Pengukuran Arus dan Tegangan Tinggi

Dalam pengujian industri dan laboratorium penelitian, adalah penting untuk mengukur tegangan dan arus secara akurat, menjamin keamanan yang sempurna untuk personil dan peralatan. Oleh karena itu orang yang menangani peralatan serta perangkat metering harus dilindungi terhadap tegangan lebih dan juga terhadap tegangan induksi karena menyimpang kopling. Oleh karena itu, lokasi dan tata letak perangkat itu penting. Kedua, ekstrapolasi linear dari perangkat luar yang rentang, mereka tidak berlaku untuk meter tegangan tinggi dan instrumen pengukuran, dan mereka harus dikalibrasi agar sempurna. Interferensi elektromagnetik adalah masalah serius dalam tegangan impuls dan pengukuran arus, dan itu harus dihindari atau diminimalkan. Oleh karena itu, meskipun prinsip-prinsip pengukuran mungkin sama, perangkat dan instrumen untuk pengukuran tegangan tinggi dan arus berbeda jauh dari tegangan rendah dan perangkat arus yang rendah. Perangkat yang berbeda digunakan untuk pengukuran tegangan tinggi dapat diklasifikasikan seperti pada Tabel 7.1 lahan 7.2.

7.1. Pengukuran DC Tegangan Tinggi

Pengukuran DC tegangan tinggi seperti pada pengukuran tegangan rendah, umumnya dilakukan dengan perpanjangan meter dengan sebuah resistansi seri yang besar. Arus bersih dalam meter biasanya dibatasi pada satu ke sepuluh microamperes untuk defleksi skala penuh. Untuk tegangan yang sangat tinggi (1000 kV atau lebih) masalah timbul karena disipasi daya yang besar, kebocoran arus dan keterbatasan stres tegangan per satuan panjang, perubahan resistansi karena variasi suhu, dll. Oleh karena itu, pembagi resistansi potensial dengan voltmeter elektrostatik kadang-kadang lebih baik ketika diperlukan presisi tinggi. Tapi pembagi potensial juga menderita kerugian atas. Kedua meter resistansi seri dan pembagi potensial menyebabkan mengalirnya arus dari sumber. Voltmeter pembangkit adalah perangkat impedansi tinggi dan tidak memuat sumber. Mereka menyediakan isolasi lengkap dari sumber tegangan (tegangan tinggi) karena mereka tidak langsung terhubung ke terminal tegangan tinggi dan karenanya lebih aman. Percikan celah udara seperti lapisan celah udara adalah perangkat pengganti gas dan memberikan pengukuran yang akurat dari tegangan puncak. Ini cukup sederhana dan tidak memerlukan konstruksi khusus. Tapi pengukuran dipengaruhi oleh kondisi atmosfer seperti suhu, kelembaban, dll dan oleh sekitar obyek dibumikan , sebagai medan listrik di celah dipengaruhi oleh keberadaan objek yang telah dibumikan. Tapi pengukuran celah lapisan dari tegangan adalah independen dari gelombang dan frekuensi.

7

Tabel 7.1 Teknik Mengukur Tegangan Tinggi

Tipe tegangan Metode atau teknik(a) Tegangan DC (i) Microammeter resistansi seri

(ii) Pembagi Potensisal Tegangan(iii) Pembangkitan Voltmeter(iv) Lapisan dan celah percikan

yang lain.(b) Tegangan AC

(Frekuensi Tenaga)(i) Ammeter impedansi seri(ii) Pembagi potensial (jenis

resistansi atau kapasitansi)(iii) Transformator potensial

(electromagnet atau CVT)(iv) Voltmeter electrostatic(v) Celah lapisan

(c) Tegangan AC frekuensi tinggi, tegangan impuls, dan tegangan yang berubah dengan cepat lainnya

(i) Potensi pembagi dengan osilograf sinar katoda (resistif atau pembagi kapasitif)

(ii) voltmeter puncak(iii) Celah lapisan

Tabel 7.2 Teknik Mengukur Arus Tinggi

Tipe Arus Peralatan atau Teknika. arus DC (Direct Currents) (i) Resistansi shunt dengan

miliammeter(ii) Generator efek Hall

(Hall effect generators)(iii) Link Magnetik

b. Arus AC (Alternating Currents)(frekuensi tenaga)

(i) Shunt Resistif(ii) Transformator arus

elektromagnetikc. AC frekuensi tinggi, impul dan arus

yang berubah dengan cepat.(i) Shunt resistif(ii) Potensiometer magnet atau

kumparan Rogowski(iii) Link Magnetic(iv) Generator efek Hall (Hall effect

generators)

7.1.1 Resistance Series Ohmic Tinggi dengan Microammeter

DC tegangan Tinggi biasanya diukur dengan menghubungkan resistansi yang sangat tinggi (beberapa ratusan mega ohm) secara seri dengan ammeter mikro seperti ditunjukkan pada Gambar .7.1. Hanya arus mengalir melalui besar dikalibrasi resistansi R diukur oleh kumparan microammeter bergerak. Tegangan sumber yang diberikan oleh

V = IR

Penurunan tegangan dalam meter dapat diabaikan, sebagai impedansi meter ini hanya beberapa ohm dibandingkan untuk beberapa ratus mega-ohm dari seri resistansi R. Sebuah perangkat pelindung seperti celah kertas, tabung cahaya neon, atau zener dioda dengan rangkaian seri yang cocok dihubungkan melintasi meter sebagai perlindungan terhadap tegangan tinggi dalam kasus resistansi seri R gagal atau berkedip lebih. Nilai ohmik dari resistansi seri R dipilih sedemikian rupa sehingga arus dari satu ke sepuluh microamperes

diperbolehkan untuk defleksi skala penuh. Resistansi dibangun dari sejumlah besar resistor luka kawat secara seri. Penurunan tegangan pada setiap elemen resistor dipilih untuk menghindari flashovers dan discharges. Sebuah nilai yang kurang dari 5 kV/cm di udara atau kurang dari 20 kV/cm dalam minyak yang diperbolehkan. Rantai resistor disediakan dengan penghentian bebas korona. Bahan untuk elemen resistif biasanya karbon paduan dengan koefisien suhu kurang dari 10-4 /oC. Karbon dan resistor film logam lainnya juga digunakan. Sebuah rantai resistansi dibangun dengan ± 1% resistor karbon terletak di minyak transformator kedap udara diisi PVC tabung, untuk 100 kV operasi memiliki stabilitas suhu yang sangat baik keterbatasan dalam desain tahan seri.

(i) Disipasi daya dan sumber pemuatan,

(ii) Efek suhu dan stabilitas waktu yang lama,

(iii) Tegangan ketergantungan elemen resistif, dan

(iv)Kepekaan terhadap tekanan mekanis.

Meter resistansi seri yang dibangun untuk 500 kV DC dengan akurasi yang lebih baik dari 0,2%.

7.1.2 Pembagi Potensial Resistansi untuk Tegangan DC Sebuah tegangan pembagi potensial resistansi dengan impedansi voltmeter

elektrostatik atau tinggi ditunjukkan pada Gambar. 7.2. Pengaruh suhu dan tegangan pada elemen dihilangkan dalam pengaturan tegangan pembagi. Besarnya tegangan tinggi diberikan berdasarkan [(R1 + R2)/R2]v2, dimana v2 adalah DC tegangan rendah tegangan lengan R2. Dengan perubahan mendadak dalam tegangan, seperti operasi switching, flashover dari benda uji, atau sumber arus pendek, lewat denyar atau kerusakan mungkin terjadi pada elemen-elemen pembagi karena kapasitansi seluruh elemen dan karena kapasitansi tanah. Untuk

Gambar 7.1. Micrometer resistansi seri

menghindari tegangan transien, tegangan mengendalikan kapasitor dihubungkan di seluruh elemen. Sebuah penghentian bebas korona juga diperlukan untuk menghindari pembuangan yang tidak perlu di ujung tegangan tinggi. Sebuah resistor seri dengan koneksi kapasitor paralel untuk Linearisasi distribusi potensial transien ditunjukkan pada Gambar. 7.3. Potensi pembagi yang dibuat dengan akurasi 0,05% hingga 100 kV , dengan akurasi 0,1% hingga 300 kV, dan dengan akurasi yang lebih baik dari 0,5% untuk 500 kV.

7.1.3 Voltmeter PembangkitAlat ukur tegangan tinggi mempekerjakan menghasilkan prinsip ketika

sumber loading dilarang (seperti dengan Van de Graaff generator, dll) atau bila koneksi langsung ke sumber tegangan tinggi harus dihindari. Sebuah voltmeter menghasilkan adalah kapasitor tegangan generator elektrostatik variabel yang menghasilkan arus sebanding dengan tegangan eksternal. Perangkat ini didorong oleh sinkron atau konstan kecepatan motor eksternal dan tidak menyerap kekuatan atau energi dari sumber pengukuran tegangan.

Prinsip Operasi

Muatan yang tersimpan dalam kapasitor kapasitansi C diberikan oleh q = CV. Jika kapasitansi kapasitor bervariasi dengan waktu ketika terhubung ke sumber tegangan V, arus melalui kapasitor,

i=dqdt

=VdCdt

+CdVdt

(7.1)

Gambar 7.2. Pembagi potensial resistansi dengan voltmeter elektrostatik

P-peralatan pelindungESV-voltmeter elektrostatik

Gambar 7.3. Tahahanan seri dengan kapasitor parallel untuk linerasi potensial untuk tegangan transient.

Untuk tegangan DC dV/dt = O. Oleh karena itu,

i=dqdt

=VdCdt

(7.2)

Jika kapasitansi C bervariasi antara batas Co dan (Co + Cm) sinusoidal sebagai

C = Co + Cm sin ωt

arus i adalah

i = im cos ωt

dimana i = V Cm ω

(im adalah nilai puncak arus). Nilai rms arus diberikan oleh :

(7.3)

Untuk frekuensi sudut konstan , arus sebanding dengan tegangan V. Lebih sering , arus yang dihasilkan diperbaiki dan diukur dengan meteran coil bergerak . Pembangkit voltmeter dapat digunakan untuk pengukuran tegangan AC juga memberikan frekuensi sudut ω adalah sama atau sama dengan setengah dari frekuensi pasokan. Sebuah voltmeter menghasilkan dengan silinder berputar terdiri dari dua elektroda excitating lapangan dan berputar dua tiang angker digerakkan oleh motor sinkron pada kecepatan n konstan. Arus AC mengalir antara dua bagian dari armatur yang diperbaiki oleh komutator aritmatika berarti dapat dihitung dari :

Untuk tegangan simetris Cmin = O. Bila tegangan tidak simetris, salah satu elektroda didasarkan dan Cmin memiliki nilai yang terbatas. Faktor proporsionalitas n

30.∆ C ditentukan oleh kalibrasi.

Perangkat ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan AC memberikan kecepatan drive -motor adalah setengah frekuensi tegangan yang akan diukur. Jadi empat-kutub motor sinkron dengan 1500 rpm cocok untuk 50 Hz. Untuk mengukur nilai puncak-dokumen, sudut fase motor juga harus disesuaikan sehingga bahwa C maks dan nilai puncak terjadi pada saat yang sama . Pembangkit voltmeter mempekerjakan berputar sektor atau baling-baling untuk variasi kapasitansi. Gambar 7.4 memberikan diagram skematik voltmeter menghasilkan . Sumber tegangan tinggi yang terhubung ke disk elektroda S3 yang disimpan di jarak tertentu pada sumbu yang lain elektroda tegangan rendah So, S1, dan S2. Rotor So didorong pada kecepatan konstan oleh sinkron motor dengan

kecepatan yang sesuai (1500,1800,3000, atau 3600 rpm) . Baling-baling rotor menyebabkan perubahan periodik So kapasitansi antara piringan terisolasi S2 dan hv elektroda S3. Bentuk dan jumlah baling-baling dari So dan S1 didesain sedemikian rupa sehingga mereka menghasilkan variasi sinusoidal dalam kapasitansi. Yang dihasilkan arus AC yang melalui hambatan R diperbaiki dan dibaca oleh alat kumparan bergerak Sebuah penguat diperlukan, jika kapasitansi shunt lead besar atau lebih yang digunakan untuk koneksi ke rectifier dan meter . Instrumen ini dikalibrasi menggunakan pembagi potensial atau bola kesenjangan . The skala meter linear dan jangkauan dapat diperpanjang

Gambar 7.4. diagram skematik dari voltmeter pembangkit (putaran tipe vane)

a. Putaran tipe silinder b. putaran tipe vaneGambar 7.5. kurva kalibrasi dari voltmeter pembangkit yang ditunjukan

oleh gambar 7.5 a dan b.dengan ekstrapolasi. Kurva kalibrasi Khas voltmeter penghasil diberikan pada Gambar. 7.5a dan b .

Keuntungan Pembangkit voltmeter(i) Tidak ada sumber pemuatan oleh meter,(ii) Tidak ada koneksi langsung ke elektroda tegangan tinggi,(iii) Skala linear dan perluasan jangkauan mudah, dan(iv)Instrumen yang sangat nyaman untuk perangkat elektrostatik seperti Van de

Graaff generator dan akselerator partikel.

Keterbatasan Voltmeter Pembangkit(i) Mereka membutuhkan kalibrasi,

(ii) Konstruksi hati-hati diperlukan dan merupakan instrumen rumit yang membutuhkan drive tambahan , dan

(iii) Gangguan dalam posisi dan pemasangan elektroda melakukan kalibrasi valid.

7.1.4 Metode lainnya - Osilasi Bulat (oscillating spheroid)Periode osilasi dari suatu oscillating spheroid dalam medan listrik seragam

sebanding dengan medan listrik diterapkan. Prinsip ini dimanfaatkan dalam mengukur DC tinggi tegangan. Periode osilasi dari spheroid ditangguhkan antara dua elektroda dengan dan tanpa hadir medan listrik diukur. Jika frekuensi osilasi untuk amplitudo kecil f dan fo masing-masing, maka medan listrik

dan sehingga tegangan di aplikasikan

karena E = V/d (d menjadi pemisahan kesenjangan antara elektroda) . Proporsionalitas konstan dapat ditentukan dari dimensi bulat atau eksperimental.

Medan listrik yang seragam yang dihasilkan dengan menggunakan dua elektroda dengan profil Bruce untuk jarak sekitar 50 cm. Salah satu elektroda ditanahkan dan yang lain terhubung ke dc tegangan tinggi source. Spheroid ditangguhkan di tengah elektroda dalam sumbu dari medan listrik. Periode osilasi diukur dengan menggunakan teleskop dan stop watch. Instrumen jenis ini dibangun untuk tegangan hingga 200 kV , dan akurasi diperkirakan ± 0,1 % . Dalam desain Bruce, elektroda dari 145 cm dengan diameter 45 cm jarak digunakan Sebuah akurasi keseluruhan ± 0,03 % diklaim sampai dengan tegangan maksimum 250 kV. Karena ini adalah metode yang sangat memakan rumit dan waktu, tidak banyak digunakan . Kisaran berguna voltmeter bulat dibatasi oleh pembuangan local.

