книги из ГПНТБ / Шваб А. Измерения на высоком напряжении. Измерительные приборы и способы измерения

вторичной стороне приводит к большим перенапряже­ ниям на емкости С%. Поэтому низковольтную часть за­ щищают искровым промежутком (рис. 81). Индуктив­ ность дросселя Др выбрана по условию

Zrfо (£ др + ^тр) = 2п/о(С, + С2) ’

где /о — частота сети, для которой предназначен емкост­ ный трансформатор напряжения.

Рис. 81. Схематическое изображение емкостного трансформатора на­ пряжения для установки на открытом воздухе.

Это условие соответствует настройке в резонанс вто­ ричного контура, образованного индуктивностью Гд -f-

+Гтр и параллельно включенными емкостями Cj и Cg.

90

В этом случае внутреннее сопротивление емкостного трансформатора напряжения станет чисто активным и равным Ri, а подлежащее измерению напряжение Ui и напряжение U2 на нагрузке совпадают по фазе (вектор­ ная диаграмма на рис. 80,6). Поэтому коэффициент трансформации по напряжению можно написать в виде

и__ UU ^ . UCl + URL+ U* k ~~u2 ~ ut

Строго говоря, в числителе вместо значения Uci нуж­ но подставить его проекцию на направление Ui, однако такая небольшая неточность вполне допустима. Легко видеть, что значение k мало зависит от нагрузки транс­ форматора (£/лі<с(Усі).

Достоинство емкостного трансформатора напряжения состоит в том, что общие затраты на его изоляцию неве­ лики. Емкостный делитель трансформатора имеет линей­ ное распределение напряжения независимо от частоты. Лишь у промежуточного трансформатора возможно не­ линейное распределение напряжения вдоль первичной об­ мотки при импульсах, что требует усиления изоляции. Другим достоинством емкостного трансформатора напря­ жения является еще и то, что помимо применения в ка­ честве измерительного он может быть использован как конденсатор высокочастотной связи по линиям электро­ передачи. Недостатком емкостного трансформатора на­ пряжения является зависимость емкостей, а значит и коэффициента трансформации при холостом ходе от тем­ пературы (у промежуточного трансформатора коэффи­ циент трансформации при холостом ходе имеет постоян­ ное значение и определяется, как известно, числами вит­ ков первичной и вторичной обмоток). Наряду с этим следует отметить, что в переходных процессах при экс­ плуатации емкостного трансформатора могут возникать явления феррорезонанса и релаксационных колебаний, которые создают известные трудности.

Подробные сведения, касающиеся применения емко­ стных трансформаторов напряжения, в частности вопро­ сы погрешностей измерения в зависимости от напряже­ ния, частоты и величины нагрузки приведены в [Л. 137, 144, 145]. Обзор разработок, проведенных за последние 5 лет в области индуктивных и емкостных измерительных трансформаторов напряжения, можно найти в [Л. 391].

91

в) Индуктивные трансформаторы напряжения. Определение высокого напряжения по коэффициенту трансформации испытательного трансформатора

Индуктивный измерительный трансформатор напря­ жения представляет собой слабо нагруженный специ­ альный трансформатор высокого напряжения, к высоко­ вольтной обмотке которого подводится напряжение, подлежащее измерению, а к вторичным зажимам—измерительный низковольт­ ный прибор (рис. 82). Для режима холостого хода высокое напряжение может быть вычислено по измеренному низкому напряжению и отношению чи­

сел витков по формуле

и реактивное падения напряжений в первичной обмотке. Свойства трансформатора в стационарном режиме могут быть рассмотрены при помощи известной вектор­ ной диаграммы. На рис. 83 показана векторная диаграм­ ма с учетом тока намагничивания / и потерь в стали

/и. Исходя из величин ІІ'ъ и I'2, приведенных к первичной цепи, после суммирования аналогично пересчитанных внутренних активного и реактивного падений напряже­ ний получим индуктированную э. д. с., а с учетом пер­ вичных внутренних падений напряжений — напряжение на зажимах Uу. Первичный ток определяют по результи­ рующей первичной и вторичной н. с.

wil0='w ji—w2h; h = Io+ Ѵг-

Вследствие сравнительно большого поперечного сече­ ния меди обмоток и малых магнитных потоков рассеяния падения напряжений на внутренних полных сопротивле-

92

Пиях невелики. Поэтому измеренные низкие напряжения, пересчитанные на сторону высокого напряжения, пример­ но соответствуют действительному высокому напряже­ нию. На рис. 83 внутренние падения напряжений показа­ ны для наглядности сильно завышенными. Для опреде­ ления погрешностей измерения, зависящих от нагрузки,

Рис. 83. Векторная диаграмма индуктивного трансформатора напряжения.

а — при холостом ходе; 6 — при нагрузке.

векторную диаграмму следует вычерчивать в масштабе [Л. 137, 138].

Чтобы значение погрешности по напряжению было по возможности малым, низковольтная обмотка имеет до­ полнительные витки, которыми низкое напряжение мо­ жет быть немного увеличено сверх выбранного номиналь­ ного значения (по режиму холостого хода). При нагруз­ ке низкое напряжение уменьшается на величину вну­ треннего падения напряжения в трансформаторе и для номинальной нагрузки погрешность по напряжению можно сделать равной нулю.

