HV1 High Voltage Engineering LAB

- 1/4 -

การทดลอง HV1 การวัดไฟฟาแรงดันสูงกระแสสลับ High AC Voltage Measurement วัตถุประสงค - เพ่ือศึกษาเทคนิคการวัดแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับดวยวิธีตาง ๆ

- เพ่ือศึกษาเครื่องมือวัดในดานไฟฟาแรงสูง 1. ทฤษฎีพ้ืนฐาน

การวัดแรงดันสูงมีขอแตกตางจากการวัดแรงดันต่ําที่สําคัญคือ การแสดงผล ผูทําการวัดจะตองอยูหางจากจุดที่ตองการวัดมากพอที่จะไมเกิดอันตราย และตองอาศัยการฉนวนที่ถูกตองเหมาะสม ซ่ึงขึ้นอยูกับขนาดแรงดันที่ตองการวัด ถาแรงดันสูงมากขึ้นระยะการฉนวนและระยะหางของผูวัดจะตองมากขึ้นตาม การวัดแรงดันสูงจะตองใชเทคนิคพิเศษบางประการ โดยอาศัยอุปกรณชวยในการวัด

ลักษณะสมบัติที่สําคัญของอุปกรณและเครื่องวัดไดแก - ความถูกตองเที่ยงตรง - ความไวตอสัญญาณที่ตองการวัด

- ความเชื่อถือได - ขีดความสามารถของเครื่องวัด

- ความเร็วของเครื่องวัดที่จะติดตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน

เทคนิคการวัดแรงดันสูงขึ้นอยูกับชนิดของแรงดัน ซ่ึงแบงออกเปน 3 ชนิดคือ

- ไฟฟาแรงดันสูงกระแสสลับ (High ac voltage[HVAC])

- ไฟฟาแรงดันสูงกระแสตรง (High dc voltage[HVDC])

- แรงดันอิมพัลส (Impulse voltage)

ซ่ึง 2 ชนิดหลังน้ีมักจะหมายถึงแรงดันที่สรางขึ้นในหองปฏิบัติการทดลอง สวนไฟฟาแรงดันสูงกระแสสลับ จะมีทั้งภายในหองปฏิบัติการและในระบบสงจายกําลังไฟฟา ในการทดลองนี้จะศึกษาเฉพาะเทคนิคการวัดไฟฟาแรงดันสูงกระแสสลับเทาน้ัน โดยแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับประกอบดวยปริมาณคายอด(Peak value)ปริมาณประสิทธิผล(Effective-Value)

1.1 การวัดแรงดันปริมาณคายอด (Peak value) โดยใช a) คะแปซิเตอรตออันดับกับตัวเรียงกระแส

วิธีน้ีเรียกอีกอยางหน่ึงวาวิธีของ Chubb & Fortescue เปนวิธีวัดกระแสที่ไหลผานคะแปซิเตอรแรงสูง โดยกระแสที่วัดเปนกระแสที่ไหลผานไดโอด ที่ตอแบบ Anti-parallel โดยใช Ammeter ที่มีอุปกรณวัดเปนแบบ Moving coil

b) โวลทเตจดิไวเดอรแบบคะแปซิเตอรประกอบตัวเรียงกระแส

โดยวัดแรงดันที่อัดประจุที่คะแปซิเตอรตัวลางของดิไวเดอรดวยวิธีของ Davis และวิธีของ Rabus

c) ชองวางทรงกลม

โดยการวัดแรงดันเบรกดาวนที่เกิดขึ้นกับชองวางทรงกลม (Sphere gap) แลวเทียบกับมาตรฐาน

HV1 High Voltage Engineering LAB

- 2/4 -

1.2 การวัดแรงดันปริมาณประสิทธิผลของ HVAC(RMS-Value)

เทคนิคที่ใชวัดไดคือ a) Electrostatic voltmeter b) เทคนิคการทอนแรงดัน (Voltage Divider) - High ohmic divider - Inductive divider (ไมเหมาะสม เน่ืองจากคุณสมบัติของแกนเหล็ก และนอกจากนั้น อาจเกิด

อันตรายกับเครื่องวัด เน่ืองจาก Stray capacitance ของ Divider) - Capacitive divider c) เทคนิคอิมพิแดนซตออันดับ โดยการคํานวณกระแสไฟฟาที่วัดได กับคาอิมพิแดนซที่ใชในวงจรวัด d) เทคนิคการคํานวณอัตราสวนแรงดัน (Voltage ratio) โดยการวัดแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลง

