Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Измерения на высоком напряжении

Высокоомные резисторы и делители напряжения - Измерения на высоком напряжении

Оглавление
Измерения на высоком напряжении
Осциллографы с памятью и фотографической регистрацией
Цифровые системы с запоминанием
Измерительные кабели
Электромагнитная совместимость
Измерения с помощью дифференциальных усилителей
Измерения высоких импульсных напряжений при помощи делителей напряжения и осциллографов
Высокоомные резисторы и делители напряжения
Измерение максимальных значений напряжений шаровыми разрядниками
Измерение максимальных значений переменных и импульсных высоких напряжений
Измерение электростатических величин
Чувствительность элементов мостов
Заключительные замечания

ГЛАВА ТРЕТЬЯ
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ высоких постоянных И ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, МАКСИМАЛЬНОГО И ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

  1. ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКОГО ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

И ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

  1. Высокоомные резисторы и делители напряжения

В технике измерений низких напряжений расширение пределов измерения проводится путем последовательного соединения с вольтметром добавочного резистора с определенным значением сопротивления. Таким же путем можно измерять высокое постоянное напряжение, при этом не требуется больших затрат: просто стрелочным прибором измеряется ток /, протекающий через резистор с известным большим сопротивлением (рис. 98). Приложенное к измерительному устройству напряжение U = IR, при этом не учитывается падение напряжения на приборе, что вполне допустимо, поскольку внутреннее сопротивление амперметра мало. Если для измерений использовать операционный усилитель, то при высоких требованиях к точности измерений эта погрешность может быть сведена к очень малому значению [737].
Параллельно измерительному прибору рекомендуется включать газовый разрядник, защищающий прибор от повреждения при перекрытиях добавочного резистора. Защитное действие разрядника возрастает, если его подключить не параллельно измерительному прибору, а к отводу от добавочного резистора, как показано на рис. 98. В этом случае при перекрытии добавочного резистора напряжение на разряднике возрастает до значения, равного пробивному напряжению, гораздо раньше.
Сопротивление добавочного резистора обычно выбирается таким, чтобы при полном измеряемом напряжении через прибор протекал ток порядка сотен микроампер. Это значение целесообразно также выбирать в зависимости от внутреннего сопротивления источника напряжения. Для электростатических источников высокого напряжения данный способ измерения непригоден из-за сильного влияния измерительного устройства на источник.
Обычно применяется не один добавочный резистор, а последовательное соединение нескольких резисторов. Цепочка из резисторов наматывается на бакелитовый цилиндр, который помещается в масле для устранения искрений и обеспечения лучшего и равномерного теплоотвода, при этом необходимо обеспечить отсутствие пробоев между витками по поверхности трубы под действием падения напряжения на резисторах. Допустимые напряженности на поверхности изоляции составляют в воздухе при нормальном давлении до 5 кВ/см, а в масле — до 15 кВ/см. Для напряжений до 100 кВ резисторы можно разместить в гибком заполненном маслом полиэтиленовом шланге, снабженном на концах экранами для предотвращения короны (рис. 99). Можно применять резисторы с углеродистой или металлической пленкой, объемные или проволочные резисторы. Известно также применение для этих целей проводящей резины при измерениях напряжения до 2 MB [157]. При сравнительно невысоких значениях сопротивления пригодны высокоомный кордель и тканые резисторы благодаря высокой стабильности и низкому температурному коэффициенту их сопротивления.

