Технические данные измерительных устройств до 4 МВ

УДК 621.317.32: [621.1002.5.048+621.316.933.3]

Изоляция электрооборудования высокого напряжения и вентильные разрядники. Труды ВЭИ, 1982, вып. 91, с. 91—99.
Приведены основные технические данные универсальных измерительных устройств с делителями напряжений до 4 МВ. Определение коэффициента деления делителя проводилось различными методами при напряжениях до 900 кВ. Исследовались зависимости коэффициентов деления от значения, формы и времени приложения измеряемого напряжения. Определена граница погрешности для различных расстояний от делителя до заземленных объектов. С помощью ртутного коммутатора получены переходные характеристики и определены времена реакций измерительных устройств.
Библиогр.: 4.

Г. А. Владимиров, С. А. Гуров
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА НАПРЯЖЕНИЯ ДО 4 МВ
В ВЭИ разработаны три вида универсальных измерительных устройств: УИК-1, УИК-2 и УИК-4 (рис. 1), основные технические данные которых приведены в табл. 1.
В состав каждого измерительного устройства входят универсальный делитель высокого напряжения, передающий кабель и распределительная коробка для подключения различных измерительных приборов. Емкостная часть делителей (конденсаторы ДМ-100-4,5) с демпфирующими элементами (резисторы ТВО) служит для измерения переменных напряжений. Омическая часть из блоков на основе резисторов ПКВ, зашунтированных для выравнивания распределения напряжения вдоль каждой секции конденсаторами КВИ-3 малой емкости, служит для измерения постоянных напряжений. Емкостная и омическая секции включены параллельно. Их транспозиция в колонках обеспечивает
возможность расположения демпфирующих элементов в горизонтальном положении между колонками, что способствует сокращению высоты делителей.
Коэффициенты деления по омическим и емкостным элементам согласованы и обеспечивают напряжение на выходе делителей не более 1000 В [1].

Рис. 1. Делитель 4 МВ в сборе

Делители монтируются на передвижных тележках, имеют крупногабаритные экраны "Поликон", которые способствуют выравниванию электрического поля и уменьшению влияния посторонних объектов. Габаритные размеры делителей выбраны так, чтобы максимальные напряженности на экранах Еmax при номинальных напряжениях не превосходили критических значений Екр, когда возможны разряды с поверхности экранов. В верхней части делителей 2 и 4 МВ установлены двойные тороидальные экраны. Это компенсирует уменьшение Е из-за коэффициента не гладкости К = 0,8 экрана [3]. В табл. 2 приведены критические напряжения V, полученные при испытаниях универсальных делителей высоким напряжением, и

рассчитанные для них значения Результаты согласуются с данными [3] по Емах для больших тороидальных экранов.
Таблица 1

Корона на элементах делителей при номинальных напряжениях отсутствует, что объясняется значительным (в среднем на 20%) превышением критических напряжений по сравнению с номинальными.
Перекрытие промежутка длиной около 18 м между верхним экраном делителя 4 МВ и стеной имеет место при напряжении 1550 кВ, 50 Гц и положительном коммутационном импульсе 2400 кВ. Перекрытию, как правило, предшествует появление отдельных видимых разрядов на верхнем экране. При грозовых импульсах разряды появляются при напряжениях 4400 кВ.
В измерительных устройствах применяются разработанные в ВЭИ двухлучевой осциллограф ОВ-1 и амплитудный вольтметр АВОИ-1; могут применяться также вольтметры(ГДР).

Таблица 2

Напряжения постоянного и переменного токов измеряются электростатическими и цифровыми вольтметрами. Неизменность коэффициентов деления при присоединении к делителю приборов с различными входными сопротивлениями обеспечивается распределительной коробкой.
Поскольку погрешности применяемой измерительной аппаратуры регламентированы соответствующей нормативной документацией, наибольшее внимание уделено исследованиям метрологических характеристик универсальных делителей напряжения. В соответствии с принятой практикой погрешность рабочего средства измерения определяется с помощью образцовых установок, точность которых должна быть по крайней мере в 3 раза выше, чем у рабочего средства. Образцовые установки, рассчитанные на номинальные напряжения несколько мегавольт, еще не разработаны, и поверка коэффициентов деления универсальных делителей проводилась при напряжениях до 900 кВ, Точность образцовых устройств высокого напряжения (газонаполненных конденсаторов, трансформаторов напряжения, делителей напряжения постоянного тока) составляет 0,1—0,2. С учетом методических погрешностей общее значение систематических погрешностей установок, применяемых для поверки делителей, не превышало 0,5%. Для ограничения влияния систематических погрешностей поверочных установок измерения коэффициентов выполнялись различными методами. В этом случае становится возможным использование статистических методов оценки погрешности. В качестве примера в табл. 3 приведены результаты измерения эквивалентной емкости плеча высокого напряжения универсального делителя 3,5 МВ на Московском электрозаводе им. Куйбышева.