7.1.5 Pengukuran Tegangan Ripple di Sistem DCIni telah dibahas dalam bab sebelumnya bahwa dc sirkuit penyearah

mengandung riak, yang harus tetap rendah (<< 3%). Tegangan Ripple adalah tegangan AC non - sinusoidal , dan sebagai pengukuran oscillographic seperti tegangan ini diinginkan. Bagaimana pernah, jika pembagi potensial resistansi digunakan bersama dengan osiloskop , pengukuran nilai kecil SV riak akan tidak akurat.

Sebuah metode sederhana untuk mengukur tegangan riak adalah dengan menggunakan kapasitansi-resistance (CR) sirkuit dan mengukur komponen bervariasi dari tegangan AC dengan menghalangi komponen DC. Jika V1 adalah sumber tegangan DC dengan riak (Gambar 7.6a) dan V2 adalah tegangan menurut pengukuran resistansi R, dengan C bertindak sebagai kapasitor pemblokir, kemudian

V2 (t) = V1 (t) – Vdc = tegangan rippleKondisi yang dimungkinkan disini adalah ω CR >> 1

Pengukuran Ripple dengan CROSusunan sirkuit rinci digunakan untuk tujuan ini ditunjukkan pada Gambar.

7.6b. Di sini, kapasitansi ‘C’ berperingkat untuk tegangan puncak. Adalah penting bahwa saklar ‘S’ ditutup ketika CRO terhubung ke sumber sehingga terminal input CRO tidak menerima sinyal tegangan tinggi sementara ‘C’ sedang diisi. Selanjutnya, C harus

Gambar 7.6. Rangkaian peralatan untk menghitung tegangan ripple

lebih besar dari kapasitansi kabel dan kapasitansi input dari CRO, diambil bersama-sama.

7.2 Pengukuran Tegangan Tinggi dan Impulse

Pendahuluan

Pengukuran tegangan tinggi AC menggunakan metode konvensional seperti voltmeter impedansi seri, pembagi potensial, potensial transformator, atau voltmeter elektrostatik. Tapi desain mereka berbeda dengan pengukuran tegangan rendah, sebagai desain isolasi dan sumber pemuatan adalah kriteria penting. Ketika hanya pengukuran nilai puncak yang diperlukan, voltmeter puncak dan celah lapisan dapat digunakan. Seringkali, celah lapisan digunakan untuk tujuan kalibrasi. Impulse dan pengukuran frekuensi tinggi AC selalu menggunakan pembagi potensial dengan sinar katoda osilograf untuk merekam gelombang tegangan. Kesenjangan Sphere digunakan ketika nilai-nilai puncak dari tegangan hanya dibutuhkan dan juga untuk keperluan kalibrasi .

7.2.1 Voltmeter Impedansi SeriUntuk frekuensi daya AC. pengukuran impedansi seri mungkin murni

resistansi atau reaktansi. Karena resistansi melibatkan kerugian daya, sering kapasitor lebih disukai sebagai reaktansi seri. Selain itu, untuk daya tahan tinggi , variasi resistansi dengan temperatur adalah masalah, dan induktansi sisa

perlawanan menimbulkan impedansi berbeda dari perlawanan Ohmic nya. Unit resistansi tinggi untuk tegangan tinggi memiliki kapasitansi nyasar dan karenanya perlawanan Unit akan memiliki sirkuit setara seperti ditunjukkan pada Gambar . 7.7 . Pada setiap CD frekuensi AC yang tegangan, impedansi dari resistansi R adalah

(7.5)

Gambar 7.7. Rangkaian peralatan parameter sederhana dari suatu resistansi R ohmic yang tinggi.

L - induktansi ResidualC- Kapasitansi Residual

Jika ωL dan ωC yag kecil dibandingkan dengan R,

(7.6)

dan total sudut fase adalah

(7.7)

Ini dapat dijadikan nol dan independen dari frekuensi jika,

L/C = R2

Untuk diperpanjang dan besar dimensi resistor, sirkuit ini tidak valid dan masing-masing unsur resistor harus didekati dengan sirkuit ini setara. Seluruh unit resistor maka harus diambil sebagai setara saluran transmisi, untuk menghitung resistansi efektif. Juga, tanah atau tersesat kapasitansi setiap elemen mempengaruhi arus yang mengalir di unit, dan indikasi hasil meter dalam kesalahan . Rangkaian setara dari resistor tegangan mengabaikan induktansi tinggi dan rangkaian kompensasi resistor seri menggunakan penjaga dan waktu resistor ditunjukkan pada Gambar. 7.8a dan b masing-masing. Stray efek kapasitansi tanah (lihat Gambar. 7.8b) dapat dihapus dengan melindungi resistor R dengan sebuah spiral yang mengelilingi kedua Rs, yang mengalirkan resistor sebenarnya tapi tidak memberikan kontribusi arus melalui instrumen. Dengan tuning resistor Ra, potensi akhir perisai resistor dapat disesuaikan dengan respek ke resistor

pengukuran yang sebenarnya sehingga mengakibatkan arus diantara kompensasi perisai dan resistor pengukuran memberikan sudut fase minimum.

Gambar. 7.8 Resistansi seri rxtended untuk pengukuran tegangan tinggi AC

Kapasitansi Seri VoltmeterUntuk menghindari kekurangan ditunjukkan sebelumnya, sebuah kapasitor

seri digunakan sebagai pengganti resistor untuk pengukuran tegangan tinggi AC. Diagram skematik ditunjukkan pada Gambar. 7.9. Arus Ic melalui meter adalah:

Ic = jω CV (7.9)

(a) Extended resistansi seri dengan induktansi diabaikan

Cg-Stray kapasitansi ke tanahCs- kapasitansi belitan

(b) resistansi Series dengan penjaga dan tuning resistansi

R - Series resistorRs-Guard resistor Ra - Tuning resistor

Gambar 7.9. kapasitansi seri dengan sebuah miliammeter untuk mengukur tegangan tinggi AC

di mana, C = kapasitansi dari kapasitor seri,ω = frekuensi sudut, danV = diterapkan tegangan AC

Jika tegangan AC mengandung harmonik, kesalahan karena perubahan impedansi seri terjadi. Nilai rms tersebut. tegangan V dengan harmonik diberikan oleh

(7.10)

di mana V1, V2, … Vn mewakili nilai rms dari fundamental, kedua ... dan n harmonik. Arus akibat harmonik ini

I1 = ω CV1

I2 = 2 ω CV2 … , dan (7.11) In = n ω CVn

Sehingga hasil arus rms adalah:

(7.12)

Dengan kelima harmonik 10% saja, saat ini adalah 11,2 % lebih tinggi, dan karenanya kesalahan adalah 11,2 % dalam pengukuran tegangan Metode ini tidak dianjurkan bila tegangan AC bukan gelombang sinusoidal murni tetapi mengandung harmonisa yang cukup besar. Seri voltmeter kapasitansi digunakan dengan cascade transformer untuk mengukur nilai rms hingga 1000 kV. Seri kapasitansi dibentuk sebagai kapasitor plat paralel antara terminal tegangan tinggi dari transformator dan piring tanah ditangguhkan di atasnya . Sebuah ammeter rectifier digunakan sebagai instrumen menunjukkan dan langsung dikalibrasi tegangan tinggi nilai rms. Meteran itu biasanya 0-100 μA kumparan bergerak meter dan atas semua kesalahan adalah sekitar 2%.

7.2.2 Pembagi Potensial Kapasitansi dan Transformer Tegangan Kapasitansi

Kesalahan karena tegangan harmonik dapat dihilangkan dengan menggunakan pembagi tegangan kapasitif dengan voltmeter elektrostatik atau meter impedansi tinggi seperti VTVM suatu Jika meter dihubungkan melalui kabel yang panjang , kapasitansi harus diperhitungkan dalam kalibrasi. Biasanya, standar kompresi udara atau gas kondensor digunakan sebagai C1 (Gambar 7.10), dan C2 dapat berupa kapasitor besar (mika, kertas, atau rendah loss kondensor). C1 adalah tiga kapasitor terminal dan terhubung ke C2 melalui terlindung kabel, dan C2 benar-benar terlindung dalam kotak untuk menghindari kapasitansi liar. Itu tegangan yang diberikan V1 diberikan oleh

(7.13)

dimana Cm adalah kapasitansi dari meter dan kabel penghubung dan memimpin dan V2 adalah pembacaan meter. kapasitansi

Gambar 7.10. Pembagi potensial kapasitansi C1 - Kompresi standar gas h.v. kondensator

C2 - Standar tegangan rendah kondensorESV - voltmeter elektrostatik

P - gap pelindungC.C. - Menghubungkan kabel

Transformer Tegangan Kapasitansi - CVT Pembagi kapasitansi dengan sebuah kecocokan atau mengisolasi potensi

transformator disetel untuk kondisi resonansi sering digunakan dalam sistem tenaga untuk pengukuran tegangan. Ini adalah sering disebut sebagai CVT. Berbeda kapasitansi pembagi sederhana yang requires a high impedance meter like VTVM a atau voltmeter elektrostatik, CVT dapat dihubungkan ke perangkat impedansi rendah seperti koil tekanan alat pengukur watt atau relay coiiCVTcan memasok beban beberapa VA. Diagram skematik dari CVT dengan sirkuit ekuivalen adalah diberikan pada Gambar. 7.11. C1 terbuat dari beberapa unit kondensor tegangan tinggi, dan total kapasitansi akan sekitar beberapa ribu picofarads sebagai terhadap standar gas

diisi kondensor sekitar 100 pF. Sebuah transformator pencocokan terhubung antara beban atau meteran M dan C2. Rasio transformator dipilih atas dasar ekonomi, dan hv yang Peringkat berliku mungkin 10 sampai 30 kV dengan Lv. berliku dinilai 100-500 V. nilai tuning choke L dipilih untuk membuat rangkaian setara CVT murni resistif atau untuk membawa kondisi resonansi. Kondisi ini dipenuhi bila

(7.14)dimana,

L= Induktansi dari choke, danLT= peralatan induktansi dari transformer

Tegangan V2 (tegangan meter) akan berada dalam fase dengan tegangan input V1. Diagram fasor dari CVT dalam kondisi resonansi ditunjukkan pada Gambar. 7.11. Meteran itu diambil sebagai beban resistif, dan X'm diabaikan. Tegangan beban disebut sisi pembagi akan V’2 = (I’m R’m) dan Vc2 = V’2 + Im (Re + Xe). Hal ini jelas dari diagram fasor yang V1. (tegangan input) = (Vc1+ V c2) dan pada fase

a. Skema representasi b. rangkaian EquivalentGambar. 7.11 trafo tegangan capasitif (CVT)

dengan V’2 tegangan meter. Re dan Xe termasuk keresistansi transformator potensial dan kebocoran reaktansi. Dalam kondisi ini, rasio tegangan menjadi

(7.15)

(mengabaikan tegangan drop Im • Xe yang sangat kecil dibandingkan dengan tegangan VC1 ) di mana VRi adalah penurunan tegangan transformator dan gulungan choke.Keuntungan dari CVT adalah:

(i) Desain yang sederhana dan instalasi mudah,

(ii) Dapat digunakan baik sebagai alat ukur untuk tegangan meter dan menyampaikan tujuan dan juga sebagai kondensor kopling untuk komunikasi power line carrier dan menyampaikan.

(iii) Frekuensi distribusi tegangan independen bersama elemen sebagai terhadap transformer potensial magnetik konvensional yang membutuhkan desain insulasi tambahan terhadap lonjakan, dan

(iv)Menyediakan isolasi antara terminal tegangan tinggi dan tegangan rendah metering.Kelemahan dari CVT adalah:

(i) Rasio tegangan rentan terhadap variasi suhu, dan(ii) Masalah merangsang ferro- resonansi pada sistem tenaga.

Pembagi Potensial ResistansiPembagi potensial resistansi menderita kerugian yang sama seperti voltmeter

resistansi seri untuk aplikasi AC. Selain itu, kapasitansi nyasar dan induktansi (Gambar 7.7 dan 7.8) yang terkait dengan resistansi membuat mereka tidak akurat , dan kompensasi harus diberikan. Oleh karena itu, mereka umumnya tidak digunakan.

7.2.3. Transformers Potensial(Magnetic Type)

Transformator potensial magnetic adalah perangkat tertua untuk kapak. pengukuran. Mereka sederhana dalam konstruksi dan dapat dirancang untuk tegangan apapun. Untuk tegangan yang sangat tinggi, Cascading dari transformator adalah mungkin. Rasio tegangan:

di mana V1 dan V2 adalah tegangan primer dan sekunder, dan N1 dan N2 bergantian masing-masing dalam gulungan. Perangkat ini menderita rasio dan sudut fase kesalahan yang disebabkan oleh impedansi magnetizing dan kebocoran dari

Gambar 7.12. Fasor diagram dari CVT bawah resonansi atau disetel con dition,

diambil untuk menjadi sama dengan

gulungan transformator. Kesalahan dikompensasi dengan menyesuaikan rasio belitan dengan tappings di sisi tegangan tinggi di bawah kondisi beban. Potensi transformer (PT) tidak mengizinkan cepat naik tegangan frekuensi sementara atau tinggi seiring dengan frekuensi pasokan normal, tetapi tegangan harmonik biasanya diukur dengan akurasi yang memadai . Dengan pengujian tegangan tinggi transformator , tidak ada trafo potensi terpisah digunakan , namun PT berliku digabungkan dengan gulungan tegangan tinggi dari transformator pengujian.

Dengan benda uji seperti isolator, kabel , dll yang kapasitif di alam , kenaikan tegangan terjadi pada beban dengan transformator pengujian, dan potensi transformator berkelok-kelok memberikan nilai tegangan kurang dari tegangan yang sebenarnya diterapkan pada benda uji Jika impedansi persentase transformator pengujian diketahui, koreksi berikut dapat diterapkan pada tegangan diukur dengan PT berliku dari transformator.

