Sprawozdanie z ćwiczenia:
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Lesznie	Wykonali: Marek Jańczak Grzegorz Koralewski Łukasz Kędziora Tomasz Landzwojczak
Specjalność: Elektrotechnika z Informatyką Techniczną	Data: Ocena:

Wstęp

Program ćwiczenia obejmuje następujące metody pomiaru wysokiego napięcia przemiennego:

1. Pomiar na podstawie przekładni transformatora probierczego

2. Pomiar przy pomocy przekładnika napięciowego

3. Pomiar metodą prostownikową

4. Pomiar z zastosowaniem dzielnika rezystancyjnego

5. Pomiar z zastosowaniem dzielnika pojemnościowego

Wprowadzenie:

Pomiar wysokiego napięcia na podstawie przekładni transformatora probierczego. Metoda ta polega na pomiarze wartości napięcia po stronie pierwotnej transformatora probierczego za pomocą woltomierza elektromagnetycznego i pomnożeniu tej wartości przez przekładnię znamionową transformatora. Metodą tą mierzy się wartość skuteczną napięcia. Pomiar jest obarczony tym większym błędem, im większy jest prąd obciążenia transformatora. Ponadto, gdy obciążenie ma charakter pojemnościowy, co ma zwykle miejsce przy próbach napięciowych układów izolacyjnych (np. izolatorów), należy się liczyć ze wzrostem napięcia na obiekcie badanym, gdyż spadek napięcia na indukcyjności uzwojenia transformatora spowodowany prądem pojemnościowym dodaje się do siły elektromotorycznej.

Pomiar wysokiego napięcia na podstawie przekładni transformatora. Przekładnik napięciowy przyłącza się bezpośrednio do obiektu badanego i w ten sposób unika się błędów poprzedniej metody, związanych z obciążeniem pojemnościowym. Po stronie wtórnej przekładnika mierzy się wartość skuteczną napięcia za pomocą woltomierza elektromagnetycznego i mnoży się ją przez przekładnię znamionową przekładnika. Błąd pomiaru zależy od klasy dokładności przekładnika i miernika. W czasie prób napięciowych urządzeń elektrycznych przy stosowaniu powyższych metod pomiarowych zwykle konieczna jest kontrola kształtu krzywej napięcia.

Pomiar wysokich napięć metodą prostownikową. Metodą tą mierzymy wartość napięcia przemiennego. Amperomierz mierz wartość średnią prądu pojemnościowego i_c wysokiego przedziale t₁ do t₂ (rys.2):
,
. Wartość szczytowa napięcia wynosi, zatem
. Metoda nadaje się do ciągłego pomiaru napięcia przemiennego (wartości szczytowej) lub innego odkształconego, lecz posiadającego tylko jedno ekstremum w każdej połowie okresu. Niezbędne jest, więc oscylograficzne sprawdzenie kształtu krzywej napięcia mierzonego. Połączenie między kondensatorem wysokiego i częścią niskonapięciową układu powinno być wykonane krótkim przewodem ekranowym.

Pomiar wysokiego napięcia z wykorzystaniem dzielników. Metoda ta pozwala na pomiar wartości chwilowych każdego rodzaju napięcia. Zastosowanie oscyloskopu umożliwia pomiar wartości maksymalnej oraz określenie przebiegu krzywej napięcia.

Dzielnik rezystancyjny. Zasadę podziału napięcia mierzonego za pomocą dzielnika rezystancyjnego podano na rysunku 3. Podział wysokiego napięcia U odpowiada wzorowi:
. Zakładamy przy tym, ze wpływ indukcyjności i pojemności dzielnika jest pomijalny. W przypadku, gdy w dzielniku wartość rezystancji R₁ jest duża (rzędu tysięcy MΩ), to wpływ pojemności pasożytniczej tego rezystora może w dużym stopniu zniekształcić pomiar. Wadą tego typu dzielnika bywa znaczny pobór mocy podczas pomiaru.

Dzielnik pojemnościowy. Dzielniki pojemnościowe charakteryzują się małym poborem mocy, a ich elementy mają prosta konstrukcję i nieduży ciężar. Powszechnie stosuje się, zatem do pomiarów wysokich napięć przemiennych, a jako człony wysokonapięciowe w dzielniku występują kondensatory próżniowe ze sprężonym powietrzem, papierowo-olejowe lub ceramiczne. Podział napięcia następuje jak na rysunku 4.
W przypadku dużej odległości pomiędzy dzielnikiem a przyrządem pomiarowym należy uwzględnić pojemność przewodu doprowadzającego C_p i wtedy powyższy wzór przyjmie postać:
.