Последовательно соединенные резисторы
Рис. 99. Последовательно соединенные резисторы, размещенные в заполненном маслом полиэтиленовом шланге
Рис. 98. Измерение постоянного высокого напряжения стрелочным прибором с добавочным резистором R:
Р — защитный разрядник, предотвращающий повреждение прибора при перекрытиях сопротивления
Высокоомный кордель представляет собой тонкий провод из материала с высоким удельным сопротивлением, навитый на асбестовый или стекловолокнистый шнур. Тканые резисторы состоят из ткани из асбеста или стекловолокна, в которой в качестве поперечной нити использованы проволока или кордель. Для получения больших значений сопротивления требуется использовать тонкую проволочку, которая, однако, становится механически малопрочной. Для очень высоких сопротивлений можно рекомендовать последовательное соединение многих резисторов, применяемых в радиотехнике и электронике и выполненных с углеродистым или металлическим полупроводящим слоем мощностью до 2 Вт. Специальные пленочные резисторы на высокое напряжение изготовляются с глубокими шлифованными канавками для предотвращения пробоев между полу проводящими витками. Пленочные углеродистые резисторы на высокое напряжение, изготовленные коллоидным способом, имеют относительно сильную зависимость сопротивления от напряжения в диапазоне от 0 до 200 В, что необходимо учитывать при калибровке всего измерительного устройства. Начиная с некоторого напряжения, сопротивления изменяются незначительно. Поэтому определять значения сопротивлений таких резисторов необходимо при напряжениях, превышающих границу сильной нелинейности.
При высоких требованиях к точности измерений необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления резисторов aR. Для высокоомных пленочных углеродистых резисторов & (± 500 X 10~6) 1/К. Эта величина в каждом конкретном случае уточняется изготовителем резисторов. Действительное значение сопротивления при повышенной температуре tрассчитывается как
Примерно на порядок меньший температурный коэффициент имеют металлизованные пленочные резисторы. Они обладают большей стабильностью сопротивления во времени, чем углеродистые. Более подробные сведения по этой проблеме можно найти в [161, 162].
Все пленочные резисторы чувствительны к импульсным перегрузкам, которые приводят к увеличению их сопротивления. Если при нормальной эксплуатации измерительного резистора не ожидаются импульсные перегрузки, то в некоторых режимах и экспериментах возможны перегрузки отдельных резисторов. Эти случаи будут рассмотрены подробнее ниже. При этом целесообразно применять объемные резисторы, менее чувствительные к перегрузкам. При перегрузках они уменьшают свое сопротивление, что объясняется спеканием отдельных частиц в проводящей массе. Недостатком объемных резисторов является их сравнительно высокий температурный коэффициент сопротивления.
Влияние зависимости сопротивления от температуры и напряжения может быть ослаблено, если вместо добавочного резистора использовать делитель напряжения (рис. 100). Измеряемое напряжение при этом определяется по измеренному электростатическим вольтметром напряжению на плече низкого напряжения и коэффициенту деления. Предполагая, что делитель напряжения состоит из одинаковых элементов, и считая, что все элементы имеют одинаковый перегрев (это в большей степени справедливо при горизонтальном расположении делителя, чем при вертикальном), можно принять коэффициент деления не зависящим от температуры и напряжения.

Рис. 100. Измерение постоянного высокого напряжения омическим делителем и электростатическим вольтметром

При конструировании как добавочных резисторов, так и делителей постоянного высокого напряжения необходимо принимать меры для устранения короны. Возникновение короны в измерительном резисторе приводит к появлению токов утечки, не регистрируемых прибором, в результате прибор фиксирует заниженное значение напряжения.
Корона на конце высокого напряжения измерительного резистора может быть ослаблена регулированием потенциала вдоль резистора и размещением на конце устройства сферического экрана [163, 738].

Рис. 101. Добавочный резистор с продольными конденсаторами для выравнивания распределения потенциала при переходных процессах и снижения постоянной времени
При внезапном отключении или к. з. источника измеряемого напряжения, например при пробое испытуемого объекта, возможны повреждения добавочного резистора или делителя напряжения. Как было подробно показано при рассмотрении импульсных делителей, наличие распределенных емкостей относительно земли измерительного резистора, имеющего большие размеры, вызывает неравномерное распределение напряжения вдоль резистора при высоких частотах (см. пп. 2.2 2).
Компенсированные делители
Рис. 102. Компенсированные делители постоянного напряжения на 75 и 150 кВ для устройств высокого напряжения с двойной стабилизацией и пульсирующей нагрузкой. Постоянная времени менее 100 не (фирма Hilo-Test)
Это приводит к перенапряжениям на первых элементах, расположенных у вывода высокого напряжения. Чтобы устранить эту опасность, между отдельными витками резистора включают конденсаторы, выравнивающие распределение напряжения при переходных процессах (рис. 101). Помимо этого, выравнивающие конденсаторы уменьшают постоянную времени измерительного резистора, что является важным для устройств с регулируемым или стабилизированным постоянным напряжением, например для ускорителей элементарных частиц. На рис. 102 показаны типичные измерительные резисторы для измерения истинного значения стабилизированного высокого постоянного напряжения при пульсирующей нагрузке.
В заключение следует отметить, что при измерениях постоянного напряжения с пульсациями и применении прибора магнитоэлектрической системы измеряется среднее арифметическое значение, а при использовании электростатического вольтметра — действующее значение (если не учитывать влияния емкостей относительно земли). При больших пульсациях мгновенные значения высокого напряжения могут сильно отличаться от регистрируемого напряжения. Измерительное устройство, регистрирующее мгновенное значение пульсирующего постоянного напряжения, описано в [757].



 
« Изменения кнструкциям по эксплуатации выключателей   Изоляторы элегазовых КРУ »
электрические сети