3.4. Измерение высоких напряжений

3.4.1. Шаровые разрядники

Для измерений высоких напряжений широко используются шаровые разрядники. Это универсальное измерительное устройство, ко­торым можно измерять амплитудные значения постоянного, переменно­го, высокочастотного и импульсного напряжений.

Величина пробивного напряжения зависит от расстояния меж­ду шарами, их диаметра, способа подключения (симметричное или один шар заземлен), относительной плотности воздуха .

Для получения высокой точности необходимо выполнить ряд условий.

1. Расстояние между шарами не должно превышать S < 0,5D, где D - диаметр шаров. Следовательно, для широкого диапазона изме­ряемых напряжений нужен набор шаров разного диаметра.

2. Поверхность шаров должна быть гладкой и чистой. Слой пыли снижает пробивное напряжение.

3. Расстояние от шаров до заземленных или находящихся под напряжением предметов должно быть не менее L >5 D.

4. Для получения стабильных результатов измерений необхо­димо облучение разрядного промежутка ультрафиолетовым излучением или радиоактивными изотопами, особенно при малых расстояниях меж­ду шарами.

5. Измерение следует производить 4-5 раз и за измеренную ве­личину принимать среднее арифметическое значение, т.к. имеет место статистический разброс пробивных напряжений.

Измерение постоянных и переменных напряжений произво­дится следующим образом. Вначале устанавливается заведомо большое расстояние между шарами, исключающее пробой при измеряемом на­пряжении. Затем на шаровой разрядник подается напряжение и расстоя­ние между шарами плавно уменьшается до возникновения пробоя про­межутка. Эта процедура повторяется 4-5 раз. Определяется среднее пробивное расстояние, затем по таблицам находится соответствующее напряжение.

При измерении амплитуды импульсного напряжения за про­бивное расстояние между шарами принимают такое, при котором поло­вина поданных импульсов, приложенных к разряднику, вызывает про­бой промежутка, а половина нет. Это напряжение называют 50%-ным пробивным напряжением. Величину пробивного напряжения определя­ют из таблиц по полученному пробивному расстоянию.

При измерении пользуются градуировочными таблицами, дающими связь пробивного напряжения с диаметром шаровых электро­дов и расстоянием между ними. В таблицах даны амплитудные значе­ния пробивного напряжения. Таблицы Международной электротехни­ческой комиссии (МЭК) составлены для нормальных атмосферных ус­ловий (Р=760 мм рт. ст. и T=20°C).

В тех случаях, когда измерения проводятся в условиях, отлич­ных от нормальных, вводится поправка на относительную плотность воздуха 8. Тогда искомое значение напряжения будет равно U_и = U_T, где U_T - табличное значение пробивного напряжения; = 0,386P/(273+ T), где Р и T - соответственно давление в мм. рт. ст и температура в градусах Цельсия окружающей среды при проведении изме­рений.

Кроме шаровых разрядников имеется еще целый ряд устройств и приборов для измерения высокого напряжения.

3.4.2. Электростатические вольтметры

Рассмотрим наиболее широко применяемые электростатические вольтметры.

Электростатические вольтметры измеряют действующее значение напряжения. Принцип действия основан на механическом перемещении одного из электродов вольтметра под действием электростатических сил. Измерение производится за счет уравновешивания этой механической силы грузом или пружиной

где S - площадь подвижного электрода; l - расстояние между электродами,

Схема устройства электростатического вольтметра А. А. Чернышева приведена на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Устройство электростатического вольтметра А. А. Чернышева: А — подвижный заземленный диск, В — неподвижный высоко­вольтный диск, С — охранное заземленное кольцо, N — металлическое заземленное коромысло, k₁, k₂ — контакты цепи гальванометра, Г — гальванометр

Имеются шаровые вольтметры, например, вольтметр Соренсена, Гобсона и Рамо.

В технических электростатических киловольтметрах, напри­мер, С100 на напряжения до 75 кВ, уравновешивание подвижного электрода осуществляется упругой растяжкой, на которой укреплено зер­кальце. Отсчет показаний производится за счет светового луча.