Przebieg ćwiczenia

Opis. Na wstępie należy odczytać przekładnie transformatora probierczego i przekładnika napięciowego, a następnie pomierzyć wartości R₁ i R₂ dzielnika rezystancyjnego oraz wartości C₁ i C₂ dzielnika pojemnościowego i obliczyć ich przekładnie. Należy też zmierzyć pojemność C kondensatora stosowanego w metodzie prostownikowej. Z kolei należy przeprowadzić pomiary wszystkimi metodami w zakresie napięcia od 1kV do 10kV, co 1kv…

Schemat pomiarowy:

Wynik pomiarów:

Potrzebne dane:

Rezystancja pomiarowa R = 23,60kΩ

Rezystancja rzeczywista R = 23,66MΩ

Przekładnia

Pojemność kondensatora C₁=123pF

Pojemność pomiarowa C₂=225nF

Pojemność całkowita kondensatora C=0,37pF

Tabelka pomiarowa:

Lp.	Upn	Utp	Udr	Udp	Ipr
	V	V	V	V	μA
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.	7,22 12,83 18,9 25,48 32,09 38,43 45,35 51,80 58,8 64,8	7,3 14,6 21,93 29,2 36,5 43,8 51,1 48,4 65,7 73	11,1 1,925 2,826 3,814 4,788 5,76 6,84 7,76 8,77 9,66	0,565 1,06 1,414 1,838 2,262 2,828 3,394 3,818 4,242 4,808	4 6,8 10 13,6 17,2 20,4 24,4 28 31,5 35

Obliczenia

Metoda prostownikowa

Pomiar wysokiego napięcia z wykorzystaniem dzielników

Dzielnik rezystancyjny

Przekształcenie wzoru

Obliczenia

Dzielnik pojemnościowy

Przekształcenie wzoru

Obliczenia

Przekładnia napięciowa

Wnioski. W niniejszym ćwiczeniu zostały przedstawione metody pomiaru wysokiego napięcia przemiennego: pomiar wysokiego napięcia na podstawie przekładni transformatora probierczego, pomiar wysokiego napięcia przy pomocy przekładnika napięciowego, pomiar wysokich napięć metodą prostownikową, pomiar wysokiego napięcia z wykorzystaniem dzielnika rezystancyjnego i pojemnościowego. W tym ćwiczeniu zostały użyte różne przyrządy pomiarowe takie jak: amperomierz, woltomierz. Mierzyliśmy rezystancję pomiarową, rezystancję, pojemność kondensatora, pojemność pomiarową i pojemność całkowitą, co miało wpływ na powyższe wyniki. Przy pomiarze przekładni pojemnościowego dzielnika napięcia wpływ na wyniki pomiarów miał przyłączony po stronie wtórnej dzielnika miernik wartości maksymalnej napięcia, który to z powodu swojej dużej pojemności wejściowej stanowił obciążenie dla transformatora wpływając na wartość jego przekładni. Na wyniki wpływ miał również podłączony po stronie wtórnej transformatora przekładnik napięciowy, który powodował zniekształcenie kształtu sinusoidy. Wpływ ten był szczególnie zauważalny po przekroczeniu napięcia znamionowego przekładnika, czego skutkiem było przechodzenie rdzenia przekładnika w stan nasycenia i jego przejście na nieliniową część krzywej magnesowania. Największy wpływ miało to na pomiar przy użyciu metody prostownikowej z kondensatorem szeregowym, gdyż sinusoida przyjmowała kształt krzywej dwuwierzchołkowej, co powoduje uzyskiwanie błędnych wyników pomiarów. Można to zaobserwować porównując wyniki uzyskane za pomocą metody prostownikowej oraz wyniki uzyskane przy użyciu miernika wartości maksymalnej. Wartości napięcia uzyskiwane za pomocą metody prostownikowej były wyższe od napięcia uzyskiwanego przy pomiarze miernikiem wartości maksymalnej. Różnicę tę można dokładnie zaobserwować porównując wartości współczynników szczytu wyznaczonych na podstawie dwóch wartości maksymalnych wyznaczonych różnymi metodami. Na dokładność pomiaru metodą prostownikową wpływ mogły mieć ewentualne pojemności sprzęgające bocznikujące kondensator wzorcowy, czego można uniknąć poprzez ekranowanie układu, przy tej metodzie przyjmowaliśmy do obliczeń częstotliwość równą 50 Hz, która to wartość również obarczona pewnym błędem, którego nie znaliśmy, ponieważ nie dokonywaliśmy pomiaru częstotliwości. Ogólnie poza wymienionymi czynnikami warunkującymi dokładność pomiarów, błędy pomiarów zależały od klasy użytych do pomiarów przyrządów pomiarowych oraz klasy urządzeń dodatkowych: kondensatorów, przekładnika, prostowników. Przy pomiarze miernikiem wartości maksymalnej dokładność pomiaru można było polepszyć przez przyłączenie dodatkowego miernika o lepszej klasie. Wpływu odkształceń krzywej napięcie na wyniki pomiarów nie byliśmy w stanie ocenić ilościowo a jedynie stwierdzić, iż pogarszają one dokładność, lecz nie wiadomo jak znacznie. Nasze wyniki różnią się znacząco. Możemy stwierdzić, że niektóre metody są mniej a inne więcej dokładne.

5

Laboratorium techniki wysokiego napięcia

---