SU665338A1 - Высоковольтный цилиндрический газонаполненный конденсатор - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  аттестации образцовых высоковольтных измерительных конденсаторов при рабочем напр жении.

Известен конденсатор, содерлсащий высоковольтный и низковольтный цилиндрические электроды, причем низковольтный электрод разрезан плоскост ми, перпендикул рными к его оси, на несколько изолированных одна от другой секций, с образованием нескольких частичных емкостей, лежащих в различных плоскост х по высоте цилиндра 1.

При наличии остаточного эксцентриситета электродов и подаче на конденсатор высокого напр жени  электроды конденсатора под действием электрических сил начинают изгибатьс , измен ютс  собственные эксцентриситеты частичных емкостей конденсатора , что влечет за собой их изменение . Сравнива  эти емкости на рабочем напр жении, суд т о коэффициенте напр жени  конденсатора. Однако описанна  конструкци  конденсатора не позвол ет установить значение собственных эксцентриситетов секций низковольтных электродов , поэтому рассчитать значение коэффициентов напр жени  частичных емкостей также не представл етс  возможным. При

сравнении результатов частичных емкостей конденсатора одна с предполагаетс , что если высоковольтный мост, в смежные плечи которого включены указанные

частичные емкости, не выходит из равновеси  при изменении питающего напр жени , то частичные емкости остаютс  неизменными . Иизковольтный электрод будучи укрепленным с обоих концов может изогнутьс  так, что частичные емкости измен ютс  пропорционально, и баланс моста при этом не нарушаетс , хот  сами емкости нретерпевают изменени . В случае же непропорционального изменени  сравниваемых

емкостей число уравнений, полученных в результате сравнений, всегда на единицу меньше, чем число неизвестных изменений частичных емкостей (эксцентриситетов). Действительно, сравнива , например, частичные емкости Ci и Cz, получим уравнени 

ЛР

H(I +

(1)

Р,

1ИЯ частичных емкостей Ci и Сг до их изменени , т. е. до действи  электрических сил; - г относите„тьное изменение емкостей Ci и С2, вызванное изменением экецентриситетов 3 соответствующих плоскост х низковольтного электрода; Р„ - отношение указанных емкостей Cnj и Си.; измер емые изменени  от ношений емкостей Ci и СчИз уравнени  (1) получим ДС,ДСг „. ДР Изменени  емкостей ACi и ДСз подчин ютс  известным функци м эксцентриситетов DI и 1)2 в соответствующих плоскост х, т. е. ДА) f(D2) „ ДЯ Однако этот метод и разработанна  конструкци  конденсатора не позвол ют точно установить значение эксцентриситетов и, следовательно, частичных емкостей на высоком напр жении. Известен высоковольтный газонацолненный цилиидрическнй конденсатор с особо жесткой системой электродов. Благодар  высокой жесткости и соосности электродов разработанный конденсатор обладает достаточно малым значением коэффициента напр л ени  2. Описанный способ измерени  коэффициента напр жени  и устройство высоковольтного газонаполненного конденеатора имеют существенные недостатки; кажда  аттестаци  требует разборки конденсатора и проведени  р да электромеханических измерений, что само но себе  вл етс  весьма трудоемкой процедурой, требующей достаточно длительного времени. Все измерени  провод т при низком напр жении, а действие высокого напр жени  имитируетс  механической силой. При этом все допущени  делаютс  дл  наихудшего случа  суммировани  действий всех источников погрешностей , что приводит к грубой оценке коэффициента напр жени . Кроме того, при такой аттестации нет полной гарантии, что после сборки конденсатора его геометрические параметры в течение длительного времени останутс  такими же, какими они были до сборки, поэтому проследить за временной стабильностью емкости конденсатора чрезвычайно трудно. Цель изобретени  - повышение точности определени  величины емкости конденсатора при высоких напр жени х. Дл  достижени  цели в высоковольтном цилиндрическом газонаполненном конденсаторе , содержащем высоковольтный электрод и низковоль-цный электрод, состо щий из нескольких частей, образующих с высоковольтным электродом р д частичных емкостей , низковольтный электрод конденсатора выполнен в виде пустотелого цилиндра , разрезанного вдоль оси на равные части . На фиг. 1 схематически изображен конденсатор . Здесь обозначены: R - радиус цилиндра высоковольтного электрода; 2 - радиус цилиндра низковольтного электрода; D - эксцентриситет системы электродов; а - угол, определ ющий направление смещени  высоковольтного электрода. Дл  нагл дности на фиг. 2 эксцентриситет D и толщина изол ции между секци ми низковольтного электрода сильно увеличены. В конденсаторе образуютс  частичные емкости Ci-С4, значени  которых, при неизменном значении диаметров высоковольткого и низковольтного электродов, их длины /, а также заданном значении диэлектрической проницаемости среды е, однозначно завис т от общего дл  всех четырех емкоетей эксцентриситета D и угла а. Выражени , определ ющие указанные зависимости , имеют вид C, (COS а. - sin а)- sin , (4) С, -(l + -f (COS a + sin a)-p Sin2a j, (5) Сз -|-{ 1 - (COS a - Sin a) + ,6 sin , (6) 1 + -IP(COS a -f Sin a)-f Sin , (7) С где - емкость цилиндрического конденсатора с эксцентриситетом D. Из выражений (4) - (9) следует, что при строгой соосности электродов, т. е. при отсутствии эксцентриситета D, частичные емкости Ci-С4 равны и их отношени  равны единице. При этом равнодействующа  электричееких сил, действующа  между электродами, очевидно, равна нулю. Выполнить электроды строго соосными невозможно , поэтому в любом цилиндрическом конденсаторе, как бы тщательно он не был изготовлен, существует остаточный эксценриситет D. Это  вл ете  причиной того, то при подаче на конденсатор высокого апр жени  равнодействующа  электричеких сил смещает высоковольтный элекрод , увеличива  эксцентриситет D, что неедленно отражаетс  на значени х частичых емкостей . Описанное свойство редлагаемого конденсатора дает возможность точно определить значение эксцентриситета D при любых значени х рабочего напр жени  без вскрыти  конденсатора. Эти свойства отличают предлагаемое устройство конденсатора как от аналога, так и от прототипа. Действительно, измер   при помощи вывысоковольтного моста-компаратора отношени  частичных емкостей Cj/Сз и CzJC, получим два уравнени  1+«, - -1+/«, где пит - отклонени  отношений частичных емкостей от единицы, обусловленные наличием эксцентриситета D. Подставл   в уравнени  (10) и (11) значени  частичных емкостей кз выражений (4) - (7) и реша  их относительно Дна, получим дл  D (значение а в данном случае интереса не представл ет) Rl-Rl ) I/ .. /12) 8 2 F2 Таким образом, измер   указанные отношени  при низком напр жении и при высоком рабочем напр жении, можно рассчитать значение изменени  эксцентриситета ДО по выражению . К где «1, /И1 и rta, т, - отклонени  отношений указанных емкостей соответственно при низком и высоком напр жени х. Изменение емкости АС при этом определ етс  по выражению дС . U j/r гдеопредел етс  из выражени  (У) И равно о2 р2 KI

