RU111680U1 - DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES - Google Patents
DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES Download PDFInfo
- Publication number
- RU111680U1 RU111680U1 RU2011120163/28U RU2011120163U RU111680U1 RU 111680 U1 RU111680 U1 RU 111680U1 RU 2011120163/28 U RU2011120163/28 U RU 2011120163/28U RU 2011120163 U RU2011120163 U RU 2011120163U RU 111680 U1 RU111680 U1 RU 111680U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulator
- voltage according
- measuring voltage
- electric field
- measuring
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 55
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 17
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004836 empirical method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
1. Устройство для измерения напряжения на высоковольтных линиях электропередач, содержащее трубчатый опорный изолятор с ребристой гидрофобной внешней поверхностью, с установленными по краям верхним и нижним электродами и с размещенным внутри изолятора датчиком электрического поля, выход которого подключен к измерительному блоку, формирующему сигнал об измеряемой разности потенциалов, отличающееся тем, что во внутренней области изолятора размещается электростатический экран, внутри которого устанавливается, по крайней мере, один датчик электрического поля. !2. Устройство для измерения напряжения по п.1, отличающееся тем, что в качестве электростатического экрана используется стержень из материала с высоким значением диэлектрической проницаемости. ! 3. Устройство для измерения напряжения по п.1, отличающееся тем, что в качестве электростатического экрана используется полый трубчатый резистор, причем выводы резистора подключены к верхнему и нижнему электродам изолятора. ! 4. Устройство для измерения напряжения по п.3, отличающееся тем, что резистор формируется посредством нанесения резистивного слоя на внутреннюю поверхность полого изолятора. ! 5. Устройство для измерения напряжения по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика электрического поля используется оптический датчик измерения электрического поля. ! 6. Устройство для измерения напряжения по п.1, отличающееся тем, что внутренняя полая область трубчатого изолятора заполнена изолирующим инертным газом. ! 7. Устройство для измерения напряжения по п.1, отличающееся тем, что внутренняя полая область трубчатого изолятора заполнена вспененным изол 1. Device for measuring voltage on high-voltage power lines, containing a tubular support insulator with a ribbed hydrophobic outer surface, with upper and lower electrodes mounted at the edges and with an electric field sensor located inside the insulator, the output of which is connected to a measuring unit that generates a signal about the measured difference potentials, characterized in that in the inner region of the insulator an electrostatic screen is placed, inside of which at least one date is set Chik electric field. ! 2. The voltage measuring device according to claim 1, characterized in that a rod made of a material with a high dielectric constant is used as an electrostatic screen. ! 3. The device for measuring voltage according to claim 1, characterized in that a hollow tubular resistor is used as the electrostatic screen, and the resistor leads are connected to the upper and lower electrodes of the insulator. ! 4. The device for measuring voltage according to claim 3, characterized in that the resistor is formed by applying a resistive layer to the inner surface of the hollow insulator. ! 5. The device for measuring voltage according to claim 1, characterized in that an optical sensor for measuring the electric field is used as an electric field sensor. ! 6. The device for measuring voltage according to claim 1, characterized in that the inner hollow region of the tubular insulator is filled with an insulating inert gas. ! 7. The device for measuring voltage according to claim 1, characterized in that the inner hollow region of the tubular insulator is filled with foamed insulator
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Полезная модель относится к области электрических измерений и может быть использована в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и электротехнической промышленности.The utility model relates to the field of electrical measurements and can be used in the electric power industry, in high voltage measurement technology, in the field of relay protection and in the electrical industry.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Перечень известных высоковольтных преобразователей напряжения включает индуктивные трансформаторы и емкостные делители или емкостные трансформаторы напряжения. Существующие трансформаторы электромагнитного типа имеют значительную материалоемкость и значительные весогабаритные показатели, увеличивающиеся в геометрической прогрессии с ростом рабочего напряжения. Трансформаторы с бумажно-масляной изоляцией являются принципиально пожаро- и взрывоопасными, причем аварии вызванные этими причинами сопровождаются значительным ущербом и длительным перерывом в поставке электроэнергии.A list of known high voltage voltage converters includes inductive transformers and capacitive dividers or capacitive voltage transformers. Existing transformers of electromagnetic type have significant material consumption and significant weight and size indicators, increasing exponentially with increasing operating voltage. Transformers with paper-oil insulation are fundamentally fire and explosive, and accidents caused by these reasons are accompanied by significant damage and a long interruption in the supply of electricity.
