Большинство омметров той конструкции, что описана в предыдущем разделе, используют батарею относительно низкого напряжения, обычно девять вольт или меньше. Этого вполне достаточно для измерения сопротивлений ниже нескольких мегаом (МОм). Однако если необходимо измерить чрезвычайно высокое сопротивление, 9-вольтовой батареи недостаточно для выработки тока, достаточного для приведения в действие движителяэлектромеханического счётчика.
Кроме того, как обсуждалось в предыдущей главе, сопротивление не всегда является стабильной (линейной) величиной. Особенно это касается неметаллов. Вспомните график перенапряжения по силе тока для преодоления небольшого воздушного зазора (менее дюйма):
Рис. 1. График зависимости силы тока от напряжения.
Хотя это крайний пример нелинейной проводимости, другие вещества демонстрируют аналогичные изолирующие/проводящие свойства при воздействии высоких напряжений. Очевидно, что омметр, использующий в качестве источника энергии низковольтную батарею, не может измерить сопротивление при потенциале ионизации газа или при напряжении пробоя изолятора. Для измерений таких значений сопротивления подойдёт только высоковольтный омметр.
Простой высоковольтный омметр
Самый прямой метод измерения сопротивления высокого напряжения включает простую замену источника питания на батарею более высокого напряжения в той же базовой конструкции омметра:
Рис. 2. Высоковольтный омметр, для которого просто взяли другую батарею более высокого напряжения.
Однако, зная, что сопротивление некоторых материалов имеет тенденцию изменяться с приложенным напряжением, было бы полезно иметь возможность регулировать напряжение этого омметра для получения измерений сопротивления в различных условиях:
Рис. 3. Схема высоковольтного омметра, у которого для батареи регулируется уровень напряжения.
К сожалению, это создало бы проблему с калибровкой измерителя. Если измерительный движитель отклоняется на полную шкалу с прохождением через него определённого количества тока, полный диапазон измерителя в омах будет изменяться при изменении напряжения источника. Допустим, мы подключаем стабильное сопротивление к измерительным проводам этого омметра при изменяющемся напряжении источника питания: по мере увеличения напряжения через движитель будет проходить больше тока, следовательно, показания сопротивления будут давать всё большее отклонение. Что нам действительно нужно, так это измерительный движитель, который будет обеспечивать одинаковое отклонение для любого стабильного измеренного значения сопротивления, независимо от приложенного напряжения.
Mегаомметры
Для достижения этой цели требуется измерительный движитель специальной конструкции, которая характерна для мегаомметров (или как их ещё называют – мегомметров).
Рис. 4. Движитель мегомметра.
Пронумерованные прямоугольные жёлтые блоки на иллюстрации выше – это поперечные сечения катушек проводов. Все эти три катушки движутся вместе с игольчатым механизмом. Здесь нет механизма для возврата стрелки в заданное положение пружинного механизма, как в обычном омметре. Когда движитель отключён, стрелка будет беспорядочно «плавать». Катушки электрически соединены следующим образом:
Рис. 5. Электрическое соединение катушек в мегаомметре.
При бесконечном сопротивлении между измерительными выводами (т.е. если цепь разомкнута) ток через катушку 1 течь не будет, только через катушки 2 и 3. При подаче напряжения эти катушки пытаются центрироваться в зазоре между двумя полюсами магнита, полностью приводя стрелку в движение, которая будет двигаться вправо, в ту часть шкалы, где отмечено «бесконечное сопротивление».
Рис. 6. Ток проходит только через катушки 2 и 3, но не через катушку 1.
Любой ток, протекающий через катушку 1 (через измеренное сопротивление, подключенное между измерительными проводами), стремится вернуть стрелку влево от шкалы, обратно к нулю. Значения внутреннего резистора измерительного движителя откалиброваны таким образом, что, когда измерительные провода закорочены, стрелка отклоняется точно в положение 0 Ом.
Поскольку любые изменения напряжения батареи будут влиять на крутящий момент, создаваемый обоими наборами катушек (катушками 2 и 3, которые перемещают стрелочку вправо, и катушкой 1, которая отклоняет стрелочку влево), эти изменения не будут влиять на калибровку движителя. Другими словами, на точность этого движителяомметра не влияет напряжение батареи: заданная величина измеренного сопротивления вызовет определенное отклонение стрелки, независимо от того, какое напряжение будет у батареи.
Единственное влияние, которое будет иметь на показания счетчика при изменении напряжения – это степень изменения измеренного сопротивления с приложенным напряжением. Итак, если бы мы использовали мегаомметр для измерения сопротивления газоразрядной лампы, он показал бы очень высокое сопротивление (стрелка оказалась бы в крайнем правом углу шкалы) для низких напряжений и низкого сопротивления (стрелка переместилась бы влево на шкале) для высоких напряжений. Это именно то, что мы ожидаем от хорошего высоковольтного омметра: обеспечение точной индикации сопротивления объекта при различных обстоятельствах.
