Способ измерения параметров rc-двухполюсника

, Бюл кий по шкин и 708,0 ое сви л.СО ааааЪ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР М 34литехнический институтА, В. Кудрявцев(088.8)детельство СССРЯ 27/02, 1979,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВС-ДВУХПОЛ ЮСНИ КА(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения свойств сложных диэлектрических систем и электроизоляционных конструкций, в том числе кабелей, силовых конденсаторных батарей, электромашин и аппаратов, горных пород и т.да также для контроля состояния изоляции электрических кабельных сетей, сетей по. стоянного тока, кабельных линий связи, в Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено в основном для определения свойств сложных диэлектрических систем и электроизоляционных конструкций, в том числе кабелей, силовых конденсаторных батарей, электромашин и аппаратов, горных пород и т.да также для контроля состояния изоляции электрических кабельных сетей, сетей постоянного тока, кабельных линий связи, в частности, для определения способности изоляции изменять свойства при одновременном действии комбинированного постоянного переменного напряжения,677659 А 1 частности для определения способности изоляции изменять свойства при одновременном действии комбинированного постоянного переменного напряжения. Целью изобретения является обеспечение измерений параметров ЯС-двухполюсников с абсорбционными свойствами. На вход исследуемого КС-двухполюсника подают изменяющееся напряжение и изменяют полный ток утечки и активную составляющую полного тока утечки, по которым определяют искомый параметр, В качестве изменяющегося напряжения используют знакочередующееся напряжение прямоугольной формы, активную составляющую полного тока утечки измеряют по величине действующего значения первой гармоники изменяющегося напряжения; измерение проводят дополнительно при воздействии постоянного напряжения, а также комбинированного постоянного и изменяющегося. 3 ил. Цель изобретения - повышение точности при измерении параметров ВС-двухполюсников с абсорбционными свойствами.На фиг.1 приведена функциональная электрическая схема устройства для измерения параметров ЯС-двухполюсника, реализующего способ измерения параметров КС-двухполюсников; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу отдельных блоков устройства; на фиг.3 - схема замещения ВС-двухполюсника с абсорбционными характеристиками, где 1 - величина полного тока утечки, 1 а, 1 Р - соответственно активная и реактивная составляющие полного тока утечки, 1 ска - так сквозной прово 1677659ВомВабсВидВом + Вдбс ВомВ эбола:Вид (-)Вом + В эбс(:) 20 25,ь (:1 диз ")аР т,+1 димости, 1 дбс, 1 ог - абсоРбционнаЯ и емкостная составляющие тока смещения Зсм, 1 ддбс, 1 Рдбс - аКтИВНаЯ И РваКтИВНаЯ СОСтаВ- ляющие тока абсорбции, Вом - омическое сопротивление двухполюсника, обратная 5 величина сквозной проводимости 6. Вэбом(О ) - аКтИВНОЕ СОПратИВЛЕНИЕ тОКу абсорбции, обратное по величине активной ПроаодИМОСти ТОКУ абСОрбцИИ бабоО ), Сэбс(0 ), Сг - соответственно абсорбцион ная и геометрическая емкости двухполюсника. Активное сопротивление и активная проводимость двухполюсника определяется соответственно15 СИЗ ддбо 2 2 Зв" т 2 оРг 2+1Устройство для измерения параметров 30ВС-двухполюсников включает генератоо 1прямоугольных знакочередующихся импульсов, разделительный фильтр 2 по постоянному току, двухполюсник 3, резистор 4,импульсный усилитель 5, активный фильтр 356 по первой гармонике прямоугольнцх импульсов, измерительный выпрямитель 7,преобразователи 8.1, 8,2 напряжения в код;блоки 9,1, 9.2 ввода и вывода; источник 10постоянного тока; разделительный фильтр 4011 переменного тока, резистор 12, усилитель 13 постоянного тока, блок 14 памяти,арифметический логический блок 15 вычитания, блок 16 регистрации, ключ 17 включения генератора 1, ключ 18 включения 45источника постоянного тока, переключатель 19 регистрируемых величин,Генератор 1 соединен через фильтр 2 сВС-двухполюсником 3, второй вход которого соединен с общей шиной через ключ 17 и 50резистор 4 с общей шиной, выход ключа 17соединен с входом усилителя 5, второй входкоторого соединен с общей шиной. Выходусилителя 5 последовательно соединен сфильтром 6, выпрямителем 7, пробразователем 8.1, блоком 9.1, первым входом блока14. Выход источника 10 через фильтр 11соединен с входом ВС-двухполюсника 3, атакже через ключ 18 и резистор 12 с общейшиной. Выход ключа 18 соединен с входом усилителя 13, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход усилителя 13 последовательно соединен с преобразователем 8.2, блоком 9,2 и вторым входом блока 14. Выходы блоков 9.1,9,2 соединены