POLITECHNIKA 

ŚWIĘTOKRZYSKA

Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć

ĆWICZENIE  11

WYTWARZANIE  I  POMIAR  WYSOKIEGO

NAPIĘCIA  STAŁEGO

I. WIADOMO

ŚCI  TEORETYCZNE

1. Wst

ęp

Wysokie  napięcia  stałe  mogą  być  wytwarzane  na  drodze  elektrostatycznej.  Za  pomocą  generatorów

elektrostatycznych można wytwarzać napięcia stałe do 12 MV. Wykorzystywane są one głównie w bada-
niach  z  zakresu  fizyki  jądrowej.  Najbardziej  znany  elektrostatyczny  generator  Van  de  Graafa  działa  na
zasadzie przenoszenia ładunku, za pomocą izolacyjnego pasa, do wnętrza metalowej kuli.

Powszechniej stosowanym i łatwiejszym sposobem wytwarzania wysokiego napięcia stałego jest pro-

stowanie  wysokiego  napięcia  przemiennego.  Zespół  probierczy  wysokiego  napięcia  stałego  składa  się
z zespołu  probierczego  wysokiego  napięcia  przemiennego,  układu  prostowników  wysokiego  napięcia
oraz kondensatorów filtrujących. Napięcia wytwarzane w ten sposób mają charakter pulsujący. Przy ba-
daniach  izolacji  przepływa  przez  nią  dodatkowo  pewien  prąd  pojemnościowy  utrudniający  pomiar  (np.
przewodności). W związku z tym wprowadzono wymagania dotyczące tzw. współczynnika pulsacji okre-
ś

lanego jako stosunek amplitudy pulsacji do wartości średniej napięcia. Amplituda pulsacji (lub krócej –

pulsacja)  jest  zdefiniowana  jako  połowa  różnicy  między  wartością  najwyższą  i najniższą  napięcia  (rys.
1).

2

U

U

U

min

max

śr

+

=

,

2

U

U

U

min

max

−

=

δ

,

współczynnik pulsacji

                  

100%

U

U

U

U

100%

U

δU

δU

min

max

min

max

śr

%

⋅

+

−

=

⋅

=

.

U

max

U

min

U

śr

U

δ

U

δ

U

t

Rys. 1.  Interpretacja współczynnika pulsacji napięcia stałego

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

2

2. Prostowniki wysokiego napi

ęcia

2.1. Kenotrony i gazotrony

Kenotrony to dwuelektrodowe wysokopróżniowe lampy. Ich niezaprzeczalną zaletą są dobre własno-

ś

ci izolacyjne w kierunku zaporowym. Największą wadą – konieczność stosowania żarzenia katody, naj-

częściej specjalnego transformatora z izolacją wysokonapięciową. Napięcia zwrotne prostowników próż-
niowych dochodzą do 500 kV, a prądy nasycenia do 300 mA. Spadek napięcia w kierunku przewodzenia
sięga kilku kV.

Gazotrony  są  to  prostownicze  lampy  gazowane  wypełnione  parami  rtęci  lub  rozrzedzonymi  gazami

szlachetnymi (argon, krypton, przy 10

–3

 mmHg). W gazotronach elektrony emitowane z katody służą do

zapoczątkowania  jonizacji  w  gazie,  a nie  przewodzenia  prądu  jak  w  kenotronie.  Pomiędzy  elektrodami
dochodzi do wyładowania łukowego i gazotron zaczyna przewodzić prąd.

Zalety gazotronu

:

−

 

zdolność prostowania dużych prądów (kilka A),

−

 

mały międzyelektrodowy spadek napięcia.

Wady:

−

 

małe napięcie zwrotne (do 40 kV),

−

 

bardzo długi czas samorozgrzewania (2 

÷

 30 minut).

2.2. Prostowniki półprzewodnikowe

Prostowniki  półprzewodnikowe  wysokiego  napięcia,  początkowo  selenowe,  później  krzemowe,  wy-

pierają skutecznie inne rodzaje prostowników.

