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.

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

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.