专利名称：工频试验电压测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电工设备交流耐压试验中测量工频试验电压用的测量装置，它包括测量阻抗和变压器的结构特征。
对电工设备进行工频高压试验，只有当试品电容量很小时，才可近似地将试验变压器低压侧电压乘以电压比K算出高压值，当试品电容较大时，加到试品上的试验电压将显著大于按电压比K计算的值，通常称之为“容升”现象。实际上任何变压器只在空载时，原、副边电压才遵守电压比的关系。带负荷后必然由短路阻抗引起输出电压变动，感性负荷引起电压降低，容性负荷引起电压升高，试验变压器带的是容性负荷。
根据工频高压试验结线的电路分析，可以知道折合到低压侧的高压侧电压比低压侧电压高出电抗电压，这就是所谓的“容升”电压，它随负荷电流的增大而增大。当电流达到额定电流时，可达到试验变压器额定电压的10%左右，若此时试验电压是额定电压的20%，则“容升”达50%，可见按电压比K计算试验电压有时误差极大。所以专业的高压实验室都在试验变压器高压侧对工频试验电压进行直接的高压测量。现有的高压测量设备有放电球隙、电压互感器、电容分压器、电阻分压器和静电电压表等，可是这些高压测量设备不但笨重，并且价格昂贵，一般只有专业的高压试验室才具备，在大多数中、小型制造厂的产品出厂试验中以及很多电力部门的现场试验中，由于缺乏适当的测量设备，只能从低压侧电压按电压比K计算出高压值，致使试验电压偏高，往往误将合格产品击穿，造成不应有的损失。
有的试验变压器内部带有电表线圈(亦称测量绕组)。由于同样的原因，电表线圈也不能准确地测出试验电压。
为解决这个问题，我国《变压器》杂志1981年第2期2-4页公开了一种“在试验变压器低压侧测量工频试验电压”的方法。该方法是在试验变压器的低压侧电流回路中串入一个测量阻抗(R+jX)该阻抗上的电压由小变压器升压并相倒，迭加到低压电压上，再接到电压表测量，此测量阻抗等于短路阻抗的Kp分之一，Kp为小变压器的电压比，从而抵消了“容升”的影响。
但是，这个方法要求测量阻抗(R+jX)与所用试验变压器的短路阻抗Rk+JXk的实部、虚部分别成比例，且其允许电流不低于试验变压器一次额定电流，而各种试验变压器额定电流和短路阻抗是各不相同的，因而为每一台试验变压器配套的测量阻抗元件的参数也各不相同。所以只能为某一台试验变压器单独配制测量元件，不可能批量制造，形成规范化产品，因此从根本上限制了该方法的推广应用。
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种在低压侧测量工频试验电压的通用装置，它只需简单调试就可用于所有试验变压器。
本发明的目的可以通过以下措施来达到1、用电流互感器将试验变压器低压侧电流变成不大于5A的电流，再通入测量阻抗，这样测量阻抗可统一按5A电流容量设计。
2、测量阻抗的元件做成可调的，使用时可调到与所用试验变压器的短路阻抗相适应的数值。
3、输出变压器做成多分接的，使用时可变换分接以适应各种试验变压器不同阻抗电压的要求。
本发明的目的并可以通过以下措施来达到1、可调测量阻抗(R+jX)由于可调电阻(R)和可调电抗(X)串联组成;
2、可调测量阻抗(R+jX)接于变压器(P.T.)的一次侧;或接于变压器(P.T.)的二次侧的其中一个分接上。
3、可采取试验变压器低压绕组测量工频试验电压;或可采取试验变压器电表线圈测量工频试验电压。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、通常的高压测量设备的体积、重量和价格随电压增高而迅速增大，本装置的大小和成本与高压侧电压无关，只相当于电压互感器、电容分压器等高压测量设备的1/10～1/100。
2、本装置具有通用性，只需简单的调试，就可适用于所有试验变压器，可开发成规范化工业产品，能批量制造、便于推广。
附图的图面说明如下
