工頻試驗電壓測量裝置的製作方法

2023-09-20 22:44:00 2

專利名稱：工頻試驗電壓測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電壓測量裝置，屬於國際專利分類表G01R19/00，特別涉及一種工頻試驗電壓測量的裝置。
對電工設備進行工頻高壓試驗，只當被試品電容量很小時，才可近似地將試驗變壓器低壓側電壓乘以電壓比K折算出高壓值，而在被試品電容量較大時，則要出現「容升」現象，即加於被試品上的試驗電壓會顯著大於按電壓比K算出的值。有時容升值可達試驗變壓器額定電壓10％的量級。所以，專業高壓試驗室都在試驗變壓器高壓側直接測量工頻試驗電壓。但是，常見的高壓測量設備，如放電球隙、電壓互感器、電容分壓器等均屬貴重設備，而且笨重。
有人提出了在低壓側測量工頻試驗電壓的方法，如《變壓器》1981年第2期2—4頁公開了一種「在試驗變壓器低壓側測量工頻試驗電壓」的方法。這是在試驗變壓器低壓側電流迴路中串入測量阻抗(R＋jx)，其值等於短路阻抗的1/Kp，阻抗上的電壓由變比為Kp的升壓變壓器輸出，反極性與低壓側電壓迭加，再到電壓表測量，從而補償了容升電壓。
該法要求測量阻抗(R＋jx)與試驗變壓器迴路阻抗Rk＋R＇1＋jxk的實部及虛部分別成比例，而且允許電流不低於試驗變壓器一次額定電流。這就限制了只能為一臺試驗變壓器單獨配置測量元件，不能批量製造，從而限制了其推廣使用。
本實用新型的目的在於提供一種只需簡單調試即可廣泛適用的低壓側測量工頻試驗電壓的裝置。
上述目的是以如下方式實現的。採用單量程或多量程電流互感器將試驗電流變成不大於1A或5A氣的電流，使其通過測量阻抗，並將測量阻抗的電阻元件和電抗元件做成可調的。這樣，不僅可按一種電流容量沒計測量阻抗，使用時還可調整測量阻抗，使與試驗變壓器迴路阻抗相適應。從電流互感器二次繞組各分接或從接於測量阻抗上的輸出變壓器二次繞組各分接取得本裝置輸出的補償電壓。
本實用新型的工頻試驗電壓測量裝置包括電流互感器和測量阻抗的兩埠網絡。試驗變壓器的低壓側與所述電流互感器的一次繞組相接，該電流互感器的二次繞組可有多個分接抽頭，並與電壓表相接。所述測量阻抗由可調電阻和可調電抗串聯而成，做為所述電流互感器的負載，接在該互感器的二次繞組。所述電流互感器的磁密為大約1T。
也可將電流互感器接於試驗變壓器高壓側的接地點。
與現有技術相比，本實用新型的工頻試驗電壓測量裝置有以下優點
1、體積小，重量輕，價格低，便於攜帶。
通常的高壓測量設備的體積、重量和價格隨電壓增高而迅速增大。本裝置的大小和成本則與高壓側電壓無關。試驗變壓器的電壓越高，本裝置的優越性越顯著，預計重量5公斤，成本幾百元。只相當於電容分壓器等高壓測量設備的幾分之一到幾十分之一。
2、不佔空間，不受周圍接地體或帶電體的影響。
3、允許使用普通電壓表(滿量程電流不大於30mA即可)。
4、具有通用性，可開發成規範化產品，能批量製造，便於推廣。例如以本實用新型裝置為基礎可構成(1)在工頻試驗電壓測量裝置上接上適當的電壓表，在其電流互感器(C.T.)二次繞組接上適當的電流表，可顯示試驗電壓，電流，構成測量工頻試驗電壓和電流的專用儀表；(2)在製造試驗變壓器時，將工頻試驗電壓測量裝置和試驗變壓器裝成一體(此時(C.T.)一，二次均可用單量程的，同時還省去了分接開關)，構成帶測量裝置的新型試驗變壓器，使於電力部門攜帶到現場使用；(3)在製造試驗變壓器時，將測量工頻試驗電壓，電流的專用儀表和試驗變壓器裝成一體，構成帶測量儀表的新型試驗變壓器，於電力部門攜帶到現場使用。