Известен высоковольтный делитель напряжения (патент на изобретение №2026555, МПК G01P 15/00, приоритет от 03.06.1991), содержащий низковольтное плечо, выполненное в виде параллельно включенных резистора и конденсатора, коаксиальный экран и высоковольтное плечо, выполненное в виде цепочки из n последовательно соединенных резисторов, первый вывод которой подключен к высокому потенциалу, второй вывод цепочки соединен с первым выводом низковольтного плеча, второй вывод которого подключен к нулевому потенциалу. Коаксиальный экран подключен к точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч, причем емкость цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой высоковольтного плеча и коаксиальным экраном, является входной емкостью высоковольтного плеча.Known high voltage voltage divider (patent for the invention No. 2026555, IPC G01P 15/00, priority of 06/03/1991), comprising a low voltage arm made in the form of a parallel connected resistor and capacitor, a coaxial screen and a high voltage arm made in the form of a chain of n in series connected resistors, the first terminal of which is connected to a high potential, the second terminal of the chain is connected to the first terminal of a low-voltage arm, the second terminal of which is connected to zero potential. The coaxial shield is connected to the junction point of the high voltage and low voltage arms, the capacitance of the cylindrical capacitor formed by the resistive circuit of the high voltage arm and the coaxial shield is the input capacitance of the high voltage arm.
Недостатком такого устройства является низкая долговременная стабильность метрологических характеристик делителя, высокая степень влияния внешних электрических полей на результаты измерений.The disadvantage of this device is the low long-term stability of the metrological characteristics of the divider, the high degree of influence of external electric fields on the measurement results.
Наиболее близким по технической сущности является устройство измерения и обработки электрических величин в цепях с полной гальванической развязкой (патент на полезную модель №100284, МПК G01R 19/00, приоритет от 30.07.2010), содержащее устройство для аналогового измерения напряжения - емкостный делитель напряжения, аналого-цифровое устройство и устройство обработки электрических величин, причем, емкостный делитель напряжения и аналого-цифровое устройство расположены на потенциале цепи с измеряемыми величинами, устройство обработки электрических величин располагается на потенциале цепей измерения, а для гальванической развязки между аналого-цифровым устройством и устройством обработки электрических величин введен оптический канал передачи данных, а для питания аналого-цифрового преобразователя применена световая батарея, которая постоянно освещена световым потоком от внешнего светоизлучателя через воздушный промежуток или оптическое волокно.The closest in technical essence is a device for measuring and processing electrical quantities in circuits with full galvanic isolation (utility model patent No. 100284, IPC G01R 19/00, priority dated July 30, 2010), containing a device for analog voltage measurement - a capacitive voltage divider, an analog-digital device and a device for processing electrical quantities, moreover, a capacitive voltage divider and an analog-digital device are located on the potential of the circuit with measured values, the processing device is electrically x values is located on the potential of the measurement circuits, and for galvanic isolation between the analog-to-digital device and the device for processing electrical quantities, an optical data transmission channel is introduced, and a light battery is used to power the analog-to-digital converter, which is constantly illuminated by the light flux from an external light emitter through the air gap or optical fiber.
Недостатком такого устройства является необходимость в электромагнитной экранировке емкостного делителя, что создает сложности в обеспечении достаточной электрической прочности изоляции и необходимостью учета паразитных емкостей между экраном и конденсаторами делителя.The disadvantage of this device is the need for electromagnetic shielding of the capacitive divider, which creates difficulties in ensuring sufficient electrical strength of the insulation and the need to take into account spurious capacitances between the screen and the capacitors of the divider.
Задача, на решение которой направлено заявленная полезная модель заключается в упрощении конструкции устройства, повышении точности и надежности.The problem to which the claimed utility model is directed is to simplify the design of the device, increasing accuracy and reliability.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF A USEFUL MODEL
Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве для измерения напряжения, содержащем трубчатый опорный изолятор с ребристой гидрофобной внешней поверхностью, с установленными по краям верхним и нижним электродами и, с размещенным внутри изолятора датчиком электрического поля, размещается электростатический экран, внутри которого устанавливается, по крайней мере, один датчик электрического поля. В предлагаемой полезной модели за счет формирования внутри изолятора электрически экранированной области происходит выравнивание электрического поля, создаваемого разностью потенциалов между двумя электродами, и осуществляется экранировка электрического поля внутри экранированной области от воздействия внешних источников электрических полей или внешних конструкций и факторов, искажающих или влияющих на распределение электрического поля, измеряемое датчиком. Выравнивание электрического поля позволяет сформировать в области размещения датчика более однородное, однозначно связанное с напряжением на электродах, распределение электрического поля, что приводит к уменьшению влияния внешних возмущений и, соответственно, повышению точности измерения напряжения.The problem is solved due to the fact that in the device for measuring voltage, containing a tubular support insulator with a ribbed hydrophobic outer surface, with upper and lower electrodes mounted at the edges and, with an electric field sensor located inside the insulator, an electrostatic screen is placed inside which at least one electric field sensor. In the proposed utility model, due to the formation of an electrically shielded area inside the insulator, the electric field created by the potential difference between the two electrodes is aligned and the electric field is screened inside the shielded area from the influence of external sources of electric fields or external structures and factors that distort or affect the distribution of the electric fields measured by the sensor. Equalization of the electric field makes it possible to form a more uniform distribution of the electric field in the area where the sensor is located, which is uniquely related to the voltage at the electrodes, which reduces the influence of external disturbances and, accordingly, increases the accuracy of voltage measurements.
