Спосіб визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки, а детальніше, до вимірювання електричних параметрів магнітних потоків у трансформаторах напруги, зокрема вебер-амперної UA 110651 C2 (12) UA 110651 C2 характеристики. Результати вимірювання вебер-амперної характеристики можуть бути використані для оцінки метрологічних характеристик трансформаторів напруги, а також як початкові дані при дослідженні ферорезонансних процесів. Спосіб визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги, що включає увімкнення в коло зарядженого конденсатора лише одну з обмоток вимірювального трансформатора напруги, реєстрацію перехідних процесів розряду конденсатора на цій обмотці трансформатора, вимірювання активного опору цієї обмотки Rобм , вимірювання струму у колі it  , визначення напруги на конденсаторі UC t  , визначення напруги на активному опорі обмотки UR t  за формулою UR t   it   Rобм , визначення напруги на нелінійній індуктивності UL t  за формулою UL t   UC t   UR t  , визначення потокозчеплення обмотки  t  шляхом інтегрування  напруги на нелінійній індуктивності UL t  за формулою t   UL t dt , виключення значення часу t з отриманих залежностей потокозчеплення  t  і струму it  та отримання вебер-амперної характеристики  . При цьому при реєстрації перехідних процесів розряду конденсатора i застосовують одноканальний пристрій реєстрації, за допомогою якого здійснюють вимірювання лише струму у колі, далі за попередньо визначеною ємністю конденсатора шляхом інтегрування струму у колі визначають напругу на конденсаторі, як відношення інтеграла струму у колі до ємності конденсатора. Використання способу дозволяє спростити визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги шляхом зменшення кількості реєстрованих параметрів перехідного процесу. UA 110651 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до галузі електротехніки, а детальніше - до вимірювання електричних параметрів магнітних потоків у трансформаторах напруги, зокрема вебер-амперної характеристики. Результати вимірювання вебер-амперної характеристики можуть бути використані для оцінки метрологічних характеристик трансформаторів напруги, а також як початкові дані при дослідженні ферорезонансних процесів. Досить поширеним способом визначення вебер-амперної характеристики є спосіб, що містить кероване джерело змінної напруги, яке під'єднується до однієї з обмоток трансформатора (обмотки намагнічення), в якій реєструють струм i(t) при намагнічуванні осердя трансформатора, та вимірювальної обмотки, до якої під'єднується інтегрувальне RC коло з великим вхідним опором, та реєструється напруга на ємності інтегратора UC(t), яка пропорційна потокозчепленню обмотки намагнічення Ψ(t). (Электрические измерения и приборы: учебное пособие /Э.А. Писаревский. - М.: Энергия, 1970. - 431 с.). З отриманих електричних параметрів залежності потокозчеплення Ψ(t) та струму i(t) виключають значення часу t та отримують веберамперну характеристику. Недоліком цього підходу є спотворення напруги джерела живлення при глибокому насиченні трансформатора і як результат - неможливість отримання коректних даних у глибокому насиченні осердя трансформатора. Як прототип вибрано відомий спосіб визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги, що містить увімкнення в коло зарядженого конденсатора лише одну з обмоток вимірювального трансформатора напруги, вимірювання активного опору цієї обмотки Rобм, вимірювання струму в колі i(t), вимірювання напруги на конденсаторі UC(t), визначення напруги на активному опорі обмотки UR(t) за формулою UR(t)=i(t)·Rобм, визначення напруги на нелінійній індуктивності UL(t) за формулою UL(t)=-UC(t)UR(t), визначення потокозчеплення обмотки Ψ(t) шляхом інтегрування напруги на нелінійній  індуктивності UL(t) за формулою t   UL t dt , виключення значення часу t з отриманих залежностей потокозчеплення Ψ(t) і струму i(t) та отримання вебер-амперної характеристики Ψ(і) (Патент 76036 України на корисну модель, МПК G01R 33/02. Спосіб визначення веберамперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги /Саєнко Ю.