последовательно с первым и вторым входами блока 15, переключателем 19 и блоком 16,Выходы преобразователей 8,1, 8.2 соединены с вторым и третьим входами переключателя 19,По способу-прототипу измерению подлежит величина не активного, а омического сопротивления двухполюсника (так как релаксационная составляющая тока утечки связывается только с величной релаксационной емкости без учета потерь), если момент времени измерения выбран по крайней мере в пять раэ большим, чем постоянная времени затухания тока абсорбции на участках фронта и среза импульса напряжения, в противном случае измеряется кажущееся значение омического сопротивления, величина которого носит случайный характер при переходе от одного объекта измерения к другому, При использовании известного способа для измерения абсорбционной емкости у объектов с большим значением тангенса угла диэлектрическтих потерь, величина измеряемой емкости будет определяться с большой погрешностью вплоть до полной неопределенности и тем самым это измерение не будет обладать практически никакой информативной ценностью для определения параметров и свойств ВС-двуполюсников с абсорбционными характеристиками.По изобретению помимо величины омического сопротивления (проводимости). которое характеризует проводящие свойства двухполюсника и определяет активные потери от перекоса свободных зарядов (омические потери), измерению подлежит величина активного сопротивления току абсорбции, которая характеризует диэлектрические свойства двухполюсника и определяет активные потери от различного вида низкочастотных миграционных поляризаций (диэлектрические потери), а также величина активного сопротивления, которое определяет все активные потери в двухполюснике при его работе на переменном напряжении, которые определяются как при действии одного переменного, так и комбинированного напряжения. Это связано с тем, что при действии на ВС-двухполюсник с абсорбционными характеристиками синусоидального напряжения с круговой частотой в и амплитудой О через него будет протекать активный ток величиной соответ1677659 ственно при одном переменном и комбинированном напряжении где , Я(-) - начальное значение проводимости без и при постоянном напряжении, г, г(-) - постоянная времени затухания тока абсорбции без и при постоянном напряжении; 6 - сквозная проводимость, по величине обратная омическому сопротивлению двухполюсника 6=1/Во. Этот ток определяется двумя составляющими 1 а= аабс+1 скв Ь(-)=Зддбс(")+)скв, ГДЕ 1 аабс аабс(-) - активная составляющая тока абсорбции и при постоянном напряжении; 1 скв - ток сквозной проводимости,Поэтому по величине активной составляющей тока абсорбции можно судить об активном сопротивлении току абсорбции, ПО СОПОСтаВЛЕНИИ ВЕЛИЧИН Вабс И Вабс(-) Об управляющем действии постоянного тока 4120 ( Ыь 2 т4)с 2 )з Оазизили35 4 к 20 л- 6- - 6 и. Вабс=О / 1 аабс , Вабс(")= О /1 аабс(-)по величине тока сквозной проводимости - об омическом сопротивлении Бом=0/1 скв,Устройство для измерения параметров ВС-двухполюсников работает следующим образом.Выработанные генератором прямоугольных импульсов 1 прямоугольные знакочередующиеся импульсы напряжения после включения ключа 17 через разделительный фильтр 2 подаются на вход измеряемого ВС-двухполюсника 3, С резистора 4 на вход усилителя 5 подается напряжение, пропорциональное полному току утечки ВС- двухполюсника 3 04= кО(Яе+ 6),где 1 - время затухания абсорбционного процесса;1 - постоянная, определяемая параметрами разделительного фильтра 2 и резистора 4; О - амплитуда прямоугольных импульсов генератора 1, С выхода усилителя 5 на входы активного фильтра 6 первой гармоники подается усиленное напряжение, пропорциональное полному току утечки ВС-двухполюсника: Об= ЬО(Яе + 6),где К 1 - постоянная, определяемая параметрами присоединительного фильтра 2 и усилителя 5, В атом случае на выходе активного фильтра 6 первой гармоники сформируетсясинусоидальное напряжение с амплитудой=4 ЬО (21 я е +а щ) где к 2 - постоянная, определяемая параметрами присоединительного фильтра 2, резистора 4, усилителя 5 и активного фильтра 6,лучае если 2 т 1, то 20Следовательно, для конкретных условий измерения, когда к 2 и О постоянные,амплитуда переменного напряжения Об определяется активной проводимостью ВС 25 двухполюсника,Измерительный выпрямитель 7 выпрямляет и формируется из синусоидального сигнала с амплитудой Об постоянный,величина которого пропорциональна актив 30 ной проводимости ВС-двухполюсника: Лгде кз= 4 - постоянная, определяемая 40параметрами выпрямителя 7.