Применение в качестве электростатического экрана стержня из материала с высоким значением диэлектрической проницаемости создает диэлектрическое экранирование электрического поля во внутренней области стержня, приводит к ослаблению поля между электродами и устраняет необходимость применения дорогостоящих изоляционных материалов, что, в свою очередь, упрощает конструкцию устройства.The use of a rod of a material with a high dielectric constant as an electrostatic shield creates a dielectric shielding of the electric field in the inner region of the rod, reduces the field between the electrodes, and eliminates the need for expensive insulating materials, which, in turn, simplifies the design of the device.
Применение в качестве электростатического экрана полого трубчатого резистора на основе широкодоступных, резистивных материалов, обеспечивает по сравнению с диэлектрическим экранированием, более высокую степень экранирования и значительно меньшие размеры и вес.The use of a hollow tubular resistor based on widely available, resistive materials as an electrostatic shield provides, in comparison with dielectric shielding, a higher degree of shielding and significantly smaller dimensions and weight.
Формирование экранирующего резистора посредством нанесения резистивного слоя на внутреннюю поверхность полого изолятора позволит упростить конструкцию устройства.The formation of a shielding resistor by applying a resistive layer to the inner surface of the hollow insulator will simplify the design of the device.
Использование оптического датчика в качестве датчика измерения электрического поля, например, интегральной оптической ячейки Поккельса с волоконными вводами, расширяет полосу пропускания (повышает точность измерения гармоник) и упрощает выполнение высоковольтной изоляции датчика.The use of an optical sensor as a sensor for measuring the electric field, for example, a Pockels integrated optical cell with fiber inputs, extends the bandwidth (increases the accuracy of measuring harmonics) and simplifies the high-voltage isolation of the sensor.
Заполнение внутренней области трубчатого изолятора изолирующим инертным газом, устраняет возможность образования сквозного пробоя изолятора, возникающего вследствие конденсации влаги на внутренних гладких поверхностях изолятора и электростатического экрана при резком понижении температуры, и как следствие, повышает надежность устройства.Filling the inner region of the tubular insulator with insulating inert gas eliminates the possibility of through-hole breakdown of the insulator resulting from moisture condensation on the smooth internal surfaces of the insulator and the electrostatic screen with a sharp decrease in temperature, and as a result, increases the reliability of the device.
Заполнение внутренней области трубчатого изолятора вспененным изолирующим материалом, позволит отказаться от контроля за относительной влажностью и давлением газа внутри изолятора и избежать конденсации влаги на внутренних гладких поверхностях изолятора и электростатического экрана, что в свою очередь, упрощает конструкцию устройства и устраняет возможность сквозного пробоя.Filling the inner region of the tubular insulator with foamed insulating material will make it possible to abandon the control of relative humidity and gas pressure inside the insulator and avoid moisture condensation on the smooth inner surfaces of the insulator and the electrostatic screen, which in turn simplifies the design of the device and eliminates the possibility of through breakdown.
Заполнение внутренней области трубчатого изолятора изоляционным гелем, позволит отказаться от контроля за относительной влажностью и давлением внутри изолятора и избежать конденсации влаги при резком понижении температуры на внутренних гладких поверхностях изолятора и электростатического экрана, и как следствие, упрощает конструкцию устройства и препятствует развитию сквозного пробоя.Filling the inner region of the tubular insulator with an insulating gel will allow us to abandon the monitoring of relative humidity and pressure inside the insulator and avoid moisture condensation when the temperature drops sharply on the smooth internal surfaces of the insulator and the electrostatic screen, and as a result, simplifies the design of the device and prevents the development of through breakdown.