以下參照附圖，通過具體實施例詳細描述本實用新型的工頻試驗電壓測量裝置。其中

圖1是本實用新型工頻試驗電壓測量裝置在試驗變壓器一次側測量試驗電壓的具體電路圖；圖2是本實用新型工頻試驗電壓測量裝置在試驗變壓器電錶線圈測量試驗電壓的具體電路圖。
為便於分析，引用電機學中關於變壓器一，二次電壓的相量關係式U2=U1-I1(Rk+R1+jXk)----(1)]]>式中1、 ——低壓側電壓、電流；＇2＝2/K——折合到低壓側的高壓側電壓；Rk、Xk——折合到低壓側的短路電阻、短路電抗值；R＇1＝R1/K2——折合到低壓側的保護電阻值。
電機學從式(1)的相量圖導出的試驗變壓器一，二次電壓的標量關係式U＇2≈U1－I1(Rk＋R＇1)Cosφ2＋XkSinφ2) (2)式(2)中φ2為負荷的阻抗角。
1、在試驗變壓器一次側測量試驗電壓的方法圖1為測量方法接線圖。虛線框內為測量網絡變比為Kc的電流互感器(C.T.)1的一次接入試驗變壓器二次的接地點，(C.T.)的負荷是可調測量阻抗(R＋jx)6，7。(C.T.)1二次除接測量阻抗的基本二次繞組外，還有為取得不同補償電壓的另4個抽頭，各抽頭與基本二次繞組的匝數比(即電壓比)為Kp。
測量阻抗調節到式(3)、(4)決定的值R＝(Rk＋R＇1)KKc/Kp(3)X＝XkKKc/Kp(4)由圖1接線可知UB=-(I2/Kc)(R+jX)Kp----(5)]]>將式(3)、(4)及I2=I1/K]]>代入式(5)UB=-I1(Rk+R1+jXk)----(6)]]>式(6)表明B等於倒相的阻抗電壓相量。由圖1的接線可以看出電壓表(V)8測得的電壓UV=U1+UB=U1-I1(Rk+R1+jXk)---(7)]]>V＝＇2＝2/K即U2＝KUV(8)式(8)表明在圖1的測量接線中，低壓側電壓表(V)8的讀數UV乘以電壓比K就得到高壓試驗電壓U2。這樣就實現了用低壓側電壓表測量高壓側試驗電壓的目的。
2、在試驗變壓器電錶線圈測量試驗電壓的方法具有電錶線圈的試驗變壓器實質上是一種三繞組變壓器，折合到三次繞組電錶線圈側的電壓相量關係式U.3=I.2(Rk2+R1+jXk2)+U.2---(9)]]>式(9)中Rk2、Xk2是折合到三次側的二次線圈短路阻抗，約為一、二次間短路阻抗的2/3。或U.2=U.3-I.2(Rk2+R1+jXk2)---(10)]]>式(10)中″2＝2/K23為折合到電錶線圈側的2值。
式(10)與式(1)類似，電錶線圈電壓3不等於高壓的折合值″2。其差別是折合到三次側的二次側阻抗電壓I.2(Rk2+R1+jXk2)]]>這就是電錶線圈不能準確測量高壓側電壓的原因。
高壓側與電錶線圈之間的電壓比K23往往製成整數1000。這樣，在電錶線圈測得的電壓伏特數正好是高壓側電壓的千伏數，這就是使用電錶線圈的方便之處。
本測量方法也可以在電錶線圈上應用，接線如圖2所示，測量阻抗調節到如下值R＝(Rk2＋R″1)K23Kc/Kp(11)X＝Xk2K23Kc/Kp(12)由圖2可知UB=-(I2/Kc)(R+jx)Kp]]>代入式(11)、(12)及I2＝I＇2/K23U.B=-I.2(Rk2+R1+jXk2)]]>
電壓表(V)8測得電壓V＝3＋B=U.3-I.2(Rk2+R1+jXk2)---(13)]]>比較式(10)、(13)可知V＝″2＝2/X23即U2＝K23UV(14)這就證明了電壓表(V)8的讀數UV乘以電壓比K23就等於高壓側試驗電壓U2。
