POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA 

Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

 

ĆWICZENIE  2 

 

BADANIE  WYSOKONAPIĘCIOWYCH  UKŁADÓW 

IZOLACYJNYCH  NAPIĘCIEM  PRZEMIENNYM

 

 
I. WIADOMOŚCI  TEORETYCZNE

 

 

1. Zespoły probiercze

 

 

Próby napięciowe izolacji napięciem przemiennym o częstotliwości 50 Hz stanowią podstawową for-

mę  badań  przed  dopuszczeniem  urządzeń  elektroenergetycznych  do  pracy,  jak  i  w  badaniach  profilak-
tycznych  sprawdzających  stan  izolacji.  Układ  izolacyjny  jest  zwykle  najsłabszym  elementem  urządzeń 
wysokonapięciowych, a narażenia ze strony napięcia przemiennego 50 Hz stanowią istotną część wszyst-
kich zagrożeń występujących w czasie eksploatacji. 

Wysokie  napięcie  przemienne  wytwarzane  jest  przy  pomocy  zespołów  probierczych.  Elementami 

składowymi zespołu probierczego są: 

−

 

układ zasilający (źródło napięcia), 

−

 

urządzenie regulacyjne, 

−

 

transformator probierczy. 

Człon zasilający stanowi zwykle jednofazowe źródło niskiego napięcia. Duże moce i niesymetryczne 

obciążenie  przy  małej  sztywności  źródła  stwarzają  niekiedy  konieczność  wykorzystywania  specjalnego 
transformatora zasilającego poprawiającego rozkład obciążeń w poszczególnych fazach.  

Urządzenie regulacyjne zapewnia płynną regulację napięcia. Skoki napięcia nie powinny przekraczać 

0,5% napięcia probierczego. Przy niewielkich mocach (kilkadziesiąt kVA) zadanie to spełniają autotrans-
formatory lub transformatory regulacyjne ze szczotką przeskakującą ze zwoju na zwój. Przy większych 
mocach  stosowane  są  transformatory  z  przesuwnym  rdzeniem  lub  zespoły  wirujące  (silnik  –  prądnica 
synchroniczna z regulacją wzbudzenia). 

Najważniejszym  urządzeniem  zespołu  probierczego  jest  transformator  probierczy  lub  zespół  trans-

formatorów probierczych (rys.1).   

b)

1

5

2

4

4

3

1

a)

2

 

Rys. 1. Transformatory  probiercze TP 110  (a) i TP 60 (b): 1 - wyjście WN, 2 
- wejście nn,  3 -korek, wskaźnik poziomu oleju,  4 - kadź izolacyjna (a) lub 
metalowa (b),  5 - konserwator 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

2 

W porównaniu z transformatorem energetycznym, transformator probierczy charakteryzuje się znacz-

nie większą przekładnią i znacznie mniejszą mocą. Ze względu na warunki pracy (np. brak zagrożeń ze 
strony  wyładowań  atmosferycznych)  transformator  probierczy  posiada  mniejszy  zapas  wytrzymałości 
elektrycznej izolacji (10 

÷

 40%), a zatem i mniejsze wymiary. Małe wymiary wynikają również z małej 

mocy transformatora i często stosowanej obudowy izolacyjnej z papieru bakelizowanego. W takim przy-
padku nie posiada on izolatorów przepustowych. 

Przedstawiony  na  rysunku  1a  transformator  probierczy  z  izolacją  papierowo-olejową    posiada  prze-

kładnię  220/110000,  moc  10  kVA,  znamionowy  prąd  ciągły  0,091 A  (od  strony WN),  napięcie  zwarcia 
12%. 

Parametrami zespołu probierczego są: 

a) napięcie znamionowe, 
b) moc znamionowa, 
c) moc zwarciowa. 

Napięcie  znamionowe  jest  to  najwyższe  napięcie,  które  można  zastosować  do  prób.  Równa  się  ono 

górnemu napięciu transformatora probierczego U

2n

. 

Moc znamionowa to iloczyn napięcia znamionowego i prądu znamionowego ciągłego (S

n

 = U

n

I

n

). Jest 

to tzw. moc cieplna ograniczona dopuszczalnym przyrostem temperatury uzwojeń. Ze względu na krótki 
czas trwania prób probierczych określa się również prąd znamionowy 15-minutowy. Jest on większy od 
prądu ciągłego i pozwala na lepsze wykorzystanie transformatora probierczego. 

Moc, która może być pobierana z układu probierczego, nie jest stała i zależy od napięcia probiercze-

go, przy którym jest pobierana. Grzanie się uzwojeń i izolacji zależy od prądu. Moc, która może być po-
bierana z zespołu probierczego przy napięciu probierczym niższym od znamionowego, wypada mniejsza

 

 

 

n

pr

n

dop

U

U

S

S

=

,

 

 

gdzie: S

dop

 - moc pobierana przy napięciu probierczym, S

n

 - moc znamionowa zespołu probierczego, U

pr

 - 

napięcie probiercze, U

n

 - napięcie znamionowe. 

Ponieważ badane obiekty pobierają (praktycznie rzecz biorąc) tylko prąd pojemnościowy, zatem po-

bieraną przez nie moc oblicza się na podstawie pojemności obiektu 

 

C

U

S

2

n

ω

=

. 

