где U0 – зарядное напряжение; L – индуктивность контура; С = n·С1 (если С1 = С2 = … = Сn) – емкость разрядного контура.

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 δ.

Для получения высокой точности необходимо выполнить ряд усло-

вий.

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 про-

86

межутка, а половина – нет. Это напряжение называют 50 %-м 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 оС).

Значения пробивных напряжений в зависимости от расстояния между шаровыми электродами для разных диаметров шаров приведены в приложении 3, табл. П3.1 и П3.2.

В тех случаях, когда измерения проводятся в условиях, отличных от нормальных, вводится поправка на относительную плотность воздуха δ. Тогда искомое значение напряжения будет равно

Uи = Uт·δ,

где Uт – табличное значение пробивного напряжения;

δ = 0,386Р/(273 + T),

где Р и T – соответственно давление в мм рт. ст. и температура в градусах Цельсия окружающей среды при проведении измерений.

Для получения необходимой точности измерений необходимо выполнять требования, предъявляемые к установке шарового разрядника в пространстве, как указано в приложении 3, в табл. П3.3 и на рис. П3.1.

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:

F = ε0l2ε2S U 2 = KU 2 ,

где S – площадь подвижного электрода; l – расстояние между электродами;

87

U =	F	,	K = ε0 ε S .
	K		2l2

Устройство электростатического вольтметра А. А. Чернышева приведено на рис. 3.9.

N

k1

С	А С	k2

l

ВН В

F

Г

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.

3.4.3. Делители напряжения

Делители напряжения (ДН) позволяют не только измерять напряжение, но и зафиксировать форму воздействующего сигнала при помощи электронного осциллографа (см. рис 3.10).

Применяются делители: омические, емкостные и смешанные оми- ческо-емкостные.

Делитель характеризуется коэффициентом деления Кд – отношение величины полного сопротивления делителя к величине сопротивления низковольтного плеча с учетом передающего кабеля Zк и измерительного устройства.

88

ВН

Z1 ZК

ЭО

Z2

RZ

Рис. 3.10. Схема измерения высокого напряжения посредством делителя напряжения

Требования, предъявляемые к делителям напряжения:

1.Коэффициент деления не должен зависеть от амплитуды, полярности, длительности измеряемого напряжения.

2.Коэффициент деления не должен зависеть от внешних электрических полей.

3.Делитель должен быть удобным в эксплуатации и относительно дешевым.

У каждого типа делителя есть свои достоинства и недостатки. Наиболее универсальным является третий тип делителя – емкостноомический; правда, он и наиболее сложный.

3.4.3.1. Омический делитель

Схема омического делителя приведена на рис. 3.11.

ВН

R1

к осцил.

R2

Рис. 3.11. Схема замещения омического делителя

В качестве сопротивления высоковольтного плеча R1 используют жидкостные или проволочные малоиндуктивные резисторы.

89