Измерение высоких переменных напряжений

Измерительный шаровой разрядник является универсальным измерительным прибором, пригодным и для измерения амплитуды переменного напряжения. Методика измерений остается такой же, как и для случая измерения высокого постоянного напряжения.

Электростатический вольтметр принципиально пригоден для измерения эффективного значения переменного напряжения. Сила взаимодействия пластин электростатического вольтметра в данном случае периодически меняется во времени, а отклонение подвижной пластины из-за ее инерционности определяется средним за период значением силы, , то есть среднеквадратичным значением мгновенного напряжения, которое по определению является эффективным значением напряжения.

Частотный диапазон электростатического киловольтметра ограничен только паразитными индуктивностями; так, для киловольтметра С-100 верхняя граничная частота составляет 10 МГц.

Емкостные делители напряжения позволяют измерять высокие переменные напряжения с помощью низковольтных вольтметров, обеспечивая точное повторение формы высокого напряжения на низковольтном выходе. Последнее требование важно в случае контроля гармонического состава переменного напряжения.

Омические делители на основе резисторов на переменном напряжении не пригодны ввиду наличия паразитных емкостей, что требует применения резисторов со сравнительно небольшим сопротивлением и большой рассеиваемой мощностью; индуктивные делители обладают нелинейностью параметров и паразитными емкостными и омическими свойствами.

Емкостный делитель имеет высоковольтное плечо C1 (рис. 8.4) и низковольтное плечо C2. Емкость высоковольтного плеча много меньше емкости низковольтного плеча, и практически все высокое напряжение приходится на высоковольтное плечо, которое часто выполняют последовательным соединением нескольких конденсаторов. Входное и выходное напряжения делителя связаны друг с другом коэффициентом деления делителя .

Рисунок 8.4 - Схема емкостного делителя

Делитель напряжения должен удовлетворять трем основным требованиям:

- выполнение изоляции делителя таким образом, чтобы отсутствовали частичные разряды, искажающие форму кривой измеряемого напряжения;

- точное совпадение форм кривых входного и выходного напряжений (на низком напряжении);

- малая загрузка измеряемых цепей.

Первое требование приводит к тому, что высота делителя напряжения (не только емкостного, но и омического делителя) составляет обычно 2.5 м/МВ для постоянных напряжений и грозовых импульсов и около 5 м/МВ (эффективное значение) для переменного напряжения.

Искажение формы выходного напряжения (или зависимость коэффициента деления от частоты) возникает из-за ограничения частотного диапазона работы конденсаторов делителя, из-за влияния паразитных индуктивностей схемы и из-за подключения входного сопротивления вольтметра. Для снижения влияния последнего фактора необходимо соблюдать условие на нижней границе частотного диапазона работы делителя.

Малая загрузка измеряемых цепей создается при малой емкости высоковольтного плеча делителя, однако при слишком малых емкостях становится заметным влияние окружающих предметов на коэффициент деления. Практически при достаточно большой высоте делителя удельная емкость высоковольтного плеча должна быть не менее 30-50 пФ/м.

Рисунок 8.5 - Схема измерения амплитудного значения и кривые тока и напряжения

Для измерения амплитудного значения переменного напряжения может быть использована простая схема рис. 11.3. Микроамперметр PA магнитоэлектрического типа реагирует на среднее за период значение тока, протекающего через него в течение положительного полупериода:

,

так что амплитуда напряжения равна . Второй вентиль VD2 обеспечивает протекание тока в отрицательный полупериод, что предотвращает накопление заряда на конденсаторе.

Эта схема пригодна только в случае, если в течение каждого полупериода напряжения имеется не более одного максимума.

В условиях эксплуатации наиболее распространенным методом измерения напряжения является применение низковольтных вольтметров с трансформаторами напряжения. При соблюдении условий загрузки трансформаторов напряжения этот метод обеспечивает высокую точность измерений, однако несинусоидальность напряжения приводит к достаточно большим погрешностям. Некоторые типы трансформаторов напряжения вносят большие искажения уже в третью гармонику (например, трансформатор ЗНОМ-35), хотя есть сообщения о нормальном преобразовании частот трансформаторами напряжения вплоть до 1 кГц.

В испытательных установках переменного напряжения измерения высокого напряжения производятся путем измерения напряжения первичной обмотки испытательного трансформатора с пересчетом по коэффициенту трансформации. Этот метод измерения может приводить к большим погрешностям в связи с наличием индуктивности рассеяния трансформатора.

Рисунок 8.6 - Т-образная схема замещения трансформатора с емкостной нагрузкой

Поскольку объект испытаний представляет собой емкостную нагрузку с высокой добротностью, то вместе с индуктивностью рассеяния образуется последовательный колебательный контур (рис. 8.6). При достаточно большой емкости испытуемого объекта напряжение на нем может быть существенно выше рассчитанного по коэффициенту трансформации. Несколько меньшие погрешности получаются при подключении низковольтного вольтметра к отводу высоковольтной обмотки, однако для исключения резонансных эффектов рекомендуется измерять непосредственно высокое напряжение.