(7.17)dimana,V20 = tegangan rangkaian terbuka dari belitan PTCN = beban kapasitansi yang digunakan untuk mengetesC = kapasitansi objek yang di tes (C<<CN)Vx = % drop reaktansi dari transformator

7.2.4 Voltmeter Electrostatic

Prinsip dalam bidang elektrostatik, gaya tarik-menarik antara elektroda pelat kondensor paralel diberikan oleh

(7.18)

V = diterapkan tegangan antara pelat,C = kapasitansi antara pelat,A = luas penampang dari pelat,s = pemisahan antara pelat,ϵ0 = permitivitas medium (udara atau ruang bebas), danWs = pekerjaan yang dilakukan dalam memindahkan piring

Ketika salah satu dari elektroda bebas untuk bergerak , gaya pada piring dapat diukur dengan mengendalikan dengan pegas atau menyeimbangkan dengan penyeimbang. Untuk pengukuran tegangan tinggi, perpindahan kecil dari salah satu elektroda dengan sepersekian milimeter sampai beberapa milimeter biasanya cukup

Gambar 7.12. Fasor diagram dari CVT bawah resonansi atau disetel con dition,

diambil untuk menjadi sama dengan

untuk pengukuran tegangan. Seperti gaya adalah sebanding dengan kuadrat dari tegangan yang diterapkan, pengukuran dapat dibuat untuk ac atau DC tegangan.Konstruksi

Voltmeter elektrostatik yang dibuat dengan konfigurasi plat paralel menggunakan cincin penjaga untuk menghindari korona dan lapangan fringing di pinggiran. Sebuah voltmeter mutlak dilakukan dengan menyeimbangkan piring dengan berat counter dan dikalibrasi dalam hal berat badan kecil. Biasanya voltmeter elektrostatik memiliki kapasitansi kecil (5 sampai 50 pF) dan resistansi isolasi tinggi (R > 1013 Q). Oleh karena itu mereka dianggap sebagai perangkat dengan impedansi masukan yang tinggi. Batas atas frekuensi untuk aplikasi AC ditentukan dari pertimbangan sebagai berikut:

(i) Frekuensi alami dari sistem bergerak,(ii) Frekuensi resonansi memimpin dan induktansi liar dengan kapasitansi meter, dan(iii) perilaku RC dari penahan atau kontrol musim semi ( karena gesekan yang

resistansi dan elastance ).Sebuah batas atas frekuensi sekitar satu MHz dicapai dalam desain hati-hati .

Keakuratan untuk a.c. pengukuran tegangan lebih baik dari ± 0,25 %, dan untuk pengukuran tegangan DC mungkin ± 0,1 % atau kurang.

Diagram skematik voltmeter elektrostatik absolut atau elektrometer diberikan pada Gambar. 7.13. Ini terdiri dari paralel jenis pesawat disc elektroda dipisahkan oleh jarak kecil. Elektroda bergerak dikelilingi oleh cincin penjaga tetap untuk membuat seragam lapangan di wilayah tengah. Untuk mengukur tegangan yang diberikan dengan presisi, diameter disc ditingkatkan, dan jarak gap harus dibuat kurang. Keterbatasan pada jarak gap adalah stres kerja yang aman (V/s) diperbolehkan di udara yang biasanya 5 kV/cm atau kurang. Perbedaan utama antara beberapa bentuk voltmeter terletak pada cara di mana gaya pemulih diperoleh. Untuk versi konvensional meter, kontrol pegas sederhana, yang menggerakkan pointer untuk bergerak pada skala instrumen. Dalam instrumen yang lebih fleksibel , hanya gerakan kecil dari elektroda bergerak, dan gerakan ini diperkuat melalui cara-cara optik (lampu dan pengaturan skala seperti yang digunakan dengan bergerak galvanometers coil). Dua damper baling-baling udara digunakan untuk mengurangi kecenderungan getaran dalam sistem bergerak, dan

Gambar. 7.13. Voltmeter Electrostatik

pemanjangan pegas disimpan minimum untuk menghindari gangguan lapangan. Kisaran instrumen yang mudah diubah dengan mengubah pemisahan kesenjangan sehingga V/s atau tegangan listrik adalah sama untuk nilai maksimum dalam rentang apapun . Instrumen multi - jangkauan akan dibangun untuk 600 rms W dan di atas.

Rincian konstruksi dari sebuah voltmeter elektrostatik mutlak diberikan pada Gambar. 7.13a. Torsi kontrol disediakan oleh keseimbangan berat. Pegerakan disc M membentuk inti pusat dari cincin G penjaga yang dari diameter yang sama dengan pelat tetap F. cap D membungkus keseimbangan sensitif B , salah satu lengan yang membawa suspensi dari disk bergerak. Saldo balok membawa cermin yang mencerminkan seberkas cahaya. Pergerakan disk dengan demikian diperbesar . Seperti jarak antara dua elektroda besar , keseragaman medan listrik dikelola oleh cincin penjaga H yang mengelilingi ruang antara cakram F dan M. Cincin penjaga H dipertahankan pada potensi konstan dalam ruang dengan pembagi kapasitansi memastikan distribusi potensi khusus seragam.

Beberapa instrumen yang dibangun dalam struktur tertutup yang berisi udara terkompresi, karbon dioksida, atau nitrogen. Tekanan gas mungkin urutan IS atm. Bekerja tegangan setinggi 100 kV/cm dapat digunakan dalam meteran listrik di vakum. Dengan kompresi gas atau vakum sebagai medium, meter kompak dan jauh lebih kecil ukurannya.

(a) Voltmeter elektrostatik absoluteM – mounting plateG-Guard pelatF - plat TetapH-Guard hoops atau cincin

m – minor(b) Pengaturan balok Cahaya

B- BalanceC- Pembagi KapasitansiD – DomeR - Menyeimbangkan berat

7.2.5 Pembacaan Puncak voltmeter AC

Dalam beberapa kesempatan, nilai puncak dari sebuah gelombang AC yang lebih penting. Hal ini diperlukan untuk memperoleh kekuatan dielektrik maksimum isolasi padat, dll. Ketika gelombang tidak sinusoidal, nilai rms dari teganagn dikalikan dengan √2 tidak benar. Oleh karena itu instrumen nilai puncak terpisah diinginkan dalam plikasi tegangan tinggi.

Series Capacitor Puncak VoltmeterKetika kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan sinusoidal, pengisian arus io

dimana V adalah nilai rms dari tegangan dan ω

adalah frekuensi sudut. Jika setengah gelombang rectifier digunakan, mean aritmetik dari arus rectifier sebanding dengan nilai puncak ac tegangan. Diagram skematik susunan rangkaian ditunjukkan pada Gambar. 7.14. Pembacaan meter DC sebanding dengan nilai puncak dari nilai Vm atau

dimana I adalah arus DC saat dibaca oleh meter dan C adalah kapasitansi dari kapasitor. Metode ini dikenal sebagai metode Chubb-Frotscue untuk pengukuran tegangan puncak. Dioda D1 digunakan untuk memperbaiki arus AC. yang saat ini dalam satu setengah siklus sementara D2 by-pass di babak siklus lainnya. Pengaturan ini hanya cocok untuk setengah positif atau negatif

Gambar. 7.14 Puncak voltmeter dengan kapasitor seriC - Capacitor v(t) - gelombang TeganganD1, D2 – Dioda lc (t) - Capacitor bentuk gelombang arusP - perangkat pelindung T- PeriodeI - Menunjukkan meteran(sekarang diperbaiki ditunjukkan)

siklus dan karenanya hanya berlaku ketika kedua setengah siklus yang simetris dan setara . Metode ini tidak cocok ketika gelombang tegangan tidak sinusoidal tetapi berisi lebih dari satu puncak atau maksimum seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.14 . The pengisian arus melalui kapasitor perubahan polaritas dalam satu setengah siklus

itu sendiri . Daerah yang diarsir pada Gambar . 7.15 memberikan arus balik di salah satu dari setengah siklus dan saat ini dalam periode yang mengurangi dari arus bersih Oleh karena itu pembacaan meter akan kurang dan tidak sebanding dengan Vm

sebagai arus yang mengalir selama interval ( t1 - t2 ) dan sebagainya. Tidak akan dimasukkan dalam nilai rata-rata. Kedua atau maxima palsu mudah terlihat keluar dengan mengamati bentuk gelombang dari arus pengisian pada osiloskop. Dalam kondisi normal dengan pengujian AC, bentuk gelombang tersebut tidak terjadi dan dengan demikian tidak menimbulkan kesalahan . Tapi arus pre -discharge dalam sirkuit tes menyebabkan tegangan durasi yang sangat singkat tetes yang dapat memperkenalkan kesalahan. Masalah ini juga bisa diatasi dengan menggunakan resistansi R dalam seri dengan kapasitor C sehingga CR << 1/ω untuk 50 Hz aplikasi. Kesalahan karena resistansi adalah

(7.19)V = nilai aktual, danVm = Nilai diukur

Gambar. 7.15. Tegangan gelombang dengan konten harmonicmenunjukkan maxima palsu.

Dalam menentukan kesalahan, nilai aktual dari frekuensi co sudut harus ditentukan.Sumber-sumber yang berbeda yang berkontribusi terhadap kesalahan adalah

(i) Nilai efektif kapasitansi yang berbeda dari nilai yang terukur dari C(ii) Rectifier sempurna yang memungkinkan arus terbalik kecil.(iii) Bentuk gelombang tegangan non-sinusoidal dengan lebih dari satu puncak

atau maxima per setengah siklus.(iv)Penyimpangan frekuensi dari yang dari nilai yang digunakan untuk kalibrasi

Dengan demikian, metode ini dalam bentuk dasarnya tidak cocok untuk bentuk gelombang dengan lebih dari satu puncak dalam setiap setengah siklus. Sebuah puncak pembacaan meter digital untuk pengukuran tegangan ditunjukkan pada Gambar. 7.16. Alih-alih langsung mengukur arus pengisian diperbaiki, sinyal tegangan analog proporsional berasal yang kemudian diselenggarakan menjadi frekuensi menengah proporsional fm. Rasio frekuensi fm/f diukur dengan rangkaian gerbang dikendalikan oleh frekuensi (f) daya AC dan counter yang terbuka untuk jumlah adjustable periode ∆ t=p / f . Selama interval ini, jumlah impuls dihitung, n, adalah

(7.20)

dimana pis konstanta instrumen dan A merupakan faktor konversi dari ac ke DC converter. A = fm /(R im); im adalah arus diperbaiki melalui perlawanan R. Pembacaan langsung dari tegangan kV dapat diperoleh dengan pilihan yang cocok parameter R dan jumlah periode p. Perkiraan kesalahan total dalam instrumen ini adalah kurang dari 0,35%. Instrumen konvensional jenis ini tersedia dengan kurang dari 2% error.

C - Series kapasitor 1 - Tegangan ke konverter frekuensiD1, D2 – Dioda 2 - Gerbang sirkuit p - Input resistor 3 - Bacakan counter (indikator)

Gambar. 7.16 Voltmeter puncak digital

Voltmeter puncak dengan Pembagi PotensialVoltmeter Puncak menggunakan pembagi kapasitansi dirancang oleh Bowlder et al, Ditunjukkan pada Gambar. 7.17a. Tegangan C2 dibuat menggunakan dalam pengisian kapasitor penyimpanan Cs. Rd adalah resistor discharge digunakan untuk memungkinkan variasi Vm setiap kali V2 berkurang. C2 dibebankan pada tegangan sebanding dengan nilai puncak yang akan diukur. Yang menunjukkan meteran baik voltmeter elektrostatik atau impedansi tinggi V.T.V.M. Waktu discharge konstan CsRd Dirancang untuk menjadi sekitar 1 sampai 10 detik. Hal ini menimbulkan kesalahan debit yang tergantung pada frekuensi dari tegangan suplai. Untuk

mengimbangi kesalahan pengisian dan pemakaian akibat resistansi, sirkuit yang dimodifikasi seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.17b. Pengukuran puncak rata-rata dilakukan dengan microameter. Modifikasi Rabus 'untuk mengkompensasi kesalahan pengisian diberikan pada Gambar. 7.17c.

Gambar. 7.17a Puncak voltmeter dengan kapasitor pembagi potensialdan voltmeter elektrostatik

Gambar. 7.17b Puncak voltmeter yang dimodifikasi oleh Haefely (Purn. 19)

Rabus (ref. 20)M - Electrostatic voltmeter Cs2 – Cs1 + C meteratau V.T.V.M. impedansi tinggi Rd2 – Rd1,

Gambar. 7.17c. Puncak voltmeter dengan menyamakan cabang seperti yang dirancang oleh Rabus

7.2.6 Celah Percikan (Spark Gaps) untuk Pengukuran Impulse dan Tegangan Tinggi AC, DC ( Nilai Puncak )

Sebuah kesenjangan bidang percikan seragam akan selalu memiliki tegangan sparkover dalam toleransi yang diketahui dalam kondisi atmosfer konstan. Oleh karena celah percikan dapat digunakan untuk pengukuran nilai puncak tegangan. jika jarak gap dikenal. Sebuah tegangan sparkover dari 30 kV (puncak ) pada 1 cm jarak di udara pada 2Oo C dan 760 tekanan torr terjadi karena kesenjangan bola atau gap bidang seragam. Tetapi pengalaman telah menunjukkan bahwa pengukuran ini dapat diandalkan hanya untuk konfigurasi kesenjangan tertentu. Biasanya, hanya kesenjangan lingkup yang digunakan untuk pengukuran tegangan. Dalam kasus-kasus tertentu kesenjangan lapangan seragam dan kesenjangan batang juga digunakan , tetapi akurasi mereka kurang. Kerusakan celah lapisan, terutama lingkup gap breakdown, tidak tergantung dari bentuk gelombang tegangan dan karenanya sangat cocok untuk semua jenis bentuk gelombang dari dc untuk tegangan impuls kali kenaikan singkat (waktu naik > 0,5 μs) . Dengan demikian , kesenjangan bola dapat digunakan untuk frekuensi radio puncak tegangan pengukuran AC juga (sampai dengan 1 MHz).