Для передачи без искажений импульсных напряжений обычные измерительные трансформаторы напряжения

93

непригодны. Их верхний частотный предел равен не-> скольким килогерцам, при этом вследствие заметных ем­ костных токов через распределенные емкости (межвитковые и по отношению к земле) их характеристики осо­ бенно искажаются при очень высоких напряжениях:

Проблемы, связанные с конструкци­ ей, эксплуатационными свойствами и применением измерительных трансфор­ маторов напряжения, весьма многооб­ разны и не могут быть здесь рассмо­ трены в полном объеме. Подробные сведения о погрешностях коэффициен­ та трансформации и угловых погреш­ ностях, об установках для испытания трансформаторов и конструктивных особенностях последних приведены в многочисленной специальной литера­ туре ;[Л. 137, 146—158, 391].

При высоковольтных испытаниях в лаборатории часто высокое напряже­ ние вычисляют по питающему напря­ жению на низковольтной стороне и коэффициенту трансформации испыта­ тельного трансформатора. Из вектор­ ной диаграммы, приведенной на рис. 83, видно, что в случае индуктивной нагрузки такой способ завышает зна­ чение высокого напряжения. Большин­ ство испытуемых объектов в ТВН (ка­ бели, проходные и опорные изолято­

ры и т. д.) представляют для испытательного транс­ форматора главным образом емкостную нагрузку. Сле­ дует добавить, что у испытательных трансформаторов для очень высоких напряжений межвитковые и паразит­ ные емкости на высоковольтной стороне представляют собою заметную емкостную нагрузку уже при холостом ходе. Как видно из рис. 84, емкостные нагрузки приводят к повышению напряжения на высоковольтной стороне и тем большему, чем больше общая индуктивность рассея­ ния и емкостная нагрузка. Вследствие больших полей рассеяния, обусловленных большими изоляционными расстояниями между первичной и вторичной обмотками, превышения напряжения могут быть более 10%. Осо­ бенно сильно это явление проявляется у испытательных

94

трансформаторов, выполненных по каскадной схеме и имеющих очень большую индуктивность рассеяния. Если известно напряжение короткого замыкания трансформа­ тора «к в процентах и его реактивная часть

Г ~~2 9~

u s — y «к — UR ,

то из рис. 84 можно приближенно определить относи­ тельное превышение напряжения по формуле

W t / a o ~ 0 , O l M sC / C HOMj

где f/20 — вторичное напряжение холостого хода; СНОм—

номинальная емкость, соответствующая загрузке транс­ форматора номинальным током при номинальном напря­ жении; С — фактическая емкость нагрузки, учитывающая паразитную емкость обмоток испытательного трансфор­ матора.

Таким образом, можно получить градуировочную кри­ вую, дающую передаточное отношение трансформатора в функции емкости С. Ре­ зультаты эксперименталь­ ных исследований зависи­ мостей коэффициента трансформации от формы кривой высокого и низко­ го напряжений, а также коэффициента амплитуды от нагрузочной емкости можно найти в [Л. 159].

В связи с измерениями тангенса угла диэлек­ трических потерь Шеринг и Брюлле [Л. 161] пред­ ложили элегантный ме­

тод точного определения коэффициента трансформа-

заземляется. Вместо емкости Сх в плечо моста включают дополнительную емкость С5 и активное сопротивление Rb-

В уравновешенном состоянии в диагонали моста, как известно, ток равен нулю, а это значит, что потенциалы

95

нейших измерений шаровой разрядник чаще всего остав­ ляют в схеме, при этом пробивной промежуток устанав­ ливают равным 1,1—1,2 от значения, соответствующего испытательному напряжению, и он служит в качестве защитного искрового промежутка. Следует иметь в виду, что снятая градуировочная кривая может оказаться не­ достоверной, если в схеме произошли изменения. Таким

Рис. 87. Стандартное расположение шарового разрядни­ ка при горизонтальной установке (по МЭК). Обозначе­ ния те же, что на рис. 86.

изменением схемы может быть, например, отключение шарового разрядника после градуировки, так как тем самым одновременно отключается его емкость, присоеди­ ненная параллельно испытуемому объекту.

Емкость шарового разрядника (Ф) может быть вы­ числена с достаточной точностью по формуле [Л. 165]

C = S • 10—11Д36 (/—1)],

где S — промежуток между шарами, см; f — геометриче­ ский коэффициент, значение которого может быть най­ дено из зависимости его от отношения промежутка меж­ ду шарами к радиусу шара, приведенной на рис. 88. При

98

этом /= /ь когда к шарам приложено напряжение, сим­ метричное по отношению к земле. Если же один из двух шаров заземлен, то f = fz- Обычно шаровые разрядники имеют емкости от 1 до 50 пФ. Таким образом, не состав­ ляет труда определить, можно ли пренебречь емкостью шарового разрядника по сравнению с емкостью испытуе­ мого объекта.

При односторонне заземленном шаровом разряднике окружающие его соседние предметы, имеющие потенциал земли, вызывают изменение электрического поля так, что напряженность поля у незаземленного шара получается

жутка в момент разряда можно судить о значении прило­ женного напряжения. При измерении кратковременных импульсных напряжений и в некоторых особых случаях возможна значительная разница между действительны­ ми амплитудными значениями напряжения и значения­ ми статического разрядного напряжения (т. е. разрядного напряжения при переменных -напряжениях низкой ча­