P

R

R

R

C

P

P

Rys. 2. Schemat prostownika półprzewodnikowego: P - prostownik (pojedyncza dioda), R - rezystor, C - konden-
sator

Zalety prostowników półprzewodnikowych:

−

 

zdolność prostowania dużych prądów,

−

 

brak żarzenia,

−

 

prosta konstrukcja,

−

 

brak szkodliwego promieniowania.

Wady:

−

 

zbyt małe napięcie zwrotne,

−

 

wrażliwość na przeciążenia,

−

 

zbyt mała rezystancja w kierunku zaporowym,

Ć

wiczenie 11. Wytwarzanie i pomiar wysokiego napięcia stałego

3

−

 

duża rozbieżność tej rezystancji dla poszczególnych egzemplarzy

.

Ze  względu  na  niskie  napięcie  zwrotne  pojedyncze  diody  prostownicze  łączy  się  w  szereg.  Dla  wy-

równania  rozkładu  napięcia  wzdłuż  łańcucha  prostowników  bocznikuje  się  je  rezystorami.  Rezystancje
rezystorów  muszą  być  mniejsze  od  rezystancji  prostowników  w  kierunku  zaporowym  (ok.  2  M

Ω

).  Po-

prawę rozkładu napięcia szybkozmiennego uzyskuje się bocznikując grupy prostowników kondensatora-
mi. Bloki prostowników zalewa się żywicą bądź olejem dla poprawy ich własności izolacyjnych.

3. Układy probiercze napi

ęcia stałego

3.1. Prostowanie jednopołówkowe

U

R

śr

I

0

0

P

C

i

r

2

1

r

T p

p

E

Rys. 3. Schemat  jednopołówkowego  wysokonapięciowego  układu  probierczego: Tp - trans-
formator  probierczy,  P - prostownik,  r

1

, r

2

 - rezystory ochronne, C - kondensator wygładzają-

cy, R

0

 - rezystancja obiektu badanego, E - wartość skuteczna SEM transformatora, i

p

 - prąd ła-

dowania, I

śr

 - prąd obciążenia

Rezystor r

1

 ogranicza prąd ładowania chroniąc prostownik i transformator przed przeciążeniem

m

1

I

E

2

r

⋅

≥

,

gdzie I

m

 - dopuszczalna wartość impulsu prądowego prostownika.

Rezystor r

2

 ogranicza prąd rozładowania kondensatora przy ewentualnym przebiciu izolacji obiektu.

Prostowanie odbywa się w co drugim półokresie napięcia przemiennego (rys. 4).

W przerwach pomiędzy kolejnymi okresami ładowania pojemność C rozładowuje się przez rezystory

r

2

 i R

0

. W tym czasie na prostowniku występuje napięcie zwrotne równe sumie napięć u

c

 i e. Prostownik

zatem powinien być dobrany na napięcie zwrotne równe podwójnej wartości napięcia wyprostowanego.

Współczynnik pulsacji dla prostownika jednopołówkowego można opisać wzorem

Cf

U

2

I

U

U

śr

śr

śr

=

δ

,

gdyż

  

∫

∫

=

−

=

=

=

T

0

U

U

min

max

śr

max

min

U

C

 

f

2

2

U

U

C

 

f

2

dU

Cf

dt

dt

dU

C

T

1

I

δ

.

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

4

u

c

e

i

p

t

u, i

Rys. 4. Przebiegi napięć i prądu przy prostowaniu jednopołówkowym (w stanie ustalonym)

W stanie ustalonym najwyższa wartość napięcia na obiekcie U

max

 jest niższa od 

0

E

2

⋅

 o spadek na-

pięcia  

∆

U na rezystancjach obwodu probierczego od prądu obciążenia I

śr

.

3.2. Prostowanie dwupołówkowe

Prostowanie  dwupołówkowe  prowadzi  do  obniżenia  pulsacji  napięcia  wyjściowego.  Częstotliwość

pulsacji wzrasta dwukrotnie.

c )

a )

b )

Rys. 5. Układy  prostownikowe  pełnookresowe:  a) niesymetryczny, b) symeryczny, c) mostkowy

3.3. Układy kaskadowe

Układy  kaskadowe  (zwane  też  powielaczami  napięcia),  czyli  wielostopniowe  układy  prostowników,

pozwalają teoretycznie na uzyskanie napięć stałych o dowolnej wysokości. Rysunek 6 przedstawia dwu-
stopniowy generator kaskadowy napięcia stałego zwany układem Greinachera.

