RU2125272C1

RU2125272C1 - Device for checking insulation liquids

Info

Publication number: RU2125272C1
Application number: RU97104599A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Митрофанов; М.Ю. Стрельников; С.В. Венедиктов; А.А. Альмянов; И.Н. Поляков; В.А. Кыштымов
Original assignee: Марийский государственный университет
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has heat-insulating cylinder with connecting pipes for pouring liquid under investigation. Cylinder contains electrode system and thermoelectric module, pump and heater, which form circuit for circulation of checked liquid with heat-insulating cylinder. In addition device has control unit, which has electronic amplifier, which input is connected to thermoelectric module and output is connected to indicator and inverting input of differential amplifier. In addition device has reference voltage source, which output is connected to direct input of differential amplifier, which output is connected to temperature regulator, which is connected to heater. EFFECT: increased functional capabilities due to possibility to control temperature of liquid under investigation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля показателей изолирующих жидкостей, например трансформаторного масла. The invention relates to electrical engineering and can be used to control the performance of insulating liquids, such as transformer oil.

Существующие устройства (см. а.с. СССР N 572697, кл. G 01 N 27/06 // G 01 R 27/22, 1977) не обеспечивают оперативного контроля из-за невозможности измерения показателей изолирующих жидкостей в составе маслонаполненных электроаппаратов. Existing devices (see AS USSR N 572697, class G 01 N 27/06 // G 01 R 27/22, 1977) do not provide operational control due to the inability to measure the performance of insulating liquids in oil-filled electric devices.

Известно устройство контроля изолирующих жидкостей (см. а.с. N 1774285, кл. G 01 R 27/22, 1990), содержащее основание, на котором установлена электродная система, включающая измерительный электрод, выполненный в виде пластины, высоковольтный электрод, выполненный в виде двух пластин, электрод-стержень и вентиль для выпускания воздуха, а также выводы для соединения с измерительной схемой. A control device for insulating liquids is known (see AS No. 1774285, class G 01 R 27/22, 1990), comprising a base on which an electrode system is installed, including a measuring electrode made in the form of a plate, a high-voltage electrode made in in the form of two plates, an electrode-rod and a valve for releasing air, as well as conclusions for connecting to a measuring circuit.

Недостатком устройства является неуниверсальность при измерении показателей из-за невозможности обеспечения требуемого температурного режима контролируемой жидкости без дополнительных устройств. The disadvantage of this device is the non-universality in the measurement of indicators due to the inability to provide the required temperature regime of the controlled fluid without additional devices.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения температурного режима контролируемой жидкости. The purpose of the invention is the expansion of the functionality of the device by ensuring the temperature regime of the controlled fluid.

В данное устройство введены теплоизолирующий стакан, имеющий штуцеры для заполнения контролируемой жидкостью, в котором устанавливаются электродная система и термоэлектрический преобразователь, насос и нагреватель, образующие контур циркуляции контролируемой жидкости с теплоизолирующим стаканом, а также схема управления, включающая электронный усилитель, вход которого соединен с термоэлектрическим преобразователем, а выход связан с индикатором и инвертирующим входом дифференциального усилителя, источник опорного напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с регулятором температуры, связанным с нагревателем. A heat insulating cup having fittings for filling with a controlled fluid is installed in this device, in which an electrode system and a thermoelectric converter, a pump and a heater are installed, forming a circuit of the controlled fluid with a heat insulating cup, as well as a control circuit including an electronic amplifier, the input of which is connected to a thermoelectric a converter, and the output is connected to an indicator and an inverting input of a differential amplifier, a reference voltage source, output d is connected to the noninverting input of a differential amplifier whose output is connected to a temperature controller connected to the heater.