 

Moc  zwarciowa  to  iloczyn  napięcia  znamionowego  i  prądu  zwarciowego  (S

z

 = U

n

I

z

  =  U

2

n

/X

z

).  Prąd 

zwarciowy zależy od reaktancji zwarciowej. Przy napięciu przeskoku lub przebicia prąd zwarciowy musi 
być odpowiednio duży, aby wyładowanie zupełne w badanym obiekcie było wyraźnie zauważalne. Z tego 
względu prąd ten nie powinien być mniejszy niż 0,1 A przy próbach na sucho i 0,5 A przy próbach na mo-
kro w całym zakresie stosowanych napięć probierczych.  

Prąd zwarciowy przy danym napięciu probierczym można obliczyć z wzoru 

z

pr

z

X

U

I

=

.

 

 

Reaktancja zwarciowa wynosi

 

 

X

z

 = X

r 

+X

p

 + X

s , 

 

gdzie: X

r

 i X

p

 - reaktancje zwarciowe transformatora regulacyjnego i probierczego, 

X

s

 - reaktancja sieci zasilającej. 

Przy niewielkich mocach znamionowych zespołu (< 10 kVA) można pominąć X

r

 i X

s

. W takim przypadku 

reaktancję zwarciową można obliczyć z wzoru 

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 3

 

n

n

I

U

100

%

z

u

z

X

⋅

=

,

 

 

gdzie u

z%

 - procentowe napięcie zwarcia transformatora probierczego. 

Prąd zwarciowy można ograniczyć przez włączenie w obwód wysokiego napięcia rezystora ogranicza-

jącego. Wzór na prąd zwarcia przyjmie wtedy postać

 

 

 

2

z

2

0

pr

X

R

U

z

I

+

=

.

 

 

Wykonując próby napięciowe należy pamiętać, że przekładnia transformatorów probierczych nie jest 

wartością  stałą  i  zależy  od  obciążenia. Z reguły jest ona większa od przekładni zwojowej, co wynika z 
pojemnościowego charakteru obciążenia. W związku z powyższym pomiar napięcia probierczego powi-
nien  być  dokonywany  po  stronie  wtórnej  transformatora.  Niedopuszczalny  jest  pomiar  po  stronie  pier-
wotnej  i  mnożenie  wyniku  pomiaru  przez  przekładnię  zwojową. Wyskalowanie  woltomierza  po  stronie 
niskiego napięcia wartościami napięcia po stronie wtórnej jest możliwe przy przeznaczeniu zespołu pro-
bierczego do badania obiektów tego samego typu (o tej samej pojemności). 

Rzeczywistą przekładnię zespołu można obliczyć z wzoru

 

 

 

z

c

r

1

2

S

S

1

1

U

U

−

⋅

=

=

ϑ

ϑ

, 

gdzie: 

ϑ

 - przekładnia zwojowa, 

2
pr

c

CU

S

ω

=

- moc obciążenia przy pojemności obiektu C, 

2
pr

z

U

S

=

/X

Z

 

- moc zwarciowa. 

W  większości  przypadków  badane  obiekty  (izolacja)  stanowią  dla  zespołu  probierczego  niewielkie 

obciążenie  o  charakterze  pojemnościowym.  Po  ewentualnym  przebiciu  badanej  izolacji  transformator 
przechodzi  ze  stanu  jałowego  w stan  zwarcia  i  musi  być  natychmiast  wyłączony.  Realizują  to  zwykle 
zabezpieczenia nadprądowe. Przepięcia, jakie mogą powstać w momencie przebicia lub przeskoku mogą 
zagrażać  izolacji  transformatora.  Wynika  stąd  konieczność  stosowania  rezystorów  ograniczająco-
tłumiących.  

Jeżeli  ograniczony  prąd  zwarcia  nie  przekracza  wartości  prądu  dla  pracy  dorywczej  zespołu  pro-

bierczego, nie jest potrzebne instalowanie zabezpieczeń nadprądowych – wyłączenie układu spod napię-
cia może odbywać się ręcznie

. 

Część  wysokonapięciowa  zespołu  probierczego  (czyli  transformator  probierczy,  wysokonapięciowe 

układy  pomiarowe,  dzielniki  napięcia,  obiekt  badany)  musi  być  ogrodzona  (ograniczenie  dostępu) two-
rząc pole probiercze. Zainstalowana blokada drzwi i drążek uziemiający służą bezpieczeństwu obsługi. 

I·X

z

U

1

ϑ

i

I

U

2

C

Obiekt
badany

U

2

X

z

U

1

 

Rys.  2. Schemat    zastępczy  i  wykres  wskazowy  transformatora  probierczego: 
U

1

ϑ

  - napięcie pierwotne pomnożone przez przekładnię zwojową, U

2

 - napięcie 

strony wtórnej,  Xz - reaktancja zwarcia,  C - pojemność (obciążenie) 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

4 

 

2. Układy połączeń transformatorów probierczych

 

 

Jeżeli jeden koniec uzwojenia WN transformatora probierczego jest uziemiony (na zewnątrz kadzi wypro-

wadzony jeden zacisk), służy on do badania izolacji doziemnej (głównej) – jest to tzw. układ niesymetryczny. 
W  przypadku  wyprowadzonych  dwóch  zacisków  –  uziemiony  jest  środek  uzwojenia  wysokiego  napięcia  – 
mamy do czynienia z układem probierczym symetrycznym do prób izolacji międzyfazowej (rys. 4). 