图1为采取试验变压器低压绕组测量工频试验电压的测量装置结线图。
图2为采取试验变压器电表线圈测量工频试验电压的测量装置结线图。
其中1为电流互感器(C.T.)，2、3为(C.T.)的一次端子，4、5为(C.T.)的二次端子，6为可调测量电阻(R)，7为可调测量电抗(X)，8为变压器(P.T.)，9、10为(P.T.)的二次端子，11为电压表(V)，12为试验变压器(T)，13为保护电阻(R1)，14为试品电容(C)，15为调压器(V.R.)，16、17分别为低压侧电流(
1)和电压(
1)，18为电压表测量电压(
v)，19为(P.T.)的二次电压(
p)，20为带电表线圈的试验变压器，21为电表线圈(W3)，22为电表线圈的端电压(
3)。
结合附图将本发明的内容作进一步说明1、在试验变压器一次侧测量试验电压在图1中，虚线框内为测量网络变比为Kc的电流互感器(C.T.)1的一次端2、3接入试验变压器12的一次电流回路中，(C.T.)1的负荷是可调测量阻抗Z＝R+jX。变比为Kp的加极性变压器(P.T.)8用来将测量阻抗上电压升高到阻抗电压
1(RK+R1′+jXK)，并倒相。其中RK和XK分别为折合到低压侧的试验变压器短路电阻和短路电抗的值，R1′为折合到低压侧的保护电阻值。
测量阻抗值的调节由下式决定R＝(RK+R1′)Kc/Kp(1)X＝XKKc/Kp(2)工频高压试验时，(C.T.)1的二次电流
/Kc流经测量阻抗(R+jX)所产生的电压经(P.T.)8升压并倒相为
将式(1)、(2)代入式(3)得
式(4)表明
等于倒相的阻抗电压相量。
由此可见电压表11测得的电压为
根据对试验变压器12(没有接入本测量装置时)作工频高压试验时的电路分析，可知折合到低压侧的高压侧电压为
式中
和K分别为试验变压器12的高压侧电压和电压比。此式表明折合到低压侧的高压侧电压
与低压侧电压
差阻抗电压比较式(5)与式(6)可知
即U2＝KUv(7)式(7)表明在图1的测量结线中，低压侧电压表11的读数Uv乘以电压比K就得到高压试验电压U2，这样就实现了用低压侧电压表测量高压侧试验电压的目的。
2、在试验变压器电表线圈测量试验电压在图2中，具有电表线圈21的试验变压器20实质上是一种三绕组变压器，折合到一次侧的三次绕组电表线圈21的端电压为
式中RK2、XK2为二次线圈短路阻抗，约为一、二次间短路阻抗RK、XK值的2/3。
将式(8)两端除以一、三次间的电压比K13，得到折合到电表线圈侧的电压为
式中
为折合到三次侧的U2值。
式(9)与式(6)类似，表明电表线圈电压U3不等于高压的折合值
″，其差别是折合到三次侧的二次侧阻抗电压
1(RK2+R1′+jXK2)/K13。这就是电表线圈也不能准确测量高压侧电压的原因。
测量阻抗的值按下式调节R＝(RK2+R1′)Kc/Kp/K13(10)X＝XK2Kc/Kp/K13(11)由图2可知
将式(10)、(11)代入式(12)得
电压表11测得电压
比较式(14)、(9)可知
即U2＝K23Uv这表明电压表11的读数Uv乘以电压比K23就等于高压侧试验电压U2。在电表线圈测量和在低压侧测量的装置是一样的，只是参数调定值不同。
一般高压侧与电表线圈之间的电压比K23制成整数1000，这样在电表线圈测得的电压伏特数正好是高压侧电压的千伏数，这就是使用电表线圈的方便之处。
如果试验中发生高次谐波谐振，则谐振电流通过(C.T.)反映到测量阻抗上，使测量装置输出谐振电压的折合值。故本测量装置能正确反映谐振现象。
3、测量装置的接线与调试测量装置是有极性的，接线规则是如图1所示，当电流
