专利名称：工频试验电压测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电压测量装置，属于国际专利分类表G01R19/00，特别涉及一种工频试验电压测量的装置。
对电工设备进行工频高压试验，只当被试品电容量很小时，才可近似地将试验变压器低压侧电压乘以电压比K折算出高压值，而在被试品电容量较大时，则要出现“容升”现象，即加于被试品上的试验电压会显著大于按电压比K算出的值。有时容升值可达试验变压器额定电压10％的量级。所以，专业高压试验室都在试验变压器高压侧直接测量工频试验电压。但是，常见的高压测量设备，如放电球隙、电压互感器、电容分压器等均属贵重设备，而且笨重。
有人提出了在低压侧测量工频试验电压的方法，如《变压器》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。这是在试验变压器低压侧电流回路中串入测量阻抗(R＋jx)，其值等于短路阻抗的1/Kp，阻抗上的电压由变比为Kp的升压变压器输出，反极性与低压侧电压迭加，再到电压表测量，从而补偿了容升电压。
该法要求测量阻抗(R＋jx)与试验变压器回路阻抗Rk＋R＇1＋jxk的实部及虚部分别成比例，而且允许电流不低于试验变压器一次额定电流。这就限制了只能为一台试验变压器单独配置测量元件，不能批量制造，从而限制了其推广使用。
本实用新型的目的在于提供一种只需简单调试即可广泛适用的低压侧测量工频试验电压的装置。
上述目的是以如下方式实现的。采用单量程或多量程电流互感器将试验电流变成不大于1A或5A气的电流，使其通过测量阻抗，并将测量阻抗的电阻元件和电抗元件做成可调的。这样，不仅可按一种电流容量没计测量阻抗，使用时还可调整测量阻抗，使与试验变压器回路阻抗相适应。从电流互感器二次绕组各分接或从接于测量阻抗上的输出变压器二次绕组各分接取得本装置输出的补偿电压。
本实用新型的工频试验电压测量装置包括电流互感器和测量阻抗的两端口网络。试验变压器的低压侧与所述电流互感器的一次绕组相接，该电流互感器的二次绕组可有多个分接抽头，并与电压表相接。所述测量阻抗由可调电阻和可调电抗串联而成，做为所述电流互感器的负载，接在该互感器的二次绕组。所述电流互感器的磁密为大约1T。
也可将电流互感器接于试验变压器高压侧的接地点。
与现有技术相比，本实用新型的工频试验电压测量装置有以下优点
1、体积小，重量轻，价格低，便于携带。
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则与高压侧电压无关。试验变压器的电压越高，本装置的优越性越显著，预计重量5公斤，成本几百元。只相当于电容分压器等高压测量设备的几分之一到几十分之一。
2、不占空间，不受周围接地体或带电体的影响。
3、允许使用普通电压表(满量程电流不大于30mA即可)。
4、具有通用性，可开发成规范化产品，能批量制造，便于推广。例如以本实用新型装置为基础可构成(1)在工频试验电压测量装置上接上适当的电压表，在其电流互感器(C.T.)二次绕组接上适当的电流表，可显示试验电压，电流，构成测量工频试验电压和电流的专用仪表；(2)在制造试验变压器时，将工频试验电压测量装置和试验变压器装成一体(此时(C.T.)一，二次均可用单量程的，同时还省去了分接开关)，构成带测量装置的新型试验变压器，使于电力部门携带到现场使用；(3)在制造试验变压器时，将测量工频试验电压，电流的专用仪表和试验变压器装成一体，构成带测量仪表的新型试验变压器，于电力部门携带到现场使用。
以下参照附图，通过具体实施例详细描述本实用新型的工频试验电压测量装置。其中
图1是本实用新型工频试验电压测量装置在试验变压器一次侧测量试验电压的具体电路图；图2是本实用新型工频试验电压测量装置在试验变压器电表线圈测量试验电压的具体电路图。
为便于分析，引用电机学中关于变压器一，二次电压的相量关系式U·2′=U·1-I·1(Rk+R1′+jXk)----(1)]]>式中1、 ——低压侧电压、电流；＇2＝2/K——折合到低压侧的高压侧电压；Rk、Xk——折合到低压侧的短路电阻、短路电抗值；R＇1＝R1/K2——折合到低压侧的保护电阻值。
电机学从式(1)的相量图导出的试验变压器一，二次电压的标量关系式U＇2≈U1－I1(Rk＋R＇1)Cosφ2＋XkSinφ2) (2)式(2)中φ2为负荷的阻抗角。
