Устройство для измерения нанряжения в высоковольтных цепях

ОП И САНИ Е ИЗОВРЕТЕНИЯ Вооз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства24083 б Заявлено 27,Х 11.1968 ( 1294975/18-1с присоединением заявкиКл. 21 е, 33 21 е, 36, МПК 6 01 г 1340 6 01 г 13,40 УДК 621,317,729.082.53Комитет по делам зобретеииЯ и открытиЯ при Совете Мииистров СССРриоритет ано 10,17.1970. Боллетень1 лкованя описан,я 1.Л 111. 197 Опуоляк Дата оп А вто 1 ьизобретен А. Б. Бахменд Крастин аявител аучно-исследовательски,. институт постоянного тока УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕН В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЦЕПЯХНастоящее изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в технике высоких напряжений для дистанционного измерения напряжения переменного и постоянного токов в электрических цепях, находящихся под высоким потенциалам относительно земли.Для измерения напряжения в цепях переменного и постоянного токов применяют устройства, основанные на передаче информации с высокого потенциала на потенциал земли с помощью световых лучей.В основном авт. св.24083 б описано аналогичное измерительное устройство, состоящее из двух, расположенных на большом изоляционном расстоянии, конструктивно не связанных между собой частей - высоковольтной и низковольтной.Высоковольтная часть установлена на стороне высокого напряжения, вблизи исследуемого объекта, и содержит делитель напряжения, модулятор света, соединенный с делителем, и уголковый отражатель.Низковольтная часть - приемно-передающая система - установлена на потенциале земли и содержит источник света (лазер), оптическую насадку, фотоприемник и выходной измерительный прибор. Оптическая насадка содержит поляризационную призму-анализатор, установленную в положении максимального пропускания по отношению к падающему на нее линейно-поляризованному излучению, фазовую пластину, телескопическую систему, линзу, световод, светофильтр.5 Известные устройства позволяют получитьдостаточно высокую точность измерения, но требуют применения высокостабильных элементов схемы.Таким образом, точность и чувствительностьустройства находятся в прямой зависимости от стабильности параметров схевы. Ошибки и изменение чувствительности, обусловленные нестабильностью параметров схемы, нельзя устранить одной стабилизацией напряжени.питающего электронные цепи и источгпк света, так как в условиях реальной эксплуатации чувствительность прпехНика может изменять.ся вследствие старения (утомления) ФЭУ, ослабления излучения лазера, уменьшения 20 прозрачност; светового канала вследствие запыления оптической системы, температурного дрейфа рабочей точки модулятора.С целью повышения стабильности устройства и точности измерения в схему описываемо го устройства введена система автоматической подстройки чувствительности, содержащая реле времени, управляющее работой датчика допускового контроля, установленного в цепи фотоприемника, и электрооптичеЗ 0 ского затвора, расположенного между источ45 50 55 60 65 ником света и фотореле, включенным в цепи модулятора. Вход усилителя системы авто- подстройки включен в цепь упомянутого датчика, а выход соединен с регулятором интенсивности светового потока, выполненным, например, в виде серводвигателя и оптического клина, установленного между источником света и поляризационной призмой,На чертеже показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства, состоящего из двух, расположенных на большом изоляционном расстоянии, конструктивно не связанных между собой частей - высоковольтной и низковольтной.Высоковольтная часть установлена на стороне высокого напряжения, вблизи исследуемого объекта, и содержит делитель напряжения (на чертеже не показан), модулятор 1 света, соединенный с низковольтным плечом делителя, и уголковый отражатель 2.Если амплитудные значения измеряемого напряжения не превышают рабочее напряже. ние модулятора, последний подключается к исследуемой цепи непосредственно.Низковольтная часть - приемно-передающая система - установлена на потенциале земли и содержит источник света (лазер) 3, в частности, оптический квантовый генератор (ОКГ) непрерывного видимого излучения, оптическую насадку 4, фотоприемник б и выходной измерительный индикатор б. Оптическая насадка 4 содержит поляризационную призму- анализатор 7, установленную в положении максимального пропускания по отношению к падающему па нее линейно-поляризованному излучению, фазовую пластину 8, телескопическую систему 9, линзу 10, световод 11, светофильтр 12.Кроме того, в схему устройства входят: фотореле И с н. р. контактами 14, обеспечивающее отключение модулятора 1 от источника измеряемого напряжения путем замыкания модулятора накоротко;сопротивление 15, ограничивающее ток короткого замыкания при замыкании контактов 14;датчик 1 б допускового конгроля, обеспечивающий сравнение контролируемого и опорного сигналов, причем состоянию контролируемого сигнала в норме соответствует отсутствие сигнала, а состоянию не в норме - наличие сигнала на выходе датчика;усилитель 17, усиливающий сигнал на выходе датчика допускового контроля и вызываю. щий срабатывание регулятора светового потока;оптический клин 18, изменяющий интенсивность светового пучка 19;электрооптический затвор 20, управляющий интенсивностью светового потока 21;источник 22 питания, управляющий действием электрооптического затвора 20;реле 23 времени с н. з. контактом 24 и и, р. контактами 25, 2 б, управляющее действием системы автоподстройки; 5 10 15 20 25 Зо 35 40 серводвигатель 27, управляющий положением оптического клина 18.Фотореле 18 расположено в корпусе модулятора света,Для управления действием фотореле может быль использован обратный пучок (нерабочий) 21 лазера 8 или самостоятельный источник света с поляризатором.