Pengukuran Celah Lapisan (Sphere Gap)Celah lapisan dapat diatur baik (i) secara vertikal dengan lingkup yang lebih

rendah membumi, atau (ii) horizontal dengan kedua bola terhubung ke sumber tegangan atau satu lingkungan membumi. Dalam konfigurasi horisontal , umumnya diatur sedemikian rupa sehingga kedua bidang yang simetris pada tegangan tinggi di

atas tanah . Dua bola yang digunakan adalah identik dalam ukuran dan bentuk . Susunan skematis ditunjukkan pada Gambar . 7.18a dan 7.18b . Tegangan yang akan diukur diterapkan antara dua daerah dan jarak

1 - Dukungan Insulator2 - Sphere shank3 - Operasi gigi dan motor untuk mengubah

jarak celah4 - H.V. koneksiP - Titik percikan

D - Diameter bola5 - Jarak

A - Ketinggian P atas bumiB - Radius clearance dari struktur eksternalX - Tegangan tinggi memimpin tidak harus melewati pesawat ini dalam jarak B dari P

(a) pengaturan Vertikal kesenjangan bolaGambar. 7.18a Sphere gap untuk pengukuran tegangan

Gambar. 7.18b pengaturan Horisontal celah lapisan (Legenda seperti dalam Gambar 7.18a.)

atau jarak 5 di antara mereka memberikan ukuran tegangan sparkover. Sebuah resistansi seri biasanya dihubungkan antara sumber dan kesenjangan sphere untuk (i) membatasi arus gangguan, dan (ii) untuk menekan osilasi yang tidak diinginkan dalam sumber tegangan ketika gangguan terjadi (dalam kasus tegangan impuls). Nilai resistansi seri dapat bervariasi dari 100 sampai 1000 kilo ohm untuk ac atau DC tegangan dan tidak lebih dari 500 Ω dalam kasus tegangan impuls. Dalam kasus nilai

puncak AC dan pengukuran tegangan DC, tegangan yang diberikan secara seragam meningkat hingga sparkover terjadi celah. Umumnya, rata-rata sekitar lima nilai kerusakan diambil ketika mereka setuju untuk dalam ± 3 %.

Dalam kasus tegangan impuls , untuk mendapatkan tegangan flashover 50 %, dua batas tegangan , berbeda dengan tidak lebih dari 2 % yang diatur sedemikian rupa sehingga pada penerapan nilai batas bawah 2 atau 4 flashovers berlangsung dan penerapan atas batas nilai 8 atau 6 flashovers berlangsung masing-masing . Mean dari dua batas ini diambil sebagai tegangan flashover 50 %. Dalam kasus apapun , pengukuran tegangan sparkover awal harus dilakukan sebelum pengukuran aktual yang dibuat. The flashover tegangan untuk berbagai jarak gap dan diameter standar bola yang digunakan diberikan dalam Tabel 7.3 dan 7.4 masing-masing. Nilai-nilai tegangan sparkover ditentukan dalam BS : 358, EEC Publication 52 tahun 1960 dan IS : 1876 1962. The izin yang diperlukan ditunjukkan pada Gambar. 7.18a dan 7.18b untuk pengukuran berada dalam ± 3 % . Nilai-nilai A dan B yang ditunjukkan dalam gambar di atas dapat dilihat pada Tabel 7.5.

Tabel nilai 7.3 Puncak sparkover tegangan kV untuk tegangan AC dan DC baik polaritas, dan untuk tegangan negatif penuh standar impuls (satu lapisan dibumikan) (a) dan tegangan impuls polaritas positif dan tegangan impuls dengan ekor panjang (b) pada suhu: 25 oC dan tekanan: 760 tor

Tabel 7.4 Celah lapisan tegangan sparkover di kV (puncak) di udara untuk AC, DC dan tegangan impuls baik polaritas untuk celah lapisan simetrical pada suhu: 20 ° C dan tekanan760 torr

Untuk jarak kurang dari 0,5 D, akurasi ± 3% dan untuk jarak 0,5 D, akurasi ± 5%

Kontruksi Celah Lapisan

Sphere Gap dibuat dengan dua bola logam diameter identik D dengan tangkai mereka , gigi operasi , dan insulator pendukung (Gambar 7.18a atau b ) . Spheres umumnya terbuat dari tembaga , kuningan , atau aluminium , yang terakhir ini digunakan karena biaya rendah Diameter standar untuk bola adalah 2,5,6.25,10,12.5,15,25,50,75,100,150 , dan 200 cm . Jarak ini didesain dan dipilih sedemikian rupa sehingga flashover terjadi dekat dengan titik memicu P. Bola dirancang dan dibuat sehingga permukaannya yang halus dan kelengkungan adalah seragam dengan hati-hati . Jari-jari kelengkungan diukur dengan spherometer pada berbagai titik di area tertutup oleh lingkaran 0,3 D sekitar titik pemicu tidak boleh berbeda lebih dari ± 2 % dari nilai nominal . Permukaan bola harus bebas dari debu , minyak , atau pelapis lainnya . Permukaan harus dipertahankan bersih tapi tidak perlu dipoles . Jika pitting berlebihan terjadi karena sparkovers, mereka harus dihaluskan . Dimensi sumsum digunakan , cincin penilaian yang digunakan ( jika perlu ) dengan bola , jarak ground , dll harus mengikuti nilai-nilai yang ditunjukkan pada Gambar . 7.18a dan 7.18b dan Tabel 7.5 . Tegangan tinggi konduktor harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak mempengaruhi konfigurasi lapangan . Resistansi seri yang terhubung harus berada di luar sumsum pada 2D jauh dari lingkup tegangan tinggi atau titik memicu P.

Iradiasi sphere gap diperlukan bila pengukuran tegangan kurang dari 50 kV dibuat dengan kesenjangan lingkup diameter 10 cm atau kurang. Iradiasi dapat diperoleh dari tabung kuarsa lampu uap merkuri dari 40 W rating. Lampu harus berada pada jarak B atau lebih seperti yang ditunjukkan pada Tabel 7.5.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Sparkover Tegangan Sphere Gaps

Berbagai faktor yang mempengaruhi tegangan sparkover dari sphere gaps adalah:1. Benda di dekatnya,2. Kondisi atmosfer dan kelembaban,3. Iradiasi, dan4. Polaritas dan kenaikan waktu bentuk gelombang tegangan.

Penyelidikan rinci dari faktor di atas telah dibuat dan dianalisis oleh Craggs dan Meek, Kuffel dan Abdullah, Kuffel, Davis dan Boulder, dan beberapa peneliti lain. Hanya beberapa faktor penting yang disajikan di sini.

1. Pengaruh benda di dekatnya

Pengaruh benda di dekatnya diselidiki oleh Kuffel (14) dengan melampirkan lingkup pembumian di dalam sebuah silinder yang dibumikan. Sehingga tegangan sparkover berkurang. Penurunan tersebut diamati:∆V = mlog (B/D) + C∆V = persentase penurunanB = diameter dibumikan melampirkan silinderD = diameter bolaS= spasi, dan m dan C adalah konstanta. (7.21)

Penurunan ini kurang dari 2% untuk S/D <0,5 dan BID 2 0.8. Bahkan untuk S/D - 1,0 dan BID 2 1.0 pengurangan itu hanya 3%. Oleh karena itu, spesifikasi mengenai jarak diamati dengan teliti adalah dengan toleransi dan akurasi yang ditentukan. Variasi tegangan rusaknya dengan rasio A/D diberikan pada Gambar. 7.19a dan b denga diameter 50 cm. Penurunan tegangan berada dalam batas akurasi, jika S/D disimpan kurang dari 0,6. A rasio A/D di atas adalah jarak dari titik spaiidng ke bidang tanah horisontal (juga ditunjukkan pada Gambar. 7.19)

2. Pengaruh kondisi atmosfer

Tegangan sparkover pada celah diameter tergantung pada kerapatan udara yang bervariasi dengan perubahan suhu dan tekanan. Jika tegangan sparkover adalah V di bawah kondisi pengujian suhu T dan tekanan p torr dan jika tegangan sparkover adalah VQ dalam kondisi standar suhu T = 2Oo C dan tekanan p = 760 torr, maka

V=k V 0

di mana k merupakan fungsi dari densitas udara faktor d, yang diberikan oleh

d= p760 [ 293

273+T ](7.22)

Hubungan antara d dan k diberikan dalam Tabel 7.6.

Tegangan sparkover meningkat dengan kelembaban. Kenaikan adalah sekitar 2 sampai 3% selama rentang kelembaban normal 8 g/m3 sampai 15 g/m3. Pengaruh kelembaban pada sparkover tegangan dari 25 cm sphere gap untuk 1 cm jarak disajikan pada Gambar. 7.20. Hal ini dapat dilihat bahwa peningkatan tegangan sparkover kurang dari 3% dan variasi antara ac dan DC tegangan breakdown diabaikan (<0,5%). Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa (i) meningkat efek kelembaban dengan ukran bola dan maksimum untuk kesenjangan lapangan seragam, dan (ii) tegangan sparicover meningkat dengan tekanan parsial uap air di udara, dan kondisi kelembaban yang diberikan , perubahan tegangan sparkover

meningkat. Perubahan sparkover tegangan dengan kelembaban adalah kurang lebih 3%, tidak ada koreksi biasanya diberikan untuk kelembaban.

3. Pengaruh Iradiasi

Iluminasi kesenjangan bola dengan ultra-violet atau sinar-x bantu ionisasi mudah kesenjangan. Pengaruh iradiasi diucapkan untuk jarak celah kecil. Penurunan sekitar 20% pada tegangan sparkover diamati untuk jarak 0,1 D 0,3 D untuk 1,3 cm sphere gap dengan dc tegangan. Penurunan tegangan sparkover kurang dari 5% untuk jarak gap lebih dari 1 cm, dan kesenjangan jarak dari 2 cm atau lebih adalah sekitar 1,5%. Oleh karena itu, iradiasi diperlukan untuk kesenjangan lingkup yang lebih kecil dari kesenjangan jarak kurang dari 1 cm untuk mendapatkan nilai-nilai yang konsisten.

4. Pengaruh polaritas dan gelombang

Telah diamati bahwa sparkover tersebut tegangan untuk polaritas positif dan negative impuls berbeda. Penyelidikan eksperimental menunjukkan bahwa kesenjangan bidang 6,25-25 cm diameter, perbedaan antara dc positif dan negatif tegangan tidak lebih dari 1%. Untuk lingkup lebih kecil kesenjangan (2 cm diameter dan kurang) perbedaan itu sekitar 8% antara impuls negatif dan positif dari 1/50 gelombang M. s. Demikian pula, gelombang depan dan ekor gelombang jangka waktu juga mempengaruhi tegangan rusaknya. Untuk front gelombang kurang dari 0,5 | adalah gelombang dan ekor kurang dari 5 (I s tegangan breakdown tidak konsisten dan karenanya penggunaan gap bola tidak dianjurkan untuk pengukuran tegangan dalam kasus tersebut.

Celah Bagian Elektroda

Celah lapisan, meskipun banyak digunakan untuk pengukuran tegangan, hanya memiliki jangkauan terbatas dengan medan listrik seragam. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk memastikan bahwa memicu selalu terjadi di sepanjang daerah medan seragam. Rogowski (lihat Craggs dan Lemah lembut ^>) disajikan desain untuk elektroda lapangan seragam untuk sparkover tegangan hingga 600 kV.The sparkover tegangan di celah medan seragam diberikan oleh,

V=AS+B√S

di mana A dan B adalah konstanta, 5 adalah jarak kesenjangan dalam cm, dan V adalah tegangan sparkover.

Khas elektroda lapangan seragam ditunjukkan pada Gambar. 7.21. Konstanta A dan B yang ditemukan 24,4 dan 7,50 masing-masing pada suhu T = 250C dan tekanan = 760 ton. Karena potensi memicu merupakan fungsi dari densitas udara, tegangan sparkover untuk setiap diberikan kerapatan udara faktor d (lihat Persamaan. 7.22) dimodifikasi sebagai

V=24.4 dS+7.50√dS (7.23)

Bruce (lihat Craggs dan Kuffel ) membuat elektroda bidang seragam dengan kurva sinus di daerah akhir. Menurut Bruce, elektroda dengan diameter 4.5, 9.0, dan 15.0 masuk dapat digunakan untuk tegangan maksimum 140, 280, dan 420 kV masing-masing. Untuk profil Bruce, konstanta A dan B yang masing-masing 24.22 dan 6.08. Kemudian, ditemukan bahwa dengan kelembaban tegangan sparkover meningkat, dan hubungan untuk tegangan sparkover dimodifikasi sebagai

V=6.66√dS+[24.55+0.41 (0.1e-1.0 ) ]dS (7.24)

Dimana,

AC, EF - Bagian datar (≥S) AB - Bagian datar

Lengkung A untuk B dan C untuk D ≥ 108 BC - kurva sinus

Lengkung B untuk E dan D ke F CD - busur lingkaran dengan pusat di O

XY – OC sin [ π2

.BXBO ]terus meningkat

(a) Elektroda tor 300 KV (rms) (b) Bruce prof kebohongan (setengah kontur)

gap spark

S = Jarak anatr elektroda (cm)

d = Faktor kepadatan udara, dan

e = tekanan uap air di udara (mm Hg).

Konstanta A dan B berbeda untuk ac, dc, dan tegangan impuls. Perbandingan antara tegangan sparkover (di udara pada suhu 2O0C dan tekanan 760 torr) dari bidang elektroda kesenjangan seragam dan kesenjangan bola diberikan pada Tabel 7.7. Dari tabel ini dapat disimpulkan bahwa dalam keterbatasan tertentu dan batas kesalahan, tidak ada perbedaan yang signifikan antara tegangan sparkover kesenjangan bola dan kesenjangan bidang seragam.

Tegangan sparkover pada celah bagian elektroda juga dapat ditemukan dari perhitungan. Namun, tidak ada perhitungan tersebut tersedia untuk jarak diameter. Terlepas dari kinerja yang unggul dan akurasi, seragam lapangan spark gap biasanya tidak digunakan untuk tujuan pengukuran, sebagai akhir yang sangat akurat dari permukaan elektroda dan keselarasan hati yang sulit diperoleh dalam praktek.

Celah Batang

Sebuah kesenjangan batang juga kadang-kadang digunakan untuk pengukuran perkiraan nilai puncak tegangan frekuensi daya dan tegangan impuls. IEEE mengakui bahwa metode ini memberikan akurasi dalam ± 8%. Batang akan baik persegi bermata atau melingkar di cross-section. Panjang batang bisa menjadi 15 sampai 75 cm dan jarak bervariasi 2-200 cm. Tegangan sparkover, seperti kesenjangan lain, dipengaruhi oleh kelembaban dan kerapatan udara. Frekuensi gangguan listrik tegangan 1,27 cm batang persegi di udara pada 250C dan pada

tekanan 760 ton dengan tekanan uap air dari 15,5 torr diberikan dalam Tabel 7.8. Kelembaban koreksi diberikan dalam Tabel 7.9. Kepadatan udara faktor koreksi dapat diambil dari Tabel 7.6.

Dalam kasus pengukuran tegangan impuls, IEC dan IEEE merekomendasikan pemasangan melintang Rod Gaps pada isolator pada ketinggian 1,5 sampai 2,0 dari jarak di atas tanah. Salah satu batang biasanya dibumikan. Untuk 50% flashover tegangan, prosedur diikuti adalah sama dengan yang untuk kesenjangan diameter. Koreksi untuk kelembaban untuk 1/50 µ. s impuls dan 1/50 µ gelombang impuls baik polaritas diberikan pada Gambar. 7.22. Tegangan sparkover untuk gelombang impuls diberikan dalam Tabel 7.10.