Выполнение внутренней поверхности трубчатого изолятора в виде гидрофобного ребристого покрытия позволит отказаться от контроля за относительной влажностью и давлением внутри изолятора и избежать конденсации влаги при резком понижении температуры на внутренних гладких поверхностях изолятора, и тем самым, упростить конструкцию устройства и повысить надежность за счет исключения возможности возникновения сквозного пробоя.The implementation of the inner surface of the tubular insulator in the form of a hydrophobic ribbed coating will allow you to abandon the control of relative humidity and pressure inside the insulator and to avoid moisture condensation during a sharp decrease in temperature on the smooth inner surfaces of the insulator, and thereby simplify the design of the device and increase reliability by eliminating the possibility of occurrence through breakdown.
Установка экранных колец по краям электростатического экрана создает равномерное распределение электрического поля между электродами устройства и тем самым уменьшает погрешности, связанные с влиянием внешних источников электрических полей. Размещение экранных колец повышает надежность работы устройства за счет уменьшения вероятности пробоя изоляции, обусловленной высоким уровнем напряженности электрического поля вблизи электродов.The installation of the screen rings along the edges of the electrostatic screen creates a uniform distribution of the electric field between the electrodes of the device and thereby reduces the errors associated with the influence of external sources of electric fields. The placement of the screen rings increases the reliability of the device by reducing the probability of breakdown of insulation due to the high level of electric field strength near the electrodes.
Установка нескольких датчиков электрического поля, пространственно позиционируемых в определенных точках внутренней области электростатического экрана, между верхним и нижним электродом, позволит повысить точность устройства вследствие получения более полной информации о распределении электрического поля между электродами.The installation of several electric field sensors spatially positioned at certain points in the inner region of the electrostatic screen between the upper and lower electrodes will improve the accuracy of the device due to more complete information on the distribution of the electric field between the electrodes.
Расчет измеряемого напряжения путем вычисления взвешенной суммы сигналов, поступающих от совокупности датчиков электрического поля, каждый из которых имеет определенный весовой коэффициент, позволяет уменьшить погрешность измерения, поскольку значения весовых коэффициентов выбираются исходя из математически вычисляемого распределения поля между электродами и с учетом влияния внешних факторов на его распределение. К таким факторам относится наличие проводящей поверхности вблизи датчика электрического поля или присутствие загрязненной воды с некоторой удельной проводимостью на ребрах изолятора.Calculation of the measured voltage by calculating the weighted sum of the signals from a combination of electric field sensors, each of which has a specific weight coefficient, allows to reduce the measurement error, since the values of the weight coefficients are selected based on the mathematically calculated field distribution between the electrodes and taking into account the influence of external factors on it distribution. Such factors include the presence of a conductive surface near the electric field sensor or the presence of contaminated water with some conductivity at the edges of the insulator.
Выполнение электростатического экрана из нескольких последовательно соединенных секций, внутри каждой из которых размещен датчик электрического поля, повышает уровень технологичности изготовления и, тем самым, способствует упрощению процесса сборки устройства.The implementation of the electrostatic screen of several series-connected sections, inside each of which is placed an electric field sensor, increases the level of manufacturability and, thereby, helps to simplify the assembly process of the device.
Установка экранных колец по краям секций электростатического экрана приводит к равномерному распределению электрического поля в пределах каждой секции и уменьшает погрешность измерения, связанную с влиянием внешних источников электрических полей, а также факторов, искажающих распределение электрического поля внутри и вокруг опорного изолятора.The installation of the screen rings along the edges of the sections of the electrostatic screen leads to a uniform distribution of the electric field within each section and reduces the measurement error associated with the influence of external sources of electric fields, as well as factors that distort the distribution of the electric field in and around the support insulator.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция устройства, в которой в качестве электростатического экрана используется полый трубчатый стержень из материала с высоким значением диэлектрической проницаемости или полый трубчатый резистор, выводы которого подключены к верхнему и нижнему электродам изолятора.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a device design in which a hollow tubular rod of a material with a high dielectric constant or a hollow tubular resistor, the terminals of which are connected to the upper and lower electrodes of the insulator, is used as an electrostatic shield.
На фиг.2 изображена конструкция устройства для измерения напряжения, причем полый трубчатый резистор формируется посредством нанесения резистивного слоя на внутреннюю поверхность полого изолятора.Figure 2 shows the design of a device for measuring voltage, and a hollow tubular resistor is formed by applying a resistive layer to the inner surface of the hollow insulator.
На фиг.3 показана конструкция устройства, в которой внутренняя поверхность трубчатого изолятора выполнена в виде гидрофобного ребристого покрытия.Figure 3 shows the design of the device in which the inner surface of the tubular insulator is made in the form of a hydrophobic ribbed coating.
На фиг.4 показана конструкция устройства, в которой по краям электростатического экрана установлены экранные кольца.Figure 4 shows the design of the device in which screen rings are installed at the edges of the electrostatic screen.