Pole probiercze

Ip

Ob

V

C

1

Tp

Dr

Ro

C

2

V

A

Tr

B

 

Rys.  3. Uproszczony  schemat  zespołu  probierczego  napięcia  przemiennego:  Tr,  Tp  -  transformatory:  
regulacyjny i probierczy,  B - blokada,  Ro - rezystor ograniczająco-tłumiący,  C

1

 i C

2

 - pojemnościo-

wy dzielnik napięcia,  V - woltomierz (elektrostatyczny),  Ob - badany obiekt,  Ip - iskiernik pomiaro-
wy,  Dr - drążek  uziemiający 

Ob

b)

Ro

Tp

a)

Ro

Tp

Ro

Ob

 

Rys. 4. Układy probiercze: a) niesymetryczny, b) symetryczny: Tp - transforma-

tor probierczy, Ro - rezystor ograniczający, Ob - obiekt badany 

 

U

1

2U

2

U

1

4U

2

d)

U

2

2U

2

U

1

c)

U

1

U

1

b)

U

1

U

2

U

1

U

1

U

1

a)

2U

2

 

 Rys. 5. Układy połączeń transformatorów probierczych: a) przeciwsobny, b) kaskadowy, c) równoległy,  d) kaska-
dowy przeciwsobny  

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 5

Powiększenie  napięcia  lub  obciążalności  zespołu  probierczego  można  osiągnąć  przez  stosowanie 

rozmaitych połączeń transformatorów probierczych. Uproszczone schematy przykładowych układów po-
łączeń transformatorów przedstawia rysunek 5.  

Przy połączeniu kaskadowym transformatorów probierczych zmniejsza się sprawność układu

 

 

1

n

2

S

S

i

u

+

=

=

η

, 

gdzie:  S

u

 - moc użyteczna, S

i

 - moc zainstalowana, n - liczba transformatorów.

 

 
 

3. Wymagania stawiane zespołom probierczym

 

 

3.1. Sinusoidalność napięcia probierczego

 

 

Wytworzone napięcie probiercze powinno być stabilne i posiadać sinusoidalny kształt. Ocena sinuso-

idalności napięcia może być przeprowadzona przez pomiar współczynnika szczytu. Warunek sinusoidal-
ności można sformułować następująco

 

 

 

5

%

100

1

2

U

U

max

≤

⋅

−

⋅

.

 

 

 

Współczynnik  szczytu  będący  stosunkiem  wartości  szczytowej  napięcia do jego wartości skutecznej 

może  być  wyznaczony  przez  jednoczesny  pomiar  napięcia  iskiernikiem  kulowym  (wartość  szczytowa 
U

max

) i woltomierzem elektrostatycznym (wartość skuteczna U). 

Ź

ródłem wyższych harmonicznych w układzie probierczym może być sieć zasilająca (na ogół w ma-

łym stopniu). Wyższe harmoniczne mogą być generowane zarówno przez transformator probierczy, jak i 
regulacyjny ze względu na nasyceniową charakterystykę magnesowania. 

Zniekształcenie napięcia może wystąpić przy zastosowaniu transformatora regulacyjnego o zbyt małej 

mocy (mniejszej niż moc transformatora probierczego) oraz przy stosowaniu rezystorów ograniczających 
po stronie niskiego napięcia.  

Znacznego odkształcenia krzywej napięcia należy się spodziewać w przypadku, gdy pomiędzy siecią 

zasilającą  a  transformatorem  probierczym  włączymy  rezystor  R  jako  rezystancyjny  regulator  napięcia. 
Ponieważ  prąd  magnesujący  transformatora  jest  odkształcony,  wywoła  on  zniekształcone  napięcie  na 
rezystorze.  Przy  sinusoidalnym  napięciu  zasilającym  na  zaciskach  transformatora  probierczego  musi 
pojawić się odkształcone napięcie zawierające wyższe harmoniczne. Odkształcenie to zostanie przetrans-
formowane na stronę górnego napięcia.  

Odkształcenia napięcia można spodziewać się przy małych napięciach probierczych w porównaniu z 

napięciem znamionowym. Należy unikać badań przy napięciu probierczym niższym niż 0,3 U

n

. 

W  celu  uniknięcia  wyższych  harmonicznych  wprowadzanych  przez  wyładowania  niezupełne  należy 

stosować połączenia nieulotowe i eliminować wszelkie ostrza w torze wysokonapięciowym. 

Do czynników pomagających spełnić wymagania dotyczące kształtu napięcia należą: 

−

 

dobór  transformatora  regulacyjnego  o  możliwie  największej  mocy  (uzasadnionej  ekonomicz-
nie), 

−

 

zastosowanie dodatkowych urządzeń tłumiących wyższe harmoniczne (filtry), 

−

 

unikanie pracy zespołu przy małych napięciach probierczych w stosunku do znamionowego. 

 

3.2. Stabilność napięcia probierczego

 

 

Na stabilność napięcia probierczego mogą wpływać: 

−

 

zmienny w czasie próby prąd upływu, 

−

 

intensywne wyładowania niezupełne. 

Wpływ  prądu  upływu  staje  się  nieistotny  przy  dużym  prądzie  zwarcia  układu  probierczego.  Zwykle 

wystarczy, aby prąd zwarcia wynikający z reaktancji zwarciowej zespołu probierczego był nie mniejszy 
od 0,1 A.

 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

6 

3.3. Dokładność pomiaru

 

 

Dokładność  ustawienia  napięcia  probierczego  oraz  błąd  pomiaru  powinny  być  utrzymywane 

w granicach 

±

3%. 

Dokładność ustawienia napięcia związana jest z różnicą między wymaganą i zmierzoną wartością na-

pięcia probierczego. Błąd pomiaru stanowi różnicę między wartością zmierzoną i rzeczywistą. 