7.2.7 Pembagi Potensial untuk Pengukuran Tegangan Impuls

Potensi atau tegangan pembagi untuk pengukuran tegangan tinggi impuls, frekuensi tingg, atau untuk cepat naik pengukuran tegangan transien biasanya baik resistif atau capacftive atau jenis elemen campuran. Tegangan rendah dari pembagi biasanya tersambung. Sebuah diagram skematik pembagi potensial dengan peralatan terminating yang diberikan pada Gambar. 7.23. biasanya resistor atau serangkaian resistor dalam kasus resistensi potensial pembagi, atau satu atau beberapa kapasitor dalam kasus pembagi kapasitansi. Hal ini juga dapat menjadi kombinasi dari kedua resistor dan kapasitor. Z2 akan menjadi resistor atau kapasitor atau impedansi RC tergantung pada jenis pembagi. Setiap elemen dalam pembagi, dalam kasus pembagi tegangan tinggi, memiliki self resistance atau kapasitansi. Selain itu, unsur-unsur resistif memiliki induktansi sisa, sebuah kapasitansi terminal ke tanah, dan terminal untuk kapasitansi terminal

Rangkaian setara dengan elemen resistif sudah ditunjukkan pada Gambar. 7,7, dan rangkaian setara dengan induktansi diabaikan adalah dari form yang ditampilkan pada Gambar. 7.8a. Potensi kapasitansi pembagi juga memiliki rangkaian ekuivalen yang sama seperti pada Gambar. 7.7a, dimana C5 akan menjadi kapasitansi masing-masing unsur kapasitor, Cg akan menjadi kapasitansi terminal ke tanah, dan R akan menjadi tahanan bocor setara dan resistensi karena kehilangan dielektrik dalam elemen. Ketika langkah atau cepat naik tegangan diterapkan di terminal tegangan tinggi, tegangan dikembangkan di seluruh elemen T ^ tidak akan memiliki gelombang yang benar seperti yang dari tegangan yang diterapkan. Kabel juga dapat memperkenalkan distorsi pada bentuk gelombang tersebut. Unsur-unsur berikut ini terutama merupakan kesalahan yang berbeda dalam pengukuran:

1. Induktansi sisa dalam unsur-unsur;2. Kapasitansi yang terjadi

a. antar unsur-unsur,b. dari bagian terminal elemen ke tanah, danc. dari tegangan tinggi mengarah pada unsur-unsur atau bagian;

3. Kesalahan impedansi karenaa. menghubungkan lead antara pembagi dan benda uji, danb. lead tanah kembali dan arus asing di tanah lead, dan

4. Osilasi parasit karena memimpin dan induktansi kabel dan kapasitansitegangan terminal tinggi ke tanah.

Efek induktansi sisa dan memimpin menjadi menonjol ketika cepat naik impuls kurang dari satu mikrodetik yang akan diukur. Induktansi sisa lembab dan memperlambat pulsa cepat naik. Kedua, tata letak benda uji, generator impuls, dan tanah mengarah juga memerlukan perhatian khusus untuk meminimalkan kesalahan pencatatan. Ini dibahas di Sec. 7.4.

Resistance Potensi Divider untuk Tegangan Inpuls Rendah dan Peningkatan Tekanan

Sebuah resistensi potensial pembagi sederhana terdiri dari dua resistensi R1 dan R2 dalam seri (R1>>R2 ) (lihat Gambar. 7.24). Redaman faktor pembagi atau rasio tegangan diberikan oleh,

(7.25)

Elemen pembagi R2, dalam prakteknya, dihubungkan melalui kabel koaksial ke osiloskop. Kabel umumnya akan memiliki impedansi gelombang Z0 dan ini akan datang secara paralel dengan impedansi input osiloskop (Rm, Cm. Rm umumnya lebih besar dari satu megaohm dan Cm mungkin 10 sampai 50 picofarads. Untuk frekuensi tinggi dan tegangan impuls (karena mereka juga mengandung frekuensi tinggi fundamental dan harmonik), rasio dalam domain frekuensi akan diberikan oleh

(7.26)

Oleh karena itu, rasio adalah fungsi dari frekuensi. Untuk menghindari ketergantungan frekuensi rasio tegangan, pembagi tersebut dikompensasikan dengan menambahkan kapasitansi C1

tambahan di R1. Nilai C1, untuk membuat pembagi independen frekuensi, dapat diperoleh dari relasi,

(7.27)

yang berarti bahwa waktu yang konstan dari kedua lengan harus sama . Kompensasi ini digunakan untuk pembangunan pembagi tegangan tinggi dan probe digunakan dengan osiloskop . Biasanya , probe yang dibuat dengan nilai-nilai disesuaikan dari Cm sehingga nilai Cm dapat mencakup kapasitansi termasuk thai dari kabel , dll Sebuah probe tegangan tinggi yang khas dengan empat nanodetik waktu naik dinilai untuk 40 kV ( puncak) memiliki input impedansi dari 100 MQ secara paralel dengan 2,7 pF . Bentuk gelombang output pembagi kompensasi ditunjukkan pada Gambar . 7.24c dengan atas dan di bawah kompensasi untuk input gelombang persegi . Dalam Gambar . 7.24 c ( i ) ditunjukkan bentuk gelombang dari pembagi RC ketika C1 terlalu besar atau overcompensated , sedangkan pada Gambar . 7.24 c ( iii ) ditampilkan bentuk gelombang ketika C1 kecil atau di bawah kompensasi . Untuk kemiringan eksponensial atau bagian yang menaik dari gelombang , konstanta waktu τ=¿[ R1 R2 ( R1+ R2 ) ] ( C1 + Cm) . Ini akan menjadi terlalu besar ketika nilai C1 lebih besar dari yang diperlukan untuk kompensasi yang benar , yaitu R1 C1 = R2 Cm dan karenanya overshoot dengan peluruhan eksponensial terjadi seperti ditunjukkan pada Gambar . 7.24 c ( i ) . Untuk di bawah kompensasi , waktu pengisian terlalu tinggi dan dengan demikian kenaikan eksponensial terjadi seperti ditunjukkan pada Gambar . 7.24 c ( iii ) . Rangkaian skematik probe osiloskop kompensasi ditunjukkan pada Gambar . 7.25 .

Potensi Pembagi Digunakan untuk Tegangan Tinggi Impulse Pengukuran

Dalam resistensi potensial pembagi, R1 dan R2 dianggap sebagai resistor berukuran kecil di bagian sebelumnya. Untuk tegangan di atas 100 kV, R1 tidak lagi kecil dalam dimensi dan biasanya terbuat dari beberapa bagian. Oleh karena itu pembagi tidak lagi resistor kecil parameter disamakan, tetapi harus dianggap sebagai jaringan terdistribusi setara dengan terminal untuk kapasitansi tanah dan kapasitansi seri antar-sectional seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.26. Total resistansi seri R1 terbuat dari n resistor nilai R'1 dan R = nR '1 . Cg adalah terminal ke tanah kapasitansi dari masing-masing

elemen resistor R1 , dan Cs adalah kapasitansi antara terminal masing-masing bagian. Induktansi dari setiap elemen (L’1 ) tidak ditampilkan pada gambar karena biasanya kecil dibandingkan dengan unsur-unsur lain (yaitu R‘1 , Cs dan Cg ). Jenis pembagi menghasilkan distribusi tegangan non-linear sepanjang panjangnya dan juga bertindak seperti filter R-C untuk tegangan diterapkan. Output dari pembagi tersebut untuk berbagai nilai rasio Cg / Cs ditunjukkan pada Gambar. 7.27 untuk masukan langkah. Dengan mengatur cincin penjaga di berbagai titik elemental, rangkaian ekuivalen dapat dimodifikasi seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.28, di mana Ch ,

mewakili kapasitansi diperkenalkan antara tegangan tinggi memimpin dan unsur-unsur penjaga. Hal ini mengurangi distorsi yang diperkenalkan oleh pembagi asli.

Pembagi Tegangan kapasitansi

Pembagi tegangan kapasitansi yang ideal untuk pengukuran cepat naik tegangan dan dorongan. Rasio kapasitansi tidak bergantung pada frekuensi, jika tahanan bocor mereka cukup tinggi untuk diabaikan. Tapi biasanya pembagi yang terhubung ke sumber tegangan melalui lead panjang yang memperkenalkan induktansi memimpin dan resistensi residual. Juga, kapasitansi digunakan untuk pekerjaan tegangan yang sangat tinggi yang tidak sedikit dalam dimensi dan karenanya tidak dapat dianggap sebagai elemen disejajarkan. Oleh karena itu, output dari pembagi untuk frekuensi tinggi dan impuls terdistorsi seperti dalam kasus pembagi perlawanan.

Pembagi Kapasitansi Murni

Sebuah kapasitansi pembagi murni untuk pengukuran tegangan tinggi dan jaringan listrik yang setara tanpa unsur liar ditunjukkan pada Gambar. 7.29. Rasio pembagi

(7.28)

Kapasitansi C1 terbentuk antara h.v. yang terminal sumber (impuls generator) dan bahwa benda uji atau titik lain pengukuran The CRO terletak di layar terlindung sekitarnya kapasitansi C2. C2

meliputi kapasitansi digunakan, kapasitansi memimpin, kapasitansi masukan dari CRO, dan lainnya

kapasitansi tanah . Keuntungan dari hubungan ini adalah bahwa pembebanan pada sumber diabaikan , tetapi gangguan kecil di lokasi C2 atau hv elektroda atau adanya benda liar di dekatnya mengubah C1 kapasitansi , dan karenanya rasio pembagi terpengaruh .

Dalam banyak kasus standar udara atau gas terkompresi kapasitor digunakan yang memiliki konstruksi silinder koaksial . Rasio akurat yang bisa dihitung sampai dengan 1000:1 telah dicapai untuk tegangan impuls maksimum 350 kV , dan batas atas frekuensi adalah sekitar 10 MHz . Untuk lebih kecil atau sedang tegangan tinggi ( hingga 100 kV ) pembagi kapasitansi dibangun dengan batas atas frekuensi 200 MHz .

Tipe lain dari desain yang sering digunakan adalah untuk membuat C1 terdiri dari sejumlah kapasitor C1 seri untuk diberikan tegangan V1 . Dalam kasus seperti rangkaian ekuivalen adalah sama dengan unit tali insulator yang digunakan dalam jalur transmisi (Gambar 7.30 ) . Distribusi tegangan sepanjang rantai kapasitor non - linear dan karenanya menyebabkan distribusi gelombang output. Tapi kesalahan rasio adalah konstan dan tidak tergantung pada frekuensi dibandingkan dengan pembagi perlawanan. Sebuah rangkaian ekuivalen disederhanakan ditunjukkan pada Gambar . 7.30 b , yang dapat digunakan jika C1 « C2 dan Cg « C1 . Rasio tegangannya adalah

(7.29)

Rasio ini adalah konstan dan memberikan kesalahan kurang dari 5% saat C \ = 3Cg. Rangkaian ekuivalen ini cukup memuaskan hingga 1 MHz.

Bidang Controlled Pembagi TeganganDistribusi medan elektrostatik atau kapasitif perisai atau cincin penjaga ditempatkan di atas sebuah pembagi resistif untuk menegakkan medan seragam di lingkungan dan di sepanjang pembagi dapat diadopsi untuk pengukuran tegangan tinggi. Diagram skematik ditunjukkan pada Gambar. 7.31 dan rangkaian ekuivalen adalah sama seperti yang diberikan pada Gambar. 7.28. Perisai adalah bentuk kerucut. RI adalah resistensi non-linear dalam arti hambatan per satuan panjang tidak sama tetapi variabel. Keuntungan utama adalah bahwa

kapasitansi per satuan panjang kecil dan karenanya memuat efek berkurang. Kadang-kadang hambatan R2 paralel bersama dengan induktansi dan kapasitansi shunt menyebabkan osilasi seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.32a. Osilasi dapat dikurangi dengan menambahkan resistansi Rd redaman ^ seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.31. Pembagi tersebut dibangun untuk sangat

tegangan tinggi (hingga 2 MV) dengan waktu respon kurang dari 30 ns. Kolom resistensi, R1

terbuat dari 20 ohm kilo. Tanggapan langkah pembagi seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.32, dengan dan tanpa resistor redaman. Dengan damping resistor yang tepat (R4) waktu respon jauh lebih sedikit dan overshoot berkurang.

Mixed R-C Potensi Pembagi

Pembagi potensial campuran menggunakan elemen RC secara seri atau paralel. Salah satu metode adalah untuk menghubungkan kapasitansi secara paralel dengan masing-masing R’1

Unsur ini berhasil digunakan

untuk pembagi tegangan dari 2 MV dan di atas. Sebuah konstruksi yang lebih baik adalah untuk membuat koneksi elemen seri RC. Rangkaian ekuivalen konstruksi seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.33. Pembagi tersebut dibuat untuk 5 MV dengan waktu respon kurang dari 30 n s. Lengan tegangan rendah R2 diberikan “L memuncak "dengan menghubungkan variabel induktansi L secara seri dengan R2 - Respon langkah dari pembagi dan koneksi skematik lengan tegangan rendah ditunjukkan pada Gambar 7.34 Namun, untuk benar.. dirancang pembagi tegangan L memuncak tidak akan diperlukan.

