ЮОм , то при Ui = ЮОкВ і U2 = 100В одержимо 100 -10 R Тії 10 к 10 кОм При очікуємому опорі ізоляції объекта контролю Rx - 1 ГОм опір магазину 6 3 R, X Itt 10 3 it Таким чином , всі значення опору ізоляції менші ЮОм можуть бути виміряні з допомогою вказаного магазину резисторів у безпечних умовах При більших значеннях Rx потрібно збільшити відношення низькоомннх каліброваних резисторів R1/R2 У випадку вимірювання великих опорів у високовольтних колах постійного струму відпадає необхідність у випрямлячі 9, так як на виході комутаційного подільника формуються зразу імпульси постійною струму При їх нерівності підсилювачем 11 внділягться і підсилюється змінна складова напруги, яка після випрямлення фіксується індикатором 13 ВІДПІК опору об'єкта контролю проводиться по магазину резисторів 6 При дефектах ізоляції контрольпаного об'єкта 3 висока напруга з'являється на низьконоіенціальному вводі цього об'єкта Під ДІЄЮ ЦІЄЇ напруги виникає самостійний газовий розряд (пробій) в електричному полі шарового розрядника зі сферичними електродами 15, що забезпечує безпеку вимірювання Розрахунки параметрів таких розрядників проводяться за відомими формулами 44346 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90