Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

измерений, выполненных без облучения, за исключением следующих случаев: 1) измерений напряжений с амплитудой ниже 50 кв шарами любого диаметра; 2) измерений любых напряжений шарами с диамет­ ром 12,5 см и меньше. Для измерений при этих условиях, а также в случаях, когда требуется получить повышенную точность и малый разброс в результатах, рекомендуется дополнительное облучение. Это особенно важно при измерении импульсных напряжении и для всех видов напряжений при малых расстояниях между шарами.

Облучение осуществляется применением препаратов из радиоак­ тивных материалов, имеющих интенсивность не ниже 0,2 мкюри и предпочтительно 0,6 мкюри, помещенных в шар высокого напряжения вблизи от места разряда Р (см. рис. 17.2, 17.3). Можно также приме­ нять кварцевую ртутную лампу мощностью не менее 35 вт при токе не ниже 1 а. Лампа должна помещаться на расстоянии В (см. табл. 17.1), при этом свет должен падать на поверхность шара, где возни­ кает разряд.

в. Особенности измерения импульсного напряжения

При некоторых испытаниях, когда форма импульса напряжения является стандартной, можно ограничиться измерением только амп­ литуды напряжения. В таких случаях для измерений также исполь­ зуется шаровой разрядник. Амплитуды импульсного напряжения ре­ комендуется подбирать такой величины, при которой только часть приложенных к измерительному разряднику импульсов приводит к разряду между шарами.

Изменение вероятности пробоя между шарами от нуля до 100% происходит в сравнительно узком диапазоне изменения амплитуды прилагаемых к разряднику іШпульсов. Обычно опытным путем опреде­ ляют 50%-ное импульсное пробивное напряжение Н0і6.

Как было показано в § 4.4, для испытуемых объектов сснльнопеоднородным электрическим полем, как, например, для изолятора при

■50%-ном разрядном напряжении, пробой происходит всегда после максимума напряжения на спадающей части импульса типа грозовых перенапряжений (1,5/40 мксек). Последнее обстоятельство позволяет определить с помощью шарового разрядника U0.Б для объекта с неод­ нородным полем, если форма импульса напряжения близка к станда­ ртной.

При этих измерениях в испытательную цепь включают параллельно испытуемый объект и измерительный шаровой разрядник. Расстояние между шарами измерительного разрядника увеличивают до значения, при котором пробои между шарами не возникают. Затем подбирают такую амплитуду импульсного напряжения ГИН, при которой 50% импульсов дают перекрытия испытуемого объекта. После этого, не изменяя амплитуду импульсного напряжения L/max=const и не счи­ таясь с перекрытиями на испытуемом объекте, подбирают расстояние между шарами измерительного разрядника до величины, соответст­ вующей £/„,* для разрядника. Поскольку пробои между шарами про­

■484

исходят вблизи максимума напряжения, перекрытия объекта не могут повлиять на измерения амплитуды напряжения шаровым разряд­ ником.

При измерении импульсных напряжений также приходится вклю­ чать защитное сопротивление R0. Это сопротивление включается, во-первых, для понижения крутизны среза напряжения при пробое разрядника, что имеет значение при испытании объектов, не допус­ кающих воздействий импульсов с крутым срезом, а во-вторых, для предотвращения колебаний в цепи шарового разрядника (особенно при большом диаметре шаров), создающих разность напряжений на испытуемом объекте и на измерительном разряднике. Величина со­ противления R0 при измерении импульсных напряжений не должна превышать 500 ом.

Расстояние между шарами и известный диаметр шаров позволяют определить по таблицам пробивных напряжений амплитуду импульс­

на шаровом разряднике і/0,ъ необходимо расстояние между шарами (при (7max=const) или зарядное напряжение ГИН (при S = const) изменять ступенями — не более 2% от ожидаемого значения U0,5. На каждой ступени необходимо сделать шесть приложений импульсов с интервалом не менее 5 сек. Значение напряжения, дающее 50%-ную вероятность пробоя, определяется интерполяцией (например, графи­ чески на вероятностной бумаге) между двумя отсчетами расстояния или зарядного напряжения, причем один отсчет соответствует двум или одному пробою из шести приложений и второй отсчет — четырем или пяти пробоям.

Другой, менее точный, метод заключается в подборе расстояния или напряжения так, что происходит от четырех до шести пробоев между шарами из десяти приложений импульсов с неизменной ампли­ тудой. Предполагается, что в этом случае амплитуда импульсного напряжения соответствует значению Д0,в шарового разрядника и может быть определена из стандартных таблиц пробивных напряже­ ний. Значения пробивных напряжений, полученные из этих таблиц, соответствуют £/0|5 с возможной погрешностью, не превышающей 3% при выполнении условий, изложенных выше.