R - C Potensi pemisah untuk 2 rating MV dan di atasnya

Pembagi tegangan yang digunakan untuk mengukur lebih dari satu juta volt melemahkan sinyal

pengukur untuk nilai di kisaran 100 V untuk beberapa ratus volt . Kriteria yang dibutuhkan untuk menilai pembagi adalah : ( i ) bentuk tegangan dalam susunan tes harus ditransfer tanpa distorsi ke sisi LV , ( ii ) perilaku perpindahan determinationof sederhana harus dipastikan , dan ( iii ) mereka harus cocok untuk penggunaan serbaguna , yaitu untuk digunakan dengan ac tegangan frekuensi daya , switching tegangan impuls serta dengan tegangan impuls petir / Kondisi ini mengharuskan bahwa pembagi harus memiliki bandwidth yang luas . Persyaratan di atas umumnya dipenuhi oleh ( a) secara optimal teredam pembagi RC , atau ( b ) di bawah teredam atau teredam rendah pemisah RC . The tegangan tinggi lengan pembagi tersebut terdiri dari unit seri RC sementara lengan sekunder biasanya merupakan seri RC atau rangkaian paralel . Dalam kasus pembagi optimal teredam , R1=4√ L1/C g, di mana L1 adalah induktansi dari tegangan tinggi memimpin dan H.V bagian dari pembagi , dan Cg adalah kapasitansi setara dengan tanah . Biasanya resistance ini akan 400-1.000 ohm . Di sisi lain , untuk pembagi rendah atau underdamped , R1 akan sama dengan 0,25-1,5 kali √ L/C1di mana L adalah induktansi untuk loop pengukuran lengkap dan C1 adalah kapasitansi dari HV bagian dari pembagi . Dalam hal ini , nilai normal R1 terletak antara 50 dan 300 ohm . Tanggapan langkah dari dua jenis pembagi yang disebutkan di atas ditunjukkan pada Gambar . 7.35 . Dalam praktek yang sebenarnya , karena waktu besar konstan ( Rd + R1 ) C1 , optimal teredam pembagi mempengaruhi tegangan bentuk pada impuls petir Standard benda uji kadang-kadang tidak dapat dihasilkan dengan spesifikasi standar yang benar . Dengan demikian , R - C pembagi potensial

tidak cocok untuk pengukuran dengan benda uji kapasitansi yang sangat rendah. The RC pembagi tindakan rendah atau underdamped sebagai kapasitansi beban dan pembagi tegangan, dan cocok untuk aplikasi lebih dari bandwidth yang luas, ie. ac, beralih impuls, impuls petir, gelombang cincang dll pembagi underdamped RC juga cocok untuk pengukuran curam gelombang impuls fronted. Sebuah catatan khas gelombang impuls petir (1.2/50 gelombang µs) diperoleh dengan menggunakan kedua jenis di atas pembagi ditunjukkan pada Gambar. 7.36. Dapat dicatat bahwa meskipun respon tangga miskin dalam kasus pembagi underdamped, mereka dapat digunakan untuk mengukur gelombang impuls standar untuk akurasi yang lebih baik.

Koneksi yang berbeda Bekerja dengan Pembagi Potensial

Pengaturan yang berbeda dan koneksi tegangan atau pembagi potensial dengan osiloskop sinar katoda ditunjukkan pada Gambar . 7.37 dan 7.38 .

Sebuah pengaturan sederhana pembagi resistensi ditunjukkan pada Gambar . 7.37 a . Kemungkinan kesalahan adalah ( i ) R2 ≠ Z0 ( lonjakan impedansi kabel ) , (ii ) kapasitansi thecableand CRO shunting RI dan karenanya memperkenalkan distorsi , ( iii ) pelemahan atau penurunan tegangan lonjakan kabel Z0 , dan ( iv ) kapasitansi tanah efek . Kesalahan ini sudah dibahas di Sec . 7.2.7 . Untuk menghindari refleksi di persimpangan kabel dan / ? 2 » 82 bervariasi dan disesuaikan untuk memberikan respon langkah terbaik . Ketika fungsi tegangan unit diterapkan pada rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar . 7.37 b , efek kabel adalah untuk

mengambil sebagian kecil dari tegangan [ C1 /( C1 + C2 ] ke dalamnya dan menyebabkan refleksi pada akhir input. Pada awalnya bertindak kabel seperti resistensi dari value = Z0 impedansi gelombang , tetapi kemudian berperilaku seperti sebuah kapasitor nilai yang sama dengan kapasitansi total dari kabel . perilaku ini memperkenalkan distorsi dan dikompensasi dengan menggunakan koneksi perpecahan kapasitor sebagai shqwn pada Gambar . 7.37 c dengan ( C1 + C2 )= ( C3+Ck)) [ Ck = kapasitansi dari kabel ] . Di sisi lain jika Ck ( C1 + C2 + Ck ) = 0,1 , kesalahan akan kurang dari 1,5 % .

Pengaturan untuk pembagi potensial campuran ditunjukkan pada Gambar. 7.38. Pengaturan ditunjukkan pada Gambar. 7.38a dimodifikasi dan ditingkatkan dalam penyusunan Gambar. 7.38b. dengan

(7.30)

(7.31)

respon sangat meningkat. Pengaturan ditunjukkan pada Gambar. 7.38c sederhana dan memberikan pencocokan impedansi yang diinginkan.

Lengan tegangan LOMT dari sistem pengukuran yang terhubung ke teganganjangka pembagi garisModus sambungan dan pengaturan tata letak lengan sekunder pembagi sangat penting untuk pengukuran distortionless transien cepat. L.V. The lengan pembagi sendiri memperkenalkan distorsi besar jika tidak terhubung dengan benar. Koreksi yang berbeda digunakan untuk menghubungkan LV lengan dengan alat ukur melalui kabel sinyal ditunjukkan pada Gambar. 7.37 dan 7.38. Sinyal kabel Z0 mungkin diasumsikan loss-bebas sehingga impedansi gelombang, Zp = √V / Ltidak tergantung pada frekuensi dan waktu perjalanan sinyal, T0 = √ LC(lihat Bab 8 untuk rincian). Dalam kasus resistensi pembagi,. Pencocokan kabel dicapai dengan memiliki resistensi murni, R2 = Z0 di ujung kabel. Kabel surge Z0 dan perlawanan R2 merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari sistem kabel. Biasanya, Zb memiliki nilai 50 atau 75 ohm. Dalam praktek yang sebenarnya, kabel sinyal yang memiliki kerugian akibat efek kulit pada frekuensi tinggi dan karenanya Z0 menjadi kuantitas yang kompleks. Dengan demikian, pencocokan RI dengan Z0 harus dilakukan pada frekuensi tinggi atau dengan masukan langkah seperti yang ditunjukkan sebelumnya. Dalam kasus kabel panjang, resistansi kabel termasuk dari kawat perisai harus diambil sebagai bagian dari perlawanan yang cocok. Rasio pembagi dalam kasus koneksi yang ditunjukkan pada gambar 7.37

(7.32)Untuk pembagi kapasitansi, kabel sinyal tidak dapat sepenuhnya cocok. Sebuah tahanan rendah dihubungkan secara paralel dengan C2 akan memuat lengan L. V dan karenanya, output akan menurun. Koneksi resistensi R = ZQ pada akhir input (lihat gambar 7.37 dan 7.38) akan membuat tegangan pada CRO sama dengan yang di C2. Rasio tegangan transien, pada t = O diberikan sebagai

(7.33)Dimana CK adalah kapasitansi kabel.Dengan demikian, sebuah overshoot awal AV = Ck /(C1 + C2) akan muncul. Ini akan menjadi baik kecil atau diabaikan untuk panjang kabel menengah dan rendah, dan nilai-nilai tinggi kapasitansi C2. Kesalahan ini dapat dihindari dan respon ditingkatkan dalam kasus pembagi RC dengan menggunakan pengaturan yang ditunjukkan pada Gambar. 7.38.

Biasanya, L.V. yang lengan yang dibuat co-aksial dan diapit kotak logam yang kokoh didasarkan. Resistor seri digunakan dalam R - C pembagi merupakan bagian integral dari LV pembagi ini lengan. Selanjutnya, semua L.V. yang kapasitor lengan dan induktor harus memiliki induktansi yang sangat rendah. Sebuah L.V. khas pengaturan lengan ditunjukkan pada Gambar. 7.39.

7.2.8 Puncak Reading voltmeter untuk Impulse Tegangan Kadang-kadang cukup jika nilai puncak gelombang tegangan impuls diukur , bentuk gelombang yang mungkin sudah diketahui atau ditetapkan oleh sumber itu sendiri . Hal ini sangat berguna dalam pekerjaan pengujian impuls rutin . Metode yang serupa dengan yang digunakan untuk ac tegangan puncak nilai pengukuran . Instrumen ini biasanya terhubung ke

lengan tegangan rendah dari pembagi potensial dijelaskan dalam Sec . 7.2.7 . Rangkaian dasar bersama dengan rangkaian ekivalen dan karakteristik respon ditunjukkan pada Gambar . 7.40 . Rangkaian hanya terdiri dari rectifier katup

Diode D digunakan untuk tegangan positif saja. Untuk negatif, dioda harus terhubung secara terbalik. Ketika tegangan impuls v ( t ) muncul di lengan tegangan rendah dari potensi pembagi , kapasitor Cm dibebankan pada nilai puncak pulsa . Ketika amplitudo sinyal mulai menurun diode menjadi terbalik bias dan mencegah pemakaian dari Cm kapasitor . Tegangan dikembangkan di seluruh Cm diukur dengan voltmeter impedansi tinggi ( voltmeter elektrostatik atau elektrometer ) . Sebagai dioda D memiliki ketahanan maju terbatas , tegangan yang Cm dibebankan akan kurang dari puncak sebenarnya sinyal , dan dimodifikasi oleh jaringan RC perlawanan dioda dan Cm pengukuran kapasitansi . Kesalahan ditunjukkan pada Gambar . 7.4Oc . Eiror dapat diperkirakan jika gelombang diketahui . Pemain depan yang sebenarnya

hambatan dari dioda D (nilai dinamis) adalah sulit untuk memperkirakan, dan karenanya meter dikalibrasi menggunakan osiloskop. Voltmeter puncak untuk kedua polaritas menggunakan pembagi resistansi dan kapasitansi pembagi ditunjukkan pada Gambar. 7.41. Dalam pengaturan ini, tegangan baik polaritas ditransfer menjadi sinyal positif ukur proporsional oleh resistif atau kapasitif pembagi tegangan dan rangkaian dioda. Jaringan aktif dengan rangkaian umpan balik yang digunakan dalam instrumen komersial, sehingga pulsa cepat naik juga dapat diukur. Instrumen menggunakan pembagi kapasitor memerlukan ketahanan debit di seluruh lengan tegangan rendah untuk mencegah penumpukan dc biaya.

7.3 Pengukuran Arus Tinggi DC, AC Dan Arus Impulse Dalam sistem tenaga , itu sering perlu untuk mengukur arus tinggi , yang timbul akibat arus pendek . Untuk melakukan kenaikan suhu dan tes panas berjalan pada peralatan listrik seperti konduktor , kabel , pemutus sirkuit , dll , pengukuran arus tinggi diperlukan . Selama pembuangan petir dan switching transien juga , besaran besar arus gelombang impuls dan switching terjadi , yang memerlukan teknik pengukuran khusus pada tingkat potensi tinggi .

7.3.1 Pengukuran Langsung Arus TinggiBesarnya arus tinggi langsung diukur menggunakan shunt resistif nilai ohmic rendah.

Penurunan tegangan pada resistansi diukur dengan millivoltmeter a . Nilai resistansi bervariasi biasanya antara 10 dan 13 pfl mW . Hal ini tergantung pada efek pemanasan dan loading diizinkan di sirkuit . Resistor arus tinggi biasanya minyak tenggelam dan dibuat sebagai tiga atau empat resistensi terminal ( lihat Gambar . 7.42 ) . Jatuh tegangan shunt ini terbatas pada beberapa milivolt ( < 1 Volt ) di sirkuit listrik .

Generator Hall untuk Pengukuran Arus DCPrinsip dari "efek Hall" yang memanfaatkan dalam mengukur arus langsung yang sangat tinggi. Jika arus listrik mengalir melalui pelat logam yang terletak di medan magnet tegak lurus itu, pasukan Lorenz akan membelokkan elektron dalam struktur logam dalam arah normal ke arah kedua arus dan medan magnet. Menghasilkan ggl dalam arah normal, disebut 'HaIl tegangan'. Hall tegangan sebanding dengan arus i, magnet fluks kepadatan B, dan timbal balik dari pelat tebal d; konstanta proporsionalitas /? disebut * koefisien 4HaIl ".

(7.34)Untuk logam koefisien Hall sangat kecil, dan bahan karenanya semi-konduktor yang digunakan untuk koefisien Hall tinggi. Dalam pengukuran arus yang besar, pembawa arus konduktor dikelilingi oleh rangkaian magnetik besi buang biji, sehingga medan magnet intensitas H = (/ / 5) diproduksi di celah udara kecil di inti. The Hall elemen ditempatkan di celah udara (ketebalan S), dan dc konstan kecil saat melewati elemen. Susunan skematis ditunjukkan pada Gambar. 7.43. Tegangan dikembangkan di seluruh elemen Hall arah normal sebanding dengan dc / saat ini. Dapat dicatat bahwa koefisien Hall /? tergantung pada suhu dan kekuatan medan magnet yang tinggi, dan kompensasi yang cocok harus disediakan bila digunakan untuk pengukuran arus yang sangat tinggi.

Gambar. 7.43 Hall Generator untuk mengukur arus tinggi DC

7.3.2 Pengukuran Frekuensi Tegangan Tinggi pada Arus Ac Pengukuran arus frekuensi daya biasanya dilakukan dengan menggunakan transformator arus saja, karena penggunaan shunt saat ini melibatkan kehilangan daya yang tidak perlu. Juga transformer saat memberikan isolasi listrik dari tegangan tinggi sirkuit dalam kekuasaan sistem. Transformer saat ini digunakan beberapa tegangan ekstra tinggi (EHV) sistem yang cukup berbeda dari desain konvensional karena mereka harus disimpan pada tegangan yang sangat tinggi dari tanah. Sebuah skema baru pengukuran transformator arus memperkenalkan

1. EHV konduktor

2. penginderaan saat transformator

3. Power supply CT.

4. Power supply PT.

5. Sinyal analog-digital converter

6. Insulator untuk EHV

7. Elektro-optik kaca serat

8. Seri ohmik tinggi perlawanan

9. Konverter digital-analog

10. Menunjukkan atau merekam satuan

gambar. 7.44 transformator saat ini dengan

elektro-optik konverter sinyal untuk sistem EHV.

elektro-optik teknik dijelaskan pada Gambar. 7.44. Sebuah sinyal tegangan sebanding dengan mengukur arus yang dihasilkan dan ditransmisikan ke sisi tanah melalui elektro-optik perangkat.

Pulsa cahaya sebanding dengan tegangan sinyal ditransmisikan oleh serat bundel kaca optik untuk photodetektor dan diubah kembali menjadi analog sinyal tegangan. Akurasi yang lebih baik dari ± 0,5% telah diperoleh pada nilai saat ini sebagai serta untuk arus sirkuit pendek yang tinggi. Daya yang diperlukan untuk converter sinyal dan perangkat optik yang diperoleh dari transformator arus dan tegangan sesuai seperti yang ditunjukkan dalam Gambar. 7.44.