Устройство работает следующим образом. Свет от когерентпого источника (лазера) 3 формируется в оптической насадке 4 в широкий пучок параллельных лучей и через воз. душный промежуток поступает в модулятор 1 света, к которому прикладывается измеряемое напряжение от делителя напряжения. Под действием приложенного напрякения В модуляторе изменяется форма или направление (в зависимости от типа примененного модулятора) поляризации света и в виде параллельного пучка 28 возвращается по первоначальному направленшо в приемно-передающий блок. Пройдя телескопическую систему 9 и фазовую пластину 8, обратный световой пучок попадает на анализатор 7. Анализатор выделяет из модулированного пучка компоненту света с поляризацией, перпендикулярной поляризации исходного пучка, смещает ее в сторону от оптической оси и через прозрачную боковую грань пропускает на линзу 10. Интенсивность вышедшей из апализатора компоненты света оказывается промодулированной в соответствии с формой приложенного к модулятору напряжения. Фазовая пластинка 8 обеспечивает полокение рабочей точки на середине линейного участка модуляционной характеристики модулятора.Свет, собранный линзой 10, через светофильтр 12 по свстоводу 11, приемный торец которого установлен в фокусе линзы 10, поступает на фоточувствительный элемент фот- приемника 5, где преобразуется в фототок, т меряемый выходным прибором. Перед вводом схемы автоподстройки в действие устройство настраивается на оптимальный режим работы, прп котором устанавливается условпыи нуль. Для этого при отсутствии напряжения па модуляторе путем соответствующего выбора напряжения питания фотоприемника б и величины светового потока устанавливается начальное (расчетное) значение фототока смещения, обусловленного действием фазовой пластинки 8. Затем фототок смещения компенсируется до нуля одним из известных способов, например постоянным током обратного направления от некоторого постороннего источника, Данное значение обратного тока принимается за фиксированный (опорный) сигнал, а значение фототока смещения, соответствующее условному нулю, - за контролируемый сигнал. Схема сравнения токов может быть выполнена на линейном сопротивлении (сравнивающий элемент) 29 и вместе с опорным источником 30 образует датчик 1 б допускового контроля,Система автоконтроля нулевой точки ц автоподстройки чувствительности основана на использовании схемы обратной связи. Ее децствие сводится к снятию напряжения с модулятора, к сравнению контролируемого сигнала с опорным и к доведению контролируемого сигнала до уровня, соответствующего условному нулю,Схема автоконтроля нулевой точки и авто- подстройки чувствительности в процессе работы измерительного устройства действует следующим образом.При срабатывании реле 23 времени через замкнувшиеся контакты 25, 2 б подается напряжение от источника 22 на электрооптический затвор 20 и подключается опорный источник 30 к сравнивающему элементу датчика 1 б допускового контроля. Электрооптический затвор 20 открывается и пропускает через себя световой поток 21, который освещает фотореле 13. Фотореле, срабатывая, замыкает контакты 14, закорачивая модулятор света и снимая с него таким образом измеряемое напряжение. Для предотвращения короткого замыкания источника измеряемого напряжения через контакты 14 введено ограничительное сопротивление 15. При закороченном модуляторе через сравнивающий элемент 29 протекают фототок смещения (контролируемый сигнал) и опорный ток, Если фототок смещения отличается от опорного, на элементе 29 возникает напряжение разбаланса, которое усиливается усилителем 17. Сигнал с выхода усилителя приводит в действие регулятор интенсивности светового потока, в качестве которого могут быть использованы серводвигатель 2 в комплекте с оптическим клином 18 (как показано на чертеже) илц ячейка Фарадея в комплекте с блоком памяти и др. При этом ячейка Фарадея устанавливается на пути распространения светового пучка между лазером 3 и анализатором 7. Регулятор изменяет интенсивность светового потока до тех пор, пока опорный и контролируемый сигналы не сравняются. После отработки сигнала схема возвращается в исходное состояние с помощью реле 13 времени, Периодичность срабатывания системы автоподстройки задается с помощью реле времени, быстродействие системы зависит от быстродействия элементов схемы автоподстройкц.Достоинством предлагаемого устройства является то, что его чувствительность в широких пределах, определяемых запасом мощцосги излучения лазера, це зависит от нестабильности характеристик всех узлов. Поэтому требования к стабильности цсточц 1 ка питания фотоприемника, параметрам и температурным арактеристцкам модулятора, утомляемосги фотоприемника могут быть значительно снижены, что упрощает ц удешевляет конструкцию прибора ц обсспечцвает поддержание заданной точности измеренця независимо от влияния внешних факторов. Кроме того, предлагаемая схема контроля нулевой точки и подстройки чувствительности обеспечивает возможность работы фотоприемника в режц ме, близком к заданному (оптимальному),причем настройка ца оптимальный режим осуществляется в процессе измерения ц це требует отключения исследуемого объекта от цепи высокого напряжения. Это обстоятельство 25 в значительной с 1 епецц уцрощаст эксплуатацию устройства в условиях действующей электропередачи и повышает его надежность. Предмет изобретения30Устройство для измерения напряжения ввысоковольтных цепях по авт. св, Ко 240836, отличаосцееся тем, что, с целью повышения стабильности устройства ц точности измерения, оно снабжсцо системой автоматической подстройки чувствительности, содсржаьцей реле времени. управляющее работой датчша допускового контроля, установленного в цепи фотоприемника, и электрооптцческого затво ра, расположенного между источником светац фотореле, включенным в цепи модулятора, вход усилителя системы автоподстройкц включен в цепь упомянутого датчика, а выход соединен с регулятором интенсивности светового 45 потока, выполненным, например, в виде ссрводвцгателя и оптического клина, установленным между источником света и полярцзаццоцной призмой.268543 логоиЯ злогоиЯ б И Редакт фиц Заказ 28613 Тираж 480 ПодписноеЦ 1-1 И 11 ПИ 1(оы;ггстз по делам изобретении и открьггий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 пография, пр. Сапунов тавнте Текре Т. И. Веремейкина В. Куклина Кооректор Г. И. Тарасов