Рассчитав значение изменени  электрической емкости, легко определить значение коэффициента напр жени .

Значение емкости на высоком напр жении при этом равло

- +-f}

На фиг. 2 показана схема включени  описанного конденсатора в высоковольтный мост с индуктивным компаратором тока при измерении отношений частичных емкостей GI/CS и Сч1Сц,.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Высоковольтный цилиндрический газонаполненный конденсатор, содержаший высоковольтный электрод и низковольтный электрод , состо ший из нескольких частей, образуюш ,их с высоковольтным электродом р д частичных емкостей, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  величины емкости конденсатора при высоких напр жени х, низковольтный электрод конденсатора выполнен в виРазрабатываемые в насто щее врем  инуктивные компараторы тока обладают есьма малыми погрешност ми пор дка 10- -10-, поэтому отношени  емкостей огут быть измерены также весьма точно. Кроме того, при равновесии моста магнитный поток в компараторе тока отсутствует, в св зи с этим измерительные клеммы А, В эквипотенциальны заземленной точке моста О, что определ ет эквипотенциальность всех секций низковольтного электрода при измерении отношени  емкости. Благодар  этому толш.ина изол ции между секци ми может быть весьма незначительной. Паразитные емкости С„ между секци ми низковольтного электрода шунтируют индуктивно св занные цепи компаратора тока и не оказывают вли ни  на результат измерени . Кроме того, на результат измерени  отношений емкостей Cj/Cs не оказывают вли ни  емкости Cz и С4, так как эти еМКОсти включены параллельно источнику питани  и, наоборот, при измерении отношений С2/С4 на результат измерени  не сказываютс  емкости С, Сз. После определени  коэффициента напр жени  К. - низковольтные секции объедин ютс  и образуетс  цилиндрический конденсатор с известным значением коэффициента напр жени  емкости. Создание высоковольтного конденсатора, устройство которого позвол ет точно определить значение его коэффициента напр жени , обеспечивает повышение точности измерени  высоких напр жений путем создани  высоковольтных емкостных делителей напр жени . Погрешность измерени  высоких напр жений выше 100 кВ в насто miee врем  достигает пор дка 0,5%, что ведет к значительным погрешност м в учете вырабатываемой и потребл емой электрической энергии и  вл етс  причиной значительного экономического ушерба. Разработка описанного конденсатора позволит создать точные емкостные делители напр жени , повысить точность измерени  высоких напр жений и учета электрической энергии на высоком напр жении на один - полтора пор дка, что, несомненно, приведет к положительному экономическому эффекту. де пустотелого цилиндра, разрезанного вдоль оси на равные части. Источники информации прин тые во внимание цри эксиертизе 1. Zinkernagel J. Hochspannungsme |3Kondensator fur 420 кУ Neunspannung ohnc Spannungsabhangigkeit der Kapazitot, «PTB -Mitt, 1976, 86, № i; 19-25.
2. 2. David L. Hillhause und A. E. Peterson, A 300 kV.