7.3.3 PENGUKURAN FREKUENSI TINGGI DAN ARUS IMPULSE

Dalam aplikasi sistem kekuasaan serta dalam bidang ilmiah dan teknis lainnya , itu adalah sering diperlukan untuk menentukan amplitudo dan bentuk gelombang dengan cepat bervariasi tinggi arus. Arus impuls yang tinggi terjadi pada pembuangan petir , busur listrik dan pasca Fenomena busur studi dengan pemutus sirkuit , dan dengan studi mengalirkan listrik fisika plasma . Amplitudo saat ini mungkin berkisar dari beberapa ampere ke beberapa ratus kiloamperes. Tingkat kenaikan untuk arus tersebut dapat setinggi 106-1.012 A/s, dan waktu kenaikan dapat bervariasi dari beberapa mikrodetik untuk beberapa detik nano . Dalam semua seperti kasus perangkat penginderaan harus mampu mengukur sinyal lebih lebar pita frekuensi . Metode yang sering digunakan adalah pirau ( i ) resistif , ( H ) potensiometer magnetik atau probe, dan ( Ui ) Faraday dan perangkat efek Hall. Akurasi pengukuran bervariasi dari 1 sampai 10 % . Dalam aplikasi di mana hanya pengukuran nilai puncak diperlukan , voltmeter membaca puncak dijelaskan dalam Sec. 7.2.8 dapat digunakan dengan shunt cocok.

SHUNTS RESISTIF

Metode yang paling umum digunakan untuk pengukuran tinggi arus impuls adalah rendah ohmik shunt resistif murni ditunjukkan pada Gambar. 7.45. Rangkaian ekuivalen ditunjukkan pada Gambar. 7.45b. Arus yang melalui elemen resistif menghasilkan drop tegangan v (t) = i (t) R. Sinyal tegangan yang dihasilkan ditransmisikan ke CRO melalui kabel coaxial surge impedansi Zo. Kabel pada akhir osiloskop diakhiri oleh resistansi Ri = Zo.

(a) shunt ohmik (b) rangkaian Setara shuntGambar. 7.45 Kalibrasi rendah shunt Ohmic dan rangkaian ekivalen untuk impuls.

untuk menghindari refleksi. Unsur perlawanan, karena dimensi yang besar akan memiliki induktansi L residu dan kapasitansi C. Terminal induktansi L mungkin diabaikan pada frekuensi rendah (co), tetapi menjadi cukup besar pada frekuensi yang lebih tinggi (co) ketika Col adalah

urutan dari R. Demikian pula, nilai C harus dipertimbangkan ketika reaktansi 1/coC adalah nilai sebanding. Biasanya L dan C menjadi signifikan atas frekuensi 1 MHz. Nilai resistansi biasanya berkisar dari 10 jifl ke beberapa milliohms, dan drop tegangan biasanya tentang beberapa volt. Nilai dari resistensi ditentukan oleh kapasitas termal dan disipasi panas dari shunt. Jatuh tegangan shunt dalam domain frekuensi kompleks dapat ditulis sebagai:

dimana s adalah frekuensi kompleks atau Transformasi Laplace operator dan V (s) dan I (s) kuantitas berubah dari sinyal v (t) dan i (t). Dengan nilai C diabaikan itu dapat diperkirakan sebagai:

Bisa dicatat di sini bahwa induktansi liar dan kapasitansi harus dibuat sebagai sekecil mungkin untuk respon frekuensi yang lebih baik dari shunt. Hambatan shunt adalah biasanya dirancang dengan cara berikut untuk mengurangi efek liar. (a) desain jalur datar Bifilar, (b) koaksial tabung atau desain shunt Park, dan (c) desain tupai koaksial kandang.

(a) Skema susunan. (b) Koneksi untuk potensi dan terminal saat ini.

1. logam dasar 2. Terminal saat ini (Ci dan Cz) 3. Strip resistensi Bifilar 4. Isolasi spacer (teflon atau bakelite)5. Konektor UHF Coaxial Pi, P2 - Potensi terminalGambar. 7.46 Bifilar datar jalur resistif shunt.

(a) Bifilar Jalur Shunt Desain bifilar (Gambar 7.46) terdiri dari elemen resistor luka dalam arah yang berlawanan dan dilipat kembali, dengan kedua ujung terisolasi oleh teflon atau kualitas tinggi lainnya isolasi. Sinyal tegangan dijemput melalui frekuensi ultra high (UHF) konektor coaxial. Shunt menderita induktansi liar yang terkait dengan elemen resistensi,

dan lead potensial terkait dengan panci kecil dari magnet fluks yang dihasilkan oleh arus yang diukur. Untuk mengatasi masalah ini, koaksial shunts dipilih.

1. terminal saat ini 2. Coaxial elemen silinder resistif3. Silinder koaksial konduktor kembali (tembaga atau kuningan tabung)4. Potensi mengambil memimpin5. Konektor UHF coaxial

gambar. 7.47 Skema susunan shunt Ohmic koaksial.

(B) KOAKSIAL TUBULAR ATAU PARK SHUNT

Dalam desain koaksial (Gambar 7.47) saat ini dibuat untuk masuk melalui silinder dalam atau elemen resistif dan dibuat untuk kembali melalui budidaya silinder luar tembaga atau kuningan. Jatuh tegangan elemen resistif diukur antara potensi titik pick-up dan kasus luar. Ruang antara bagian dalam dan silinder luar adalah udara dan karenanya bertindak seperti isolator murni. Dengan konstruksi ini,batas frekuensi maksimum adalah sekitar 1000 MHz dan waktu respon beberapa nanodetik. Batas atas frekuensi diatur oleh efek kulit dalam resistif elemen. Rangkaian setara shunt diberikan pada Gambar. 7.48. Respon step dan respon frekuensi ditunjukkan pada Gambar. 7.49. LQ induktansi ditunjukkan dalam Gambar. 7.48 dapat ditulis sebagai berikut.

dimana, μ = μo μ, permeabilitas magnetik, Ji0 = 4rc x 10 ~ "9Vs / A cm adalah konstanta medan magnet vakum d = ketebalan tabung silinder.

(a) rangkaian Tepat setara.

(b) Sederhana sirkuit.

L0 - Induktansi

Ro - DC resistensi L - 0,4310

n - Jumlah bagian per satuan panjang L'_ 043 L0

Gambar. 7.48 Sederhana dan tepat.

(a) Langkah respon (b) Frekuensi respon

(i) jumlah batang terlalu kecil(ii) jumlah ideal batang(iii) jumlah batang terlalu tinggi

Gambar. 7.50 Tanggapan sangkar tupai shunt untuk nomor yang berbeda dari batang.

Rangkaian ekivalen yang disederhanakan ditunjukkan pada Gambar. 7.48 mudah untuk menghitung meningkat saat shunt The waktu naik sesuai yang ditentukan .

dan bandwidth yang ditentukan.

shunts tubular koaksial ini dibangun untuk puncak arus hingga 5OO kA; shunts dibangun untuk puncak arus setinggi 200 kA dengan di / dt sekitar S x 1010 A / s memiliki diinduksi tegangan kurang dari 5OVand jatuh tegangan shunt adalah sekitar 100 V.

( c ) Squirrel Cage Shunts Dalam aplikasi tertentu, seperti pengukuran arus pasca busur, nilai ohmik tinggi pirau yang dapat menghilangkan energi yang lebih besar diperlukan. Dalam kasus seperti pirau tubular tidak cocok karena keterbatasan mereka disipasi panas, tebal dinding lebih besar , dan efek kulit . Untuk mengatasi masalah tersebut , silinder resistif digantikan oleh batang tebal atau strip , dan struktur menyerupai konstruksi rotor ganda sangkar tupai motor induksi . Rangkaian setara untuk konstruksi sangkar tupai berbeda , dan kompleks . The shunt menunjukkan respon pucat untuk langkah masukan , dan kompensasi jaringan harus dirancang untuk mendapatkan respon yang optimal . Dalam Gambar . 7,50 , yang Langkah respon (Gambar 7.5Oa ) dan frekuensi respon (Gambar 7.5Ob ) karakteristik yang diberikan . Kenaikan kali lebih baik dari 8 ns dengan bandwidth yang lebih dari 400 MHz yang diperoleh untuk jenis shunt . A R - C jaringan kompensasi biasa digunakan untuk ini shunt ditunjukkan pada Gambar . 7.51 .

R – Shunt Resistensi

Resistor dan kapasitor dalam mengkompensasi jaringan T ganda dan Gi – Ce

Gambar . 7.51 jaringan Kompensasi untuk pirau sangkar tupai.

(D) Bahan Dan Data Teknis Untuk Shunts Current Faktor penting untuk bahan dari pirau adalah variasi resistivitas bahan dengan suhu. Pada 7.11 sifat fisik Table beberapa bahan dengan koefisien temperatur rendah, yang dapat digunakan untuk konstruksi shunt diberikan.

Tabel 7.11 Sifat resistif Bahan

propertiKonstanta

Manganin

Nichrome

Jerman perak

Paduan Ferron

Tahanan P at 2O0C (Q-m)0.49 x 10-6

0.43 x 10-6

1.33 x 10-6

0.23 x 10-6

0.49 x 10-6

Koefesian suhu per 0C(IO"6) 30 20 20 =50 40

Berat jenis sebesar 2O0C kg/litre

8.9 8.4 8.1 =7.5 8.8

Spesifikasi Panas kilo kalori/ kg 0C

0.098 0.097 0.11 = 0.1 0.1

Pentingnya efek kulit telah ditunjukkan dalam desain shunt koaksial. Kedalaman kulit d untuk bahan konduktivitas pada setiap frekuensi f yg ditentukan.

Kedalaman kulit, d, didefinisikan sebagai jarak atau kedalaman dari permukaan di mana Intensitas medan magnet dikurangi menjadi ’l / e ‘ (e = 2,718 ...) dari nilai permukaan untuk diberikan frekuensi /. Bahan rendah konduktivitas a (bahan resistivitas tinggi) memiliki kedalaman kulit besar dan karenanya menunjukkan efek kulit kurang Ini dapat dinyatakan bahwa shunt Ohmic rendah jenis koaksial atau jenis sangkar tupai pengukuran izin pembangunan arus tinggi dengan waktu respon kurang dari 10 n s.

Pengukuran Arus Tinggi Impulse Menggunakan Potensiometer Magnetic (Rogowskl Colls) Dan Magnetic Links

Jika kumparan ditempatkan mengelilingi sebuah konduktor membawa arus, sinyal tegangan induksi dalam kumparan adalah v / (0 = Mdl (t) / dt dimana A / adalah induktansi timbal balik antara konduktor dan koil, dan / (O adalah arus yang mengalir dalam konduktor. Biasanya, coil adalah luka pada mantan bukan magnetik bentuk toroidal dan koaksial ditempatkan sekitar konduktor membawa arus. Jumlah putaran pada koil dipilih untuk menjadi besar, untuk mendapatkan cukup sinyal diinduksi. Kumparan luka cross-bijaksana untuk mengurangi kebocoran induktansi. Biasanya sirkuit mengintegrasikan (lihat Gambar. 7.52) digunakan untuk mendapatkan output sinyal tegangan sebanding dengan arus yang akan diukur. Tegangan keluaran diberikan oleh.

Rogowski koil dengan sirkuit integrator elektronik atau aktif memiliki bandwidth yang besar (Sekitar 100 MHz). Pada frekuensi lebih besar dari 100 MHz respon dipengaruhi oleh.

Gambar. 7.52 Rogowski koil untuk tinggi pengukuran arus impuls.

efek kulit, kapasitansi didistribusikan per satuan panjang di sepanjang kumparan, dan karena gangguan yang elektromagnetik. Namun, miniatur probe setelah nanodetik waktu respon yang dibuat menggunakan sangat sedikit berubah dari strip tembaga untuk pengukuran UHF.

Links Magnetic

Link Magnetic strip baja retentivity tinggi pendek diatur pada roda melingkar atau Drum. Strip ini memiliki properti yang magnetisme remanen untuk pulsa saat ini 0,5 / 5 | i s adalah sama dengan yang disebabkan oleh DC saat ini nilai yang sama. Oleh karena itu, ini dapat digunakan untuk pengukuran nilai puncak arus impuls. Strip akan disimpan pada jarak yang dikenal dari konduktor tercatat saat ini dan sejajar dengan itu The magnetisme remanen kemudian diukur di laboratorium dari mana nilai puncak saat ini dapat diperkirakan. Ini berguna untuk pengukuran lapangan, terutama untuk memperkirakan arus petir pada jaringan transmisi dan menara. Dengan menggunakan jumlah link, pengukuran akurat dari nilai puncak, polaritas, dan persentaseosilasi dalam arus petir dapat dibuat.

Teknik lain untuk Impulse Pengukuran Lancar

(a) Balai Generator Generator Balai dijelaskan sebelumnya dapat digunakan untuk kapak. dan impuls pengukuran arus juga. Bandwidth perangkat tersebut ditemukan sekitar 50 MHz dengan perangkat kompensasi yang sesuai dan umpan balik. Efek kejenuhan dalam inti magnetik dapat diminimalkan, dan perangkat tersebut telah digunakan untuk posting busur dan plasma pengukuran arus. (b) Faraday Generator atau Ammeter Ketika sinar terpolarisasi linier melewati kristal transparan dalam kehadiran medan magnet, bidang polarisasi dari berkas cahaya mengalami rotasi. Sudut rotasi diberikan oleh:

V = konstanta kristal yang tergantung pada panjang gelombang cahaya,B = kerapatan fluks magnet, dan

l = Panjang kristal.

Untuk mengukur bentuk gelombang dari arus besar dalam sistem EHV pengaturan ditunjukkan pada Gambar . 7.53 dapat digunakan . Sebuah sinar cahaya dari sumber cahaya stabil dilewatkan melalui polarizer P \ jatuh pada kristal F ditempatkan sejajar dengan magnet medan yang dihasilkan oleh / saat ini . Berkas cahaya mengalami rotasi pesawatnya polarisasi . Setelah melewati analisa , balok difokuskan pada photomultiplier ^ output yang diumpankan ke CRO . Output balok disaring melaluimenyaring A / , yang memungkinkan hanya cahaya monokromatik Hubungan antara display osilograf dan arus yang akan diukur adalah kompleks tapi dapat ditentukan . Keuntungan dari metode ini adalah bahwa ( O tidak ada hubungan listrik antara sumber dan perangkat , ( H ) tidak ada masalah thermal bahkan untuk arus besar beberapa kiloamperes , dan ( IH ) sebagai transmisi sinyal melalui sistem optik , tidak ada masalah isolasi atau kesulitan muncul untuk sistem EHV . Namun, perangkat ini tidak beroperasi untuk DC arus .

L - Sumber cahaya F - Kristal C-Photo-multiplier PI - polarizer CRO - Recording osilograf PZ - Analyser M –FilterGambar. 7.53 Metode Magneto-optik mengukur arus impuls.