แรงดันแลวแรงดันทุติยภูมิโดยใชอัตราสวนแรงดัน

ในการทดลองนี้จะนําเทคนิคตางๆที่เหมาะสมมาปฏิบัติ และเนื่องจากเทคนิคการวัดตางๆดังกลาวไดอธิบายอยางละเอียดในภาคทฤษฎีแลว ดังน้ันเพ่ือใหการทดลองมีประสิทธิภาพ นศ.จึงตองศึกษาทฤษฎีที่เก่ียวของกับการทดลองกอนทําการทดลองอยางละเอียด 2. การทดลอง

จุดมุงหมายของการทดลองเพ่ือศึกษาวิธีการวัดแรงดันสูงกระแสสลับ ปริมาณคายอด และปริมาณประสิทธิผลดวยเทคนิคหรือวิธีตางๆ และสรุปเปรียบเทียบผลการทดลอง

V

ชุดวัดแรงดัน( Chubb&Fortescue

และSeries Impedance)

ชุดปรับแรงดัน0...220V

หมอแปลงทดสอบ

ชุดวัดแรงดันดวยเทคนิคตางๆ

รูปที่ 1.1 วงจรการทดลอง 2.1 ตอวงจรทดสอบดังรูปที่ 1.1 โดยใชชองวางทรงกลม(Sphere gap) ขนาดเสนผานศูนยกลางD=10 cm

เปนชุดวัดแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับที่สรางไดจากหมอแปลงทดสอบ บันทึกคุณสมบัติของอุปกรณที่ใชในวงจร

2.2 บันทึกสภาวะบรรยากาศของหองทดลอง (อุณหภูมิ ความดันบรรยากาศ และความชื้นสัมพัทธ) 2.3 วัดแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับปริมาณคายอดดวยชองวางทรงกลม ที่ระยะหาง(s) เทากับ 0.5, 0.8,

1.2, 1.6, 2.0, 2.4, 3.0, 3.5 และ 4.0 cm โดยปรับเพ่ิมแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบอยางชาๆ พรอมทั้งอานคาแรงดัน จนเกิดเบรกดาวนที่ชองวางทรงกลม บันทึกคาแรงดันปฐมภูมิของหมอ

HV1 High Voltage Engineering LAB

- 3/4 -

แปลงทดสอบ (U1) ที่อานไดขณะเกิดเบรกดาวน ทําการวัดซํ้า 5 คร้ัง แตละคร้ังหางกันอยางนอย 5

วินาที แลวหาคาเฉลี่ย ถาคาที่วัดต่ํากวามากใหตัดทิ้ง เพ่ือลดกระแสขณะเกิดเบรกดาวน ใหตอความตานทาน RD = 10 MΩ อนุกรมกับชองวางทรงกลม (กอนทําการทดลองควรทําความสะอาดทรงกลม ไมใหมีฝุนหรือคราบสกปรก)

2.4 ปรับระยะหาง(s) เพ่ือใหสามารถวัดคาแรงดันทดสอบขนาด 20, 30, 40, 50, 60, 70 และ 80 kVrms

แลวปรับเพ่ิมแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบอยางชาๆ พรอมทั้งอานคาแรงดัน จนเกิดเบรกดาวนที่ชองวางทรงกลม บันทึกระยะหางที่ปรับ และคาแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ (U1) ที่อานไดขณะเกิดเบรกดาวน ทําการวัดซํ้า 5 คร้ัง แตละคร้ังหางกันอยางนอย 5 วินาที แลวหาคาเฉลี่ย ถาคาที่วัดต่ํากวามากใหตัดทิ้ง

2.5 วัดแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับปริมาณคายอดดวยวิธีของChubb & Fortescue กําหนดใหใช C=100pF โดยปรับแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ U1 เทากับคาที่เฉลี่ยไดจากการทดลองขอ 2.3 แลวบันทึกคากระแสที่วัดไดของแตละแรงดัน

2.6 วัดแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับปริมาณประสิทธิผล(RMS-Value) ดวยวิธีการทอนแรงดันดวยตัวเก็บประจุ(Capacitive Voltage Divider) กําหนดใหใช C1=100pF โดยปรับแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ U1 เทากับคาที่เฉลี่ยไดจากการทดลองขอ 2.3

