[实用新型]电网系统低压直流电源对地电容在线测量仪

说明书

技术领域：本实用新型属于电工学技术领域。

背景技术：在变电站电网系统中，有低压直流电源系统，其电压有48V、110V、220V等不同等级，以给通讯和保护等设备提供直流电源，此直流系统在设计和安装时，与大地是绝缘的，但是，在工程实践中发现，此低压直流电源的正负极对与大地相连的地线有比较大的电容参量存在，用C₊表示直流电源正极对地的电容值，C_-表示直流电源负极对地的电容值，C₊和C_-的数值基本相等，取C₊＝C_-＝Cx；当电容Cx的值很大时，常常使工作在此电源系统的继电器误动作，影响电力系统正常运行，因此，对电容Cx的测量是非常必要的；在现在的工程实践中，都是采用停电测量的办法，不仅影响电力系统正常供电，也会产生不可知的测量误差，不论是停电测量或在线带电测量，目前市场上都没有专用仪表出售；低压直流电源系统的等效电路可以这样组成：电源的正极+KM接P1点，负极-KM接P3点，电源电压为E，E分别等于48V、110V或220V，负载阻抗ZL接在P1和P3点上，正极+KM对地的电容用C₊表示，其一端接P1点，另一端接P2点，负极-KM对地的电容用C_-表示，其一端接P3点，另一端接P2点，P2点与电网地线相接。

发明内容：本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种仪表，对电网系统低压直流电源的正负极对地的电容Cx进行在线测量。  

本实用新型采用如下的技术方案：P1点接直流电源的正极+KM，P2点接电网的地线，P2点与仪器地线相连，P3点接直流电源的负极-KM，电阻器R1的两端分别接P1和P2点，电阻器R2的两端分别接P2和P3点，取R1＝R2＝10K Ω 50W，继电器常开开关ST的两端分别接P1和P4点，电阻器R3的两端接P4和P2点，取R3＝2K Ω 25W，取ST合上的瞬间时间t＝0，则P4点对地线的电压Ux(t)有

Ux(t)＝Ua+(Uo-Ua)exp(-t/T)  -------------    1

其中T＝(C₊+C_-)Ra    ------------------------------  2

Uo＝ER1/(R1+R2)----------------------------3

Ua＝ERa/R2  ----------------------------4

Ra＝(R1R2R3)/(R1R2+R1R3+R2R3)----------------5

令Uy(t)＝Ux(t)-Ua，b＝Uo-Ua，则有Uy(t)＝b exp(-t/T)，取对数，则有

t＝T lg(b/Uy(t))------------------------6    

取时间t₁和t₂的值，则有

t₂-t₁＝(C₊+C_-)Ra lg{Uy(t₁)/Uy(t₂)}---------7

电阻器R4与电容器C1并联，其两端接在P4和P5点上，电阻器R5与电容器C2并联，其两端接在P5和P2点上，P2点与仪器地线相连，令P5点对地线的电压＝Uz(t)，取R4＝100K Ω、R5＝10K Ω、C1＝100PF、C2＝1nF，则Uz(t)＝(1/11)Ux(t)；电阻器R6的一端接P5点，另一端接运算放大器N1的同相输入端，N1的反相输入端和其输出端同时接在P7点上；电阻器R8一端接仪器电源+15V上，另一端接电位器Rp1的一个端点上，Rp1的另一个端点通过电阻器R7接仪器地线，Rp1的中间抽头接运算放大器N2的同相输入端，N2的反相输入端和其输出端同时接在P8点上，调节Rp1，使P8点的电压等于(1/11)Ua；电阻器R9的一端接P7点，另一端接运算放大器N3的同相输入端，电阻器R10的一端接N3的同相输入端，其另一端接仪器地线，电阻器R11的一端接P8点，其另一端接N3的反相输入端，电阻器R12的一端接N3的反相输入端，其另一端接P9点，N3的输出端接P9点，取R9＝R10＝R11＝R12，则N3和相关元件组成放大倍数等于1的差分放大器，P9点对地线的电压Uw(t)＝(1/11){Ux(t)-Ua}＝(1/11)Uy(t)，则公式7可以改写为：