1、在试验变压器一次侧测量试验电压的方法图1为测量方法接线图。虚线框内为测量网络变比为Kc的电流互感器(C.T.)1的一次接入试验变压器二次的接地点，(C.T.)的负荷是可调测量阻抗(R＋jx)6，7。(C.T.)1二次除接测量阻抗的基本二次绕组外，还有为取得不同补偿电压的另4个抽头，各抽头与基本二次绕组的匝数比(即电压比)为Kp。
测量阻抗调节到式(3)、(4)决定的值R＝(Rk＋R＇1)KKc/Kp(3)X＝XkKKc/Kp(4)由图1接线可知U·B=-(I·2/Kc)(R+jX)Kp----(5)]]>将式(3)、(4)及I·2=I·1/K]]>代入式(5)U·B=-I·1(Rk+R1′+jXk)----(6)]]>式(6)表明B等于倒相的阻抗电压相量。由图1的接线可以看出电压表(V)8测得的电压U·V=U·1+U·B=U·1-I·1(Rk+R1′+jXk)---(7)]]>V＝＇2＝2/K即U2＝KUV(8)式(8)表明在图1的测量接线中，低压侧电压表(V)8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的方法具有电表线圈的试验变压器实质上是一种三绕组变压器，折合到三次绕组电表线圈侧的电压相量关系式U.3=I′.2(Rk2+R′′1+jXk2)+U.′′2---(9)]]>式(9)中Rk2、Xk2是折合到三次侧的二次线圈短路阻抗，约为一、二次间短路阻抗的2/3。或U′′.2=U.3-I.′2(Rk2+R′′1+jXk2)---(10)]]>式(10)中″2＝2/K23为折合到电表线圈侧的2值。
式(10)与式(1)类似，电表线圈电压3不等于高压的折合值″2。其差别是折合到三次侧的二次侧阻抗电压I′.2(Rk2+R′′1+jXk2)]]>这就是电表线圈不能准确测量高压侧电压的原因。
高压侧与电表线圈之间的电压比K23往往制成整数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。
本测量方法也可以在电表线圈上应用，接线如图2所示，测量阻抗调节到如下值R＝(Rk2＋R″1)K23Kc/Kp(11)X＝Xk2K23Kc/Kp(12)由图2可知U·B=-(I·2/Kc)(R+jx)Kp]]>代入式(11)、(12)及I2＝I＇2/K23U.B=-I′.2(Rk2+R′′1+jXk2)]]>
电压表(V)8测得电压V＝3＋B=U.3-I′.2(Rk2+R′′1+jXk2)---(13)]]>比较式(10)、(13)可知V＝″2＝2/X23即U2＝K23UV(14)这就证明了电压表(V)8的读数UV乘以电压比K23就等于高压侧试验电压U2。
如果试验中发生高次谐波谐振，则谐振电流通过(C.T.)在测量阻抗(R＋jX)上产生谐波谐振电压的折合值，相应地补偿了谐振电压，故本装置能正确反映谐振现象。同理，对试验电压中的固有谐波，也能正确反映。
3、测量装置的接线与调试方法测量装置是有极性的。必须按图1，图2所示极性接线。图中用园点“·”标出了各绕组的极性端，如果极性接反了，电压表指示不但没有增加“容升”部份，反而减去了它，将比U＇2低很多。按此值加试验电压可能误将试品击穿。下面将说明调试时判明极性的方法。
测量装置与所用试验变压器配套时，需调试后方能使用。现以在低压侧测量的方法为例说明如下，在电表线圈测量时，调试方法与此相同。
按图1接线并将试验变压器9高压侧经保护电阻(R1)10短接。在低压侧加额定电流。先将(C.T.)二次的分接开关切换到Kp最小位置，(R)、(K)置零。然后逐渐调大R、X值，如电压表指示值随之减小，说明极性正确，否则应检查试验接线的极性，改正后再调试，反复调节(R)、(X)值使电压表(V)指示为零或接近零的最小值。如(R)或(X)已调至该元件的最大值电压表(V)仍不指零，可将(C.T.)二次的分接切换到Kp大的下一档，重新调试。调好后将(R)、(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I.1(Rk+R′1+jX)]]>电压表(V)8指零说明B＝-I1(Rk＋R＇1＋jX)。正好复制出倒相的阻抗电压的相量，使(6)、(7)(8)式均成立，因而满足本方法的条件。由上述调试方法可知，测量装置串入高压回路引入的阻抗也同时被它自身补偿了。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阻值不能再改变，下面将要说明，保护电阻R1变化50％以内可不必重新调试。这种短路试验方法也可作为本装置是否整定好的自检验手段。
