Высоковольтные малогабаритные резистивные делители переменного тока из микропровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высоковольтные малогабаритные резистивные делители переменного тока из микропровода

Современные системы учета и распределения электрической энергии нуждаются в достоверной информации о величине питающего напряжения и его отклонениях в процессе эксплуатации. Электроснабжающие предприятия и организации электрифицированного транспорта нуждаются в высокоточных, надежных и малогабаритных масштабных преобразователях высокого напряжения от 3 до 36 кВ, обеспечивающих получение указанной информации.

Одним из видов масштабных преобразователей высокого напряжения являются резистивные делители напряжения, обладающие рядом преимуществ по сравнению с трансформаторами и емкостными делителями. Из этих преимуществ следует отметить высокую точность и стабильность, малые габариты, чрезвычайно низкое электропотребление, отсутствие резонансных эффектов, наличие экрана. Реализации этих преимуществ в области точности коэффициента деления делителя напряжения на переменном токе требует тщательного учета и компенсации паразитных параметров - емкости и индуктивности резистивных элементов делителей напряжения.

Конструктивные особенности малогабаритных высоковольтных резистивных делителей напряжения

Известные конструкции таких делителей представляют собой множество резистивных элементов собранных в длинные гирлянды для уменьшения паразитной емкости. Такие конструкции очень громоздки и нетранспортабельны. Уменьшение габаритных размеров, удовлетворение требованиям стабильности и транспортабельности может быть достигнуто за счет делителей напряжения на основе микропровода в стеклянной изоляции. Для этого имеются следующие предпосылки [1]:

- высокое погонное сопротивление провода - до 300 кОм/м, что при уменьшении размеров позволяет уменьшить паразитную распределенную емкость и индуктивность резистивных секций,

- высокое значение пробивного напряжения стеклянной изоляции микропровода - до 500 В;

- возможность точной настройки любого значения коэффициента деления на постоянном токе,

- возможность настройки и поверки при рабочем высоком напряжении на постоянном токе [2];

- возможность проверки амплитудной и фазовой погрешности на переменном токе при низком напряжении (до 1 кВ).

Ответственной частью высоковольтного делителя напряжения является высоковольтная резистивная секция (рис. 1), габариты которой зависит от величины рабочего напряжения делителя (для одного и того же номинала могут быть несколько типоразмеров).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

переменный ток высоковольтный микропровод

В качестве таких секций используются высоковольтные резисторы, сопротивление которого образовано обмоткой высокоомного микропровода с погонным сопротивлением 40 - 150 кОм/м при диаметре провода 5-15 мкм. Индуктивность и емкость обмотки такого резистора, а также емкость токоподводов составляет паразитные параметры секции и существенно влияет на частотную погрешность делителя напряжения.

Схемы замещения и параметры резистивной секции из микропровода

Эти схемы представляют интерес при оценке параметров влияющих на показатели точности резистивных делителей напряжения. Простейшая схема замещения с сосредоточенными параметрами включает RLC элементы, значение которых необходимо определить. Для нашей задачи наиболее приемлемы расчетные методы. Поскольку резистивные элементы делителей являются по своей геометрии и по процессам близкими аналогами катушек индуктивности. Для катушек индуктивности, особенно однослойных, получены достаточно точные расчетные формулы, которые мы и используем при расчете параметров резистивных элементов делителей из микропровода [3].

Модуль комплексного сопротивления :

(1)

Фаза (или угловая, фазовая погрешность):

(2)

где - круговая частота.

Для оценки влияния паразитных емкости и индуктивности приведем их оценочный расчет.

Индуктивность резистивной секции. Индуктивность секции определим как индуктивность однослойной катушки [1], так как микропроволочные сопротивления по конструкции представляют собой катушки из высокоомного провода:

 (3)

где - диаметр намотки (диаметр каркаса резистивной секции),

- длина намотки (длина каркаса резистивной секции),

- число витков намотки (число витков резистивной секции):

Собственная емкость секций и плеч делителя напряжения. Значение этого параметра можно вычислить по следующей формуле[3]:

(4)

из которой видно, что для уменьшения собственной емкости необходимо уменьшать как диаметр провода, так и число витков, а для этого необходимо применение более высокоомного микропровода.

Обозначим погрешность модуля сопротивления резистивной секции как :

(5)

и тогда

(6)

В табл. 1 приведены расчетные данные высоковольтной секции делителя напряжения общим сопротивлением при различных значениях погонного сопротивления, индуктивности и емкости секции.