Таблица 3

Незначительные расхождения результатов измерений не превышают методических погрешностей установок, используемых для определения
При анализе основной погрешности устройств нельзя исключить из рассмотрения мультипликативную, т. е. зависимую от измеряемого напряжения, составляющую погрешности. Она определялась методом сличения коэффициентов деления универсальных делителей и делителей других типов. До напряжений 900 кВ использовался либо образцовый делитель постоянного тока ВДНМ-800, либо делитель с газонаполненным конденсатором MGF 30/900 Р.
При более высоких напряжениях исследования проводились в лаборатории НИИ ПО "Тралэлектротяжмаш" с применением встроенного в каскадный трансформатор делителя МС-167/2250 и встроенного в ГИН-7,2 импульсного делителя производства ГДР. Приведенные в табл. 4 результаты показывают незначительную зависимость коэффициентов деления универсальных делителей от значения и формы напряжения. Это подтверждает аналогичные данные, полученные в испытательном центре Ренардье [4].
Изменения коэффициентов деления вследствие нагрева резисторов при длительном приложении напряжения входят в основную погрешность делителя. Предварительные исследования показали, что при длительном приложении номинального напряжения постоянного тока наибольшая температура перегрева резисторов имеет место у делителя 1 МВ. С целью уменьшения нагрева сопротивление шунтирующих резисторов для всех делителей увеличено от 68 до 98 МОм на секцию.

Таблица 4

Образцовые делители.

Таблица 5

Примечание. В числителе — значение ∆t,°C, в знаменателе — δдля УИК-2 приведены значения δ,%.

В табл. 5 представлены данные относительных изменений коэффициентов деления в зависимости от времени приложения номинальных напряжений постоянного тока. Погрешность, связанная с перегревом превалирует над погрешностью, связанной с токами утечки. Токи утечки не превышают 2 мкА, и их влиянием при рабочем токе 1 мА можно пренебречь.
К дополнительным, т. е. возникающим при отличных от нормальных условий эксплуатации, погрешностям могут быть отнесены зависимости коэффициентов деления от расположенных вблизи делителя объектов, различных конфигураций подводки и т. д. Дополнительные  погрешности вычислялись на стадии проектирования измерительных устройств и определялись экспериментально в реальных условиях. Коэффициент деления поверяемого делителя сравнивался с коэффициентом деления другого делителя, который находился в неизменных условиях. На рис. 2 показаны расчетные и экспериментальные относительные изменения коэффициента деления универсального делителя 4 МВ от расстояния до заземленной стены. В технической документации на измерительное устройство оговорены нормальные условия эксплуатации, при которых расстояния до стен и крупногабаритных объектов должны быть не менее высоты делителя, а угол, образованный подводкой с вертикальной' осью делителя, должен составлять 90°. Для нормальных условий изменения коэффициента деления универсальных делителей не превышают 0,5%.

Рис. 2. Зависимость коэффициента деления делителя 4 МВ от расстояния до заземленной стены:
1 — относительные изменения паразитной емкости делителя на землю; 2, 3 — рассчитанные и экспериментальные изменения коэффициента деления соответственно

В измерительной технике высокого напряжения основой для исследования динамической погрешности является переходная характеристика, которая определяется при подаче на вход делителя скачка напряжения. На рис. 3 приведены экспериментальные переходные характеристики универсальных делителей, снятые при напряжении 300 В с помощью ртутного коммутатора.

Рис. 3. Переходные характеристики универсальных измерительных устройств:
1 -УИК-1; 2-УИК-2; 3-УИК-4 с RС=R С=20 нс; 4- УИКЛ с R-S0 нс, 200 нс; постоянные времени частей делителя низкого и высокого напряжения

Из-за больших пространственных размеров характеристики делителей 2 и 4 МВ имеют колебания. Как видно из рис. 3, амплитуда колебаний и время установления реакции делителя 4 МВ могут быть уменьшены регулировкой демпфирующих резисторов.
Напряжения на выходе делителя при измерении различных по форме напряжений вычисляются с помощью переходных характеристик по интегралу Дюамеля или адекватной ему операции свертки в области изображений. Таким образом определяется анемическая погрешность, которая представляет собой функциональную зависимость от времени или частоты напряжения.
В соответствии с [2] в качестве нормируемого параметра для оценки динамической погрешности принято время реакции. Данные о времени реакции универсальных делителей, полученные из переходных характеристик (рис. 3), приведены в табл. 1. Для всех делителей время реакции не превышает 200 нс, установленного в [2] для измерения амплитуды стандартных импульсов напряжения.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.
Универсальный делитель позволяет измерять все виды напряжений при испытаниях и исследованиях оборудования высокого напряжения.
Метрологические характеристики универсальных измерительных устройств соответствуют требованиям публикации 60-3 МЭК.
Выбор элементов делителя и применение больших экранов обеспечивают стабильность коэффициентов деления универсальных делителей во всем диапазоне измеряемых напряжений.
Трудности при создании измерительного оборудования высокого напряжения связаны с большими пространственными размерами делителей. которые увеличивают зависимость коэффициента деления от окружающих предметов и затрудняют как обеспечение, так и получение хороших передаточных характеристик измерительного устройства.
Список литературы

1. Владимиров Г. А. Часть низкого напряжения измерительного устройства с универсальным делителем напряжений. См. настоящий сборник.
2. ГОСТ 17612—72. Электрооборудование и изоляция высокого напряжения переменного тока. Методы измерения высокого напряжения.
3. Fеsеr К. Demens ion ierung von Elektroden in UHV— Bereich, gezeigt am Beispiel von Toroid—elektroden ffiir Spannungsteiler.— Siposium Hochspannungspriiftechnik. — Moskau, 1974, S. 38—52.
4. PaIva V. Facing UHV measuring problems. — Electra, 1974, № 35, p. 157-254.