На фиг.5 показана конструкция устройства, в которой содержится совокупность датчиков электрического поля (3 датчика), пространственно расположенных в различных точках, между верхним и нижним электродом.Figure 5 shows the design of the device, which contains a set of electric field sensors (3 sensors) spatially located at different points between the upper and lower electrodes.
На фиг.6 показана конструкция устройства, в которой электростатический экран выполнен из нескольких последовательно соединенных секций (3 секции), а по краям секций установлены экранные кольца.Figure 6 shows the design of the device in which the electrostatic screen is made of several series-connected sections (3 sections), and screen rings are installed along the edges of the sections.
На фиг.1 изображена конструкция устройства, включающая верхний электрод 1 и нижний электрод 2, которые установлены по краям трубчатого опорного изолятора 3 с ребристой гидрофобной внешней поверхностью 4. Во внутренней области изолятора размещается электростатический экран 7, формирующий внутри изолятора электрически экранированную область 13. Внутри этой области размещен датчик электрического поля 5, выход 6, которого подключен к измерительному блоку 8, формирующему сигнал об измеряемой разности потенциалов между электродами 1 и 2.Figure 1 shows the design of the device, including the upper electrode 1 and the lower electrode 2, which are installed on the edges of the tubular support insulator 3 with a ribbed hydrophobic outer surface 4. In the inner region of the insulator is an electrostatic screen 7, which forms an electrically shielded region 13 inside the insulator. Inside In this area there is an electric field sensor 5, output 6, which is connected to a measuring unit 8, which generates a signal about the measured potential difference between the electrodes 1 and 2.
При приложении напряжения к верхнему электроду 1 и нижнему электроду 2 внутри и снаружи электростатического экрана возникает соответствующее электрическое поле, воздействующее на датчик 5. Предпочтительно, чтобы конструкция датчика не содержала металлических частей, способных исказить окружающее датчик поле. Например, можно использовать датчики на основе интегральной оптической ячейки Поккельса или применить датчики электрического поля на основе интерферометра Маха-Зендера. Датчик может быть установлен в соответствующем держателе, механически или адгезивно закрепляемом внутри экранированной области 13, причем центр датчика должен располагаться на продольной оси 11 опорного изолятора 3. Ориентация датчика должна обеспечивать измерение вектора напряженности электрического поля, направленного параллельно осевой линии 11.When voltage is applied to the upper electrode 1 and the lower electrode 2, a corresponding electric field arises inside and outside the electrostatic screen, which acts on the sensor 5. It is preferable that the sensor design does not contain metal parts that can distort the field surrounding the sensor. For example, you can use sensors based on the Pockels integrated optical cell or use electric field sensors based on the Mach-Zender interferometer. The sensor can be installed in an appropriate holder, mechanically or adhesive mounted inside the shielded area 13, and the center of the sensor should be located on the longitudinal axis 11 of the support insulator 3. The orientation of the sensor should provide a measurement of the electric field vector parallel to the axial line 11.
Электростатический экран 7 может быть иметь различное поперечное сечение, например, прямоугольное, быть полым или сплошным, представлять собой однородную или неоднородную среду и состоять из различных материалов, имеющих различные удельные сопротивления в разных местах экранированной области. Выбор формы и материала во многом зависит от области применения и принципов, которые могут использоваться при выборе соответствующей конструкции экранированной области для конкретного приложения.The electrostatic screen 7 may have a different cross section, for example, rectangular, be hollow or continuous, be a homogeneous or inhomogeneous medium and consist of different materials having different resistivities in different places of the shielded area. The choice of form and material largely depends on the field of application and the principles that can be used when choosing the appropriate design of the shielded area for a particular application.
В некоторых случаях, экранированная область 13 может быть изготовлена как одно целое с опорным изолятором 3, с формированием экранирующего резистора посредством нанесения резистивного слоя на внутреннюю поверхность полого изолятора. Этот вариант исполнения представлен на фиг.2.In some cases, the shielded region 13 can be made integrally with the support insulator 3, with the formation of a shielding resistor by applying a resistive layer to the inner surface of the hollow insulator. This embodiment is shown in FIG. 2.
