Как и для напряжений промышленной частоты, наиболее надежным средством для измерения амплитуды испытательных импульсных напряжений как грозовых, так и коммутационных служат измерительные шаровые разрядники (см. § 9-3). Таблицы разрядных напряжений шаровых промежутков для стандартных грозовых импульсов, а также импульсов большей длительности как положительной, так и отрицательной полярности приведены в ГОСТ 17512-72 [Л. 9-2]. В последнем случае разрядные напряжения те же, что и для промышленной частоты.
При измерении импульсных напряжений шаровыми разрядниками должны строго соблюдаться все требования в отношении расстояний от шаров до земли и посторонних проводников (§ 9-3). Чтобы точность измерений была в пределах ±3%. нужно ограничиться промежутком, |Гс превосходящим половины диаметра шара, т. е. использовать только значения разрядных напряжений, приведенные в таблицах без скобок. Грубо говоря, шарами данного диаметра можно пользоваться, для измерения импульсных напряжений, амплитуда которых в киловольтах не превосходит диаметра шара в миллиметрах (для диаметров 50—200 см).
Предполагается, что амплитуда всех импульсов, получаемых от ГИН при данном зарядном напряжении, одинакова. Для ее измерения должно быть найдено такое расстояние между шарами, при котором вероятность разряда составит 50%. Согласно ГОСТ 17512-72 процесс измерения заключается в следующем. Сначала шары раздвигают настолько, чтобы из десяти импульсов на них не было ни одного разряда. Затем при неизменном зарядном напряжении ГИН расстояние между шарами 7меньшают ступенями по 2—5% и на каждой ступени к шарам прикладывают 10 импульсов напряжения с интервалами не менее 5 с. Расстояние, при котором будет иметь место 4—6 разрядов из 10 импульсов, принимается за 50%-ное, и для него путем интерполяции находят соответствующее напряжение по таблице разрядных напряжений. Окончательное измеряемое напряжение определяют после внесения поправки на температуру и атмосферное давление (см. § 9-3). Иногда более удобной является обратная процедура: при неизменном расстоянии между шарами увеличивают ступенями по 2—5% зарядное напряжение ГИН также до получения 4—6 разрядов из 10 импульсов.
Облучение искрового промежутка ртутно-кварцевой лампой либо радиоактивным препаратом при измерении амплитуды напряжения ниже 50 кВ или при измерении любого напряжения шарами диаметром 12,5 см и ниже (§ 9-3) особенно необходимо при измерении импульсных напряжений. При отсутствии облучения начальный ион, необходимый для возникновения разряда, может отсутствовать в разрядном промежутке за тот небольшой отрезок времени, когда напряжение близко к своей амплитуде. Это вызывает большой разброс в результатах измерений. Согласно ГОСТ 17512-72 при измерении импульсных напряжений может быть использовано, если оно достаточно, облучение, создаваемое разрядами в искровых промежутках ГИН, для чего промежуток шарового разрядника должен быть расположен в прямой видимости по отношению к последним. Это расположение рекомендуется при любом диаметре измерительных шаров.
Для уменьшения крутизны среза и защиты шаров от чрезмерного обгорания при измерении импульсных напряжений рекомендуется последовательно с шаровым разрядником включать демпфирующий резистор. Для того чтобы этот резистор не вызвал погрешности измерения, его сопротивление согласно ГОСТ 17512-72 не должно превышать 500 Ом для шаров диаметром до 150 см включительно и 250 Ом для шаров 200 см. Остаточная индуктивность резистора не должна превышать 30 мкГ.
Из сказанного следует, что измерение импульсного напряжения шаровым разрядником при включенном объекте требует подачи на объект большого числа импульсов — порядка нескольких десятков. Чтобы избежать риска повреждения объекта, значение измеряемого напряжения при этом по ГОСТ 1516.2-76 может быть снижено до 60% испытательного. В случае безиндуктивных объектов малой емкости (например, промежутки переключателя) измерение можно проводить при 100%- ном испытательном напряжении без объекта, а его влияние на амплитуду импульса учитывается измерениями с объектом и без него при пониженном напряжении.
