7.3 Вимірювання високих напруг електромеханічними приладами

Для вимірювання високих напруг (до кількох сотен кіловольт) в колах постійного і змінного струму застосовують прилади прямого перетворення, які ділять на кіловольтметри з електростатичним вимірювальним механізмом, вихідною величиною якого є сила або переміщення рухомого елемента, і генераторні (роторні) кіловольтметри, що являють собою різновид динамічного конденсатора, їх вихідною величиною є струм або напруга.

Найширше використовують електростатичні вольтметри. Вони вирізняються широким частотним діапазоном (0…10 МГц), незначною споживаною потужністю і великим вхідним опором. При вимірюваннях на постійному струмі вхідний опір визначається опором ізоляції між електродами (R_вх = 10¹⁰…10¹³ Ом), а на змінному струмі – вхідною ємністю С (Z_вх=1/ωС). Зазвичай вхідна ємність високовольтних електростатичних кіловольтметрів не перевищує 5…50 пФ, тому навіть на частоті 1МГц ії вхідний опір не менше 2…20 кОм. Реактивна потужність U²ωC, що споживається при вимірюванні на змінному струмі, враховується як правило тільки на дуже високих частотах. Серійні електростатичні кіловольтметри для вимірювань в заземлених колах високої напруги мають верхню межу вимірювань не більше 600 кВ. Основна похибка цих приладів – не менше 1 – 1,5 %. Відомі електростатичні кіловольтметри з межею вимірювань 300…400 кВ і основною похибкою 0,01 %. Для зменшення похибок в таких приладах використовують метод урівноважувального перетворення. Для вимірювання зусилля між електродами, вимірювальний механізм ретельно екранується, електродний простір заповнюється благородним газом під тиском, що збільшує напругу пробою і дозволяє зменшити габарити.

Рисунок 7.5 - Схема кілоампереметра з кульовими електродами

Для збільшення межі вимірювань було створено кіловольтметр, електроди якого виконані у вигляді двох куль великого діаметру (рис.2.5). Такі кіловольтметри можуть працювати при напругах 1…2 МВ. Їх похибка в основному залежить від точності розрахунку ємності між кулями, а також точності вимірювання сили, яка при напрузі 1 МВ може сягати кількох десятків ньютонів.

Електростатичні кіловольтметри зазвичай використовуються для вимірювання в колах з одним заземленим провідником. При цьому електрод з вимірювальним механізмом заземлюється, що відповідає умовам калібрування.

Напруги в незаземлених колах можна вимірювати за допомогою звичайного електростатичного кіловольтметра, послідовно вимірюючи напругу кожного провідника відносно

Рисунок 7.6 - Вимірювання напруги в незаземлених лініях

землі (рис. 7.6, а) або одночасно вимірюючи ці напруги за допомогою двох кіловольтметрів (рис. 2.6, б) з подальшим сумуванням результатів вимірювання. Природньо, похибки вимірювань при цьому значно вищі, ніж при вимірюваннях в заземлених колах, причому метод одночасного вимірювання двома кіловольтметрами є більш точним, оскільки відсутні похибки, обумовлені коливаннями напруги в колі протягом вимірювань і статистичним взаємозв’язком показів.