В случае использования диэлектрического экранирования, выбор типа диэлектрика, из которого изготавливается электростатический экран 7, зависит от многих факторов. Одним из основных факторов является прочность межэлектродной изоляции. Длина экрана должна быть достаточно большой, чтобы величина электрического поля внутри и вокруг экранированной области 13 не превосходила значений электрической прочности диэлектрика или изоляции. Как правило, минимальная длина экранированной области ограничена максимальной допустимой напряженностью электрического поля (более короткое расстояние между электродами соответствует более высокой напряженности электрического поля), а максимальная длина экранированной области, также как и площадь поперечного сечения, ограничены соответствующими требованиями к массогабаритным характеристикам. Степень диэлектрического экранирования определяется требуемой точностью устройства и зависит от значения относительной диэлектрической проницаемости применяемого материала, которое на практике варьируется в диапазоне от 20 до 100.In the case of using dielectric shielding, the choice of the type of dielectric from which the electrostatic shield 7 is made depends on many factors. One of the main factors is the strength of the interelectrode insulation. The length of the screen should be large enough so that the magnitude of the electric field inside and around the shielded region 13 does not exceed the values of the dielectric strength or insulation. As a rule, the minimum length of the shielded area is limited by the maximum allowable electric field strength (a shorter distance between the electrodes corresponds to a higher electric field strength), and the maximum length of the shielded area, as well as the cross-sectional area, are limited by the corresponding requirements for weight and size characteristics. The degree of dielectric shielding is determined by the required accuracy of the device and depends on the relative permittivity of the material used, which in practice varies from 20 to 100.
Электростатический экран на основе полого трубчатого резистора позволяет вместо использования дефицитных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, применить более доступные резистивные материалы с высоким удельным сопротивлением. Технологии изготовления резисторов широко распространены и включают множество разновидностей, например, нанесение полупроводящей краски на полиэтиленовую трубку или нанесения проводящих паст на керамическую трубку с последующим вжиганием. При резистивном экранировании, сопротивление резистора выбирается из условия обеспечения достаточной степени экранирования датчика электрического поля, чтобы внешние источники электрических полей не вносили значительную погрешность в измеряемое значение напряжения. Выбранные материалы должны иметь относительно небольшую удельную проводимость, измеренную в направлении между электродами 1 и 2, и составлять величину в диапазоне от 500 кОм/м до 1 ГОм/м.An electrostatic screen based on a hollow tubular resistor allows instead of using scarce materials with high dielectric permittivity, to use more affordable resistive materials with high resistivity. Resistor manufacturing techniques are widespread and include many varieties, for example, applying semiconducting paint to a polyethylene tube or applying conductive pastes to a ceramic tube followed by burning. With resistive shielding, the resistance of the resistor is selected from the condition of ensuring a sufficient degree of shielding of the electric field sensor so that external sources of electric fields do not introduce a significant error into the measured voltage value. The selected materials should have a relatively small conductivity, measured in the direction between the electrodes 1 and 2, and be in the range from 500 kOhm / m to 1 GOhm / m.
Когда к электродам прикладывается напряжение, на экранирующем резисторе 7 будет выделяться энергия, пропорциональная квадрату напряжения и обратно пропорциональная сопротивлению резистора. Эта энергия должна быть рассеяна с поверхности резистора через такие механизмы как, теплопроводность, конвекция и излучение, характеристики, которых зависят от физических свойств и режимов работы резистора, например, формы, материала, температуры, а также внешней окружающей среды, например, состава среды и ее температуры. Если выделяемая теплота не сможет быть рассеяна, произойдет перегрев резистора и, в конечном счете, его разрушение. Что касается экранированной области, то ее форма, площадь поперечного сечения, длина и свойства должны выбираться из расчета недопустимости перегрева, и с учетом условий, в которых она функционирует, например, рабочий диапазон температур.When a voltage is applied to the electrodes, an energy proportional to the square of the voltage and inversely proportional to the resistance of the resistor will be released on the shielding resistor 7. This energy must be dissipated from the surface of the resistor through mechanisms such as thermal conductivity, convection and radiation, characteristics that depend on the physical properties and operating modes of the resistor, for example, shape, material, temperature, as well as the external environment, for example, the composition of the medium and her temperature. If the heat generated cannot be dissipated, the resistor will overheat and ultimately destroy it. As for the shielded area, its shape, cross-sectional area, length and properties should be selected from the calculation of the inadmissibility of overheating, and taking into account the conditions in which it operates, for example, the operating temperature range.
Заполнение внутренней области 13 трубчатого изолятора изолирующим инертным газом под небольшим избыточным давлением, например, элегазом или сухим азотом, обеспечивает отвод тепла от экранирующего резистора и устраняет возможность образования конденсации на внутренних поверхностях изолятора и экранирующей области. Применение в качестве среды заполнения теплопроводящего вспененного изолирующего материала или изоляционного геля, например вспененного силиконового каучука или двухкомпонентного наполнителя «Микагель», кроме того, позволяет отказаться от контроля за давлением внутри изолятора.Filling the inner region 13 of the tubular insulator with insulating inert gas under slight overpressure, for example, SF6 gas or dry nitrogen, provides heat removal from the shielding resistor and eliminates the possibility of condensation on the inner surfaces of the insulator and the shielding region. The use of a thermally conductive foamed insulating material or insulating gel as a filling medium, for example, foamed silicone rubber or two-component filler "Micagel", in addition, allows you to abandon pressure control inside the insulator.