W  niektórych przypadkach normy przedmiotowe podają inne wartości dopuszczalnych błędów. Przy 

badaniu sprzętu ochronnego wystarczająca jest dokładność ustawienia napięcia w granicach 

±

5%. 

Nie atestowane urządzenie pomiarowe może być wyskalowane przy pomocy urządzenia znormalizo-

wanego. Znormalizowanym urządzeniem do pomiaru wysokiego napięcia jest iskiernik kulowy. 

 
 

4. Iskiernik kulowy

 

 

Iskiernik  kulowy  jest  najprostszym  i  jednym  z  najbardziej  rozpowszechnionych  przyrządów  do  po-

miaru  wysokiego  napięcia.  Posiada  on  dwie  jednakowe  kule,  najczęściej  miedziane  lub  mosiężne,  osa-
dzone na sworzniach o średnicy 0,1 

÷

 0,2 średnicy kul D w układzie poziomym (rys. 8) lub (dla D > 250 

mm) w układzie pionowym. Odstęp między kulami może być precyzyjnie regulowany.  

WN

Izolator

 

Rys. 6. Pomiarowy iskiernik kulowy z poziomym układem kul 

 
Napięcie przeskoku iskiernika zależy od średnicy elektrod, ich odstępu, rodzaju i biegunowości mie-

rzonego napięcia, a także czasu przyłożenia napięcia i warunków atmosferycznych. Wartości napięć prze-
skoku  zostały  umieszczone  w tablicach  dla  znormalizowanych  średnic  kul  i  normalnych  warunków  at-
mosferycznych (PN-EN 60052:2003).  

Zależność napięcia przeskoku od warunków atmosferycznych wymaga wprowadzenia poprawek. Na-

pięcie przeskoku w danych warunkach wynosi

 

 

U

p

 = 

δ

⋅

k

⋅

U

pn

 

,

 

 

(2.1)

 

gdzie: 

δ

 - względna gęstość powietrza  

 

t

273

t

273

b

b

=

0

0

+

+

⋅

δ

;  

(2.2) 

b

0

 - ciśnienie normalne (1013 hPa), t

0

 - temperatura normalna (20

°

C),

  

b i t - ciśnienie i temperatura w warunkach pomiaru (hPa, 

°

C). 

k - współczynnik zależny od wilgotności powietrza, 

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 7

k =

 1 + (0,002 

⋅

 (h/

δ

 – 8,5)) 

h – wilgotność bezwzględna w warunkach pomiaru; h = h

n

⋅ϕ

/100  [g/m

3

], 

h

n 

– wilgotność bezwzględna w stanie nasycenia (tabela 2), 

ϕ

 – wilgotność względna [%], 

U

pn

 - napięcie przeskoku w warunkach normalnych.

 

Iskierniki kulowe mierzą wartość maksymalną napięcia. Napięcia przemienne U

p

 i U

pn 

są zatem wyra-

ż

ane przez wartości szczytowe. 

Rysunek  8  przedstawia  zależność  U

pn

 = f

 

(a) wykonane na podstawie tablic z normy PN-EN 60052. 

Dokładność pomiaru iskiernikiem kulowym wynosi ± 3% przy odstępie elektrod spełniających warunek  
a 

≤

 0,5 D (D - średnica kul). Dokładność ta jest jednak osiągalna, jeżeli: 

−

 

powierzchnia elektrod jest gładka i czysta, 

−

 

brak mimoosiowości w ustawieniu kul, 

−

 

przestrzeń wokół iskiernika jest pozbawiona obcych elementów uziemionych lub pod napięciem 
(obszar o promieniu > 5D o środku w punkcie leżącym w przerwie iskrowej na kuli WN). 

Zalety iskiernika kulowego: 

−

 

wyraźna granica przeskoku bez wyładowań poprzedzających, 

−

 

duża powtarzalność, 

−

 

uniwersalność (mierzy napięcia stałe, przemienne i impulsowe), 

−

 

pomiar wartości szczytowej najważniejszej w technice wysokich napięć, 

−

 

szeroki zakres pomiarowy (np. przy D = 2 m mierzy napięcia do 2700 kV). 

Stosując iskiernik kulowy przy ustawianiu napięć probierczych dla powietrznych układów izolacyj-

nych (np. izolatory wsporcze, iskierniki prętowe) lub pomiarach ich wytrzymałości elektrycznej musimy, 
uwzględniając warunki atmosferyczne, wziąć również pod uwagę wpływ wilgotności powietrza na wy-
trzymałość tych układów. 

 

Rys. 7. Zależność współczynnika poprawkowego k od stosunku h/

δ

 

 

5. Wpływ warunków atmosferycznych na wytrzymałość elektryczną i wartości napięć probierczych 

powietrznych układów izolacyjnych

 

 

Napięcia  probiercze  izolacji  i  tabele  napięć  przeskoku  określane  są  dla  tzw.  warunków  normalnych. 

Za warunki normalne przyjmuje się: 

−

 

temperatura - t

0

 = 20

°

C, 

−

 

ciśnienie atmosferyczne - b

0

 = 1013,25 hPa, 

−

 

wilgotność bezwzględna - h

0 

= 11 g/m

3

. 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

8 

Zgodnie  z  PN-EN  60060-1  dla  określenia  napięcia  probierczego  w  danych  warunkach  atmosferycz-

nych należy wprowadzić współczynnik poprawkowy K

t

,

 

 

U

pr

 = U

0

 K

t

 

,

 

(2.3)

 

 

gdzie: U

0

 - napięcie probiercze dla warunków normalnych. 

