3.4. Вимірювання високих напруг

3.4.1. Кульові розрядники

Для вимірювання високих напруг широко використовуються кульові розрядники. Це універсальний вимірювальний пристрій, яким можна вимірювати амплітудні значення постійної, змінної, високочастотної й імпульсної напруг.

Величина пробивної напруги залежить від відстані між кулями, їхнього діаметра, способу підключення (симетричне або одна куля заземлена), відносної густини повітря δ.

Для одержання високої точності необхідно виконати ряд умов.

1. Відстань між кулями не повинне перевищувати S ≤ 0,5D, де D – діаметр куль. Отже, для широкого діапазону вимірюваних напруг потрібний набір куль різного діаметра.

2. Поверхня куль повинна бути гладкою й чистою. Шар пилу знижує пробивну напругу.

3. Відстань від куль до заземлених або предметів, що перебувають під напругою, повинна бути не менша L >5 D.

4. Для одержання стабільних результатів вимірів необхідне опромінення розрядного проміжку ультрафіолетовим випромінюванням або радіоактивними ізотопами, особливо при малих відстанях між кулями.

5. Вимір варто робити 4-5 разів і за обмірювану величину приймати середнє арифметичне значення, тому що має місце статистичний розкид пробивних напруг.

Вимірювання постійних і змінних напруг виконуються у такий спосіб. Спочатку встановлюється свідомо велика відстань між кулями, що виключає пробій при вимірюваній напрузі. Потім до кульового розрядника подається напруга й відстань між кулями плавно зменшується до виникнення пробою проміжку. Ця процедура повторюється 4-5 разів. Визначається середня пробивна відстань, потім по таблицях вибирається відповідна напруга.

При вимірі амплітуди імпульсної напруги за пробивну відстань між кулями приймають таку, при якій половина поданих імпульсів, прикладених до розрядника, викликає пробій проміжку, а половина ні. Цю напругу називають 50% пробивною напругою. Величину пробивної напруги визначають із таблиць по отриманій пробивній відстані.

При вимірі користуються градуювальними таблицями, що дають зв'язок пробивної напруги з діаметром кульових електродів і відстанню між ними. У таблицях дані амплітудні значення пробивної напруги. Таблиці Міжнародної електротехнічної комісії (МЕК) складені для нормальних атмосферних умов (Р=760 мм рт. ст. і T=20^оС).

У тих випадках, коли виміри проводяться в умовах, відмінних від нормальних, вводиться виправлення на відносну щільність повітря δ. Тоді шукане значення напруги буде дорівнювати U_и = U_т·δ, де Uт – табличне значення пробивної напруги; δ = 0,386Р/(273+T), де Р и T – відповідно тиск у мм. рт. ст і температура в градусах Цельсія навколишнього середовища при проведенні вимірів.

Крім кульових розрядників є ще цілий ряд пристроїв і приладів для виміру високої напруги.

3.4.2. Електростатичні вольтметри

Розглянемо найбільш широко застосовувані електростатичні вольтметри.

Електростатичні вольтметри вимірюють діюче значення напруги. Принцип дії заснований на механічному переміщенні одного з електродів вольтметра під дією електростатичних сил. Вимірювання виконуються за рахунок зрівноважування цієї механічної сили вантажем або пружиною

(3.2)

де S – площа рухомого електрода; l – відстань між електродами,

(3.3)

Схема будови електростатичного вольтметра А. А. Чернишова наведена на мал. 3.9.

Рис. 3.9. Будова електростатичного вольтметра А. А. Чернишова: А — рухливий заземлений диск, В — нерухомий високовольтний диск, З — охоронне заземлене кільце, N — металеве заземлене коромисло, k1, k2 — контакти ланцюга гальванметра, Г — гальванометр

Є кульові вольтметри, наприклад, вольтметр Соренсена, Гобсона й Рамо.

У технічних електростатичних кіловольтметрах, наприклад, С100 на напруги до 75 кВ, зрівноважування рухливого електрода здійснюється пружинною розтяжкою, на якій укріплене дзеркальце. Відлік показань виконується за рахунок світлового променя.