Таблица.1. Составляющие погрешности высоковольтного плеча делителя напряжения в зависимости от частоты переменного тока

f=50 Hz

f=400 Гц

Из расчетов получается, что практически для всех значений индуктивности секции, погрешность модуля и фазы сопротивления принимает одинаковые значения на частотах до 400 Гц. Основной влияющей величиной на погрешность модуля и фазы сопротивления является емкость секции.

Экранированный делитель напряжения

Делитель напряжения без экрана имеет ограниченное применение, поскольку на его погрешность модуля и фазы оказывают значительное влияние окружающие предметы. Введение экрана оказывает значительное воздействие на модуль и фазу сопротивления секции, но позволяет исключить непрогнозируемое влияние внешних факторов.

В [3] показано, что значение эквивалентной емкости между резистивной обмоткой и экраном рассчитывается по формуле:

 (7)

где - диаметр экрана.

В табл. 2 приведены расчетные данные высоковольтной секции делителя напряжения общим сопротивлением при различных значениях погонного сопротивления для резистивного элемента, помещенного в экранах с различным значением диаметра.

Конечно, приведенные расчеты являются приближенными, так как не учитывается ряд факторов, таких как емкость между токоподводами и экраном и др., формула для емкости витка приблизительная и т.д. Однако полученные результаты позволяют судить о поведении делителя на переменном токе, показывают возможность компенсации реактивности обмотки резистивных секций, поскольку погрешность модуля и фазы сопротивления от собственной емкости и от емкости на экран имеют противоположные знаки.

Таблица 2. Составляющие погрешности экранированного высоковольтного плеча делителя напряжения

f=50 Гц

f=400 Гц

В результате моделирования и экспериментальных исследований найдено оптимальное соотношение конструктивного отношения диаметров экрана и резистивной секции, в зависимости от ее сопротивления. При этом достигается минимальное значение фазовой погрешности делителя - до 10 мин, при погрешности коэффициента деления не превышающей 0,1-0,2% на частоте 50 Гц.

Входное сопротивление делителя, в зависимости от рабочего напряжения составляет от 10 до 100 МОм. Делители напряжения из микропровода имеют малое значение температурного коэффициента деления, не превышающего 5•10^-6К^-1, а также имеют малое значение коэффициента зависимости от напряжения (нелинейности).

Резистивные делители из микропровода имеют низкое значение входной и выходной емкости, не превышающей единиц пикофарад, что обусловлено способом компенсации его частотной погрешности. Наличие экранирующей оболочки существенно устраняет влияние внешних предметов на коэффициент деления и значительно уменьшает воздействие внешних электромагнитных воздействий и помех.

На рис. 5-8 показаны малогабаритные делители напряжения 6-35 кВ, а на рис. 9 частотные погрешности образца делителя типа DRT 24 кВ определенные экспериментально.

Рис. 3. Малогабаритные делители напряжения 6-25 кВ для цепей постоянного тока

Рис. 4. Резистивные делители напряжения переменного тока DRT 6-10 кВ

Рис. 5. Резистивные делители напряжения переменного тока DRT 24 кВ

Рис. 6. Резистивные делители напряжения переменного тока DRT 35 кВ

Рис. 7. Зависимость погрешностей делителей DRT частоты

Выводы

1. Резистивные делители из микропровода имеют низкое значение входной и выходной емкости, не превышающей единиц пикофарад, что обусловлено способом компенсации его частотной погрешности.

2. Наличие экранирующей оболочки существенно устраняет влияние внешних предметов на коэффициент деления и значительно уменьшает воздействие внешних электромагнитных воздействий и помех.

3. Указанные делители напряжения могут найти применение в приборах учета электроэнергии в энергетике, а также на электрическом транспорте. По своим массогабаритным параметрам делители напряжения из микропровода значительно эффективнее традиционно применяемых измерительных трансформаторов напряжения.

Литература

переменный ток высоковольтный микропровод

1. Бадинтер Е., Берман Н., Драбенко И. и др. Литой микропровод и его свойства. Кишинев, Штиинца, 1973.

2. Колпакович Ю., Кожокару Д., Данилюк И. Автономная поверка высоковольтных делителей напряжения в реальных условиях эксплуатации. Academia de Єtiinюe a Republicii Moldova. Centrul de Metrologie єi Automatizare a cercetгrilor єtiinюifice. Contribuюii оn metrologie, certificare, informatizare єi inovare. Chiєinгu, 2003, p. 50-55.

3. Журавлев А.А., Шит М.Л., Колпакович Ю.И., Кожокару Д.И., Клейменов В.Г. Высоковольтный резистивный делитель на базе литого микропровода в стеклянной изоляции на рабочие напряжения 6 - 24 кВ переменного тока промышленной частоты. Problemele energeticii regionale. №3, 2008.

Размещено на Allbest.ru