Mierząc  to  napięcie  przy  pomocy  iskiernika  kulowego  należy  ustawić  odległość  między  kulami  od-

powiadającą napięciu przeskoku

 

 

 

δ

δ

⋅

=

⋅

k

K

U

U

k

t

pr

0

pn

2

2

=

U

.

 

(2.4)

 

 

Rys. 8. Zależność wartości szczytowej napięcia przeskoku (50 Hz) od odległości elektrod U

pn

 = f

 

(a) dla iskiernika 

o średnicy kul 12,5 cm w warunkach normalnych 

 

Napięcia probiercze podawane są w wartościach skutecznych, a napięcia przeskoku w wartościach mak-

symalnych.  Współczynnik  k  =  f

 

(

δ

)  należy  odczytać  z wykresu  (rys.  7),  a  odległość  a  z zależności 

U

pn

 = f

 

(a) – rysunek 8. Napięcia probiercze są podawane przez normy przedmiotowe dotyczące danych 

układów izolacyjnych. 

Współczynnik        

 K

t

 = k

1

⋅

 k

2

 

,

 

(2.5) 

gdzie: k

1

 = 

δ

 

m

 - współczynnik zależny od gęstości powietrza, k

2 

= (k

w

)

w

 - współczynnik zależny od wil-

gotności powietrza. 

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 9

Współczynnik k

w

 = f

 

(h/

δ

) odczytujemy z wykresu lub obliczamy wg tabeli 1. 

Tabela 1. Wartości współczynnika k

w

 (wg 

PN-EN 60060-1

) 

Napięcie 

k

w

 

Zakres wilgotności 

  udarowe 

1 + 0,010 (h/

δ

 – 11) 

1 < h/

δ

 < 20 

  przemienne 

1 + 0,012 (h/

δ

 – 11) 

1 < h/

δ

 < 15 

  stałe 

1 + 0,014 (h/

δ

 – 11) – 0,00022(h/

δ

 – 11)

2

 

1 < h/

δ

 < 15 

 

Wilgotność bezwzględna „h” w g/m

3

 może być określona z wykresu bądź tabel na podstawie odczytu 

wilgotności względnej 

ϕ

 (w %) z higrometru lub psychrometru. 

 

                           

h =  h

n

⋅ϕ

/100

,

 

(2.6) 

gdzie h

n

 - wilgotność bezwzględna w stanie nasycenia w danej temperaturze. 

 

Tabela 2. Wilgotność bezwzględna h

n

 w funkcji temperatury 

t 

°

C 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

16 

17 

18 

19 

h

n

 

g/m

3

 

8,3 

8,8 

9,4  10,0  10,7  11,4  12,0  12,8  13,6  14,5  15,4  16,3 

t 

°

C 

20 

21 

22 

23 

24 

25 

26 

27 

28 

29 

30 

35 

h

n

 

g/m

3

  17,3  18,3  19,4  20,6  21,8  23,0  24,4  25,8  27,2  28,7  30,3  39,6 

   

Wykładniki potęg „m” i „w” zależą od występowania wyładowań wstępnych. Ich wartości odczytuje się 

z wykresów m = f(g)  i  w = f(g) zamieszczonych w normie PN-92/E-04060 lub z wzorów aproksymacyj-
nych. Wartość g oblicza się z wzoru 

 

w

B

k

l

500

U

=

g

⋅

⋅

⋅

δ

,

 

(2.7) 

gdzie: U

B

 - 50% napięcie wyładowania zupełnego w rzeczywistych warunkach atmosferycznych lub, przy 

braku danych, 1,1 U

pr

 [kV], l - minimalna droga przeskoku [m]. 

 

Tabela 3. Wzory aproksymacyjne do obliczania współczynników m i w 

Współczynnik g 

m 

w 

g < 0,2 

0 

0 

g = 0,2 

÷

 1 

g(g – 0,2)/0,8

 

g(g – 0,2)/0,8

 

g = 1 

÷

 1,2 

1

 

1

 

g = 1,2 

÷

 2 

1

 

w = (2,2 – g)(2,0 – g)/0,8

 

g > 2 

1

 

0 

 

6. Pytania kontrolne

 

 

1.

 

Wytwarzanie wysokich napięć przemiennych – zespoły probiercze 

2.

 

Narysować schemat układu probierczego i omówić jego elementy 

3.

 

Jaką moc można pobierać z zespołu probierczego przy napięciu niższym od znamionowego? 

4.

 

Jakie są wymagania odnośnie wartości prądu zwarcia w obwodzie probierczym przy napięciu prze-
skoku lub przebicia?  

5.

 

Układy połączeń transformatorów probierczych 

6.

 

Omówić zależność przekładni transformatora od obciążenia   

7.

 

Wymagania stawiane zespołom probierczym 

8.

 

Sposób pomiaru napięcia przemiennego przy pomocy iskiernika kulowego 

 
 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

10 

Literatura 

1.

 

Flisowski Z.: Technika wysokich napięć. Wyd. V, WNT, Warszawa 2005 

2.

 

Technika badań wysokonapięciowych - praca zbiorowa. Tom I, WNT, Warszawa 1985 

3.

 

Wodziński J.: Wysokonapięciowa technika prób i pomiarów. PWN, Warszawa 1997 

4.

 

PN-EN 60383-1:2005 Izolatory do linii napowietrznych o znamionowym napięciu powyżej 1000V – Izolato-
ry ceramiczne lub szklane do sieci prądu przemiennego – Definicje, metody badań i kryteria oceny wyników 

5.