7.4 KATODA sinar oscillograph UNTUK TEGANGAN IMPULSE DAN PENGUKURAN LANCAR

Ketika bentuk gelombang yang bervariasi cepat sinyal (tegangan atau arus) harus diukur atau direkam, kesulitan tertentu muncul. Nilai-nilai puncak dari sinyal dalam tinggi pengukuran tegangan terlalu besar, mungkin beberapa kilovolt atau kiloamperes. Oleh karena itu, pengukuran langsung tidak mungkin. Besarnya sinyal ini adalah skala turun oleh pembagi tegangan atau pirau sinyal tegangan yang lebih kecil. Sinyal dikurangi Vm (f) biasanya sebanding dengan kuantitas yang diukur. Prosedur transmisi sinyal dan menampilkan atau merekam sangat penting yang terkait medan elektromagnetik dengan sinyal yang berubah dengan cepat menginduksi

mengganggu tegangan, yang harus dihindari. Masalah yang terkait dalam prosedur di atas adalah dibahas dalam bagian ini.

7.4.1 Sinar Katoda Oscillograph Untuk Pengukuran Impulse

Oscillograph modern tabung katoda osiloskop dengan pengaturan fotografi digunakan untuk merekam gelombang. Osiloskop sinar katoda untuk impuls bekerja dengan normal yang memiliki input tegangan dari 5 m V/cm menjadi sekitar 20 V/cm. Selain itu, ada probe dan attenuators untuk menangani sinyal hingga 600 V ( puncak ke puncak ) . itu bandwidth dan waktu kenaikan osiloskop harus memadai . Kenaikan kali dari 5 n s dan bandwidth setinggi 500 MHz mungkin diperlukan . Kadang-kadang osiloskop uji lonjakan tegangan tinggi tidak memiliki amplifier vertikal dan langsung membutuhkan tegangan input dari 10 V. Mereka dapat mengambil sinyal maksimum sekitar 100 V (puncak ke puncak ) namun memerlukan attenuators cocok untuk sinyal besar . Osiloskop dilengkapi dengan kamera baik untuk tujuan rekaman. Tektronix Model 7094 ini dilengkapi dengan lensa 1 : 1,2 kamera polaroid yang menggunakan 10.000 ASA

Film yang memiliki kecepatan penulisan 9 cm / n s . Dengan cepat berubah sinyal , maka perlu untuk memulai atau memulai osiloskop basis waktu sebelum sinyal mencapai osiloskop membelokkan piring , jika tidak sebagian dari sinyal mungkin terlewatkan . Pengukuran tersebut membutuhkan inisiasi akurat dari basis waktu horisontal dan dikenal sebagai memicu . Oscilloscope biasanya dilengkapi dengan fasilitas memicu baik internal maupun eksternal . Ketika memicu eksternal digunakan , karena dengan rekaman impuls , sinyal langsung diumpankan untuk menjalankan waktu

1. Pemicu amplifier (a) masukan penguat Vertikal 2. Sweep Generator (b) Input untuk menunda baris3. Delay line eksternal (c) Output delay line ke CROY piring

Gambar. 7.54a Blok diagram osiloskop tes gelombang (pengaturan lebih lama).

1. Hubungkan-in amplifier 4. pemicu amplifier 2. Yamplifier 5. Sweep Generator 3. Internal garis penundaan 6. XamplifierGambar. 7.54b Sederhana diagram blok osiloskop

uji lonjakan arus (skema yang baru).

dasar dan kemudian diterapkan pada pelat vertikal atau Y membelokkan melalui jalur delay. Itu delay biasanya 0,1 sampai 0,5 | i s. Penundaan diperoleh dengan: (I) A long interkoneksi kabel koaksial 20 sampai 50 m panjang. Memicu yang dibutuhkan diperoleh dari antena yang diinduksi tegangan diterapkan ke memicu eksternal terminal. (2) Sinyal pengukuran ditransmisikan ke CRO dengan kabel koaksial normal. Penundaan diperoleh dengan kabel panjang yang terhubung eksternal koaksial untuk memberikan penundaan yang diperlukan. Susunan ini ditunjukkan pada Gambar. 7.54. (3) generator impuls dan basis waktu CRO dipicu dari perangkat tersandung elektronik. Sebuah pulsa pertama dari perangkat mulai saat CRO dasar dan setelah waktu yang telah ditentukan pulsa kedua memicu impuls Generator.

7.4.2 Rujukan Instrumen dan Penyusunan Uji Sirkuit

Adalah penting bahwa lead, tata letak, dan koneksi dari sumber sinyal ke CRO harus diatur sedemikian rupa sehingga tegangan induksi dan liar pick-up karena interferensi elektromagnetik dihindari. Untuk perlahan-lahan berbagai sinyal, yang menghubungkan kabel berperilaku baik sebagai kapasitif atau induktif tergantung pada beban pada akhir kabel. Untuk cepat naik sinyal, bagaimanapun, kabel harus diperhitungkan sebagai transmisi baris dengan parameter terdistribusi. Gelombang bepergian atau sinyal masuk kabel tersebut pertemuan impedansi gelombang kabel. Untuk menghindari refleksi yang tidak perlu di kabel berakhir, itu harus diakhiri dengan baik dengan menghubungkan resistensi sama dengan lonjakan arus impedansi kabel. Dalam kabel, sinyal perjalanan dengan kecepatan kurang dari itu cahaya yang diberikan oleh:

dimana C = 3 x 108 m / s dan er dan \ ir adalah permitivitas relatif dan relatif permeabilitas masing-masing dari bahan kabel. Oleh karena itu kabel memperkenalkan waktu propagasi terbatas

t = ⅟v X panjang kabel

Alat ukur seperti osiloskop memiliki impedansi masukan yang terbatas, biasanya sekitar 1-10 resistance MQ secara paralel dengan 10 sampai 50 pF kapasitansi. Ini impedansi pada frekuensi tinggi (f * 100 MHz) adalah sekitar 8OQ dan dengan demikian bertindak sebagai beban pada akhir kabel lonjakan arus. Beban ini melemahkan sinyal pada akhir CRO. Kabel pada frekuensi tinggi tidak jalur transmisi lossless. Karena loss tahanan dalam konduktor dan kerugian dielektrik dalam material kabel, mereka memperkenalkan redaman dan distorsi pada sinyal. Distorsi kabel harus, harus dieliminasi sejauh mungkin. Kabel perisai juga menghasilkan suara, tegangan akibat tanah lingkaran arus dan karena kopling elektromagnetik dari konduktor lainnya. Dalam Gambar. 7.55, arus loop tanah dan jalan mereka ditunjukkan. Untuk menghilangkan kebisingan ini tegangan beberapa pengaturan perisai seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.56 mungkin harus digunakan.

1. potensi pembagi2. Kabel sinyal koaksial3. loop tanah

Gambar. 7.55 Tanah (oops dalam sistem pengukuran impuls.

1. Potensi pembagi 4. Kandang terlindung bagian dalam 2. Tiga kabel terlindung 5. mengakhiri impedansi 3. Luar pelindung penutup 6. CRO

Gambar. 7.56 pengukuran Impulsemenggunakan beberapa penutup pelindung dan kabel sinyal.

Faktor penting lainnya adalah tata letak kabel listrik dan sinyal impuls pengujian laboratorium. Power dan interkoneksi kabel tidak boleh diletakkan dalam zig-zag cara dan tidak harus lintas terhubung. Semua kabel listrik dan kabel kontrol memiliki untuk diatur melalui dibumikan dan terlindung saluran. Sebuah tata letak skematik yang khas adalah ditunjukkan pada Gambar. 7.57. Pengaturan ini harus menyediakan bercabang kabel dari pohon kabel dan tidak membentuk loop. Dimana kondisi lingkungan yang begitu parah bahwa sinyal yang benar tidak dapat diperoleh dengan semua tindakan pencegahan, teknik elektro-optik untuk transmisi pulsa sinyal mungkin harus digunakan.

1. Ruang kontrol 4. Pusat kontrol 7. pembagi tegangan2. Puncak pembacaan meter 5. Rectifier untuk 8. benda uji3. Osilograf generator impuls 6. generator impuls 9. celah bidang

Gambar. 7.57 Tata letak laboratorium pengujian impuls dengan kontrol dan sinyal kabel.

PERTANYAAN

7.1: Sebuah pembangkit voltmeter harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat memiliki kisaran 20-200 kV DC Jika meter menunjukkan membaca arus minimal 2 jia danarus maksimum 25 | iA, apa yang harus kapasitansi dari pembangkit voltmeter menjadi? Solusi: Asumsikan bahwa motor penggerak memiliki kecepatan sinkron 1500 rpm.

Dimana,

V = tegangan yang diberikan,Cm = kapasitansi meter, danω = kecepatan sudut dari dorongan

Berganti,

Kapasitansi meter harus 0,9 pF. Meter akan menunjukkan 20 kV pada saat ini 2 μA dan 200 kV pada arus dari 20 μA.

7.2: Desain voltmeter puncak membaca bersama dengan mikro-ammeter cocok sedemikian rupa sehingga akan dapat membaca tegangan, hingga 100 kV (puncak). Kapasitansi potensi pembagi yang tersedia adalah rasio 1000:1. Solusi: Biarkan voltmeter puncak membaca menjadi tipe Haefely ditunjukkan dalam Gambar. 7.17a. Biarkan mikro-ammeter memiliki rentang 0-10 μA.

Tegangan yang tersedia di lengan C2 = 100 x 10.000 x ⅟1000

= 100 V (puncak)

Resistansi seri R dalam seri dengan ammeter mikro

= 100/10 x 10‾⁶

= 10⁷Ω

CsR = l to 10 s

Mengambil nilai yang lebih tinggi dari 10 s, Cs = 10/10⁷

= 1 μF

Nilai Cs dan R adalah 1 μF dan 10⁷Ω

73: Hitung faktor koreksi untuk kondisi atmosfer, jika suhu laboratorium adalah 370C, tekanan atmosfer adalah 750 mm Hg, dan basah Suhu bulb adalah 270C.

Solusi: Faktor kepadatan udara, pada saat t = 37⁰C

Dari Tawe 7.6 kerapatan udara koreksi faktor K = 0,9362. Dari Gambar. 10.1, mutlak kelembaban (dengan ekstrapolasi) sesuai dengan suhu tertentu adalah 18 g/m3. Dari Gambar. 10.2, kelembaban faktor koreksi untuk SO Hz (kurva) adalah 0.92S. (Catatan: Tidak ada kelembaban koreksi yang diperlukan untuk kesenjangan bola.)

7.4: Sebuah pembagi resistance 1400 kV (impuls) memiliki lengan tegangan tinggi dari 16 kilo-ohm dan lengan tegangan rendah yang terdiri 16 anggota dari 250 ohm, 2 watt resistor secara paralel. Pembagi terhubung ke CRO melalui kabel surge impedansi 75 ohm dan diakhiri di ujung lain melalui resistor 75 ohm. Hitung rasio pembagi tepat. Solusi: h.v. resistensi lengan, R1 = 16.000 ohm.

l.v. lengan resistensi, R2 = 50/16 ohmsMengakhiri perlawanan, R2’ = 75 ohmskarenanya, rasio pembagi,

7.5: The HV lengan sebuah /?-C, pembagi memiliki 15 angka dari 120 ohm resistor dengan 20 pF kapasitor ke tanah dari masing-masing titik persimpangan. L.V. The lengan resistensi adalah 5 ohm. Tentukan kapasitansi diperlukan dalam L.V. yang lengan untuk benar kompensasi.

Solusi: Tanah kapasitansi per unit = Cg = 20 pF Tanah kapasitansi efektif = Ce = (2/3) Cg.

= 2/3(15x20) (lihat gambar 7.34) = 20OpF.

Kapasitansi ini diasumsikan antara tap pusat HV yang arm tanah seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.28. disini

R1/2. = 15 x 120/2 = 900 ohms

R2 = 5 ohms.

Kemudian, konstanta waktu efektif dari pembagi = (R1/2 (2/3)Cg) = R1Cg/2

= ((900x200xl0‾¹²)/2s = 90ns

Membuat L.V. yang lengan waktu konstan untuk menjadi sama dengan lengan HV, yang kapasitansi yang diperlukan untuk kompensasi dihitung sebagai berikut:

7.6: Sebuah shunt koaksial harus dirancang untuk mengukur arus impuls SO kA. Jika bandwidth shunt adalah untuk setidaknya 10 MHz dan jika drop tegangan seberang shunt tidak boleh melebihi SO V, menemukan nilai ohmik dari shunt dan yang dimensi.

Solusi: Perlawanan dari shunt (max) R = 50/50 x 10² = 1 mΩ

Mengambil rangkaian ekivalen disederhanakan dari shunt seperti yang diberikan pada Gambar. 7.48 (b)

Hitungan Bandwidth B atau Lo

d, ketebalan tabung resistif silinder diambil dari pertimbangan bandwidth.

Dimana,p = resistivitas material,μ = μ0 = 4 π x 10⁷ H/m, dand = ketebalan tabung dalam meter r = jari-jari tabung resistif,

l = Panjang tabung resistif,d = ketebalan c.f tabung resistif, danp = resistivitas bahan tabung.

Saat banwidth,

Dimana, μ = μo μ7 = μoDigantikan е = 10⁷Hz

P = 30 x l0‾⁸ nm

Biarkan panjang / diambil sebagai 10 cm atau 10‾¹ m;

Untuk konduktor kembali tabung luar dapat diambil untuk memiliki panjang = 10 cm, jari-jari = 30 mm, dan ketebalan 1 mm =, dan dapat dibuat dari tembaga atau kuningan.

7.7: Sebuah kumparan Rogowski harus dirancang untuk mengukur arus impuls 10 kA memiliki laju perubahan arus 1011 A / s. Saat ini dibaca oleh seorang VTVM sebagai penurunan potensial di sirkuit mengintegrasikan terhubung ke sekunder. Perkiraan nilai-nilai induktansi, resistansi, dan kapasitansi untuk dihubungkan, jika pembacaan meter adalah menjadi 10 V untuk defleksi skala penuh.

Solisinya,

mengambil nilai-nilai puncak.

Interval waktu dari perubahan variasi sinusoidal dengan asumsi saat ini adalah

(Perlu dicatat bahwa untuk frekuensi tertentu, Xc «R \ jika frekuensi rendah Tanggapan akan menjadi miskin. HereXc at / = 107/4 adalah 60Ji saja.) Contoh 7.8: Jika kumparan pada Contoh 7.7 akan digunakan untuk mengukur arus impuls 8/20 M-s gelombang dan arus puncak yang sama, apa yang harus RC mengintegrasikan sirkit.

Solusi: Dalam kasus ini, frekuensi terendah untuk dibaca harus setidaknya - to - dariterendah frekuensi komponen hadir dalam bentuk gelombang.Frekuensi yang sesuai dengan waktu ekor