Pojemność C

1

 nosi nazwę pojemności powielającej, a C

2

 – pojemności głównej. Ładowanie pojemno-

ś

ci C

2

 odbywa się cyklami:

a) przy wzroście napięcia w punkcie 3 od 0 do +

E

2

⋅

 przewodzi tylko prostownik P

1

, a pojem-

ności C

1

 i C

2

 ładują się szeregowo do napięć

Ć

wiczenie 11. Wytwarzanie i pomiar wysokiego napięcia stałego

5

,

C

C

C

E

2

U

2

1

2

C

1

+

⋅

=

       

2

1

1

C

C

C

C

E

2

U

2

+

⋅

=

,

(11.1)

b) przy ujemnej połówce sinusoidy P

1

 nie przewodzi. Prostownik P

2

 zaczyna przewodzić, gdy po-

tencjał  punktu  3  stanie  się  niższy  od  –U

C1

  i  przewodzi  do  chwili  naładowania  C

1 

do  napięcia

E

2

⋅

,

c) 

 

prostownik  P

1

  zacznie  przewodzić  gdy  potencjał  punktu  1  stanie  się  wyższy  od  potencjału

punktu 2, tzn. gdy w punkcie 3 napięcie będzie się zmieniać w przedziale [

E

2

⋅

−

⋅

C

2

/(C

1

 +

C

2

), 

E

2

⋅

]. Część ładunku z C

1

 przejdzie na C

2

.  Napięcie na pojemności C

2

 będzie wynikać

ze zrównania się potencjałów w punkcie 1 i 2. Kondensatory C

1

 i C

2

 łączą się równolegle

2

1

2

1

1

2

1

2

C

C

C

C

E

2

C

E

2

)

C

C

(

U

+

⋅

+

⋅

⋅

=

+

,

2

2

1

2

1

1

2

)

C

C

(

)

C

2

C

(

C

E

2

U

+

+

⋅

=

,

(11.2)

d) siła elektromotoryczna doładowuje szeregowo C

1

 i C

2

 napięciami wg wzorów (11.1). Napięcie

na C

2

 osiągnie wartość

2

2

1

2

1

1

2

)

C

C

(

C

3

C

2

C

E

2

U

+

+

⋅

⋅

=

.

(11.3)

Dalsze cykle powtarzają się. W efekcie C

2

 ładuje się do napięcia 

E

2

2

⋅

.

1,5

1,0

0,5

0

-0,5

-1,0

u/E

m

e

u

1

u

2

÷

t

2

3

1

C

1

C

2

P

2

P

1

Rys. 6. Dwustopniowy generator kaskadowy oraz przebieg zmian napięcia w punktach 1 i 2  przy  C

1

 = C

2

W podobny sposób działają kaskady wielostopniowe (rys. 7) pozwalając teoretycznie uzyskać napię-

cie 2n

E

2

⋅

 przy użyciu 2n prostowników na napięcie zwrotne 

E

2

2

⋅

.

W przypadku jednakowych pojemności zastosowanych w kaskadzie pulsację napięcia można obliczyć

z wzoru

C

k

I

fC

4

)

1

n

(

n

I

U

śr

śr

=

+

=

δ

,

(11.4)

gdzie: n - liczba stopni,  k = n(n + 1)/4f .

Napięcie na wyjściu generatora wynosi wtedy

U

max 

= 2n

E

2

2

⋅

 – 

∆

U,

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

6

gdzie:

 













−

⋅

=

6

n

3

n

2

C

f

I

U

3

śr

∆

- napięcie na rezystancjach obwodu probierczego.

C '

1

C '

n

−

2

C

1

I

ś r

C

n

−

2

R

0

C '

n

−

1

C '

n

T p

C

n

−

1

C

n

Rys. 7. Wielostopniowy generator kaskadowy napięcia stałego

Optymalną liczbę stopni, przy której uzyskuje się największe średnie napięcie wyjściowe, oblicza się

z warunku dU

śr

/dn = 0

U

śr

 = 2n

E

2

2

⋅

 – 

δ

U – 

∆

U,

śr

opt

I

C

f

E

2

n

⋅

⋅

=

.

