3.4. Вимір високої напруги
3.4.1. Кульові розрядники
Для вимірів высокої напруги широко використовуються шарові разрядники. Це универсальний пристрій вимірів, яким можна вимірювати амплитудні значення постійного, перемінного, высокочастотного та импульсної напруги.
Величина пробивної напруги залежить від відстані між кулями, їх діаметру, способу підключення (симетричне або одна куля заземлена), відносної щільності повітря 𝛿.
Для отримання високої точності необхідно виконати ряд умов.
1. Відстань між кулями не повинна перевищувати S ≤ 0,5D, де D - діаметр куль. Отже, для широкого діапазону вимірюваної напруги потрібний набір куль різного діаметру.
2. Поверхня куль має бути гладкою і чистою. Шар пилу знижує пробивну напругу.
3. Відстань від куль до заземлених або таких, що знаходяться під напругою предметів має бути не менше L >5 D.
4. Для отримання стабільних результатів вимірів потрібне опромінення розрядного проміжку ультрафіолетовим випромінюванням або радіоактивними ізотопами, особливо при малих відстанях між кулями.
5. Вимір слід виробляти 4-5 разів і за виміряну величину набувати середнє арифметичне значення, оскільки має місце статистичний розкид пробивної напруги.
Вимір постійної і змінної напруги виробляється таким чином. Спочатку встановлюється свідомо велика відстань між кулями, що виключає пробій при вимірюваній напрузі. Потім на кульовий розрядник подається напруга і відстань між кулями плавно зменшується до виникнення пробою проміжку. Ця процедура повторюється 4-5 разів. Визначається середня пробивна відстань, потім по таблицях знаходиться відповідна напруга.
При вимірі амплітуди імпульсної напруги за пробивну відстань між кулями приймають таке, при якому половина поданих імпульсів, прикладених до розрядника, викликає пробій проміжку, а половина немає. Цю напругу називають 50% -ным пробивною напругою. Величину пробивної напруги визначають з таблиць по отриманій пробивній відстані.
При вимірі користуються градуювальними таблицями, що дають зв'язок пробивної напруги з діаметром кульових електродів і відстанню між ними. У таблицях дані амплітудні значення пробивної напруги. Таблиці Міжнародної електротехнічної комісії (МЕК) складені для нормальних атмосферних умов (Р=760 мм рт. ст. і T=20оС).
У тих випадках, коли виміри проводяться в умовах, відмінних від нормальних, вводиться поправка на відносну щільність повітря δ. Тоді шукане значення напруги буде рівне Uи = Uт·𝛿, де Uт - табличне значення пробивної напруги; δ = 0,386Р/(273+T), де Р і T - відповідно тиск в мм. рт. ст і температура в градусах Цельсія довкілля при проведенні вимірів.
Окрім кульових розрядників є ще цілий ряд пристроїв і приладів для виміру високої напруги.
3.4.2. Електростатичні вольтметри
Розглянемо найбільш широко вживані електростатичні вольтметри.
Електростатичні вольтметри вимірюють діюче значення напруги. Принцип дії заснований на механічному переміщенні одного з електродів вольтметра під дією електростатичних сил. Вимір виробляється за рахунок урівноваження цієї механічної сили вантажем або пружиною
де S - площа рухливого
електроду; l - відстань між електродами,
,
Схема пристрою електростатичного вольтметра А. А. Чернышева приведена на рис. 3.9.
Рис. 3.9. Пристрій електростатичного вольтметра А. А. Чернышева : А - рухливий заземлений диск, В - нерухомий високовольтний диск, З - охоронне заземлене кільце, N - металеве заземлене коромисло, k1, k2 - контакти ланцюга гальванметра, Г - гальванометр
Є кульові вольтметри, наприклад, вольтметр Соренсена, Гобсона і Рамо.
У технічних електростатичних кіловольтметрах, наприклад, С100 на напругу до 75 кВ, урівноваження рухливого електроду здійснюється пружною розтяжкою, на якій укріплено люстерко. Відлік свідчень виробляється за рахунок світлового променя.