На фиг.1 представлена схема устройства контроля изолирующих жидкостей в двух проекциях (на профильной проекции теплоизолирующий стакан с контролируемой жидкостью, контур циркуляции и схема управления условно не показаны). Устройство содержит основание 1, к которому крепятся с помощью выводов 2 - 4 электродная система, включающая измерительный электрод 5, выполненный в виде пластины, высоковольтный электрод 6, выполненный в виде двух пластин, и электрод-стержень 7, а также термоэлектрический преобразователь 8 и вентиль для выпускания воздуха 9, установленные в теплоизолирующий стакан 10, снабженный штуцерами 11 для заполнения контролируемой жидкостью 12, а также насос 13 и нагреватель 14, образующие контур циркуляции контролируемой жидкости 12 с теплоизолирующим стаканом 10, схему управления, включающую электронный усилитель 15, вход которого соединен с термоэлектрическим преобразователем 8, а выход связан с индикатором 16 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 17, источник опорного напряжения 18, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 17, выход которого соединен с регулятором температуры 19, связанным с нагревателем 14. Figure 1 presents a diagram of a device for monitoring insulating liquids in two projections (on a profile projection, an insulating glass with a controlled liquid, a circulation circuit and a control circuit are conventionally not shown). The device comprises a base 1, to which an electrode system, including a measuring electrode 5, made in the form of a plate, a high-voltage electrode 6, made in the form of two plates, and an electrode-rod 7, as well as a thermoelectric converter 8 and a valve, are attached using pins 2 - 4; for exhausting air 9, installed in a heat-insulating cup 10, equipped with fittings 11 for filling with a controlled fluid 12, as well as a pump 13 and a heater 14, forming a circuit for the control of a controlled fluid 12 with a heat-insulating steel channel 10, a control circuit including an electronic amplifier 15, the input of which is connected to a thermoelectric converter 8, and the output is connected to an indicator 16 and an inverting input of a differential amplifier 17, a reference voltage source 18, the output of which is connected to a non-inverting input of a differential amplifier 17, the output of which is connected with a temperature controller 19 connected to the heater 14.

Вывод 2 соединен с пластиной 5 измерительного электрода, вывод 3 - с пластинами 6 высоковольтного электрода, а вывод 4 - с электродом стержнем 7. Зазоры между пластинами 5 и 6, а также стержнем 7 и пластиной 6 устанавливаются с помощью соответствующих изоляционных прокладок, винтов и гаек. Выводы 2 - 4 соединены с проходными изоляторами 20 и 21, к которым подключается измерительная схема. Термоэлектрический преобразователь 8 со схемой управления соединен с помощью проходного изолятора 21. Terminal 2 is connected to the plate 5 of the measuring electrode, terminal 3 is connected to the plates 6 of the high-voltage electrode, and terminal 4 is connected to the electrode by the rod 7. The gaps between the plates 5 and 6, as well as the rod 7 and the plate 6 are set using the corresponding insulating gaskets, screws and nuts. Conclusions 2 - 4 are connected to bushing insulators 20 and 21, to which the measuring circuit is connected. The thermoelectric converter 8 with the control circuit is connected using a bushing 21.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В штуцеры 11 стакана 10 вставляются заглушки 22, стакан 10 заполняется контролируемой жидкостью 12. Затем электродная система и термоэлектрический преобразователь 8 опускаются в контролируемую жидкость 12, которая заполняет зазоры между пластинами 5, 6 и стержнем 7. Электродная система через изоляторы 20, 21 подключается к измерительной схеме для контроля показателей контролируемой жидкости. При контроле пробивного напряжения используются выводы изоляторов 20 (соединенные с выводом 3) и 21. С помощью насоса 13 и нагревателя 14 контролируемая жидкость 12 равномерно нагревается по всему объему стакана 10. Электрическое напряжение с термоэлектрического преобразователя 8 через электронный усилитель 15 поступает на индикатор 16 и инвертирующий вход дифференциального усилителя 17. Одновременно с источника опорного напряжения 18 на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 17 подается электрический сигнал, соответствующий требуемой температуре контролируемой жидкости 12. Напряжение, пропорциональное разности требуемой и температуры контролируемой жидкости 12, поступает на вход регулятора температуры 19, который вырабатывает сигнал управления мощностью нагревателя 14. Plugs 22 are inserted into the nozzles 11 of the glass 10, the glass 10 is filled with a controlled liquid 12. Then the electrode system and the thermoelectric converter 8 are lowered into a controlled liquid 12, which fills the gaps between the plates 5, 6 and the rod 7. The electrode system is connected through insulators 20, 21 to measuring scheme for monitoring the performance of the controlled fluid. When controlling the breakdown voltage, the conclusions of insulators 20 (connected to terminal 3) and 21 are used. Using the pump 13 and heater 14, the controlled liquid 12 is uniformly heated throughout the entire volume of the glass 10. The voltage from the thermoelectric converter 8 is transmitted through an electronic amplifier 15 to the indicator 16 and the inverting input of the differential amplifier 17. Simultaneously from the reference voltage source 18, a non-inverting input of the differential amplifier 17 is supplied with an electrical signal corresponding to the required second temperature controlled liquid 12. The voltage difference proportional to the required and controlled temperature of the liquid 12 is supplied to the input of the temperature controller 19 which generates a heater power control signal 14.