如果試驗中發生高次諧波諧振，則諧振電流通過(C.T.)在測量阻抗(R＋jX)上產生諧波諧振電壓的折合值，相應地補償了諧振電壓，故本裝置能正確反映諧振現象。同理，對試驗電壓中的固有諧波，也能正確反映。
3、測量裝置的接線與調試方法測量裝置是有極性的。必須按圖1，圖2所示極性接線。圖中用園點「·」標出了各繞組的極性端，如果極性接反了，電壓表指示不但沒有增加「容升」部份，反而減去了它，將比U＇2低很多。按此值加試驗電壓可能誤將試品擊穿。下面將說明調試時判明極性的方法。
測量裝置與所用試驗變壓器配套時，需調試後方能使用。現以在低壓側測量的方法為例說明如下，在電錶線圈測量時，調試方法與此相同。
按圖1接線並將試驗變壓器9高壓側經保護電阻(R1)10短接。在低壓側加額定電流。先將(C.T.)二次的分接開關切換到Kp最小位置，(R)、(K)置零。然後逐漸調大R、X值，如電壓表指示值隨之減小，說明極性正確，否則應檢查試驗接線的極性，改正後再調試，反覆調節(R)、(X)值使電壓表(V)指示為零或接近零的最小值。如(R)或(X)已調至該元件的最大值電壓表(V)仍不指零，可將(C.T.)二次的分接切換到Kp大的下一檔，重新調試。調好後將(R)、(X)元件滑動點固定即可，因為調試時高壓側短路，低壓側加的就是阻抗電壓I.1(Rk+R1+jX)]]>電壓表(V)8指零說明B＝-I1(Rk＋R＇1＋jX)。正好複製出倒相的阻抗電壓的相量，使(6)、(7)(8)式均成立，因而滿足本方法的條件。由上述調試方法可知，測量裝置串入高壓迴路引入的阻抗也同時被它自身補償了。測量阻抗整定後，測量裝置就成為該試驗變壓器專用的配套裝置，並且保護電阻R1阻值不能再改變，下面將要說明，保護電阻R1變化50％以內可不必重新調試。這種短路試驗方法也可作為本裝置是否整定好的自檢驗手段。
4、誤差分析a、隨電壓增高，試驗變壓器激磁電流及其在一次阻抗上的壓降增大，輸出電壓有所下降，電壓比K產生誤差。(一般小於0.2％)。
當(C.T.)接在試驗變壓器一次側時，後者的激磁電流給測量帶來一定誤差，激磁電流中的諧波在一次阻抗上的壓降還使一，二次間波形不盡相同，應用本裝置在電錶線圈測量可得到與高壓側相同的波形且電壓比K23也是常數，故將(C.T.)接在試驗變壓器高壓側的接地點並在電錶線圈上測量，理論上可以作到完全準確，凡有電錶線圈的試驗變壓器，均應在電錶線圈上測量，標準ZBK41006—89《試驗變壓器》規定50kv及以上電壓的試驗變壓器均應設電錶線圈(測量繞組)。
b、電壓表內阻對測量精度的影響在使用條件下，從電壓表兩端往設備看進去是一個有源一埠網絡。根據電工學中戴維南定理，可推出測量的相對誤差δ＝(U＇2－UV)/U＇2≈RK2p/RV×100％ (15)由式(15)可知調試中應優先使用Kp小的分接，選用內阻RV較高的電壓表。
δ∝K2p，要減小δ減小Kp最有效，由式(3)，(4)，(11)，(12)可知減小Kp要增加R，X，即增加(C.T.)的負荷，故增加(C.T.)容量可使δ成反比減小。
由於R隨保護電阻R1增大而增大，故選用過大的保護電阻將導致測量誤差增大。按高壓專業的有關規範，應按試驗變壓器額定阻抗(U2n/I2n)的百分之幾選取保護電阻值，一般取R1小於5％(U2n/I2n)，在下面的實施例中可以看到，這樣選取保護電阻值時，測量誤差是可以接受的。