На фиг.3 представлено решение, где в качестве среды заполнения внутренней области изолятора, используется окружающий воздух. Как известно, при резком понижении температуры, на гладкой поверхности внутренней поверхности трубчатого изолятора, образуется сплошной слой влаги, с диэлектрической проницаемостью, превышающей диэлектрическую постоянную вакуума в несколько десятков раз. При большой разнице диэлектрической проницаемости окружающей среды и слоя влаги, на поверхности создается эффект проводящей среды, что приводит к сквозному пробою с наружной поверхности изолятора на внутреннюю поверхность. Выполнение внутренней поверхности трубчатого изолятора в виде гидрофобного ребристого покрытия 10 препятствует образованию сплошного конденсированного слоя на внутренних поверхностях изолятора, и исключает возможность его сквозного пробоя.Figure 3 shows the solution where ambient air is used as the medium for filling the inner region of the insulator. As you know, with a sharp drop in temperature, on a smooth surface of the inner surface of the tubular insulator, a continuous layer of moisture is formed, with a dielectric constant exceeding the dielectric constant of the vacuum by several tens of times. With a large difference in the dielectric constant of the environment and the moisture layer, the effect of a conductive medium is created on the surface, which leads to through breakdown from the outer surface of the insulator to the inner surface. The implementation of the inner surface of the tubular insulator in the form of a hydrophobic ribbed coating 10 prevents the formation of a continuous condensed layer on the inner surfaces of the insulator, and eliminates the possibility of through breakdown.
На фиг.4 представлена конструкция устройства с установленными по краям электростатического экрана экранными кольцами, выполненными в виде металлических круговых колец, электрически связанных с верхним и нижним электродом. Наличие таких колец приводит к более равномерному распределению поля вокруг электростатического экрана, т.е. ослабляется влияние различных внешних факторов, например, расположенных рядом металлоконструкции, соседних фаз, загрязненной воды на ребрах изолятора.Figure 4 presents the design of the device with mounted on the edges of the electrostatic screen screen rings made in the form of metal circular rings electrically connected to the upper and lower electrodes. The presence of such rings leads to a more uniform field distribution around the electrostatic screen, i.e. the influence of various external factors, for example, adjacent metal structures, neighboring phases, and contaminated water at the edges of the insulator, is weakened.
На фиг.5 показано устройство с несколькими датчиками электрического поля, размещенными вдоль оси 11 опорного изолятора 3, каждый из которых измеряет соответствующую компоненту электрического поля в определенной точке экранированной области. Как известно, разность потенциалов между двумя произвольными точками электрического поля , например, точками 1 и 2, определяется следующим выражением:Figure 5 shows a device with several electric field sensors placed along the axis 11 of the support insulator 3, each of which measures the corresponding component of the electric field at a certain point in the shielded area. As is known, the potential difference between two arbitrary points of the electric field , for example, points 1 and 2, is determined by the following expression:
Интеграл можно брать по любой линии, соединяющей точку 1 и точку 2. Преобразование выражения (1) к представлению разности потенциалов (напряжения) конечным числом датчиков электрического поля N приводит к следующему выражению взвешенной суммы для вычисления измеряемого напряжения:The integral can be taken along any line connecting point 1 and point 2. Converting expression (1) to representing the potential difference (voltage) by a finite number of electric field sensors N leads to the following expression of the weighted sum for calculating the measured voltage:
где αi весовой коэффициент каждого датчика, хi координата места расположения датчика и Ех величина электрического поля в хi точке.where α i is the weight coefficient of each sensor, x i is the coordinate of the location of the sensor and E x is the magnitude of the electric field at x i point.
Аппроксимация определенного интеграла конечной суммой, т.е. вычисление коэффициентов αi может выполняться с использованием эмпирических методов (методы проб и ошибок) или квадратурной формулы Гаусса. При оценке необходимого числа датчиков и их весовых коэффициентов, применение квадратурного метода, приводит к тому, что для обеспечения необходимой точности (например, класс точности 0.2 для коммерческого учета), достаточно установить не более трех датчиков, имеющих равные весовые коэффициенты. Как показывают расчеты, наиболее оптимальным считается равномерное расположение датчиков в экранированной области, между верхним и нижним электродами.Approximation of a certain integral by a finite sum, i.e. the calculation of the coefficients α i can be performed using empirical methods (trial and error methods) or the Gaussian quadrature formula. When assessing the required number of sensors and their weight coefficients, the application of the quadrature method leads to the fact that to ensure the necessary accuracy (for example, accuracy class 0.2 for commercial accounting), it is sufficient to install no more than three sensors having equal weight coefficients. As calculations show, the most optimal is the uniform arrangement of the sensors in the shielded region, between the upper and lower electrodes.