2.7 วัดแรงดันไฟฟาสูงกระแสสลับปริมาณประสิทธิผลดวยวิธีอิมพิแดนซตออันดับ กําหนดใหใช C1=100pF โดยปรับแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ U1 เทากับคาที่เฉลี่ยไดจากการทดลองขอ 2.3

3. ผลการทดลอง 3.1 คํานวณคาแรงดันจากการทดลองขอ 2.3 ใหเปนแรงดันปริมาณประสิทธิผลในสภาวะบรรยากาศของ

หองทดลอง ที่ระยะหาง(s) ตามที่ทดลอง 3.2 เขียนกราฟการเปลี่ยนแปลงของแรงดันปริมาณประสิทธิผลตอการเปลี่ยนระยะหาง(Urms = f(s))

3.3 คํานวณคาแรงดันจากการทดลองขอ 2.5 ใหเปนแรงดันปริมาณประสิทธิผล แลวเขียนกราฟการเปลี่ยนแปลงของแรงดันปริมาณประสิทธิผลตอการเปลี่ยนระยะหาง(Urms = f(s)) โดยเปลี่ยนใหคาแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ (U1) ที่ใชในการทดลองแตละครั้งเที่ยบเปนระยะหางเดียวกับการทดลองขอ 2.3

3.4 เขียนกราฟการเปลี่ยนแปลงของแรงดันปริมาณประสิทธิผลตอการเปลี่ยนระยะหาง(Urms = f(s)) ของการทดลองขอ 2.6 และ 2.7 โดยเปลี่ยนใหคาแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ (U1) ที่ใชในการทดลองแตละครั้งเที่ยบเปนระยะหาง (s)

3.5 คํานวณคาแรงดันทุติยภูมิ U2 โดยใชอัตราสวนแรงดัน (Voltage Ratio) ขณะแรงดันปฐมภูมิของหมอแปลงทดสอบ (U1) เทากับคาแรงดันที่ไดจากการทดลองขอ 2.3 แลวเขียนกราฟการเปลี่ยนแปลงของแรงดันปริมาณประสิทธิผลที่คํานวณไดตอการเปลี่ยนระยะหาง(Urms = f(s)) โดยเปลี่ยนใหคาแรงดันปฐมภูมิหมอแปลงทดสอบ (U1)เที่ยบเปนระยะหาง (s) เชนเดียวกับหัวขอ 3.3 และ 3.4

หมายเหตุ : ใหเขียนกราฟทั้งหมดในกราฟเดียวกันเพ่ือใชในการวิเคราะหผลการทดลองตอไป

HV1 High Voltage Engineering LAB

- 4/4 -

4. สรุปและวิจารณผลการทดลอง

4.1 วิเคราะหผลการทดลองดวยการพิจารณาจากกราฟที่ได 4.2 วิจารณผลการทดลองขอ 2.4 โดยการพิจารณารวมกับกราฟที่ได 5. คําถาม 5.1 แรงดันทดสอบที่สรางไดจากการทดลองไดมาตรฐานหรือไม พิจารณาจากอะไร?

5.2 การคํานวณคา C2 ของการทดลองขอ 2.6 มีหลักในการคํานวณอยางไร?

5.3 หมอแปลงทดสอบที่ใชในการทดลองนี้สามารถใชทดสอบสายเคเบิล ซ่ึงมีความจุ 100pF/m ไดยาวท่ีสุดเทาไร?

5.4 ถาแรงดันทดสอบมีฮารมอนิกสที่ 3 มีปริมาณคายอดเทากับ 0.3 เทาของปริมาณคายอดแรงดันทดสอบ ( 3 rdˆ ˆU 0.3 U= ⋅ ) จงอธิบายการวัดปริมาณคายอดดวยเทคนิคของ Chubb & Fortescue จะทําใหคาที่

วัดไดผิดพลาดหรือไมอยางไร? 5.5 ถาภาระของหมอแปลงทดสอบเปน R หรือ L หรือ C แรงดันทุติยภูมิของหมอแปลงทดสอบ

เปรียบเทียบกับแรงดันขณะ No-load จะเปลี่ยนแปลงอยางไร? (เม่ือแรงดันปฐมภูมิมีคาคงที)่