Устройство позволяет контролировать пробивное напряжение, тангенс угла диэлектрических потерь, диэлектрическую проницаемость, удельное сопротивление и электропроводность жидких диэлектриков при соблюдении требуемого температурного режима. The device allows you to control the breakdown voltage, dielectric loss tangent, permittivity, resistivity and electrical conductivity of liquid dielectrics subject to the required temperature conditions.

Пробивное напряжение U_пр (кВ) определяется как среднеарифметическое по результатам шести измерений.Breakdown voltage U _CR (kV) is determined as the arithmetic mean of the results of six measurements.

Тангенс угла диэлектрических потерь определяется по формуле

где
C₁, tgδ₁ - соответственно емкость и тангенс угла диэлектрических потерь при заполнении межэлектродного зазора контролируемой жидкостью;
C₀, tgδ₀ - - соответственно емкость и тангенс угла диэлектрических потерь при заполнении межэлектродного зазора воздухом;
C_п - паразитная емкость устройства, обусловленная наличием изоляционных конструкций, емкости проводов и т.д.The dielectric loss tangent is determined by the formula

Where
C ₁ , tgδ ₁ - respectively, the capacitance and the tangent of the dielectric loss angle when filling the interelectrode gap with a controlled fluid;
C ₀ , tgδ ₀ - respectively, the capacitance and the tangent of the dielectric loss angle when filling the electrode gap with air;
C _p - parasitic capacitance of the device due to the presence of insulating structures, capacitance of wires, etc.

где
C_к - емкость при заполнении межэлектродного зазора устройства жидким диэлектриком с известным значением ε_к.
Относительная диэлектрическая проницаемость определяется следующим образом

Удельное объемное сопротивление ρv (Ом • м) определяется выражением
ρv = 0,113C₀R_v10¹²,
где
R_v - измеренное значение объемного электрического сопротивления.

Where
C _to - the capacity when filling the interelectrode gap of the device with a liquid dielectric with a known value of ε _to .
The relative dielectric constant is determined as follows

The specific volume resistance ρv (Ohm • m) is determined by the expression
ρv = 0.113C ₀ R _v 10 ¹² ,
Where
R _v is the measured value of the volumetric electrical resistance.

Удельная электропроводность σ (Ом^-1 • м^-1)

где
d - зазор между пластинами электродной системы;
S - площадь перекрытия пластин электродной системы.Electrical conductivity σ (Ohm ^-1 • m ^-1 )

Where
d is the gap between the plates of the electrode system;
S is the overlap area of the plates of the electrode system.

Для ускорения взаимодействия электродов 5, 6 и изоляционных прокладок с контролируемой жидкостью 12 пластины 5, 6 изготовлены, например, из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, а изоляционные прокладки - из фторопласта-4. To accelerate the interaction of the electrodes 5, 6 and insulating gaskets with a controlled liquid 12, the plates 5, 6 are made, for example, of 12Kh18N9T stainless steel, and the insulating gaskets are made of fluoroplast-4.