На фиг.6 представлена конструкция устройства с установленными по краям секций электростатического экрана экранными кольцами. Использование секционирования электростатического экрана упрощает процесс сборки устройства, поскольку длина изолятора и, соответственно, электростатического экрана, для высоких классов напряжений составляет несколько метров (до 10 метров для класса напряжения 800 кВ). Увеличенное количество экранных колец дополнительно выравнивает распределение поля в пределах каждой из секций, и устраняет высокие уровни напряженности электрического поля в местах стыковки секций.Figure 6 presents the design of the device with mounted on the edges of the sections of the electrostatic screen screen rings. The use of an electrostatic screen section simplifies the assembly process, since the length of the insulator and, accordingly, the electrostatic screen for high voltage classes is several meters (up to 10 meters for a voltage class of 800 kV). The increased number of screen rings further equalizes the field distribution within each of the sections, and eliminates high levels of electric field strength at the junction of the sections.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120163/28U RU111680U1 (en) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120163/28U RU111680U1 (en) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU111680U1 true RU111680U1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011120163/28U RU111680U1 (en) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU111680U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635831C1 (en) * | 2016-12-13 | 2017-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Масса" | Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels |
| RU2690860C1 (en) * | 2018-06-23 | 2019-06-06 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | High-voltage measuring device and method |
| RU240591U1 (en) * | 2025-06-11 | 2026-01-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | HIGH-VOLTAGE MEASURING VOLTAGE TRANSDUCER |
-
2011
- 2011-05-20 RU RU2011120163/28U patent/RU111680U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635831C1 (en) * | 2016-12-13 | 2017-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Масса" | Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels |
| RU2690860C1 (en) * | 2018-06-23 | 2019-06-06 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | High-voltage measuring device and method |
| RU240591U1 (en) * | 2025-06-11 | 2026-01-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | HIGH-VOLTAGE MEASURING VOLTAGE TRANSDUCER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1256004B1 (en) | Voltage sensor | |
| CN103718049B (en) | High voltage measuring system | |
| US7129693B2 (en) | Modular voltage sensor | |
| Ahmadi‐Joneidi et al. | Leakage current analysis of polymeric insulators under uniform and non‐uniform pollution conditions | |
| CN104641243B (en) | Medium or high voltage installations with cable connection terminals | |
| CA2351573C (en) | Voltage sensor | |
| US7123032B2 (en) | Voltage sensor and dielectric material | |
| Smith et al. | A dielectric frequency response model to evaluate the moisture content within an oil impregnated paper condenser bushing | |
| Xingliang et al. | Study on fog flashover performance and fog‐water conductivity correction coefficient for polluted insulators | |
| CN203798883U (en) | Micro-current high-precision resistor type voltage dividing device | |
| RU111680U1 (en) | DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES | |
| CN202770922U (en) | Reliably shielded voltage-division type high-voltage measurement device | |
| AU2020384719B2 (en) | Voltage sensor and voltage dividing device | |
| KR102339496B1 (en) | Apparatus for measuring electrical characteristics | |
| Thomas et al. | On the measurement of surface voltage of insulators and bushings | |
| RU166007U1 (en) | HIGH VOLTAGE MEASURING VOLTAGE CONVERTER | |
| CN201181327Y (en) | High Voltage Standard Dissipator | |
| CN209590135U (en) | A volume resistivity test system under high temperature and high pressure | |
| RU166006U1 (en) | HIGH VOLTAGE MEASURING VOLTAGE CONVERTER | |
| RU240591U1 (en) | HIGH-VOLTAGE MEASURING VOLTAGE TRANSDUCER | |
| RU210982U1 (en) | High voltage voltage transducer | |
| RU157954U1 (en) | HIGH VOLTAGE SCREEN VOLTAGE DIVIDER | |
| US20210041282A1 (en) | Meter and process for measuring the level of a liquid | |
| CN107144717A (en) | Nano material dielectric barrier type electronic type optical voltage transformer | |
| CN106771660B (en) | A kind of project of transmitting and converting electricity power-frequency electric field strength measurement bracket performance measurement method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120521 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20150620 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160521 |