Рис. 82. Измерение высоких переменных напряжений при помощи индуктивного измерительного трансформатора напряжения.
в) Индуктивные трансформаторы напряжения. Определение высокого напряжения по коэффициенту трансформации испытательного трансформатора
Индуктивный измерительный трансформатор напряжения представляет собой слабо нагруженный специальный трансформатор высокого напряжения, к высоковольтной обмотке которого подводится напряжение, подлежащее измерению, а к вторичным зажимам—измерительный низковольтный прибор (рис. 82). Для режима холостого хода высокое напряжение может быть вычислено по измеренному низкому напряжению и отношению чисел витков по формуле
Даже для холостого хода это уравнение не совсем точное, так как только индуктированные в обмотках э. д. с. Е1 и Е2 точно относятся, как числа витков. Строго говоря, нужно к вычисленному упрощенным способом значению U2 прибавить еще активное и реактивное падения напряжений в первичной обмотке. Свойства трансформатора в стационарном режиме могут быть рассмотрены при помощи известной векторной диаграммы. На рис. 83 показана векторная диаграмма с учетом тока намагничивания 1 и потерь в стали. Исходя из величин U'2 и I'2, приведенных к первичной цепи, после суммирования аналогично пересчитанных внутренних активного и реактивного падений напряжений получим индуктированную э. д. с., а с учетом первичных внутренних падений напряжений — напряжение на зажимах Ui. Первичный ток определяют по результирующей первичной и вторичной н. с.
Вследствие сравнительно большого поперечного сечения меди обмоток и малых магнитных потоков рассеяния падения напряжений на внутренних полных сопротивлениях невелики. Поэтому измеренные низкие напряжений, пересчитанные на сторону высокого напряжения, примерно соответствуют действительному высокому напряжению. На рис. 83 внутренние падения напряжений показаны для наглядности сильно завышенными.
Рис. 83. Векторная диаграмма индуктивного трансформатора напряжения.
а — при холостом ходе; б при нагрузке.
Для определения погрешностей измерения, зависящих от нагрузки, векторную диаграмму следует вычерчивать в масштабе [Л. 137, 138].
Чтобы значение погрешности по напряжению было по возможности малым, низковольтная обмотка имеет дополнительные витки, которыми низкое напряжение может быть немного увеличено сверх выбранного номинального значения (по режиму холостого хода). При нагрузке низкое напряжение уменьшается на величину внутреннего падения напряжения в трансформаторе и для номинальной нагрузки погрешность по напряжению можно сделать равной нулю.
Для передачи без искажений импульсных напряжений обычные измерительные трансформаторы напряжения непригодны. Их верхний частотный предел равен нескольким килогерцам, при этом вследствие заметных емкостных токов через распределенные емкости (межвитковые и по отношению к земле) их характеристики особенно искажаются при очень высоких напряжениях.
Проблемы, связанные с конструкцией, эксплуатационными свойствами и применением измерительных трансформаторов напряжения, весьма многообразны и не могут быть здесь рассмотрены в полном объеме. Подробные сведения о погрешностях коэффициента трансформации и угловых погрешностях, об установках для испытания трансформаторов и конструктивных особенностях последних приведены в многочисленной специальной литературе [Л. 137, 146—158, 391].
При высоковольтных испытаниях в лаборатории часто высокое напряжение вычисляют по питающему напряжению на низковольтной стороне и коэффициенту трансформации испытательного трансформатора. Из векторной диаграммы, приведенной на рис. 83, видно, что в случае индуктивной нагрузки такой способ завышает значение высокого напряжения. Большинство испытуемых объектов в ТВН (кабели, проходные и опорные изоляторы и т. д.) представляют для испытательного трансформатора главным образом емкостную нагрузку. Следует добавить, что у испытательных трансформаторов для очень высоких напряжений межвитковые и паразитные емкости на высоковольтной стороне представляют собою заметную емкостную нагрузку уже при холостом ходе. Как видно из рис. 84, емкостные нагрузки приводят к повышению напряжения на высоковольтной стороне и тем большему, чем больше общая индуктивность рассеяния и емкостная нагрузка. Вследствие больших полей рассеяния, обусловленных большими изоляционными расстояниями между первичной и вторичной обмотками, превышения напряжения могут быть более 10%.
Рис. 84. Векторная диаграмма для испытательного трансформатора с емкостной нагрузкой.
Особенно сильно это явление проявляется у испытательных трансформаторов, выполненных по каскадной схеме и имеющих очень большую индуктивность рассеяния. Если известно напряжение короткого замыкания трансформатора uк в процентах и его реактивная часть 
то из рис. 84 можно приближенно определить относительное превышение напряжения по формуле 
где U вторичное напряжение холостого хода; Сном— номинальная емкость, соответствующая загрузке трансформатора поминальным током при номинальном напряжении; С фактическая емкость нагрузки, учитывающая паразитную емкость обмоток испытательного трансформатора.
Таким образом, можно получить градуировочную кривую, дающую передаточное отношение трансформатора в функции емкости С. Результаты экспериментальных исследований зависимостей коэффициента трансформации от формы кривой высокого и низкого напряжений, а также коэффициента амплитуды от нагрузочной емкости можно найти в (Л. 159].
В связи с измерениями тангенса угла диэлектрических потерь Шеринг и Брюлле [Л. 161] предложили элегантный метод точного определения коэффициента трансформации (трансформатор Tp1) в зависимости от емкостной нагрузки (рис. 85). Испытуемый объект Сх подключается не к вершине моста N, а непосредственно заземляется. Вместо емкости Сх в плечо моста включают дополнительную емкость С5 и активное сопротивление Rs.
Рис. 85. Измерение высокого напряжения по коэффициенту трансформации высоковольтного испытательного трансформатора.
В уравновешенном состоянии в диагонали моста, как известно, ток равен нулю, а это значит, что потенциалы вершин моста N и М одинаковы. Тогда после несложных промежуточных преобразований получим:
Значение k1 определяется, если известны величины tgδ=wR4С4 и tgγ=wC5(R3+R5). Поправочным членом k1 чаще всего можно пренебречь.
Заметим, что как при первоначальном построении градуировочной кривой, так и при последующих измерениях нет необходимости знать емкость испытуемого объекта, если коэффициент трансформации выразить в функции первичного тока, измеренного амперметром А в цепи трансформатора k=f(I1).