Пробивные напряжения измерительного шарового разрядника при импульсах с длиной волны менее 5 мксек превышают значения, при­ веденные в стандартных таблицах. Особенно заметное превышение пробивного напряжения наблюдается при предразрядных временах, меньших одной микросекунды. Отношения амплитуд пробивных на­ пряжений при предразрядных временах, меньших 2 мксек, к значению амплитуды при 2 мксек приведены в табл. 17.2. Эти соотношения дают возможность только ориентировочно определить пробивные напряже­ ния шаровых разрядников при малых предразрядных временах. Для точного определения пробивных напряжений в этих условиях необ­ ходимо пользоваться катодным осциллографом с делителем напряже­ ний, вносящим малую погрешность в измерения.

485

§ 17.3. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

а. Общие сведения

Для прямого измерения высокого напряжения промышленной частоты или выпрямленного напряжения применяются главным обра­ зом электростатические вольтметры, в которых перемещение подвиж­ ной части вызвано механическими силами электрического поля.

Согласно уравнению Лагранжа

486

вольтметры можно разделить на две группы: 1) вольтметры с посту­ пательным движением подвижной части (системы А. А. Чернышева) и 2) вольтметры с вращательным движением подвижной части.

б. Электростатический вольтметр А. А. Чернышева

На рис. 17.4 показана схема этого вольтметра. Рабочими частями прибора являются два диска А и В. Диск А и его охранное кольцо С—С заземлены. К диску В прикладывается измеряемое напряжение;

Рис. 17.4. Электростатическим вольтметр А. А. Чернышева

при этом между дисками А и В возникает электростатическая сила F. При выходе коромысла из равновесия его конец N коснется контак­ тов /г, или k2 и стрелка гальванометра G при этом отклонится.

Уравновешивание силы F электростатического притяжения про­ изводится или с помощью гирь (абсолютный вольтметр), или с по­ мощью регулирования тока, определяющего взаимодействие между подвижной D и неподвижной Е катушками электромагнита. Сила притяжения F между дисками А и В определяется из уравнения {17.4), где C=&S/l (і — расстояние между дисками А и В). Имеем dC/dg=—dC/dl=ES/B и, следовательно,

Сила взаимодействия между катушками D и Е пропорциональна произведению токов, протекающих в катушках, F - ^ A J J ^ Если катушки включены последовательно, то F1= A 2I ‘l. При равновесии, которое можно заметить по отсутствию отклонений гальванометра G, F=F1 и, следовательно,

т. е. искомая разность потенциалов прямо пропорциональна силе уравновешивающего тока, причем прибор измеряет действующее зна­ чение напряжения.

487

По конструктивным соображениям расстояние между дисками А и В нежелательно брать'свыше 30 мм. Естественно, что при этом приходится ограничиться сравнительно небольшим значением изме­ ряемого напряжения. Для повышения предела измеряемого напря­ жения акад. А. А. Чернышев помещал прибор в бак со сжатым воз­ духом: в результате предел измеряемого напряжения удалось по­

высить до 250 кв, при этом погрешность измерений не превышала I 1ог

ZC 1 /0 .

в. Электростатические шаровые вольтметры

На том же принципе поступательного перемещения одной из обкла­ док высоковольтного конденсатора под влиянием механической силы электрического поля Соренсеном, Гобсоном и Рамо в Америке и Хютером в Германии были предложены способы измерения высокого на­ пряжения с помощью двух шаров. Их применение становится возмож­ ным, когда измеряемые напряжения составляют 100 кв и выше. При достаточно больших шарах можно измерять очень высокие напряже­ ния.

Сила F взаимодействия между шарами может быть вычислена с большой точностью по формуле

валось перемещением неподвижного шара посредством изолирован­ ного привода. Подвижный шар поддерживался на двух Ѵ-образных подвесах. При этом шар не мог перемещаться в направлении, перпен­ дикулярном оси поддерживающего стержня, и практически без вся­ кого усилия перемещался вдоль оси. При приложении напряжения подвижный шар удерживался в положении равновесия с помощью груза Р, действующего через шнур и блок (см. рис. 17.5). Положение равновесия определялось специальным указателем У. Суммарная погрешность, учитывающаятакже погрешность при наблюдении рав­ новесия прибора, не превышала +0,5% .

Несмотря на большие достоинства этого метода, использовавшегося для градуировки измерительных шаровых разрядников, применение его для технических измерений вряд ли можно признать целесообраз­ ным из-за сложности процедуры измерения. Отсутствие непосредст­ венного отсчета, уравновешивание при помощи гирь и наблюдение с помощью трубы создают значительные затруднения в измерениях при обычных на практике колебаниях напряжения.

Аналогичная конструкция электростатического шарового вольт­ метра была выполнена Хютером в Германии. Основной деталью вольт-

488