- ИЗМЕРЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
В нормах на измерение и применение переменных напряжений для испытания изоляции в качестве критерия электрической прочности обычно указывается значение, равное максимальному напряжению, деленному на У2. Максимальное значение переменного напряжения обычно используется для характеристики электрической прочности воздушных промежутков и при кратковременных воздействиях на изоляцию, когда имеет место электрический пробой. Действующим значением пробивного напряжения характеризуют электрическую прочность изоляции при длительном воздействии, при тепловом пробое.
Представляется целесообразным следующий способ определения максимального значения: известными способами измерять действующее значение напряжения на первичной стороне, рассчитывать по коэффициенту трансформации действующее значение высокого напряжения и, умножая его на Л/2, получать максимальное значение. Однако коэффициент трансформации зависит от нагрузки (особенно это относится к испытательным трансформаторам), а формы кривых напряжений на первичной и вторичной сторонах неодинаковы и отличаются от синусоидальной. Это означает, что первичное и вторичное напряжения обладают различными коэффициентами амплитуды. Испытательные трансформаторы высокого напряжения часто питаются от одной фазы специальных вращающихся генераторов. Несимметричная нагрузка приводит к появлению явно выраженной третьей гармоники на выводах генератора. В статоре в результате перекоса нагрузки возникает переменное поле, которое можно разложить на составляющие прямой и обратной последовательности. Вращающееся поле прямой последовательности вращается по направлению вращения ротора, поле обратной последовательности — против и с двойной частотой. Оно индуктирует в роторе ток с двойной частотой, который воздействует на статор и индуктирует в нем напряжение тройной частоты, что и является причиной появления ярко выраженной третьей гармоники. Обычно третья гармоника ослабляется специальными витками, уложенными в пазах полюсов ротора.
Даже если первоначальное напряжение на выводах генератора строго синусоидально, будут наблюдаться высшие гармоники в напряжении на первичной стороне из-за тока намагничивания испытательного трансформатора. Известно, что ток намагничивания однофазных трансформаторов несинусоидален. Ток намагничивания протекает по реактивному и активному сопротивлениям источника напряжения и подводящих проводов (рис. 130). Возникающие при этом падения напряжения накладываются на синусоидальную ЭДС генератора, и таким образом происходит искажение формы напряжения на выводах генератора.
Рис. 130. Упрощенная схема замещения части низкого напряжения устройства для получения высокого переменного напряжения:
Zt — полное сопротивление генератора; Zi — полное сопротивление подводящих проводов; — ток намагничивания
Несмотря на то что амплитуда основной гармоники в токе намагничивания намного больше, чем амплитуды высших гармоник, а значение этого тока невелико, все же могут возникнуть заметные падения напряжения на внутреннем сопротивлении генератора и соединительных проводах, вызванные токами высших гармоник. Кроме того, токи высших гармоник могут возбудить колебания в контурах, образованных индуктивностями генератора и трансформатора и емкостями объекта испытаний и обмотки высокого напряжения, что приведет в свою очередь к усилению искажения формы напряжения [287].
Форма кривой напряжения на выходе источника обычно проверяется электронно-лучевым осциллографом с делителем или трансформатором напряжения [288]. Специальные приборы позволяют определить содержание каждой высшей гармоники (звуковые и резонансные методы) [289, 764]. В измерительном мосте Варнике коэффициент амплитуды отсчитывается непосредственно по шкале прибора [290]. Наконец, форма кривой напряжения может быть построена по точкам с помощью роторного киловольтметра [240] или синхронно вращающегося контактного выпрямителя [291, 336]. Так как в большинстве случаев коэффициент амплитуды отличается от 1/2 (отметим, что он может быть равен У 2 и при сильном отличии кривой от синусоиды), то максимальное значение напряжения необходимо измерять непосредственно на выходе испытательного трансформатора. Для этого используются схемы,принцип работы которых основан на измерении либо выпрямленного тока смещения измерительного конденсатора, либо выпрямленного напряжения, снимаемого с делителя напряжения и затем подаваемого на накопительный конденсатор. Первый способ годится только для измерения максимального значения длительных периодических напряжений, второй позволяет измерять максимальное значение как длительных напряжений, так и однократных импульсов напряжений. Целесообразно разделить схемы на состоящие исключительно из пассивных элементов и на имеющие в цепи накопления как активные, так и пассивные элементы. Последние имеют дополнительный источник питания от сети и поэтому без дополнительных мер менее устойчивы против электромагнитных помех. Приборы для измерения максимальных значений переменного и импульсного напряжений, разработанные специально для применения в лабораториях высокого напряжения и содержащие активные элементы, по своей помехоустойчивости не уступают приборам с пассивными элементами и в то же время превосходят их по точности и удобству работы с ними.