Zastosowanie  pojemności  zwiększających  się  proporcjonalnie  do  swoich  numerów  porządkowych,

czyli C

n

 = nC

1

 oraz C’

n

 = nC’

1

, pozwala uzyskać mniejszą pulsację i niższy spadek napięcia

f

2

n

k

  

          

,

C

f

2

)

3

n

2

(

I

U

  

          

,

C

f

2

n

I

U

2

śr

śr

=

⋅

+

=

⋅

=

∆

δ

.

4. Zastosowanie wysokiego napi

ęcia stałego

Wysokie napięcia stałe wykorzystuje się do prób napięciowych izolacji w następujących przypadkach:

−

 

izolacja jest eksploatowana przy napięciu stałym,

−

 

izolacja jest eksploatowana przy napięciu przemiennym, ale ze względu na znaczną jej pojem-
ność wymagana byłaby zbyt duża moc źródła napięcia przemiennego (kable, kondensatory),

−

 

pomiary rezystancji izolacji i prądu upływu (np. wskaźników R

60

/R

15

, I

10

/I

600

).

Ponadto napięcia stałe wykorzystuje się do zasilania:

−

 

elektrofiltrów,

−

 

urządzeń do malowania elektrostatycznego,

−

 

urządzeń do flotacji elektromagnetycznej,

−

 

akceleratorów cząstek,

−

 

urządzeń rentgenowskich i lamp elektronowych (kineskopy, lampy oscylograficzne).

W elektrofiltrach wykorzystuje się zjawisko ujemnego ulotu na przewodach o małej średnicy (2 

÷

  3

mm, 70 kV). Drugą elektrodę może stanowić metalowa rura. Cząstki pyłu ładowane elektrycznie osiadają
na elektrodzie rurowej, skąd są zbierane.

Malowanie elektrostatyczne – rozpylony strumień farby przechodzi przez ujemnie naładowaną siatkę

przechodząc przez strefę ulotu ujemnego i osiada na uziemionym malowanym przedmiocie.

Ć

wiczenie 11. Wytwarzanie i pomiar wysokiego napięcia stałego

7

Flotacja rudy – cząstki rudy dobrze przewodzące i naładowane w polu elektrycznym oddają ładunek

uziemionemu walcowi i opadają. Naładowane zanieczyszczenia o dużej rezystywności przylepiają się do
walca, skąd są zgarniane.

5. Bezpo

średnie i pośrednie metody pomiaru wysokiego napięcia stałego

Do przyrządów bezpośrednio mierzących wysokie napięcie stałe należą:

−

 

iskiernik  kulowy  (mierzy  wartość  maksymalną  napięcia,  z  kilku  pomiarów  jako  wynik  podaje
się wartość najwyższą),

−

 

woltomierz elektrostatyczny (w przypadku pulsacji – wartość skuteczna),  które  jako  przyrządy
uniwersalne (pomiar napięć stałych, przemiennych i udarowych) zostały omówione w ćwiczeniu
dotyczącym pomiaru napięć przemiennych.

Norma PN-EN 60052 podaje iskiernik prętowy jako znormalizowany układ pomiarowy dla odstępów

elektrod  250 

≤

 d 

≤

 2500 mm. Pręty mają przekrój kwadratowy o boku 15 

÷

 25 mm. Napięcie przeskoku

określa się z błędem 

∼

 3% z wzoru

                     U

0

 = 2 + 0,534 d,        (U

0

 w kV,  d w mm).

5.1. Rezystor szeregowy

µ

A

R

U

Og

5.2. Dzielniki rezystancyjne

Rezystancja R

1

 dzielnika jest na ogół bardzo duża dla uniknięcia zbytniego obciążenia źródła napię-

cia. Przekładnia dzielnika wynosi

2

2

1

R

R

R

+

=

ϑ

;          mierzone napięcie  U = U

2

 

ϑ

.