 

PN-E-04060:1992  Wysokonapięciowa  technika  probiercza.  Ogólne  określenia  i  wymagania  probiercze  
(norma wycofana zastąpiona przez PN-EN 60060-1) 

6.

 

PN-EN 60060-1:2011 Wysokonapięciowa technika probiercza – Część 1: Ogólne definicje i wyma-
gania probiercze (oryg.) 

7.

 

PN-EN 60060-2:2000/Ap1:2002 Wysokonapięciowa technika probiercza – Układy pomiarowe  

8.

 

PN-EN 60071-1:2008 Koordynacja izolacji – Część 1: Definicje, zasady i reguły 

9.

 

PN-EN 60052:2003 Pomiar napięcia metodą iskierników znormalizowanych 

 

 

II. 

POMIARY 

 

Ć

wiczenie składa się z dwóch części: 

a)

 

przygotowania stanowiska do wysokonapięciowych prób probierczych. 

b)

 

wykonania prób probierczych: próby napięciowej i próby wytrzymałościowej wysokonapięcio-
wych układów izolacyjnych. 

 
 

1. Przygotowanie stanowiska do wysokonapięciowych  

prób probierczych 

 

1.1. Transformator probierczy

 

 

Transformator probierczy jest najważniejszym elementem układu probierczego. Prawidłowy jego do-

bór umożliwia realizację wszelkich prób elektrycznych: 

−

 

moc transformatora regulacyjnego powinna wynosić nie mniej niż 0,8 mocy znamionowej trans-
formatora probierczego (ze względu na odkształcenie krzywej napięcia), 

−

 

nie zaleca się przeprowadzania prób przy napięciach mniejszych od 1/5 napięcia znamionowego 
transformatora probierczego (przyczyna jak wyżej). 

Wykorzystywany w ćwiczeniu transformator probierczy ma parametry: 

−

 

moc znamionowa 

S

n

  = 10 kVA (dla transf. regulacyjnego 10 kVA), 

−

 

napięcie znamionowe 

U

n 

= 110 kV, 

−

 

prąd znamionowy ciągły  I

n

  = 0,095 A, 

−

 

napięcie zwarcia 

u

z

  = 11%. 

 

1.2. Sprawdzenie wartości prądu pobieranego przez obiekt

 

 

Badany obiekt stanowi układ izolatora wsporczego. Należy określić znamionowe napięcie wytrzymy-

wane krótkotrwałe częstotliwości sieciowej wg normy PN-EN 60071-1:2008 Koordynacja izolacji – Część 1 
–  Definicje,  zasady  i  reguły.  Przykładowo,  dla  najwyższego  napięcia  roboczego  izolatora  U

m

  =  24  kV, 

znormalizowane znamionowe napięcie wytrzymywane izolacji (50 Hz, wartość skuteczna) wynosi  U

pr

 = 

50 kV. 

Prąd pobierany przez obiekt wynosi

 

 

I = U

pr

ω

C

,

 

gdzie: U

pr

  -  napięcie  probiercze,  C  -  pojemność  badanego  izolatora  (pojemność  należy  pomierzyć),

 

I - wartość prądu pobieranego przez obiekt.

 

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 11

Wartość  prądu  pobieranego  przez  obiekt  nie  może przekraczać wartości prądu znamionowego trans-

formatora probierczego

 

I[A] = 314

 

⋅

 

10

–9 

⋅

 

U

pr

[kV]

 

⋅

 

C[pF]  

≤

  I

n

 

. 

. 

1.3. Sprawdzenie prądu zwarciowego w przypadku przeskoku lub przebicia

 

 

Prąd zwarciowy w obwodzie wtórnym transformatora probierczego wynosi

 

 

 

z

n

z

X

U

I

=

.

 

 

Wartość reaktancji zwarciowej indukcyjnej X

z

 możemy obliczyć z wzoru

 

 

 

n

n

z

z

I

U

100

u

X

⋅

=

,

 

 

gdzie: u

z

 - procentowe napięcie zwarcia transformatora probierczego,  

U

n

, I

n

 - napięcie i prąd znamionowy transformatora. 

Obliczamy wartość impedancji zwarcia potrzebnej do ograniczenia prądu zwarcia do wartości I

z

 = 0,3 A 

z

pr

z

I

U

Z

=

 

Jeżeli Z

z

 > X

z

, obliczamy wartość rezystancji ograniczającej potrzebnej do ograniczenia prądu zwarcia 

do wartości I

z

 = 0,3 A 

2

z

2

z

0

X

Z

R

−

=

, 

 

1.4. Sprawdzenie kształtu krzywej napięcia

 

 

Jednym ze sposobów sprawdzenia kształtu krzywej napięcia jest pomiar współczynnika szczytu. Po-

miaru tego możemy dokonać przez jednoczesny pomiar napięcia woltomierzem elektrostatycznym (war-
tość  skuteczna)  i  iskiernikiem  kulowym  (wartość  maksymalna)  w  układzie  jak  na  rysunku  9.  Zamiast 
iskiernika kulowego można wykorzystać prostownikowy miernik wartości szczytowej – unika się wtedy 
uwzględniania wpływu warunków atmosferycznych. 

