Ćwiczenie nr 3: Metody pomiaru wysokiego napięcia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami pomiarów wysokiego napięcia w laboratorium wysokich napięć. Nasze zadanie polegało na odczycie mierzonych wartości napięć panujących na przyrządach pomiarowych, a następnie zapisane ich do tabel, przeliczenie na strony pierwotne, porównanie i przedstawienie na wykresach zależności napięcia wtórnego od pierwotnego.

Wykorzystaliśmy następujące przyrządy pomiarowe:

1. iskiernik kulowy o średnicy D=25cm

2. iskiernik kulowy o średnicy D=12,5cm

3. kilowoltomierze

4. dzielnik pojemnościowy

5. przekładnik napięciowy nr 1

6. przekładnik napięciowy nr 2

7. oscyloskop cyfrowy

8. woltomierze magnetoelektryczne

Schemat układu pomiarowego:

Przebieg ćwiczenia:

Pomiary zaczęliśmy od iskiernika kulowego D=25cm. Ustawiliśmy kule w odległości 1mm. Następnie zwiększaliśmy za pomocą autotransformatora napięcie z transformatora probierczego (TP110NF48491 U_N=220V/110kV). Po osiągnięciu odpowiedniej wartości napięcia i doprowadzeniu do przeskoku iskrowego między kulami iskiernika, zmniejszaliśmy napięcie aż do zaniku iskry i w tym momencie spisywaliśmy wskazania przyrządów pomiarowych. Następnie znów rozstawialiśmy kule o 1mm dalej i powtarzaliśmy dalsze czynności. Takich pomiarów wykonaliśmy 29.

Potem przeprowadziliśmy identyczne pomiary dla iskiernika D=12,5cm. Czynności badawcze były identyczne jak przy poprzednim iskierniku. Pomiarów było 28.

Zaprzestawaliśmy pomiarów w momencie, gdy na kilowoltomierzu dołączonym do pojemności C2 dzielnika pojemnościowego, wskazówka dochodziła do końca skali.

Rezystor ograniczający włączony w obwód pomiarowy: R = 27Ω ; P = 2,5kW

Wnioski:

Po przeprowadzeniu szeregu pomiarów możemy zauważyć, iż większość metod i wykorzystanych urządzeń nie nadaje się do pomiaru niskich napięć. Metodą określającą dość dokładnie najniższe napięcia, okazała się metoda przekładników napięciowych, natomiast dzielnik pojemnościowy jest relatywnie najgorszym sposobem pomiaru wspomnianych napięć.

Jeśli zaś chodzi o interesujące nas wysokie napięcia, to na podstawie wykresów możemy stwierdzić, że najlepszym sposobem pomiaru wysokich napięć są przekładniki napięciowe. Powyżej U_AT = 40V punkty rozkładają się bardzo liniowo i równomiernie. Również błąd wprowadzany przez sam przekładnik możemy uznać za nieduży, ponieważ wyniki z obu przekładników i kilowoltomierza zdają się być bardzo zbliżone do siebie, co świadczy o poprawności i skuteczności pomiaru. Dodatkowo należy wspomnieć o możliwości pomiaru WN już od wartości 1-2kV, co w przypadku innych metod z reguły nie było możliwe.

Analizując poszczególne pomiary można zaobserwować, iż w każdym badaniu najwyższą wartość napięcia odczytaliśmy przy metodzie kilowoltomierza. Aczkolwiek argumentem świadczącym o możliwości wystąpienia błędu w tym pomiarze jest fakt, iż kilowoltomierz jest czuły na zmiany pola elektrycznego, toteż wpływ sąsiednich przyrządów, przewodów i źródeł napięcia/prądu mógł odegrać tu zauważalną rolę. Najniższe wartości napięcia zanotowaliśmy przy wspomnianych wcześniej dzielnikach pojemnościowych, zaś wynikami najbardziej zbliżonymi do siebie okazały się te zmierzone za pomocą przekładników napięciowych, co było jednak do przewidzenia.

Analizując otrzymane wykresy wnioskujemy, że największe różnice pomiędzy kolejnymi wynikami pomiarów występują w przekładniku napięciowym nr 1 (pierwotne uzwojenie), jednakże te różnice obserwujemy tylko dla niskich wartości napięć U_AT < 40