Dla  zachowania  stałości  przekładni  rezystancja  miernika  (woltomierz,  oscyloskop)  musi  być  dużo

większa od R

2

. Średni prąd pobierany z pojemności C wynosi

Z

śr

0

2

1

0

2

1

2

śr

śr

R

U

R

R

R

R

)

R

R

(

r

U

I

=

+

+

+

+

=

.

Miernik  magnetoelektryczny  włączony  w  szereg  z  rezysto-

rem  może  być  wyskalowany  w  kV.  Wskazania  miernika  są  pro-
porcjonalne do wartości średniej prądu

I

śr

 = U

śr

/R.

Rys. 8. Pomiar napięcia stałego przy użyciu miliamperomierza z szere-
gowym rezystorem: Og - odgromnik

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

8

1

V

2

C

r

r

2

1

P

T p

R

0

R

R

Rys. 9. Układ  probierczy  napięcia  stałego  z  przyłączonym  dzielnikiem  rezystancyjnym.
R

0

 - rezystancja obciążenia

Współczynnik pulsacji napięcia osiągnie wartość (patrz wzór 11.4)

Z

śr

śr

śr

w

CR

k

CU

k

I

U

U

U

=

=

=

δ

δ

,

gdzie k zależy od częstotliwości napięcia przemiennego i liczby stopni generatora kaskadowego.

Dla prostownika jednopołówkowego k = 1/2f, dla generatora kaskadowego o stałych pojemnościach k

= n(n+1)/4f. Dla zadanego 

δ

U

%

  i r

2

 pomijalnie małego wymagana rezystancja dzielnika wynosi

1

k

U

C

R

R

R

R

w

0

0

2

1

−

≥

+

δ

.

Zakładając  dopuszczalny  współczynnik  pulsacji  3%  i  częstotliwość  napięcia  przemiennego  50  Hz,

otrzymujemy zależność

1

)

1

n

(

n

C

R

6

R

R

R

0

0

2

1

−

+

≥

+

,

a dla prostowników jednopołówkowego i pełnookresowego odpowiednio

1

C

R

6

R

R

R

oraz      

        

1

C

R

3

R

R

R

0

0

2

1

0

0

2

1

−

≥

+

−

≥

+

.

Dzielnik  rezystancyjny  powinien  odznaczać  się  dużą  stałością  przekładni  w całym  zakresie  mierzonego

napięcia. Wpływ na przekładnię mają następujące czynniki:

−

 

ulot,

−

 

temperatura (zmiana rezystancji przy nagrzewaniu się),

−

 

upływność przez izolację,

−

 

rezystancja miernika.

Pomiaru  napięcia  na  gałęzi  niskonapięciowej  najlepiej  dokonywać  miernikami  o  dużej  rezystancji

wejściowej. Przy zastosowaniu woltomierzy elektrostatycznych i napięciu pulsującym mierzy się wartość
skuteczną  napięcia,  natomiast  mierniki  elektroniczne  mierzą  wartość  średnią.  Wartości  te  są  opisane
przez następujące wzory

Ć

wiczenie 11. Wytwarzanie i pomiar wysokiego napięcia stałego

9

,

dt

u

T

1

U

T

0

2

∫

=

∫

=

T

0

śr

udt

T

1

U

.

W rzeczywistości dla  

δ

U < 5%  wartość stosunku  U

śr

/U  jest w przybliżeniu równa jedności i pomiar

woltomierzem elektrostatycznym można uznać za pomiar wartości średniej.

6. Pytania kontrolne

1.

 

Pulsacja i współczynnik pulsacji napięcia stałego

2.

 

Charakterystyka prostowników lampowych

3.

 

Budowa prostownika półprzewodnikowego

4.

 

Prostowanie jedno- i dwupołówkowe

5.

 

Generatory kaskadowe

6.

 

Zastosowanie wysokiego napięcia stałego

7.

 

Bezpośrednie i pośrednie metody pomiaru wysokiego napięcia stałego

8.

 

Dobór dzielnika rezystancyjnego

Literatura

1.

 

Flisowski Z.: Technika wysokich napięć. WNT, Warszawa, 1988

2.