C、保護電阻(R1)變化引起的誤差(R1)如用金屬絲或炭膜電阻，其溫度係數很小，不會因溫度變化引起誤差，當用水電阻時，由於冬夏季節溫差，其阻值可變化50％，但測量電阻(R)調定後不變，故引起誤差。
將式(2)折合到高壓側U2＝KU1－I2〔(K2Rk＋R1)COSφ2＋K2XkSinφ2〕將上式對R1微分，得到R1變化量ΔR1引起的輸出電壓變化ΔU2ΔU2＝-I2ΔR1COSφ2當I2＝I2n時誤差最大，此時的引用誤差ΔU2/U2n＝-(I2n/U2n)ΔR1COSφ2＝-R1/(U2n/I2n)(ΔR1/R1)COSφ2(16)如前所述，R1/(U2n/I2n)＜5％。
即使在試驗電壓下，高壓電工試品的COSφ2≈tgδ≤2％(tgδ為介質損失角正切值)。
當保護水電阻變化50％，即ΔR1/R1＝50％，將上三項代入式(16)中ΔU2/U2n＜0.05％所以水電阻的季節性變化引起的測量誤差是可以忽略的，此點已為試驗證實。實驗表明，包括0.5級電壓表及電壓比K(K23)的誤差在內，系統誤差(引用誤差)小於1％。
5、以下描述本實用新型電壓測量裝置的一個具體實施例及工作情況。
C.T.容量40VA，額定負荷40Ω，COSφ＝0.8，電流比0.1，0.2，0.3，0.5，0.75，1/1A，準確級1.0級，在滿負荷40Ω時，二次各抽頭輸出電壓及對應的Kp值UB(V) 2030405070Kp0.5 0.75 1.0 1.25 1.75可變電阻元件R用滑線電阻，0-33Ω可調，電流1A。
可變電抗元件X用滑線式電抗器，0-22Ω可調，電流1A。
測量阻抗的最大值Z＝(R2＋X2)1/2＝(332＋222)1/2＝39.7Ω＜40Ω。不超過電流互感器額定負荷40Ω。
為考察這個測量裝置的通用性，計算它用於常見的10種試驗變壓器時的元件參數和測量誤差，列於表1、2、3中。
根據國內試驗變壓器主要生產廠家的產品說明書，表1列出了常用的10種型號試驗變壓器的參數，表1中關於試驗變壓器參數的符號意義說明如下U1n，U2n，U3n——一，二，三次側額定電壓(V)。
I1n，I2n，I3n——一，二，三次側額定電流(A)。
uk％——阻抗電壓百分數。
Uk——折合到一次側的阻抗電壓(V)。
Zk——折合到一次側的短路阻抗(Ω)。
φk—Zk的阻抗角。
計算表1中變壓器各參數使用了下列公式K＝U2n/U1n，Uk＝U1nuk％，K23＝U2n/U3n，Zk＝Uk/I1n，Rk＝ZkCOSφk，Xk＝ZkSinφk，R＇1＝R1/K2，R″1＝R1/K223。
表1中保護電阻R1的值是按(U2n/I2n)值的5％左右選取的。
表2列出了這10種試驗變壓器用實施例的裝置在一次側測量試驗電壓時，測量元件應整定的參數R、X、值是按式(3)、(4)計算的。
表3列出了這10種試驗變壓器用實施例的裝置在電錶線圈側測量試驗電壓時，測量元件參數，表中Rk2、Xk2分別按Rk、Xk(折合到三次側的值)的2/3計算的。R、X、值是按式(11)、(12)計算的。
觀察表2、表3各欄可知對於不同型號的試驗變壓器，無論是在一次側還是在電錶線圈進行測量，只要適當選取C.T.二次的變比Kp，都可以使按式(3)、(4)或(11)、(12)計算的測量阻抗參數R＜33Ω；X＜22Ω；Z＜40Ω，因而可使用實施例的測量裝置。
常見的電壓表滿量程電流一般不大於30mA，其150V、300V、450V、600V檔的內阻分別為5kΩ、10kΩ、15kΩ、20kΩ。表2，3的後兩欄列出了30mA電壓表所用檔的內阻Rv和按式(15)計算的相對誤差8。
