[實用新型]一種用于高電壓電容介質損耗因數標準校正的介質虛擬裝置

有效

• 申請號: 201420705688.9
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN204241678U
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 王貽平;朱琦;李偉;盧冰;王慶軍;付濟良;李炯
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網安徽省電力公司電力科學研究院;中國電力科學研究院;上海思創電器設備有限公司
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;杜國慶

技術領域

本實用新型屬于儀器儀表領域，特別涉及一種用于高電壓電容介質損耗因數標準校正的介質虛擬裝置。

背景技術

當電容施加交流電壓后，產生的有功損耗稱為介質損耗，理想的電容施加交流電壓后，流過電容器的電流與電壓是成90度角，當電容器有損耗的時，流過電容器的電流與電壓的夾角會小于90度，此時與理想的電容電流Ic之間的夾角δ稱之為損耗角，其正切值即為介質損耗因素（tgδ）。

目前的標準損耗器都是采用串聯模型的結構，如圖1所示，是用一臺標準電容器C（接近理想的電容器）與一個電阻器R串聯來實現不同的介質損耗因素值。串聯模型下的介質損耗因素（tgδ）計算公式：

????????????????????????tgδ=ωRC

在工作頻率一定，電容C一定的情況下，介質損耗因素的大小與串聯的電阻成正比。通過改變R的大小可以改變試品電流與電壓之間的夾角，以得到不同的介損值。傳統的介損標準器就是采用的此方法實現的。

傳統方式的缺陷是：

1、串聯電阻上消耗的功率大，串聯電阻的上消耗的功率P≈（UωC）²×R??????（注：通常電容的容抗遠大于R）

在電容量一定的情況下，電阻上消耗的功率與試驗電壓和串聯電阻大小成正比的。也就是試驗電壓越高，介損檔位越大時，串聯電阻上消耗的功率越大。

比如當試驗電壓為200kV，電容量100pF，頻率50Hz，tgδ=0.1??時，

R=?tgδ/ωC=3.18MΩ

P=（200000×314×100×10-12）2×3.18×106=125W

為了在200kV電壓下，用一個100pF標準電容器串聯一個電阻器來模擬tgδ=0.1的試品時，需要串聯的電阻器電阻值為3.18MΩ，電阻功率必須大于125W，電阻的耐壓必須大于20kV，電阻還要求有很高的精度，及很低的溫度漂移，才能滿足設計要求。事實上這樣的電阻器是很難得到的。

2、標準電容器測量端耐壓受限

另外從上例中還能發現，電阻器上需要承受20kV的高壓，而標準電容器測量端插座（既Ur上端）一般只能允許最高電壓為2kV，因此標準電容器測量端的耐壓要求也是無法滿足的。

3、分布參數影響

如上述的例子，串聯電阻阻值達到了3MΩ以上，那么電阻與標準電容器測量端相連的引線對外殼之間分布電容會與串聯電阻呈并聯關系，還有電阻表面的受潮臟污能都會對電阻的阻抗造成影響。在現實中表現為在不同的環境條件下，介損值會發生變化，不能滿足裝置最為標準器的要求。

4、不能帶電換檔。

傳統方式切換檔位都是采用的機械開關K或插座來實現：如果帶電情況下是不允許換檔的，會帶來不安全因素，一方面切換過程中可能會產生瞬間開路，造成電容器測量端電位太高，產生放電等危險后果。另外通常模擬損耗裝置部分離標準電容器距離較近，操作人員是無法靠近的。因此目前傳統的標準損耗器使用過程中需要換檔，必須將試驗電壓降至零，并將電容器放電后才可以進行換檔。

發明內容

本實用新型的目的針對上述問題提出的一種用于高電壓電容介質損耗因數標準校正的介質虛擬裝置，利用虛擬模擬技術模擬不同電阻值，同時還可以在一個標準電容器下模擬不同容量的電容器。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是：一種用于高電壓電容介質損耗因數標準校正的介質虛擬裝置，包括電流取樣電路，移相電路、恒流輸出電路和微處理單元控制器；所述電流取樣電路用取樣電阻將流經標準電容器的電流轉換為電壓信號；移相電路與電壓信號連接，所述移相電路含有相位選擇開關電路，相位選擇開關電路由微處理單元控制器控制，相位選擇開關電路根據已知電阻值對應標準電容器電流的相位損耗角選擇通路將電壓信號進行移相，恒流輸出電路的輸出為介質虛擬裝置的模擬電流輸出；其中，所述裝置還包括一個應對不同標準電容器輸出電流變化的調幅電路，調幅電路的輸入與移相電路的輸出連接，調幅電路輸出連接恒流輸出電路，所述微處理單元控制器控制連接調幅電路。

方案進一步是：所述恒流輸出電路包括一個負反饋電路，所述負反饋電路包括一個反饋運算放大器，反饋運算放大器的輸出驅動一個恒流輸出變壓器，恒流輸出變壓器輸出了介質虛擬裝置的輸出電流信號，其中，反饋運算放大器的正極輸入連接電壓調幅電路輸出，電流信號同時作為反饋連接反饋運算放大器的負極輸入用以保證調幅電路輸出變化等于電流信號的變化。