5.2 Узгодження розміру вольта в частотному і динамічному діапазонах

5.2.1 Еталони високої напруги постійного та змінного струму

У різноманітних галузях науки і техніки, перш за все, в енергетиці, системах транспортування електрики, для обліку електроенергії існує необхідність точного вимірювання високих напруг як на постійному струмі, так і на змінному струмі промислової частоти (50, 60 Гц). Зважаючи на особливості високовольтної техніки виникла необхідність у створенні в цьому діапазоні напруг окремих первинних еталонів (до 800 кВ на постійному струмі та 750кВ на змінному струмі). Такі еталони створено в Росії, США, Німеччині, інших країнах, у тому числі і в Україні.

Розглянемо коротко принцип побудови таких еталонів.

Еталон високої напруги постійного струму, як правило будується за такою схемою.

Розмір одиниці напруги постійного струму передається від державного еталона ЕРС на ефекті Джозефсона через відповідні міри до калібраторів напруги, які відтворюють значення 1 кВ, а далі, за допомогою спеціальних пристроїв підвищують напругу до 180 кВ. Основу цих спеціальних пристроїв становлять нелінійні напівпровідникові елементи (стабілітрони), які здатні відтворювати стабільне значення напруги при силі електричного струму, забезпеченого з заданою точністю.

Таким чином, в основі еталона лежить метод масштабного перетворення еталонної напруги 1 (10 В) до напруги 180 кВ.

Відносна НСП первинного еталона України становить 3·10^-4, СКВ − 5·10^-4.

Передача розміру одиниці робочим еталонам з верхньою границею діапазону вимірювань 800 кВ здійснюється за допомогою пересувної частини державного еталона методом опосередкованих вимірювань.

Еталон очолює повірочну схему, яка поширюється на ЗВТ у діапазоні від 1 до 800 кВ.

Еталон високої напруги змінного струму (на частоті 50 Гц) також будується на методі масштабного перетворення, тобто одержує значення змінної напруги на частоті 50 Гц значенням до 1 кВ від відповідного еталона, яке за допомогою масштабних перетворювачів підвищується до 1,2330кВ. Основними метрологічними пристроями еталона є багатозначні міри коефіцієнта масштабного перетворення та пристрої їх незалежної метрологічної атестації, які ґрунтуються на методі “подвоєння напруг”.

Таким чином, еталон одночасно відтворює і коефіцієнт масштабного перетворення електричної напруги на частоті 50 Гц, який передається вторинному еталону – установці для повірки трансформаторів напруги, до складу якої входить пристрій множення напруги від 330до 500кВ.

Первинний еталон України має відносну НСП до 1·10^-3, СКВ – не більше 5·10^-4.

5.2.2 Узгодження еталонів вольта

Як бачимо, для відтворення розміру одиниці однієї фізичної величини − електричної напруги − у всіх частотних і динамічних діапазонах створюється кілька первинних державних еталонів. Але єдність вимірювань буде забезпечена лише тоді, коли всі вони узгоджені між собою, тобто являють єдину систему.

Як вже було сказано, вихідний розмір вольта “народжується” на постійному струмі через ефект Джозефсона і далі передається в широкий частотний і динамічний діапазон за допомогою методів теплового компарування і масштабного перетворення. Тому схему узгодження розміру вольта (еталонів) можна подати у вигляді, наведеному на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Схема узгодження еталонів вольта

На цій схемі добре видно простежуваність кожного з еталонів до основного еталона – первинного еталона ЕРС, оскільки на ній вказано методи передачі розміру одиниці напруги і визначені похибки (невизначеності) передачі.