Универсальные делители напряжения с элегазовой изоляцией

УДК 621.317.7271.0018

Г. А. ВЛАДИМИРОВ. А. Л. ПЕТЕРСОН, А. А. ПАНОВ, кандидаты техн. наук, Η. Р. ТЮМЕНЦЕВ, В. В. АКИМОВ, инженеры ВЭИ имени В. И. Ленина

В соответствии с ГОСТ 17512-82 и Публикацией МЭК № 52 погрешности рабочих измерительных систем высокого напряжения, используемые при испытаниях изоляции электрооборудования и электроустановок, не должны превышать 3 %. Для образцовых измерительных систем этот предел составляет 1 %. Если система включает в себя делитель напряжения, то с учетом погрешности измерительных приборов погрешность делителя не должна превышать 1 % в рабочем варианте и 0,3 % — в образцовом исполнении.
Основной задачей создания подобных измерительных систем, которые, к сожалению, отечественной промышленностью не выпускаются, является разработка высокоточных универсальных делителей напряжения.
В 1975—1977 гг. в ВЭИ имени В. И. Ленина были разработаны и изготовлены единичные экземпляры универсальных делителей на напряжения от 1 до 4 МВ*, которые обеспечивали измерения всех видов испытательных воздействий, используемых при испытаниях изоляции. Емкостная часть этих делителей, выполненная на базе бумажно-масляных конденсаторов, служила для измерения переменных и импульсных напряжений. Для измерения постоянного напряжения использовались проволочные резисторы общим сопротивлением в сотни мегаом.

* Гуров С. А., Владимиров Г. А. Универсальные измерительные комплексы на напряжение до 4 МВ // Электротехника. 1978. № И. С. 51-54.

Рис. 1. Эскиз универсального делителя напряжения

Опыт эксплуатации таких делителей показал, что они имеют ряд недостатков. Во-первых, их погрешность может возрастать из-за паразитных емкостей на окружающие предметы, а, во-вторых, значения емкостей бумажно-масляных конденсаторов изменяются с течением времени. Ото обусловливает необходимость проведения частых поверок делителя и не позволяет снизить погрешность коэффициента деления до десятых долей процента, что требуется, в частности, для образцовых средств измерений.
В 1989 г. в НОИ имени В. И. Ленина была начата разработка серии универсальных делителей напряжения, в которых в качестве емкостной части использован высокостабильный газоизолированный конденсатор. Предполагалось, что вся серия охватит испытательные воздействия на классы напряжения до 500 кВ включительно. К настоящему времени освоено серийное производство делителей напряжения для испытаний электрооборудования класса 35 кВ и готовится к выпуску опытный образец делителя на класс 110 кН. Конструктивно универсальный элегазовый делитель напряжения (УДНО) выполнен в герметичном металлическом корпусе 1, снабженном вводом высокого напряжения 2 (рис. 1). Емкость плеча высокого напряжения образована коаксиальными цилиндрическими электронами 3 и 4, причем для уменьшения аксиальных размеров конструкции измерительный электрод 4 расположен между электродами, находящимися под потенциалом. В плечо высокого напряжения встроен шунтирующий резистор 5 с сопротивлением порядка 100 МОм, предназначенный для измерения постоянного напряжения. Плечо низкого напряжения 6 изготовлено из слюдяных конденсаторов и шунтирующих резисторов, включенных параллельно друг другу. Для защиты приборов от повреждения при пробое внутренней изоляции делителя плечо низкого напряжения снабжено разрядником.
К преимуществам делителя в герметизированном металлическом корпусе перед делителем традиционного "открытого" исполнения следует отнести высокую стабильность коэффициента деления, достигаемую благодаря полному экранированию измерительных элементов от внешних электрических полей и отсутствию паразитных емкостей. Это позволяет изготавливать делители как в рабочем, так и в образцовом исполнении.

Рис. 2. Зависимость коэффициента деления от температуры при воздействии переменною напряжения (f = 50 Гц, U = 100 кв;.

Рис. Зависимость коэффициента деления от напряжения при различных видах воздействия:
1 — переменное напряжение (50 Гц); 2 — постоянное напряжение; 3 — коммутационный импульс

Рис. 4. Амплитудно-частотная характеристика делителя
Емкость высоковольтного плеча делителя составляет примерно 100 пФ. С одной стороны, это позволяет практически исключить влияние делителя на режим схемы, в которой он работает, а с другой — накладывает ограничения на количество измерительных приборов, подключаемых к плечу низкого напряжения (обычно не более двух). С делителем могут использоваться различные приборы; как специально разработанные для измерения высоких напряжений, например, осциллографы серии ОВ, вольтметры серии MUT, так и вольтметры и осциллографы, серийно выпускаемые отечественной промышленностью, входное напряжение которых не превышает 50 В В последнем случае приборы подключаются через дополнительные делители напряжения, входящие в комплект УДНЭ.
В процессе разработки конструкции делителя его опытный образец был подвергнут всесторонним испытаниям и исследованиям. Установлено, что в диапазоне температур от —50 °С до +50 °С коэффициент деления па переменном напряжении меняется по отношению к базовой величине, определенной при 20 °С, не более чем на 0,3 %. Учитывая, что значение напряжения в этих экспериментах составляло 1 кВ, для области температур (10—37) °С были выполнены контрольные испытания при напряжении 100 кВ, которые дали аналогичные результаты (рис. 2).
На рис. 3 приведены кривые, иллюстрирующие зависимость коэффициента деления от значения напряжения при различных видах воздействия, на рис. 4 представлена амплитудно-частотная характеристика делителя, степень неравномерности которой определяется по выражению

где Кmax, Кmin — максимальное и минимальное значения коэффициента деления при заданной частоте: К-400 — номинальное значение коэффициента деления.
Из рис. 3 и 4 видно, что но всем исследованном диапазоне напряжений и частот отклонения коэффициента деления от номинального не превышают 1 %, следовательно, делитель соответствует требованиям, предъявляемым к рабочим средствам измерений.
Исследования по определению стойкости делителя к воздействию механических нагрузок, возникающих при транспортировании, показали, что метрологические характеристики делителя остаются неизменными после транспортирования по асфальтовой дороге на расстояние до 1000 км. Это делает возможным проведение аттестации делителя на предприятии-изготовителе без дополнительной поверки у заказчика. Технические характеристики делителя УДНЭ-35, полученные в результате проведенных исследований, приведены в таблице.