Для максимальной безопасности большинство мегомметров оборудовано генераторами с ручным заводом для создания высокого постоянного напряжения (до 1000 вольт). Если оператор счётчика получит удар током высокого напряжения, состояние прибора будет саморегулироваться, так как он (или она), естественно, перестанет крутить ручку генератора! Иногда «скользящая муфта» используется для стабилизации частоты вращения генератора при различных условиях запуска, чтобы обеспечить достаточно стабильное напряжение независимо от того, быстро он запускается или медленно. Множественные уровни выходного напряжения от генератора доступны путём установки селекторного переключателя.
Некоторые мегаомметры питаются от источника питания, что обеспечивает большую точность выходного напряжения. По соображениям безопасности эти мегаомметры активируются кнопочным переключателем с мгновенным контактом, поэтому переключатель нельзя оставлять в положении «включено», ибо это создаёт значительную опасность поражения электрическим током оператора счётчика.
Настоящие мегаомметры
Настоящие мегаомметры оснащены тремя соединительными клеммами, обозначенными как линейная, заземлённая и защитная. Схема с клеммами очень похожа на упрощённую версию, показанную ранее:
Рис. 8. Схема реального мегаомметра.
Сопротивление измеряется между линейной и заземлённой клеммами, где ток будет проходить через катушку 1. Защитная клемма предназначена для особых ситуаций, когда одно сопротивление должно быть изолировано от другого. Возьмем, к примеру, следующий сценарий, в котором необходимо проверить сопротивление изоляции двухжильного кабеля:
Рис. 9. Нужно выяснить сопротивление изоляции двухжильного кабеля.
Чтобы измерить сопротивление изоляции между проводником и внешней стороной кабеля, нам необходимо подключить линейный вывод мегаомметра к одному из проводов и подключить заземляющий провод мегаомметра к проводу, намотанному на обшивку кабеля:
Рис. 10. Провод от мегаомметра обмотан вокруг обшивки кабеля.
В этой конфигурации мегаомметр должен считывать сопротивление между одним проводником и внешней оболочкой. Но будет ли? Если мы нарисуем схематическую диаграмму, показывающую все сопротивления изоляции в виде символов резисторов, то это будет выглядеть так:
Рис. 11. Принципиальная схема при измерении сопротивления изоляции.
Вместо того, чтобы просто измерять сопротивление проводника 2 к оболочке (Rc2-s), мы фактически измеряем сопротивление параллельно-последовательной комбинации проводник-проводник (Rc1-c2) и проводника 1 к оболочке (Rc1-s). Если нас не волнует этот факт, мы можем продолжить тестирование в соответствии с настройками. Если мы хотим измерить только сопротивление между проводником 2 и оболочкой (Rc2-s), тогда нам нужно использовать защитную клемму мегаомметра:
Рис. 12. Используем защитную клемму мегаомметра.
Теперь принципиальная схема выглядит так:
Рис. 13. Принципиальная электрическая схема мегоометра при использовании защитной клеммы.
При подключении защитной клеммы к проводнику 1, оба проводника имеют почти равный потенциал. При небольшом напряжении между ними или его отсутствии сопротивление изоляции практически бесконечно, и, следовательно, между двумя проводниками не будет тока. Следовательно, показание сопротивления мегаомметра будет основываться исключительно на силе тока, протекающем через изоляцию проводника 2, через оболочку кабеля и к проводу обмотки, а не на силе тока, протекающем через изоляцию проводника 1.
'Мегаомметры' - это полевые приборы: то есть они разработаны так, чтобы техник мог их переносить и эксплуатировать на рабочем месте с такой же лёгкостью, как и обычный омметр. Они очень полезны для проверки «коротких» замыканий между проводами с высоким сопротивлением, вызванных влажной или поврежденной изоляцией. Поскольку в них используются такие высокие напряжения, на них не так влияют паразитные напряжения (напряжения менее 1 вольта, возникающие в результате электрохимических реакций между проводниками или «индуцированные» соседними магнитными полями), как на обычные омметры.
Тестеры высокого напряжения
Для более тщательного тестирования изоляции провода, используют так называемые тестеры высокого напряжения. Эти специализированные инструменты вырабатывают напряжение, превышающее 1 кВ, и могут использоваться для проверки изоляционной эффективности масел, керамических изоляторов и даже целостности других высоковольтных инструментов. Поскольку они способны производить такое высокое напряжение, с ними необходимо обращаться с особой осторожностью и это должен делать только квалифицированный технический персонал.
Следует отметить, что тестеры высокого напряжения и даже мегаомметры (в определенных условиях) могут повредить изоляцию провода при неправильном использовании. Если изоляционный материал подвергся разрушению из-за приложения чрезмерного напряжения, его способность к электрической изоляции будет нарушена. Опять же, эти инструменты должны использоваться только опытными специалистами.