W przypadku użycia iskiernika kulowego pomiary należy przeprowadzić następująco: 

−

 

na iskierniku kulowym należy ustawić odstęp a między kulami (według tabeli 3). Napięcie prze-
skoku odczytane z wykresu (rys. 8) odpowiada normalnym warunkom atmosferycznym, 

−

 

przy  pomocy  transformatora  regulacyjnego  należy  podnosić  napięcie  aż  do  wystąpienia  prze-
skoku na iskierniku kulowym, 

−

 

w momencie przeskoku odczytujemy wskazanie woltomierza elektrostatycznego. 

Pomiaru dla każdej odległości należy dokonać trzykrotnie. 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

12 

C

1

C

2

Ve

Tp

R

t

Is

V

A

Tr

 

Rys.  9.  Schemat  układu  do  sprawdzenia  krzywej  napięcia: Tr  -  transfor-
mator  regulacyjny,    Tp    -  transformator    probierczy,    Rt    -  rezystor    tłu-
miący, Ve  -  woltomierz elektrostatyczny, C

1

, C

2

 - pojemnościowy dzielnik 

napięcia, Is - iskiernik 

 

Tabela 4. Kształt krzywej napięcia – wyniki pomiarów i obliczeń. 

b = .............. hPa,           

ϕ

 = ......... %,          t = ............ 

°

C,         

ϑ

 = 30.

 

a 

Wartość szczytowa 

Wartość 

skuteczna 

3

U

U

3

1

i

ei

r

eś

∑

=

=

 

r

eś

p

sz

U

U

k

=

 

%

100

1

2

k

sz

⋅

−

 

U

pn

 

U

p

= 

k

⋅

δ

⋅

U

pn

 

U

ei

=

ϑ⋅

U

V

 

cm 

kV 

kV 

kV 

kV 

– 

% 

1,0 

 

 

 

 

 

 

 
 

1,5 

 

 

 

 

 

 

 
 

2,0 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

2,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,0 

 

 

 

 

Oznaczenia w tabeli 3: 

U

pn

  

- napięcie przeskoku w warunkach normalnych dla iskiernika pomiarowego o danym 

odstępie elektrod  „a” odczytane z PN-EN 60052 lub z wykresu (rys. 8), 

U

p

 = k

⋅

δ

⋅

U

pn

 - 

napięcie przeskoku w warunkach pomiaru

, 

 

k =

 1 + (0,002 

⋅

 (h/

δ

 – 8,5))

 

t

273

b

289

,

0

+

=

δ

 

; 

 

b - ciśnienie w hPa , 

                                          (1000 hPa = 750 mmHg)

 

U

ei

 = 

ϑ⋅

U

V

  - napięcie wskazane przez woltomierz elektrostatyczny w chwili przeskoku pomnożo-

ne przez przekładnię dzielnika, 

U

eśr

  

- średnia arytmetyczna z trzech pomiarów, 

k

sz

 = U

p

/U

eśr

 - współczynnik szczytu. 

Współczynnik szczytu nie powinien różnić się od 

2

więcej niż  

±

5%. 

Wykreślić zależność k

sz

 = f(a) z zaznaczeniem dopuszczalnych wartości (0,95 

÷

 1,05)

⋅

2

 

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 13

 
 

2. Sprawdzenie napięcia wytrzymywanego i napięcia przeskoku izolatora wsporczego

 

 

Próby napięciowe i wytrzymałościowe wykonujemy w układzie jak na rysunku 10. Aby dokonać spraw-

dzenia napięcia wytrzymywanego izolatora, należy: 

a)

 

odczytać wartość znormalizowanego znamionowego napięcia wytrzymywanego 50 Hz (U

0

) dla 

danego  izolatora  z  polskiej  normy  PN-EN  60071-1:2008  (napięcie  to  odnosi  się  do  warunków 
normalnych), 

Najwyższe napięcie robocze U

m

 = ........... kV,           U

0

 = ........... kV 

b)

 

obliczyć  napięcie  probiercze  wytrzymywane  w  danych  warunkach  atmosferycznych,  jakie  pa-
nują w laboratorium – wg punktu 2.1: 

 

U

pr

 = U

0 

⋅

 

K

t

 = U

0 

⋅

 

δ

m 

⋅

 

(k

w

)

w

, 

 

c)

 

ustawić  obliczoną  wartość  napięcia  probierczego  na  transformatorze  za  pomocą  miernika  na-
pięcia, np:  

−

 

woltomierza elektrostatycznego, 

−

 

iskiernika kulowego. 

W przypadku korzystania z iskiernika kulowego dla którego wartości napięć przeskoku odnoszą się do 

warunków normalnych, ustawienie napięcia probierczego jest następujące: 

−

 

obliczamy napięcie przeskoku dla iskiernika dla warunków normalnych

 

δ

⋅

⋅

=

k

U

U

pr

pn

2

, 

 

gdzie: U

pr

 - napięcie probiercze dla izolatora wsporczego obliczone wyżej, 

−

 

z wykresu (rys. 11), dla obliczonej powyżej wartości U

pn

, odczytujemy odległość a, którą na-

leży ustawić między kulami iskiernika. 

 

2.1. Obliczenie napięcia probierczego wytrzymywanego dla danych warunków atmosferycznych

 

 

Zgodnie z PN-92/E-04060 napięcie probiercze w danych warunkach atmosferycznych wynosi 

U

pr

 = U

0

⋅

K

t

, 

gdzie: U

0

 - napięcie probiercze izolatora dla warunków normalnych,  

K

t

 = 

δ

m 

⋅

 

(k

w

)

w

 - współczynnik poprawkowy. 

 

Procedura obliczania współczynnika poprawkowego K

t

 

 

a)

 

określenie warunków atmosferycznych

 

 

 

t = ............ 