 

Szpor S., Dzierżek H., Winiarski W.: Technika wysokich napięć. WNT, Warszawa 1978

3.

 

Technika badań wysokonapięciowych. Praca zbiorowa. Tom I, WNT, Warszawa 1985

4.

 

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

II. POMIARY

1. 

 

Pole probiercze wysokiego napi

ęcia stałego.

Obsługa stanowiska probierczego

Schemat  jednopołówkowego  zespołu  probierczego  wysokiego  napięcia  stałego  przedstawia  rysunek

10.

Przed  przystąpieniem  do  pomiarów  należy  dokładnie  sprawdzić  stan  trwałych  połączeń  zespołu  z

uziomem. W czasie przeglądu układ musi być odłączony od sieci (wyjęta wtyczka z gniazdka), a biegun
wysokiego napięcia i wszystkie kondensatory  w polu probierczym muszą być uziemione. Każde wejście
w pole probiercze musi być poprzedzone uziemieniem bieguna wysokiego napięcia (i kondensatorów) przy
pomocy  drążka  uziemiającego.  Należy  to  zrobić,  po  otwarciu  drzwi,  z progu  pola  probierczego  trzymając
drążek uziemiający za ogranicznikiem uchwytu.

Niedozwolone jest przebywanie w polu probierczym, dokonywanie jakichkolwiek manipulacji łącze-

niowych, przy usuniętym uziemieniu.

Uziemienie ruchome można usunąć tylko bezpośrednio przed przystąpieniem do pomiarów.
Zaleceń  tych  należy  bezwzględnie  przestrzegać  gdyż  odłączenie  układu  spod  napięcia  nie  chroni

przed porażeniem!

Zespół probierczy należy uruchamiać i obsługiwać zgodnie z instrukcją obsługi (znajdującą się przy

stanowisku) i wskazówkami prowadzącego zajęcia.

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

10

C

Ve

Ro

Os

R1

DN

kV

P

Pz

Tr

Tp

Wk

Og

Z2

Z3

Z1

N

Td

P1

220V

L1

L2

P3

Zał

Og

R2

µ

A

P2

St

Wył

Rys. 11. Schemat zespołu probierczego napięcia stałego. Td, Tr, Tp – transformatory: dodatkowy, regulacyjny i probierczy, P – prostownik półprzewodnikowy, P1, P2, P3 –
przekaźniki (P1 przełącza zasilanie przy podaniu fazy na punkt L2, P2 wyłącza układ przy braku uziemienia, P3 pełni rolę wyłącznika przeciążeniowego i zwarciowego), Pz –
przełącznik zakresów, St – stycznik, Wk – wyłącznik krańcowy, Z1, Z2, Z3 – przyciski zmiany zakresów mikroamperomierza, Og – odgromniki, Ro – rezystancja obciążenia, Ve
– woltomierz elektrostatyczny, C – pojemność filtrująca, DN – dzielnik napięcia, Os – oscyloskop

Ć

wiczenie 11. Wytwarzanie i pomiar wysokiego napięcia stałego

11

2. Skalowanie oscyloskopu

Kolejność czynności:

a

) przyłączyć do zacisku wysokiego napięcia zespołu probierczego oscyloskop (Ok) poprzez rezy-

stancyjny  dzielnik  napięcia  (DN),  woltomierz  elektrostatyczny  (Ve)  oraz  pojemność  C  (np.
1 nF). Dzielnik napięcia stanowi jednocześnie obciążenie zespołu,

b) 

 

załączyć  zespół  probierczy.  Dla  dwóch  wartości  napięcia  wskazywanego  przez  woltomierz
elektrostatyczny (np. 5 i 10 kV) odczytać z ekranu wartość średnią napięcia U

śr

 w działkach

2

U

U

U

min

max

śr

+

=

,

c) obliczyć czułość pomiaru 

η

[kV/dz]

    

,

U

U

U

U

2

śr

1

śr

2

1

−

−

=

η

,

    gdzie: U

1

, U

2

 - wskazania woltomierza elektrostatycznego

,

d) obliczyć przekładnię dzielnika 

ϑ

α

η

ϑ

=

    [kV/V] ,

gdzie: 

α

 - wzmocnienie (czułość oscyloskopu w V/dz),

e) 

 

pomiary i obliczenia z punktów b, c i d powtórzyć dla innej pojemności filtrującej C (np. 4 nF).
Wyniki przedstawić w tabeli 1.