Вентиль 9 представляет собой винт с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями, при выкручивании которого выпускается воздух, например, при установке устройства контроля в маслонаполненном электроаппарате. The valve 9 is a screw with two mutually perpendicular openings, when unscrewing which air is released, for example, when the control device is installed in an oil-filled electric device.

Теплоизолирующий стакан 10 представляет собой металлическую емкость, покрытую снаружи слоем теплоизоляции, например, стекловаты (на фиг.1 условно не показано). The heat-insulating cup 10 is a metal container coated externally with a layer of thermal insulation, for example, glass wool (not shown conditionally in FIG. 1).

Индикатор 16 включает аналого-цифровой преобразователь и цифровое табло. Indicator 16 includes an analog-to-digital converter and a digital display.

Источник опорного напряжения 18 представляет собой цифроаналоговый преобразователь, цифровой код на входе которого соответствует требуемой температуре. The reference voltage source 18 is a digital-to-analog converter, the digital code at the input of which corresponds to the required temperature.

В устройстве изоляторы 20, например, могут быть выполнены из фторопласта-4, изоляторы 21 - типа ИКП-3. In the device, insulators 20, for example, can be made of fluoroplast-4, insulators 21 - type IKP-3.

Наличие штуцеров 11 и фланцев 23 у теплоизолирующего стакана 10 позволяет устанавливать предложенное устройство, например, в ветви регенерации масла силового трансформатора. The presence of fittings 11 and flanges 23 of the insulating cup 10 allows you to install the proposed device, for example, in the oil regeneration branch of the power transformer.

Пример установки устройства контроля в ветви регенерации масла приведен на фиг.2. An example of installing a control device in the branch of oil recovery is shown in figure 2.

Ветвь регенерации содержит бак 24 трансформатора, заполненный маслом, термосифонный фильтр 25 регенерации масла, вентили 26 для перекрывания поступления масла, фланцы 23 для установки устройства контроля, устройство контроля 27 (схема управления условно не показана), крышку 28 устройства контроля. The regeneration branch includes a transformer tank 24 filled with oil, a thermosiphon filter 25 for oil recovery, valves 26 for blocking the oil supply, flanges 23 for installing a control device, a control device 27 (control circuit is not shown conventionally), a cover 28 of the control device.

Универсальность устройства позволяет использовать его для измерения основных электроизоляционных показателей контролируемых жидкостей при необходимых температурах, а также снимать температурные зависимости определяемых показателей. The versatility of the device allows you to use it to measure the main electrical insulating indicators of controlled liquids at the required temperatures, as well as remove the temperature dependence of the determined indicators.

За счет обеспечения оперативности контроля состояния жидкой изоляции повышается надежность работы силовых трансформаторов, что повышает надежность снабжения электрической энергией потребителей. By ensuring the efficiency of monitoring the state of liquid insulation, the reliability of power transformers increases, which increases the reliability of the supply of electrical energy to consumers.

Наличие аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей в схеме управления позволяет автоматизировать процесс контроля. The presence of analog-to-digital and digital-to-analog converters in the control circuit allows you to automate the control process.

Claims

A control device for insulating liquids, comprising a base on which an electrode system is installed, including a measuring electrode made in the form of a plate, a high voltage electrode made in the form of two plates, an electrode rod, a valve for releasing air, and also conclusions for connecting to the measuring circuit, characterized in that an insulating cup having nozzles for filling with a controlled liquid is additionally introduced into it, in which an electrode system and a thermoelectric a converter, a pump and a heater forming a circuit of the controlled liquid with a heat insulating cup, as well as a control circuit including an electronic amplifier, the input of which is connected to a thermoelectric converter, and the output is connected to an indicator and an inverting input of a differential amplifier, the reference voltage source, the output of which is connected to non-inverting input of a differential amplifier, the output of which is connected to a temperature controller connected to the heater.