116由(C.T.)的一次端子2进入测量网络，P.T.的二次端子10接高电位，另一端9接电压表11，电压表11的另一端接低电位。在图2中，端子10接电表线圈的高电位，端子9接电压表11。如果极性接反，电压表指示不但没有增加“容升”部分，反而减去它，将比U2′低得多。若按此值加试验电压可能误将试品击穿。所以测量装置与所用试验变压器配套时，需调试后方能使用。现将调试方法叙述于下按图1进行结线，并将试验变压器12高压侧经保护电阻13短接，在低压侧加额定电流，如保护电阻过热可适当降低电流、先将(P.T.)8的分接开关切换到Kp最小位置，可调测量电阻(R)6和可调测量电抗(X)7置零，然后逐渐调大(R)和(X)的值，如电压表11指示值随之减小，说明极性正确，否则应检查(C.T.)1或(P.T.)8的极性，改正后再调试。反复调节(R)、(X)值使电压表11指示为零或接近零的最小值。如(R)或(X)已调到该元件的最大值，电压表11仍不指零，可将(P.T.)8的分接切换到Kp大的下一档，重新调试。调好后将R和(X)元件滑动点固定即可。因为调试时高压侧短路，低压侧加的就是阻抗电压
1(RK+R1′+jXK)。
电压表11指零说明
正好复制出倒相的阻抗电压的相量，使(4)、(5)、(7)式均成立，因而满足本方法的条件。测量阻抗整定后，测量装置就成为该试验变压器专用的配套装置。并且保护电阻(R1)的值不能再改变，否则应重新调试。这种短路试验方法也可作为本装置的校验手段。
4、可调测量阻抗的其他形式可调测量阻抗(R+jX)也可接于(P.T.)8的二次的其中一个分接上。按变压器两则阻抗折合原理，此时阻抗(R+jX)的值比接于(P.T.)8的一次端4、5时的值大K2p倍，Kp是所接分接的电压比。同时(P.T.)8的容量也要相应增大。
5、电压表内阻对测量精度的影响正如电压互感器的精度与输出容量有关一样，本装置的精度也与输出容量有关，因而与所用电压表的内阻Rv有关。根据电路分析，可知其测量的相对误差δ＝(V2′-Uv)/U2′≈RK2P/Rv×100%(16)由此可知a，为减小此项误差应选用内阻Rv较高的电压表。
b，由于(R)随保护电阻(R1)增大而增大，故选用过大的保护电阻(R1)将导致测量误差增大，按高电压工程专业的有关规范，应按试验变压器额定阻抗(U1H/I1H)的百分之几选取保护电阻值。在下面的实施例中可以看到，这样选取保护电阻值时，测量误差是可以接受的。
c，调试中应优先选用Kp小的变压器分接。
实施例选用低压母线式电流互感器，额定负荷为0.4Ω，0.5级。二次额定电流5A、空心一匝时的一次额定电流有100、150、200、300、400、500、600和800安培八种规格。这样产品就按额定一次电流分成八种型号。增加空心匝数可降低一次额定电流到需要数值。
测量电阻元件(R)0～0.33Ω可调，电流5A。
测量电抗元件(X)0～0.22Ω可调，电流5A。
测量阻抗的最大值Z＝(R2+X2)1/2＝(0.332+0.222)1/2＝0.397Ω＜0.4Ω变压器(P.T.)一次额定电压2V，容量5VA，二次设有6个抽头可供切换20V、30V、50V、60V、70V和100V。电压比分别为10、15、25、30、35和50。以便适应试验变压器不同阻抗电压的需要。
为考察这个测量装置的通用性，计算它用于常见的10种试验变压器时的元件参数和测量误差，列于表1、2、3中。
根据国内试验变压器主要生产厂家的产品说明书，表1列出了常用的10种型号试验变器的参数。
表1中关于试验变压器参数的符号意义说明如下U1n-一次侧额定电压(V)。
I1n-一次侧额定电流(A)。
uk%-阻抗电压百分数。
UK-折合到一次侧的阻抗电压(V)。
ZK-折合到一次侧的短路阻抗(Ω)ΦK-ZK的阻抗角。
计算表1中变压器各参数使用了下列公式K＝U2n/U1nUK＝U1nuK%ZK＝UK/I1n
RK＝ZKCosΦKXK＝ZKSinΦKR′1＝R1/K2表1中保护电阻R1的值是按(U1n/I1n)值的5-7%选取的。
表2列出了这10种试验变压器用实施例的装置在一次侧测量试验电压时，测量元件应整定的参数。R、X、值是按式(1)、(2)计算的。序号1和10两栏中电流互感器C.T.的一次额定电流选得略小于试验变压器的一次额定电流，是因为电流互感器允许不超过120%额定电流使用。