4、误差分析a、随电压增高，试验变压器激磁电流及其在一次阻抗上的压降增大，输出电压有所下降，电压比K产生误差。(一般小于0.2％)。
当(C.T.)接在试验变压器一次侧时，后者的激磁电流给测量带来一定误差，激磁电流中的谐波在一次阻抗上的压降还使一，二次间波形不尽相同，应用本装置在电表线圈测量可得到与高压侧相同的波形且电压比K23也是常数，故将(C.T.)接在试验变压器高压侧的接地点并在电表线圈上测量，理论上可以作到完全准确，凡有电表线圈的试验变压器，均应在电表线圈上测量，标准ZBK41006—89《试验变压器》规定50kv及以上电压的试验变压器均应设电表线圈(测量绕组)。
b、电压表内阻对测量精度的影响在使用条件下，从电压表两端往设备看进去是一个有源一端口网络。根据电工学中戴维南定理，可推出测量的相对误差δ＝(U＇2－UV)/U＇2≈RK2p/RV×100％ (15)由式(15)可知调试中应优先使用Kp小的分接，选用内阻RV较高的电压表。
δ∝K2p，要减小δ减小Kp最有效，由式(3)，(4)，(11)，(12)可知减小Kp要增加R，X，即增加(C.T.)的负荷，故增加(C.T.)容量可使δ成反比减小。
由于R随保护电阻R1增大而增大，故选用过大的保护电阻将导致测量误差增大。按高压专业的有关规范，应按试验变压器额定阻抗(U2n/I2n)的百分之几选取保护电阻值，一般取R1小于5％(U2n/I2n)，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、保护电阻(R1)变化引起的误差(R1)如用金属丝或炭膜电阻，其温度系数很小，不会因温度变化引起误差，当用水电阻时，由于冬夏季节温差，其阻值可变化50％，但测量电阻(R)调定后不变，故引起误差。
将式(2)折合到高压侧U2＝KU1－I2〔(K2Rk＋R1)COSφ2＋K2XkSinφ2〕将上式对R1微分，得到R1变化量ΔR1引起的输出电压变化ΔU2ΔU2＝-I2ΔR1COSφ2当I2＝I2n时误差最大，此时的引用误差ΔU2/U2n＝-(I2n/U2n)ΔR1COSφ2＝-R1/(U2n/I2n)(ΔR1/R1)COSφ2(16)如前所述，R1/(U2n/I2n)＜5％。
即使在试验电压下，高压电工试品的COSφ2≈tgδ≤2％(tgδ为介质损失角正切值)。
当保护水电阻变化50％，即ΔR1/R1＝50％，将上三项代入式(16)中ΔU2/U2n＜0.05％所以水电阻的季节性变化引起的测量误差是可以忽略的，此点已为试验证实。实验表明，包括0.5级电压表及电压比K(K23)的误差在内，系统误差(引用误差)小于1％。
5、以下描述本实用新型电压测量装置的一个具体实施例及工作情况。
C.T.容量40VA，额定负荷40Ω，COSφ＝0.8，电流比0.1，0.2，0.3，0.5，0.75，1/1A，准确级1.0级，在满负荷40Ω时，二次各抽头输出电压及对应的Kp值UB(V) 2030405070Kp0.5 0.75 1.0 1.25 1.75可变电阻元件R用滑线电阻，0-33Ω可调，电流1A。
可变电抗元件X用滑线式电抗器，0-22Ω可调，电流1A。
测量阻抗的最大值Z＝(R2＋X2)1/2＝(332＋222)1/2＝39.7Ω＜40Ω。不超过电流互感器额定负荷40Ω。
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种型号试验变压器的参数，表1中关于试验变压器参数的符号意义说明如下U1n，U2n，U3n——一，二，三次侧额定电压(V)。
I1n，I2n，I3n——一，二，三次侧额定电流(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/U1n，Uk＝U1nuk％，K23＝U2n/U3n，Zk＝Uk/I1n，Rk＝ZkCOSφk，Xk＝ZkSinφk，R＇1＝R1/K2，R″1＝R1/K223。