Л., Попов А.С.; Заявл. 14.05.2012, Опубл. 25.12.2012, Бюл. № 24). Принцип роботи прототипу полягає в такому. Попередньо заряджений конденсатор під'єднують до однієї з обмоток трансформатора напруги. У результаті виникає перехідний процес розряду конденсатора на нелінійну індуктивність трансформатора напруги. При цьому реєструють напругу на конденсаторі UC(t), струм у колі i(t), а також вимірюють активний опір обмотки Rобм. На основі зафіксованих даних перехідного процесу UC(t) і i(t) та активного опору обмотки Rобм визначають напруги на активному опорі обмотки за формулою UR(t)=i(t)·Rобм, напруги на нелінійній індуктивності за формулою UL(t)=-UC(t)-UR(t), потокозчеплення за  формулою t   UL t dt . З отриманих залежностей потокозчеплення Ψ(t) та струму в колі i(t) 40 45 50 55 виключають значення часу t та отримують вебер-амперну характеристику Ψ(i). Прототип має такі недоліки. При вимірюванні параметрів перехідного процесу UC(t) та i(t) слід використовувати двоканальний пристрій реєстрації, або два одноканальних синхронізованих пристрої, що не завжди є можливим. При експериментах із високовольтними трансформаторами амплітуда напруги на конденсаторі при вимірюванні може становити десятки тисяч Вольт, що вимагає використання дільників напруги чи додаткових вимірювальних трансформаторів. Це у свою чергу призводить до ускладнення та здороження експериментальної установки. В основі способу визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги стоїть задача спрощення визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги шляхом зменшення кількості реєстрованих параметрів перехідного процесу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги, що містить увімкнення в коло зарядженого конденсатора лише одну з обмоток вимірювального трансформатора напруги, вимірювання активного опору цієї обмотки Rобм вимірювання струму в колі i(t), вимірювання напруги на конденсаторі UC(t), визначення напруги на активному опорі обмотки UR(t) за формулою UR(t)=i(t)·Rобм, визначення напруги на нелінійній індуктивності UL(t) за формулою UL(t)=-UC(t)-UR(t), визначення потокозчеплення обмотки Ψ(t) шляхом інтегрування напруги на  нелінійній індуктивності UL(t) за формулою t   UL t dt , виключення значення часу t з 1 UA 110651 C2 отриманих залежностей потокозчеплення Ψ(t) і струму i(t) та отримання вебер-амперної характеристики Ψ(i), згідно з винаходом, додатково визначають значення ємності конденсатора С та відповідно до зареєстрованого струму в колі i(t) визначають напругу на конденсаторі UC(t) за формулою UC t   5 10 15 20 25 30  1 it dt або навпаки відповідно до зареєстрованої напруги на конденсаторі C dUC t  UC(t) визначають струм у колі i(t) за формулою it   C . dt Доцільність вимірювання струму в колі і(і) або напруги на конденсаторі UC(t) визначається з таких міркувань. При експериментах зі сторони низької напруги трансформатора амплітуда струму становитиме сотні Ампер, у той час як амплітуда напруги на конденсаторі не перевищуватиме декількох сотень Вольт. Це накладає додаткові обмеження на датчики струму, тому у випадку вимірювання зі сторони низької напруги доцільним є вимірювання напруги на конденсаторі UC(t). При експериментах зі сторони високої напруги трансформатора амплітуда напруги на конденсаторі становитиме тисячі Вольт, у той час як амплітуда струму в колі не перевищуватиме декількох Ампер. Це накладає додаткові обмеження на датчики напруги, тому в разі вимірювання зі сторони високої напруги доцільним є вимірювання струму в колі i(t). Нижче винахід розглянуто на прикладі його виконання з посиланнями на креслення, де зображено: на фіг. 1 - струм у колі i(t) під час перехідного процесу; на фіг. 2 - напруга на конденсаторі UC(t) під час перехідного процесу; на