Испытание и проверка силовых кабелей - Измерение испытательного выпрямленного напряжения

Для измерения выпрямленного напряжения могут быть применены схемы, приведенные на рис. 19.
Испытательное напряжение может быть измерено:

Рис. 18. Схема удвоения выпрямленного напряжения с испытательным трансформатором, имеющим один изолированный вывод: В, и В2 — выпрямители; Тр — испытательный трансформатор; С — конденсатор; Rx и Сх — испытываемый объект.
а) на низкой стороне испытательного трансформатора с помощью вольтметра с последующим пересчетом по коэффициенту трансформации;
б) на стороне выпрямленного напряжения с помощью электростатического киловольтметра. вольтметра с делителем напряжения, магнитоэлектрического прибора с последовательно включенным сопротивлением или шарового разрядника.

Рис. 19. Схемы измерения испытательного напряжения.
Выбор схемы измерения напряжения определяется допустимой погрешностью измерения, простотой и удобством применения измерительных устройств.
Так как в качестве источника испытательного напряжения получили значительное распространение установки с однополупериодной схемой выпрямления (см. выше), при измерении величины испытательного напряжения необходимо учитывать наличие пульсации напряжения.
При полном отсутствии емкости в цепи и однополупериодной схеме выпрямления к объекту приложена только одна полуволна напряжения тока. Как известно, магнитоэлектрические приборы указывают среднее значение измеряемой величины, т. е. при однополупериодной схеме выпрямления для тока, проходящего через прибор:

и соответственно для напряжения

где Iдейств- Uдейств — соответственно действующие значения тока и напряжения: I, U —максимальные значения тока и напряжения.
Практически в цепи измерительной установки всегда имеется емкость (емкость самого объекта, подводящих проводов и т. д.), которая в один из полупериодов заряжается, а в следующий поддерживает напряжение на объекте. Наличие емкости ведет в той или иной мере к сглаживанию пульсации, тем самым приближая отсчитываемое прибором напряжение к максимальному значению (рис. 20).
Ряд приборов (например, электростатические) показывает действующее значение измеряемой величины.
В зависимости от выбранной схемы измерения я величины емкости объема может быть получена значительная погрешность измерения, связанная с неполнотой выпрямления переменного тока (наличием пульсации напряжения).
Другим источником погрешности измерения испытательного напряжения может быть падение напряжения в выпрямительной схеме, например в лампах.
а) Устранение погрешности измерения, связанной с неполнотой выпрямления
Абсолютная величина пульсации напряжения 6U при однополупериодном выпрямлении определяется следующими величинами:

где I„аГр — ток нагрузки выпрямленного устройства, а-, f и Т — соответственно частота, гц, и период переменного тока, сек;

Рис. 20. Форма кривой выпрямленного напряжения при однополупериодной схеме выпрямления.
а — без емкости в цепи выпрямления; б — при наличии емкости в цепи выпрямления.
С — величина емкости на стороне выпрямленного напряжения, ф.
Неполнота выпрямления напряжения характеризуется также коэффициентом пульсации:

где R — сопротивление объекта измерения, Ом;
С — суммарная величина емкости схемы, ф\ f — частота переменного тока, гц.
Коэффициент пульсации, как следует из приведенного выражения, зависит от величины емкости и сопротивления кабеля.
Обычно при испытании выпрямленным напряжением допускается пульсация, не превышающая 3—5%.

Рис. 21. Зависимость пульсации напряжения в схемах однополупериодного выпрямления от емкости С и сопротивления изоляции R схемы с объектом.
Чтобы избежать недопустимой погрешности измерения напряжения из-за пульсации, в испытательную схему обычно вводится специальная емкость, называемая балластной.
Роль балластной емкости сводится к тому, чтобы поддерживать на объекте напряжение, практически близкое к максимальному значению постояннога — без пульсаций.
На рис. 21 приведена серия кривых, построенных на основании вышеприведенной формулы и позволяющих определить величину балластной емкости в зависимости от сопротивления объекта и допустимой величины коэффициента пульсации.
б) Устранение погрешностей, обусловленных внутренним сопротивлением выпрямительных ламп
Внутреннее сопротивление лампового выпрямителя при нормальном накале кенотрона невелико. При недокале лампы ее внутреннее сопротивление резко возрастает, увеличивая тем самым внутреннее падение напряжения и снижая напряжение, приложенное к кабелю (рис. 22).
Поэтому при эксплуатационных испытаниях необходимо следить за режимом накала лампы и устанавливать контрольные приборы в цепи накала (амперметр или вольтметр).
в) Выбор схемы измерения напряжения
Наиболее широкое применение в эксплуатационной практике получил способ контроля испытательного напряжения с помощью вольтметра, включенного на низкой стороне испытательного трансформатора (см. рис. 19) с последующим пересчетом по коэффициенту трансформации. Класс точности применяемых вольтметров должен быть не ниже 2,5. Вольтметры выбираются с таким расчетом, чтобы измеряемые ими величины напряжения находились в пределах от 20 до 95% шкалы прибора.

Рис. 22. Зависимость падения напряжения в кенотроне КРМ-150 от напряжения накала при различных значениях тока нагрузки. 1 — среднее значение тока нагрузки 5 мА; 2 — то же при 10 мА; 3 — то же при 15 мА; 4 — то же при 30 мА; 5 — то же при 50 мА; 6 — то же при 90 мА.
Контроль испытательного напряжения с помощью вольтметра на стороне низкого напряжения трансформатора может осуществляться лишь в тех случаях, когда пульсацией выпрямленного напряжения можно пренебречь.
Подсчет величины испытательного напряжения с допустимой для практических измерений точностью производится путем умножения показания вольтметра, отсчитанного в эффективных значениях напряжения, на коэффициент трансформации, Поскольку выпрямленное напряжение определяется амплитудным значением, полученный результат необходимо увеличить в У 2 раз.
Измерение испытательного напряжения вольтметром, включенным на первичной стороне трансформатора и предварительно отградуированным с помощью шаровых разрядников (см. рис. 19), обеспечивает малую погрешность измерения. Однако этот метод не получил распространения в эксплуатационной практике из-за неудобства его использования в полевых условиях.
Измерение испытательного напряжения с помощью электростатического киловольтметра или магнитоэлектрического прибора с делителем или добавочным сопротивлением (см. рис. 19) может производиться при малой пульсации выпрямленного напряжения.
Сопротивления, применяемые в омических делителях или в качестве добавочных сопротивлений (см. рис. 19), должны мало зависеть от величины напряжения, температуры и времени. В противном случае должны быть учтены дополнительные погрешности, возникающие при измерениях.
Для получения достаточной точности измерения ток, потребляемый прибором, включенным в низковольтное плечо делителя напряжения, должен быть в несколько десятков раз меньше тока, проходящего через делитель.
В случае применения электростатического вольтметра с делителем напряжения коэффициент деления должен быть выбран таким, чтобы показания прибора находились в пределах от 20 до 95% шкалы.
Если коэффициент деления неизвестен, производится предварительная градуировка измерительного прибора.