表1中保护电阻R1的值是按(U2n/I2n)值的5％左右选取的。
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(3)、(4)计算的。
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(折合到三次侧的值)的2/3计算的。R、X、值是按式(11)、(12)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C.T.二次的变比Kp，都可以使按式(3)、(4)或(11)、(12)计算的测量阻抗参数R＜33Ω；X＜22Ω；Z＜40Ω，因而可使用实施例的测量装置。
常见的电压表满量程电流一般不大于30mA，其150V、300V、450V、600V档的内阻分别为5kΩ、10kΩ、15kΩ、20kΩ。表2，3的后两栏列出了30mA电压表所用档的内阻Rv和按式(15)计算的相对误差8。
表2中的误差均在-0.34％以内，表3中的误差均在-0.14％以内，在电表线圈测量由于所用Kp值较小，误差也小，这是在电表线圈测量另一优点。
T10-V型电压表满量程电流为7.5mA，如用此表，表2，3中的误差δ可减至1/4，均小于0.1％，如用峰值电压表或数字表，由于其内阻很高，测量误差δ可以忽略。
本装置的精度达1％，满足国家标准GB311.4—83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，由包括电流互感器和测量阻抗的两端口网络构成，其特征在于试验变压器的低压侧与所述电流互感器一次绕组相接，所述电流互感器的二次绕组有分接抽头，并与电压表相接，所述测量阻抗由可调电阻和可调电抗串联而成，做为所述电流互感器的负载，接在该互感器的二次绕组。
2.如权利要求1所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述电流互感器的磁密为1T。
3.如权利要求1或2所述的工频试验电压测量装置，其特征在于将所述电流互感器一次绕组接在试验变压器的高压侧接地点。
4.如权利要求1或2所述的工频试验电压测量装置，其特征在于试验变压器(9)的高压侧串接有保护电阻(10)。
5.如权利要求1或2所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述电流互感器二次绕组串接于所述试验变压器的电表线圈后再与电压表相接。
6.如权利要求4所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述电流互感器的二次绕组串接于所述试验变压器的电表线圈后再与电压表相接。
7.如权利要求1或2所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述可调电阻为0-33Ω的滑线电阻，所述可调电抗为0-22Ω的滑线式电抗器。
8.如权利要求1所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述的工频试验电压测量装置接交流电压表，电流表，构成测量工频试验电压和电流仪表。
9.如权利要求1所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述的工频试验电压测量装与试验变压器制成一体，构成带测量装置的工频试验变压器。
10.如权利要求9所述的工频试验电压测量装置，其特征在于所述的试验变压器与接有交流电压表，电流表的工频试验电压测量装置装成一体，构成带测量仪表的工频试验变压器。
专利摘要一种在试验变压器低压侧测量工频试验电压的装置，由测量试验电流的电流互感器及可调测量阻抗构成，所述测量阻抗由可调电阻和可调电抗串联而成。对本装置的参数和所配套的试验变压器一起调试、整定，使两侧电压保持电压比的关系。本测量装置简单、轻便，可代替昂贵的高压测量设备，测量精度达1％。本装置适用范围广，可构成工频试验电压、电流的专用仪表和带测量装置的新型试验变压器。
文档编号G01R19/00GK2227343SQ9522264
公开日1996年5月15日 申请日期1995年10月6日 优先权日1995年10月6日
发明者杨大成 申请人:杨大成