表2中的誤差均在-0.34％以內，表3中的誤差均在-0.14％以內，在電錶線圈測量由於所用Kp值較小，誤差也小，這是在電錶線圈測量另一優點。
T10-V型電壓表滿量程電流為7.5mA，如用此表，表2，3中的誤差δ可減至1/4，均小於0.1％，如用峰值電壓表或數字表，由於其內阻很高，測量誤差δ可以忽略。
本裝置的精度達1％，滿足國家標準GB311.4—83關於高壓測量系統誤差小於3％的要求。
權利要求1.一種工頻試驗電壓測量裝置，由包括電流互感器和測量阻抗的兩埠網絡構成，其特徵在於試驗變壓器的低壓側與所述電流互感器一次繞組相接，所述電流互感器的二次繞組有分接抽頭，並與電壓表相接，所述測量阻抗由可調電阻和可調電抗串聯而成，做為所述電流互感器的負載，接在該互感器的二次繞組。
2.如權利要求1所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述電流互感器的磁密為1T。
3.如權利要求1或2所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於將所述電流互感器一次繞組接在試驗變壓器的高壓側接地點。
4.如權利要求1或2所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於試驗變壓器(9)的高壓側串接有保護電阻(10)。
5.如權利要求1或2所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述電流互感器二次繞組串接於所述試驗變壓器的電錶線圈後再與電壓表相接。
6.如權利要求4所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述電流互感器的二次繞組串接於所述試驗變壓器的電錶線圈後再與電壓表相接。
7.如權利要求1或2所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述可調電阻為0-33Ω的滑線電阻，所述可調電抗為0-22Ω的滑線式電抗器。
8.如權利要求1所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述的工頻試驗電壓測量裝置接交流電壓表，電流表，構成測量工頻試驗電壓和電流儀表。
9.如權利要求1所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述的工頻試驗電壓測量裝與試驗變壓器製成一體，構成帶測量裝置的工頻試驗變壓器。
10.如權利要求9所述的工頻試驗電壓測量裝置，其特徵在於所述的試驗變壓器與接有交流電壓表，電流表的工頻試驗電壓測量裝置裝成一體，構成帶測量儀表的工頻試驗變壓器。
專利摘要一種在試驗變壓器低壓側測量工頻試驗電壓的裝置，由測量試驗電流的電流互感器及可調測量阻抗構成，所述測量阻抗由可調電阻和可調電抗串聯而成。對本裝置的參數和所配套的試驗變壓器一起調試、整定，使兩側電壓保持電壓比的關係。本測量裝置簡單、輕便，可代替昂貴的高壓測量設備，測量精度達1％。本裝置適用範圍廣，可構成工頻試驗電壓、電流的專用儀表和帶測量裝置的新型試驗變壓器。
文檔編號G01R19/00GK2227343SQ9522264
公開日1996年5月15日 申請日期1995年10月6日 優先權日1995年10月6日
發明者楊大成 申請人:楊大成