Politechnika Poznańska Zakład Wysokich Napięć i Materiałów Elektrotechnicznych Laboratorium Techniki Wysokich Napięć

Ćwiczenie nr 3: Temat: Pomiar wysokiego napięcia przemiennego małej częstotliwości.

Rok Akad. 2012/2013

Wydział Elektryczny

Elektrotechnika Rok II, sem.IV

Grupa E4

Ocena, uwagi:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami pomiaru wysokich napięć przemiennych małej częstotliwości różnymi metodami oraz oszacowanie błędów poszczególnych metod i wybranie najlepszej metody pomiaru.

1. Wstęp teoretyczny i schemat pomiarowy

W technice wysokich napięć pomiar napięcia przemiennego o małej częstotliwości można wykonywać za pomocą następujących urządzeń:

- iskiernika kulowego,

- układu prostownikowego z wysokonapięciowym kondensatorem szeregowym,

- przekładnika napięciowego z woltomierzem elektromagnetycznym lub elektrodynamicznym,

Kilowoltomierza elektrostatycznego,

- dzielników napięciowych: pojemnościowych, rezystancyjnych lub mieszanych,

- woltomierza mierzącego napięcie po stronie pierwotnej transformatora z uwzględnieniem

jego przekładni.

1. Schemat pomiarowy.

Lp.	U1	U2	U3-wzór	U4	U5	U6	U7	U7b
	[V]	[kV]	[kV]	[kV]	[kV]	[V]	[kV]	[V]
1	11	5,5	5,7	5	3	14	4,2	4,2
2	14	7	6	6	4	15	4,5	5,5
3	16	8	7	7	4,5	26	7,8	6,2
4	18	9	8	8	5	30	9	7,8
5	20	10	9	9	5,5	32	9,6	8
6	22	11	11	10	6,5	36	10,8	9
7	24	12	12	11	7,5	40	12	11
8	26	13	13	12	8	44	13,2	12
9	28	14	14	13	9	46	13,8	12,5
10	30	15	15	14	9,5	50	15	13
11	32	16	16	15	10,5	54	16,2	14
12	34	17	17	16	11	57	17,1	16,5
13	36	18	18	17	11,5	60	18	17
14	38	19	19	18	12,5	64	19,2	17,2
15	40	20	20	19	13,5	66	19,8	18
16	42	21	21,5	20	14	68	20,4	20

4.Tabela wyników.

5.Przykładowe obliczenia dla U3=15 [kV].

U₁- napięcie wyznaczone za pomocą przekładni transformatora probierczego TP.

Przekładnia transformatora probierczego:

$$\vartheta_{\text{TP}} = \frac{50\ 000\lbrack V\rbrack}{100\lbrack V\rbrack} = 500$$

U₁ = ϑ_TP • U_1wsk = 500 • 32[V] = 16000[V] = 16[kV]

U₁=16 [kV]

U₅- napięcie wyznaczone za pomocą przekładnika napięciowego.

Przekładnik napięciowy:

$$\vartheta_{\text{PN}} = \frac{30\ 000\lbrack V\rbrack}{100\lbrack V\rbrack} = 300$$

U₅ = ϑ_PN • U_5wsk = 300 • 54[V] = 16200[V] = 16, 2[kV] ,

U₅=16, 2 [kV]

U₆- napięcie wyznaczone za pomocą dzielnika rezystancyjnego typu A.

Rezystancja zastępcza rezystora R₂ i rezystancji oscyloskopu:

$$R_{\text{Azas}} = \frac{R_{2} \bullet R_{\text{OSC}}}{R_{2} + R_{\text{OSC}}} = \frac{2 \bullet 1}{2 + 1}\left\lbrack \frac{M\Omega \bullet M\Omega}{M\Omega} \right\rbrack = \frac{2}{3}\lbrack M\Omega\rbrack$$

Przekładnia oscyloskopu:

$$\vartheta_{A} = \frac{R_{1} + R_{\text{Azas}}}{R_{\text{Azas}}} = \frac{1800 + \frac{2}{3}}{\frac{2}{3}}\left\lbrack \frac{M\Omega}{M\Omega} \right\rbrack = 2701$$

$$U_{6} = U_{7Awsk} \bullet \frac{1}{2} \bullet \frac{1}{\sqrt{2}} \bullet \vartheta_{A} = 14 \bullet \frac{1}{2} \bullet \frac{1}{\sqrt{2}} \bullet 2701\lbrack V\rbrack = 13370\left\lbrack V \right\rbrack = 13,37\lbrack kV\rbrack$$

U₆=13, 37 [kV]

U₇- napięcie wyznaczone za pomocą dzielnika pojemnościowego.

Przekładnia dla układu dzielnika pojemności:

$$\vartheta = \frac{C_{1} + C_{2} + C_{P} + C_{M}}{C_{1}} = \frac{144 \bullet 10^{- 12} + 114,4 \bullet 10^{- 9} + 581 \bullet 10^{- 12} + 50 \bullet 10^{- 12}\lbrack F\rbrack}{144 \bullet 10^{- 12}\lbrack F\rbrack} \approx 800$$

U₇ = ϑ • U_6wsk = 800 • 18, 75 = 15000[V] = 15[kV]

U₇=15 [kV]

U_7b- napięcie wyznaczone za pomocą dzielnika pojemnościowego.

Przekładnia dla układu dzielnika pojemności:

$$\vartheta = \frac{C_{1} + C_{2} + C_{P} + C_{M} + C_{D}}{C_{1}} =$$

$$= \frac{144 \bullet 10^{- 12} + 114,4 \bullet 10^{- 9} + 581 \bullet 10^{- 12} + 50 \bullet 10^{- 12} + 28,4 \bullet 10^{- 12}\lbrack F\rbrack}{144 \bullet 10^{- 12}\lbrack F\rbrack} \approx 997$$

U_7b = ϑ • U^′_6wsk = 997 • 15, 37 = 15320[V] = 15, 32[kV]

U′_7b=15, 32[kV]

5.Błędy

U3	δU1	δU2	δU5	δU6	δU7	δU7b
5	10	14	16	19,78	5,4	0,4
10	10	10	8	14,05	0,4	2,8
15	6,67	6,67	120	10,86	0	2,1
20	5	7,5	2	4,5	1,4	0,75
średnia	7,917	9,547	36,5	12,297	1,8	1,523