°

C, 

 

b = ............ hPa, 

ϕ

 = ............. %, 

 

b)

 

obliczenie względnej gęstości powietrza „

δ

” i wilgotności bezwzględnej „h”. Wilgotność względną 

ϕ

 

[%]  należy odczytać z psychrometru

 

 

..

..........

C]

[

 

t

+

273

[hPa]

 

b

0,289

=

o

=

δ

, 

=

⋅

=

n

h

100

h

ϕ

 

............ g/m

3

, 

 

gdzie h

n

 - wilgotność bezwzględna w stanie nasycenia odczytana z tabeli 2, 

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

14 

c)

 

obliczenie współczynnika k

w

,

 

 

 

      k

w

 = 1 + 0,012 (h/

δ

 – 11) = ............, 

                         

..

..........

h

=

δ

 g/m

3

, 

 

 

  

d)

 

obliczenie współczynnika g 

 

 

 

w

B

k

l

500

U

=

g

⋅

⋅

⋅

δ

= 

............, 

 

gdzie:  U

B

  =  1,1

⋅

U

0

  [kV],  l  -  minimalna  droga  przeskoku  [m]  (pomierzyć  najmniejszą  odległość 

między elektrodami izolatora), 

e)

 

odczytanie z wykresu m = f(g) i w = f(g) (PN-92/E-04060) wykładników potęg „m” i „w” 

 
 

 

m = ............, 

 

 

 

w = ............., 

 

f)

 

obliczenie  wytrzymywanego  napięcia  probierczego  izolatora  wsporczego  w  danych  warunkach  at-
mosferycznych

 

 

 

 

 

U

pr

 = U

0

⋅δ

 m

⋅

k

w

w

 = .............. kV

.

 

 

Obliczenia wytrzymywanego napięcia probierczego można dokonać również przy pomocy programu 

komputerowego Izolator.exe wprowadzając następujące dane: 

−

 

typ izolatora, 

−

 

temperaturę, 

−

 

wilgotność względną w %, 

−

 

ciśnienie w hPa lub mmHg. 

 

2.2. Wykonanie sprawdzenia napięcia wytrzymywanego izolatora wsporczego

 

 

R

0

Tp

Ob

Ve

Tr

C

2

V

C

1

A

 

Rys. 10. Schemat układu probierczego: Ve - woltomierz elektrostatyczny, 
Ob - badany obiekt 

Za pomocą transformatora regulacyjnego podwyższamy napięcie na układzie z prędkością pozwalają-

cą  na  odczyt  mierników.  Podnoszenie  napięcia  odbywa  się  ze  stałą  prędkością  za  pomocą  silnika  po 
przyciśnięciu przycisku podwyższania U

↑

. Po osiągnięciu wymaganego napięcia probierczego – wartość 

tę wskazuje woltomierz elektrostatyczny – należy je utrzymać w ciągu jednej minuty. Następnie należy 
obniżyć  napięcie  do  zera  (trzymając  przycisk  obniżania  U

↓

  aż  do  samoczynnego  wyłączenia  silnika) 

i wyłączyć układ. 

W czasie próby napięciowej należy obserwować badany obiekt i kontrolować prąd zasilania transfor-

matora probierczego. 

Ć

wiczenie 2. Badanie wysokonapięciowych układów napięciem przemiennym 

 

 

 15

Wynik próby napięciowej – sprawdzenia napięcia wytrzymywanego - należy uznać za dodatni, jeżeli 

w czasie próby nie nastąpi przeskok ani przebicie izolacji badanego izolatora. Mogą wystąpić natomiast 
wyładowania niezupełne. 
 
2.3. Badanie napięcia wyładowania zupełnego

 

 

Schemat  układu  probierczego  jest  taki  sam  jak  w  próbie  napięciowej.  Napięcie  należy  podnosić 

w sposób  ciągły  aż  do  wystąpienia  wyładowania  zupełnego  na  badanym  obiekcie  (czyli  przeskoku  lub 
przebicia). Należy w tym momencie odczytać wartość napięcia. Wyniki pomiarów należy przedstawić w 
tabeli 4. 

Tabela 5. Wyniki pomiarów napięcia przeskoku izolatora wsporczego (na sucho) 

Nr pomiaru 

U

p

 

U

pśr

 

U

pn

 

– 

kV 

kV 

kV 

1 

 

 

 

2 

 

3 

 

4 

 

5 

 

 

Oznaczenia: 

 

U

p

 = 

ϑ⋅

U

V

, 

 

U

V

   - wartość napięcia przeskoku w danych warunkach laboratoryjnych odczytana, w momencie 

przeskoku, na woltomierzu elektrostatycznym, 

 

ϑ

   - przekładnia dzielnika napięcia, 

 

U

pśr  

- średnia arytmetyczna z pięciu pomiarów, 

 

U

pn

  - wartość napięcia przeskoku w warunkach normalnych obliczona ze wzoru 

 

t

r

pś

pn

K

U

U

=

,

 

 

K

t

 = 

δ

m 

⋅

 (k

w

)

w

 - współczynnik poprawkowy obliczony w punkcie 2.2. 

Wytrzymałość elektryczna izolatora nie może być mniejsza od wartości napięcia probierczego stoso-

wanego w próbie napięciowej. 

 

3. 

 

Wnioski

 

 

Wnioski powinny zawierać uwagi i własne spostrzeżenia dotyczące zarówno przebiegu ćwiczenia, jak 

i otrzymanych wyników badań i pomiarów.