表3列出了这10种试验变压器用实施例的装置在电表线圈侧测量试验电压时，测量元件参数。表中RK2、XK2分别按RK、XK的2/3计算的。R、X、值是按式(10)、(11)计算的。
观察表2、表3各栏可知对于不同型号的试验变压器，无论是在一次侧还是在电表线圈进行测量，只要适当选取变压器P.T.的变比KP，都可以使按式(1)、(2)或(10)、(11)计算的测量阻抗参数R＜0.33Ω;X＜0.22Ω;Z＜0.4Ω，因而可使用实施例的测量装置。
使用桂林电表厂生产的T10-V型电压表，其150V、300V、600V档的内阻分别为20kΩ、40kΩ、80kΩ。表2、表3的最后两栏列出了T10-V型电压表所用档的内阻RV和按式(18)计算的误差δ。
表2中的误差均在-0.25%以内，表3中的误差均在-0.13%以内。在电表线圈测量由于所用KP值较小，误差也小。所以当试验变压器有电表线圈时应尽量在电表线圈测量。
T10-V型电压表满量程电流为7.5mA。常见的内阻较低的电压表满量程电流可达30mA。即内阻仅为前者的1/4。按式(18)可以算出，即使用这种低内阻电压表，表2、3中的测量误差δ也在-1%以内。如用峰值电压表，由于其内阻很高，测量误差δ可以忽略。
增加电流互感器C.T.的额定负荷，可允许增加测量阻抗，从而降低KP值，可使按式(18)计算的误差δ进一步降低。例如电流互感器C.T.的额定负荷增加到0.8Ω，则表2、3中的误差δ降低一半。
本装置的精度达1%。满足国家标准GB311-83中关于高压测量系统误差小于3%的要求。
权利要求
1.一种工频试验电压测量装置，由一个包括测量阻抗(R+jX)和变压器(P.T.)的两端口网络构成，其特征在于a、网络的入口是测量低压侧电流的电流互感器(C.T.)，b、电流互感器(C.T.)的负荷是可调测量阻抗(R+jX)，c、测量阻抗上电压的输出变压器(P.T.)是多分接的。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的可调测量阻抗(R+jX)由可调电阻(R)与可调电抗(X)串联构成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于可调测量阻抗(R+jX)接于变压器(P.T.)的一次侧。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于可调测量阻抗(R+jX)接于变压器(P.T.)二次侧的一个分接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于当采取试验变压器低压绕组测量工频试验电压时，变压器(P.T.)端子10接试验变压器低压绕组的高电位，另一端9接电压表，电压表的另一端接试验变压器低压绕组的低电位。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于当采取试验变压器电表线圈测量工频试验电压时，变压器(P.T.)端子10接电表线圈的高电位，另一端9接电压表，电压表的另一端接电表线圈的低电位。
全文摘要
一种电工设备交流耐压试验中测量工频试验电压用的测量装置，能在试验变压器的低压侧测量工频试验电压。低压侧电流通过它时，产生一个补偿电压，可以抵消短路阻抗引起的“容升”影响，采用测量低压侧电流的电流互感器，作为其负荷的测量阻抗为可调的，输出变压器是多分接的，以适合所用的试验变压器的短路阻抗参数，使测量装置具有通用性。本测量装置简单、轻便、可代替复杂、昂贵的高压测量设备，测量精度达1％。
文档编号G01R31/12GK1085320SQ9311791
公开日1994年4月13日 申请日期1993年10月7日 优先权日1993年10月7日
发明者杨大成 申请人:杨大成