При испытании мощных трансформаторов измерением напряжения шаровым разрядником на ступени 60% определяют коэффициент использования ГИН. что лает возможность найти его зарядное напряжение, соответствующее испытательному напряжению на объекте. Одновременно, осциллографируя испытательный импульс. находят масштаб осциллограммы (кВ/мм). Поскольку при переходе к более высоким ступеням вплоть до 100% испытательного напряжения коэффициент деления не изменяется, можно, пользуясь этим масштабом, определять фактическую амплитуду импульса по отклонению луча на осциллограмме и корректировать при необходимости зарядное напряжение. Для этой пели рекомендуется прикладывать промежуточные ступени 75 и 90%.
Для этой же цели можно применить амплитудный вольтметр для однократных импульсов, включаемый параллельно пластинам явления осциллографа, что позволяет определять амплитуду импульса в момент его приложения.
Если делитель напряжения и осциллограф (амплитудный-вольтметр) обладают достаточной точностью, то их комбинацию можно рассматривать как самостоятельное измерительное устройство и пользоваться нм для измерения напряжения при импульсном испытании, не градуируя его каждый раз шаровым разрядником.
Рекомендуемое приложение 3 к ГОСТ 17512-72 предъявляет к измерительному устройству с делителем напряжения следующие требования:
- В паспорте устройства должна быть приведена его АЧХ или (в случае измерения осциллографом) реакция на прямоугольный импульс.
- Масштабный коэффициент устройства должен быть определен с погрешностью не более ±3%.
- Погрешность импульсного амплитудного вольтметра не должна превышать ±1,5%.
- Погрешность осциллографа, если он применяется для измерения напряжения, не нормируется, но должно выполняться требование п. 2. Ускоряющее напряжение электронно-лучевой трубки и градуировочное напряжение на пластинах явления должны быть стабильными в пределах ±1%.
- Масштабный коэффициент устройства и его АЧХ (реакция на прямоугольный импульс) должны проверяться ежегодно. Масштабный коэффициент должен проверяться с помощью измерительного устройства большей или той же точности, что у поверяемого. При отсутствии других технических возможностей допускается поверка с помощью измерительного шарового разрядника.
Из табл. 10-7 следует, что изготовляемый ВЭИ осциллограф типа ОБ-1 имеет точность по напряжению, достаточную для того, чтобы использовать его в измерительном устройстве с делителем.
Амплитудные вольтметры для однократных импульсов более удобны для измерения импульсного напряжения, чем осциллографы, так как дают большую точность отсчета и обеспечивают измерение в момент приложения импульса. Принцип действия этих приборов состоит в том, что полученная от делителя доля измеряемого импульса заряжает через вентиль конденсатор с очень высоким сопротивлением утечки до напряжения, соответствующего ее амплитуде. Напряжение на конденсаторе остается практически неизменным в течение нескольких минут, этого достаточно для его измерения электростатическим вольтметром.
Рис. 10-29. Амплитудный импульсный вольтметр типа SMUT-1 завода «ТУР».
В СССР чисто используют амплитудный вольтметр типа SMUT-1 завода «ТУР» (рис. 10-29), некоторые характеристики которого приведены в табл. 10-8. В приборе предусмотрены: проверка градуировки с помощью встроенного импульсного генератора; проверка сопротивления изоляции; автоматический сброс напряжения.
Таблица 10-8
Амплитудные вольтметры для однократных импульсов
Прибор измеряет грозовые и коммутационные импульсы.
Недостатком прибора данного типа является низкое входное сопротивление, позволяющее использовать его только с омическим или параллельным емкостно-омическим делителем. В этом случае сопротивление прибора выполняет роль сопротивления r3 в схемах на рис. 10-24,а и б, равного волновому сопротивлению соединительного кабеля. Из табл. 10-8 следует, что изготовляемый в ВЭИ амплитудный вольтметр типа АВОИ лишен этого недостатка: из-за высокого входного сопротивления его можно подключать к делителю любого типа.
