Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Электромеханические комплексы и системы»
ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Методические указания
к лабораторным работам по курсу
«Техника высоких напряжений и электротехнические материалы»
Санкт-Петербург
ПГУПС
2
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Электромеханические комплексы и системы»
ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Методические указания
к лабораторным работам по курсу
«Техника высоких напряжений и электротехнические материалы»
Санкт-Петербург
ПГУПС
2
Егоров В. В., Петров А. Ф.
Техника высоких напряжений : метод. указания / В. В. Егоров, А. Ф. Петров. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. – 35 с.
Методические указания включают в себя краткие теоретические сведения из курса «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы», программу и порядок выполнения работы, содержание отчета по лабораторным работам.
Предназначены для студентов электромеханического, механического, вечернего и заочного факультетов.
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, сдавшие зачет по правилам техники безопасности при работе с высоковольтными установками.
© Егоров В. В., Петров А. Ф., 2012
© Петербургский государственный
университет
путей сообщения, 2012
Лабораторная работа 8 электрические измерения высоких напряжений
Цель работы – ознакомление с некоторыми методами измерений постоянных, переменных и импульсных высоких напряжений.
Общие сведения. Постоянное высокое напряжение можно измерить стрелочным прибором – микроамперметром, при этом последовательно с ним должна быть включена цепочка высокоомных резисторов R (рис. 1а). Величина сопротивления подсчитывается по формуле
R=
,
где U – максимальное напряжение, для которого разрабатывается регистрирующий прибор;
Iпр – максимальный ток микроамперметра;
Rпр – внутреннее сопротивление микроамперметра.
Несколько большую точность обеспечивает схема, изображенная на рис. 1б. В качестве регистрирующего прибора используется электростатический вольтметр. Величина измеренного напряжения
,
где Кд = Rобщ / R2;
Uв – напряжение, измеренное вольтметром.
а) б) в)
Рис. 1. Схемы измерения высокого напряжения с помощью микроамперметров (а, в)
и низковольтного электростатического вольтметра (б)
Применение добавочных резисторов R или делителей напряжения в сочетании с микроамперметрами или электростатическими вольтметрами позволяет достаточно точно измерять постоянное напряжение, однако при измерении переменного напряжения возникает угловая погрешность. Для уменьшения погрешности резисторы помещают внутрь экрана и подключают его параллельно высоковольтным конденсаторам С. Схема замещения приведена на рис. 1в.
Для измерения высокого напряжения используют высоковольтные электростатические вольтметры. Принцип их работы основан на действии сил электрического поля. Эти силы можно измерить с помощью указателя на подвижном электроде:
.
Конструкция электростатического вольтметра показана на рис. 2. Так как емкость между двумя электродами вольтметра составляет 5...50 пФ, а сопротивление утечки – более 1013 Ом, электростатические вольтметры не подвержены влиянию на источник питания.
Рис. 2. Конструкция электростатического вольтметра:
1, 2 – электроды; 3 – флажок; 4 – ось; 5 – держатель; 6 – зеркало; 7 – успокоитель
Для измерения пульсирующего, переменного и импульсного напряжений применяются приборы с различными схемами включения конденсаторов и диодов. Схема простейшего пик-вольтметра показана на рис. 3.
Рис. 3. Схема простейшего пиквольтметра: U – приложенное напряжение
Наиболее распространен метод измерения высокого напряжения с помощью шарового разрядника (ШР), основанный на следующем принципе. При заданных размерах электродов и одинаковых внешних условиях пробой воздушного промежутка происходит при определенной напряженности электрического поля Епроб = Еmax:
,
где U – напряжение, приложенное к электродам;
а – расстояние между шарами;
f – коэффициент неравномерности электрического поля.
Следовательно, величина пробивного напряжения Uпроб = Eпра является функцией расстояния между шарами.
Определение величины Uпроб производится по стандартным таблицам (табл. 1), при использовании которых необходимо учитывать:
1) данные таблиц различаются в соответствии со схемой подключения ШР – симметричной или несимметричной;
2) таблицы составлены для нормальных атмосферных условий (давление Р = 760 мм рт. ст., температура воздуха Т = 293 °К). Для определения действительного пробивного напряжения необходимо ввести поправочный коэффициент δ:
;
;
3) при определении импульсных высоких напряжений таблицы справедливы только для случаев воздействия импульсного напряжения в виде полной стандартной волны с учетом ее полярности. При иных формах импульсных волн разброс величин пробивных напряжений существенно увеличивается. Напряжение, при котором вероятность пробоя промежутка ШР составляет 50 %, носит название пятидесятипроцентного пробивного напряжения. Практически допускается определение Uпроб. 50 % из опыта, в котором из 10 импульсов, поданных на ШР, будет отмечено 4...6 пробоев его промежутка.
Применение ШР как измерительного устройства с гарантируемой точностью производимых измерений порядка 3...5 % допустимо только при следующих соотношениях длины его промежутка а к диаметру шаров:
;
.
Таблица 1