фіг. 3 - напруга на активному опорі обмотки трансформатора UR(t) під час перехідного процесу; на фіг. 4 - напруга на нелінійній індуктивності UL(t) під час перехідного процесу; на фіг. 5 - потокозчеплення нелінійної індуктивності Ψ(t) під час перехідного процесу; на фіг. 6 - вебер-амперна характеристика нелінійної індуктивності Ψ(i). Приклад розглянуто для трансформатора напруги типу НТМІ-6 при визначенні веберамперної характеристики зі сторони обмотки високої напруги. Ємність конденсатора дорівнює 1 мкФ, напруга його заряду становить 6000 В, активний опір обмотки високої напруги дорівнює 1200 Ом. Розглянемо випадок, коли при перехідному процесі розряду конденсатора на трансформатор напруги фіксується струм у колі i(t) (див. фіг. 1), активний опір обмотки Rобм та ємність конденсатора С. Отримавши величину i(t) розраховується напруга на ємності конденсатора за формулою UC t   35  1 it dt (див. фіг. 2), після чого визначається напруга на C активному опорі обмотки трансформатора за формулою UR(t)=i(t)·Rобм (див. фіг. 3) та напруга нанелінійній індуктивності за формулою UL(t)=-UC(t)-UR(t) (див. фіг. 4). Після цього визначають потокозчеплення нелінійної індуктивності Ψ(t) шляхом інтегрування напруги UL(t), у результаті  маємо t   UL t dt (див. фіг. 5). Із отриманих залежностей i(t) та Ψ(t) виключають час та 40 отримують вебер-амперну характеристику Ψ(і) (див. фіг. 6). Розглянемо випадок, коли при перехідному процесі розряду конденсатора на трансформатор напруги фіксується напруга на ємності конденсатора UC(t) (див. фіг. 2), активний опір обмотки Rобм та ємність конденсатора С. Отримавши величину UC(t), розраховують струм у колі за it   C dUC t  (див. фіг. 1), після чого визначається напруга на активному опорі обмотки dt трансформатора за формулою UR(t)=i(t)·Rобм (див. фіг. 3) та напруга на нелінійній індуктивності за формулою UL(t)=-UC(t)-UR(t) (див. фіг. 4). Після цього визначають потокозчеплення нелінійної  індуктивності Ψ(t) шляхом інтегрування напруги UL(t), у результаті маємо t   UL t dt (див. фіг. 45 50 5). Із отриманих залежностей i(t) та Ψ(t) виключають час та отримують вебер-амперну характеристику Ψ(i) (див. фіг. 6). Запропонований спосіб визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги має низку позитивних властивостей. Для його реалізації достатньо мати одноканальний пристрій фіксації перехідних процесів та реєструвати або струм у колі, або напругу на ємності конденсатора. Тому у дослідах високовольтних трансформаторів напруги можна реєструвати лише струм у колі i(t) та спростити схему, відмовившись від дільників напруги та додаткових вимірювальних трансформаторів. 2 UA 110651 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Спосіб визначення вебер-амперної характеристики вимірювальних трансформаторів напруги, що включає ввімкнення в коло зарядженого конденсатора лише одну з обмоток вимірювального трансформатора напруги, реєстрацію перехідних процесів розряду конденсатора на цій обмотці з вимірюванням активного опору цієї обмотки Rобм , вимірюванням струму у колі it  , визначенням напруги на активному опорі обмотки UR t  , визначенням напруги на конденсаторі UC t  , визначенням напруги на нелінійній індуктивності UL t  , визначенням потокозчеплення 10 15 обмотки  t  шляхом інтегрування напруги на нелінійній індуктивності UL t  , виключенням значення часу t з отриманих залежностей потокозчеплення  t  і струму it  та отриманням вебер-амперної характеристики  , який відрізняється тим, що при реєстрації перехідних i процесів розряду конденсатора застосовують одноканальний пристрій реєстрації, за допомогою якого здійснюють вимірювання лише струму у колі, далі за попередньо визначеною ємністю конденсатора шляхом інтегрування струму у колі визначають напругу на конденсаторі, як відношення інтеграла струму у колі до ємності конденсатора. 3 UA 110651 C2 4 UA 110651 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5