24. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, ЭКРАНИРОВАНИИ И ЭЛЕМЕНТАХ МОСТОВ
а) Чувствительность
Чувствительностью моста для измерения tgδ или емкости называют отношение наименьшего изменения этих параметров, которое может быть обнаружено нуль- индикатором, к значению параметра в состоянии равновесия:
Чувствительность моста считают большой, если значение q мало. При чувствительности нуль-индикатора по току I0 (A/дел) получим (Л. 320, *321]:
где U — напряжение питания моста; Rг — внутреннее сопротивление пуль-индикатора; С2 — образцовая емкость; C1 — емкость испытуемого объекта; R1— активное сопротивление четвертого плеча моста (рис. 149). Каи видно из приведенного уравнения, чувствительность моста повышается при увеличении напряжения питания, применении нуль-индикатора с большей чувствительностью по току и с малым внутренним сопротивлением Rг, а также при выборе образцового конденсатора С2 по возможности большой емкости.
Повышение чувствительности за счет увеличения напряжения ограничивается испытательным напряжением измеряемого объекта. Использование максимально достижимой чувствительности современных нуль-индикаторов ограничивается конечным отношением сигнал/помеха в нулевой ветви. При чувствительных и точных измерениях малых значений tg δ результаты могут быть сильно искажены из-за угловой погрешности у отдельных элементов моста и наличия напряжения помех. Так как полная ликвидация погрешностей измерения, подробно рассмотренных в последующих параграфах, технически невозможна, то были разработаны специальные схемы для точного измерения диэлектрических потерь, при помощи которых удается избежать возникновения части систематических погрешностей [Л. 303, 304, 321, 333, 334, 337, 340, 344]. Этими схемами можно измерять значения tgδ порядка 10-6.
Чтобы можно было заранее хотя бы приближенно определить, с какой точностью возможно измерение емкости и тангенса угла диэлектрических потерь испытуемого объекта при заданном напряжении, пользуются таблицами [Л. 323] и уравнениями, а также номограммами, которыми некоторые изготовители снабжают свои измерительные мосты.
б) Образцовый конденсатор
В качестве образцового конденсатора С2 при высоких напряжениях (более 20 кВ) чаще всего применяют конденсаторы под давлением инертного газа емкостью 30—200 пФ [Л. 315, 316], имеющие особо малый tgδ (≈10-6). Принципиальная электрическая схема и конструкция такого конденсатора показаны на рис. 156, 157.
Рис. 156. Конденсаторы под давлением инертного газа для напряжений 200, 300 и 500. кВ фирмы Гартманн и Браун.
Рис. 157. Конструкция конденсатора под давлением инертного газа (см. рис. 158).
Низковольтный электрод 2 почти полностью окружен высоковольтной обкладкой 1 и экранирует ее от влияния внешних полей. Подводящие провода к низковольтной обкладке экранированы (5) и проходят внутри электропроводной несущей трубки 3. Для получения высокой электрической прочности изоляционная трубка 4 заполнена технически чистым азотом или углекислым газом под избыточным давлением 12—20 кгс/см2. В новых конструкциях в качестве диэлектрика применяют элегаз (SF6).
Добавочное заполнение газом из-за утечки его через уплотнения и выпуск газа должны производиться тщательно и в полном соответствии с инструкциями изготовителя. Например, заполнение азотом не должно производиться слишком быстро, благодаря чему газ достаточно долго находится в сборнике с фильтром (силикагель, Р2О5) и может _ отдать имеющуюся у него остаточную влагу. Давление в конденсаторе должно возрастать со скоростью примерно 1 (кгс/см2)/мин. При выпуске газа уменьшение давления должно составлять не более 1 (кгс/см2)/ч; скачкообразное снижение давления газа может привести к разрушению изоляционной трубки.
Увеличение емкости вследствие изменения диэлектрической проницаемости азота с изменением давления может быть определено из следующего выражения:
где Св — номинальная емкость при нормальном давлении, указанная на его фирменном щитке;
С(В±∆ρ) —емкость после изменения давления на ∆р (кгс/см2). Для СО2 или SF6 числовые значения в скобках должны быть соответственно заменены на 0,00076 и 0,00205 [Л. 429]. Изохорное изменение давления газа из-за колебаний температуры окружающей среды не приводит к изменению емкости, так как плотность газа не изменяется.
Изменение емкости от теплового удлинения электродов в первом приближении не оказывает влияния на емкость [Л. 317]. Результаты исследования влияния напряжения на емкость конденсатора с наполнением инертным газом опубликованы в [Л. 318].
Электрическая схема образцового конденсатора с наполнением инертным газом показана на рис. 158. Здесь 1 — высоковольтная обкладка, 2— низковольтная. Последняя подсоединена к зажиму N, а экран 4— к зажиму 5. Тележка изолирована от основания образцового
Рис. 158. Принципиальная схема конденсатора под давлением инертного газа фирмы Микафиль.
конденсатора и соединена с землей. Соединение низковольтной части с измерительным мостом чаще всего производится коаксиальным кабелем с двойным экраном. У обычных мостов Шеринга, а также у образцовых конденсаторов, применяемых для измерения напряжения, экран (зажим S.) у основания конденсатора соединен с заземленной тележкой; оба экрана соединительного кабеля и защитное кольцо 3 конденсатора с наполнением инертным газом имеют потенциал земли. При измерении очень малых значений tgδ внутренний экран 5 соединительного кабеля с целью уменьшения влияния емкостей по отношению к земле С3 подводится к мосту изолированным и там соединяется с его вершиной.