Постоянное напряжение, сформированное измерительным выпрямителем 7, подается на вход проб разователя 8,1, 45 напряжения в код. С выхода преобразователя 8,1 пачка импульсов подается на вход блока 16 регистрации, через переключатель 19 регистрируемых величин, После достижения стабильного показания 6 ид на блоке регистрации с помощью блока овода-вывода9 значение величины вводится в блок 14 памяти. Затем к измеряемому В С-двухполюснику 3 подключается источник 10 постоянного тока через разделительный фильтр 11 переменного тока ключом 18, Напряжение, снимаемое с резистора 12, подается на вход усилителя постоянного тока, пропорционально сквозному току и абсорбционному току утечек и после усиления усилителем 13 на вход преобразователя 8.21677659 55 напряжения в код поступает напряжение,которое пропорционально величине омической (сквозной) проводимости 6 двухполюсника 3: где 0- - напряжение источника постоянного тока; 4 - коэффициент, зависящий от параметров источника 10 постоянного тока, резистора 12 и усилителя 13, Изменяя параметры вышеперечисленных элементов, добиваются равенства К 4 = 1 И-, Величина Яе"при сг становится весьма малой по сравнению с 6. Пачка импульсов с выхода преобразователя 8.2 поступает на вход блока 16 регистрации через переключатель 19, При достижении постоянных показателей 6 на входе 16 регистрации с помощью блока 9.2 ввода-вывода значение ввеличины 6 вводится во вторую ячейку блока 14 памяти, затем посредством блоков 9.1, 9.2 ввода-вывода величины без и 6 выводятся на входы арифметического логического блока 15 вычитания, а результат вычитания выводится через переключатель 19 на вход блока 16 регистрации, который отображает величину 6 абс, ЗатЕМ ПОСЛЕ СтИраНИя В ПЕрВОй яЧЕйКЕ блока 14 памяти величины без туда вводится величина 6 из(-), которая при переключении переключателя 19 на регистрацию величин 6 из отображается на блоке 16 регистрации, а при выводе величины 6 из(-) блоком ввода- вывода 9 на арифметический логический блок 15 вычитания и переключении переключателя 19 на регистрацию величины 6 абс на блоке 16 регистрации отобразится величина 6 абс. Сопоставляя величины бабс и 6 абс(-),можно сУДить об УпРавлЯюЩем Действии постоянного напряжения на качество параметров ВС-двухполюсника. Если 66 и то судить об управляющем действии постоянного напряжения можнопутем сопоставления биз и 6 из(-),При реализации изобретения возможно определить нелинейную зависимость активных параметров РС-двухполюсника от напряжения и частоты, униполярного эффекта и оценить эффективность, управления постоянным напряжением, в зависимости от полярности, качеством изоляции. Так, например, изменяя амплитуду напряжения генератора прямоугольных импульсов от 0 до Оможно найти зависимость активныхПаРаМЕтРОВ От НаПРЯжЕНИЯ 6 из(0), 6 абс(0) И6(0), а также 6 из(-)(0), Сабс(-)(0).Напряжение, генерируемое генерато 5 ром 1, можно изменять как по амплитуде,так и по частоте, одновременно можно изменять частоту пропускания активногофильтра. Также можно регулировать величину напряжения источника 10 постоянного10 тока и изменять его полярность.Формула изобретенияСпособ измерения параметров ВСдвухполюсника, включающий подачу навход исследуемого ВС-двухполюсника изме 15 няющегося напряжения и измерение полного тока утечки, активной составляющейполного тока утечки и определении по результатам измерения искомых параметров,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью20 повышения точности при измерении параметров ВС-двухполюсников с абсорбционными свойствами, в качестве изменяющегосянапряжения используют знакочередующеесянапряжение прямоугольной формы, измерение25 активной составляющей полного тока утечкипроводят по величине действующего значения первой гармоники изменяющегося напряжения, дополнительно измеряют активнуюсоставляющую пОлнОГО тока 1 а(= - ) 1 а(= + )30 утечки при подаче на вход исследуемого ВСдвухполюсника параллельно изменяющемуся напряжению постоянного напряжениясоответственно отрицательной и положительной полярности, а через время затуха 35 ния, абсорбционного процесса измеряюткомпоненту активной составляющей полного тока утечки - ток 1 скв сквозной проводимости при подаче на вход исследуемогоВС-двухполюсника постоянного напряже-40 ния и определение активной составляющейз тока 1 абс, 1 абс(=+") 1 абс(= -") абСОРбЦИи СОответствующих соответственно полным тоКам 1 а 1 а(= + )1 1 а(= -") ПО фоРМУлаМ1 а - активная составляющая полного то 45 Ка утЕЧКИ; 1 абс=1 а 1 скв,1 аабс(= -"Ха(= - ) - 1 скв,1 аабс(="+")= 1 а(="+") - 1 скв,причем частоту Е следования импульсовзнакочередующегося импульсного напря 50 1жения выбирают из условия Р ( - , где т -2 гпостоянная времени затухания тока абсорбции.Тиражого комитет35, Москва,Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС35, Раушская наб., 4/5