Tabela 1. Wyniki pomiarów i obliczeń

U

1

 = .......  kV

U

2

 = .......  kV

C

U

max

U

min

U

śr1

U

max

U

min

U

śr2

η

α

ϑ

nF

dz

dz

dz

dz

dz

dz

kV/dz

V/dz

kV/V

3. Pomiar pulsacji wysokiego napi

ęcia stałego w funkcji pojemności

Kolejność czynności:

a)

 

do zespołu probierczego przyłączyć dzielnik napięcia z oscyloskopem i woltomierz elektrosta-
tyczny; pojemność C = 0,

b)

 

załączyć zespół probierczy. Ustawić napięcie 5 kV (na woltomierzu elektrostatycznym),

c)

 

odczytać i obliczyć korzystając z przekładni dzielnika:

−

 

I

śr

  (wskazanie mikroamperomierza w pulpicie sterującym,

−

 

U

śr

  z oscyloskopu (

η

 [kV/dz]

⋅

(U

max

 + U

min

)/2 [dz]

 ),

−

 

δ

U = (U

max

 – U

min

)/2

,

−

 

δ

U

%

  (

δ

U/U

śr

) 100%

,

d)

 

pomiary i obliczenia powtórzyć dla kilku wartości pojemności (np. 1, 2, 3, 4, 5 i 6 nF).

     Wyniki pomiarów i obliczeń przedstawić w tabeli 2.

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

12

Tabela 2. Wyniki pomiarów i obliczeń

           U = .......... kV (w. skuteczna),   

α

 = ......... V/dz,   

ϑ

 = ......... kV/V

Lp.

C

I

śr

U

max

U

min

U

śr

U

śr

δ

U

δ

U

δ

U

%

U/U

śr

–

nF

µ

A

dz

dz

dz

kV

dz

kV

%

–

1

2

3

e) wykonać wykresy:  

δ

U = f

 

(C), 

δ

U

%

 = f

 

(C)  oraz  U/U

śr

 = f

 

(C).

4. Dobór elementów zespołu probierczego

Zgodnie z normami współczynnik pulsacji napięcia stałego, użytego do badań izolacji, nie powinien

przekraczać 3%. Konieczność doboru elementów układu pomiarowego wynika z wpływu na wartość 

δ

U

%

zarówno pojemności C, jak i dołączonego dzielnika napięcia i samego obiektu badań stanowiącego wła-
ś

ciwe obciążenie układu. Dla przewidywanej rezystancji obciążenia R

0

 dobiera się rezystancję dzielnika

lub (i) pojemność filtrującą C.

Wykonać następujące czynności:

a)

 

korzystając z pomiarów przeprowadzonych w punkcie 3, obliczyć rezystancję dzielnika napię-
cia

śr

śr

2

1

I

U

R

R

=

+

 ,

b)

 

obliczyć najmniejszą pojemność C potrzebną do uzyskania współczynnika pulsacji 

δ

U

%

 mniej-

szego od 3%, zakładając że dzielnik napięcia stanowi jedyne obciążenie zespołu probierczego

%

U

)

R

R

(

f

2

100

C

2

1

δ

+

≥

 ,

c)

 

sprawdzić otrzymany wynik doświadczalnie,

d)

 

przy pojemności dwa razy większej niż obliczona w punkcie b) obliczyć największe obciążenie,
przy którym współczynnik pulsacji 

≤

 3%

. Przyjąć rezystancję dzielnika obliczoną w punkcie a).

1

)

R

R

(

C

3

R

R

R

2

1

2

1

0

−

+

⋅

+

≥

.

5. Wnioski

We wnioskach należy zamieścić uwagi i własne spostrzeżenia dotyczące zarówno przebiegu ćwiczenia,

jak i otrzymanych wyników badań i pomiarów.