Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

состоит из сопротивлений и конденсаторов, соединенных параллельно. Низковольтный элемент делителей всех типов должен иметь ха­ рактеристики, подобные высоковольтному элементу, т. е. должны применяться соответственно сопротивление, конденсатор или их па­

раллельное соединение.

Коэффициентом деления делителя называется отношение величины полного сопротивления делителя (сумма сопротивлений обоих эле­ ментов) к величине сопротивления элемента низкого напряжения с учетом измерительного кабеля и измерительного устройства.

Важной характеристикой качества делителя является передаточ­ ная функция. Нормированная единичная передаточная функция опре­ деляется как временная зависимость g (() напряжения на выходе из­ мерительного устройства (с учетом коэффициента деления делителя

частичное время передачи 7\. Обе эти характеристики служат мерой применимости делителя для измерения импульса напряжения задан­ ной формы.

Время передачи Т является алгебраической суммой площадей меж­ ду единичной функцией и g(t). Частичное время передачи Г, равно площади между единичной функцией и g(t) до их первого пересечения. Обе площади (Т и Тг) имеют размерность времени.

Общие требования, предъявляемые к делителям напряжения, зак­ лючаются в следующем:

1)передаточная функция делителя должна иметь малое время пере­ дачи; при осциллографировании полного стандартного импульса 1,540 мксек время передачи не должно превышать 0,2 мксек,

2)коэффициент деления не должен изменяться в зависимости от амплитуды и полярности измеряемого напряжения;

3)коэффициент деления не должен зависеть от внешних электри­ ческих полей;

4)делитель должен быть удобным в эксплуатации и сравнительно

дешевым.

Эти требования удовлетворяются в различной степени в зависи­ мости от типа делителя..б

б. Омический неэкранированный делитель

Для изготовления делителей из сопротивлений (омических дели­ телей) можно применять жидкости, например водные растворы CuS04, HCl, NaCl. Однако, несмотря на простоту изготовления таких сопро­ тивлений, они практически не применяются в настоящее время из-за большой зависимости сопротивления жидкости от температуры, на­ пряжения и постепенного изменения коэффициента деления вследст­ вие загрязнения жидкости посторонними ионами.

494

Наибольшее распространение получили делители из проволоки с большим удельным сопротивлением (нихром, Константин). Для умень­ шения индуктивности делителя провод наматывается бифилярно на специальный каркас из изолирующего материала.

Различные способы намотки проволоки показаны на рис. 17.11, а, б, в. Каркасы сравнительно небольшого диаметра (50-^-80 мм) с на­ мотанной проволокой погружают в бумажно-бакелитовые трубки с

Рис. 17.11. Различные конструкции омических делителей с безын­ дукционной намоткой провода

маслом. При этом повышается начальное напряжение короны дели­ теля и улучшается охлаждение проволоки.

В делителе под действием импульсного напряжения возникает сложный переходный процесс, который зависит не только от формы и амплитуды импульса и параметров самого делителя, но также от влия­ ния посторонних полей, возникающих вследствие близкого располо­ жения ГИН, испытываемого объекта, стен зала и других объектов. При достаточном их удалении от делителя можно снизить их влияние до малого значения и учитывать только влияние паразитной емкости Сс делителя относительно пола и стен и емкости Cd делителя относи­ тельно подводящего провода высокого напряжения или специального экрана в случае омического экранированного делителя.

Эквивалентная схема высоковольтного элемента омического дели­ теля напряжения приведена на рис. 17.12. На этой схеме через г0, L0, С0, Cj и С2 обозначены усредненные электрические параметры дели­

495

теля, отнесенные к единице длины. Они связаны с общими характе­ ристиками делителя, имеющего длину I, соотношениями:

Величина R должна быть по возможности малой. Чем меньше R , тем меньше искажений вносит делитель в запись осциллографируемого импульса. Нижний предел R определяется величиной разрядного сопротивления при выборе параметров элементов разрядной

цепи ГИН.

Продольная емкость С,- зависит от кон­ струкции делителя и имеет сравнительно малую величину — порядка единиц пико­ фарад.

Паразитную емкость делителя Се без учета влияния стен можно вычислить по формуле

чивает паразитную емкость делителя, при этом уменьшается указанная неравномерность ее распределения.

Таким образом, принятая схема с равными значениями Сг по длине делителя носит условный характер. Расчеты погрешностей и нерав­ номерности распределения напряжения вдоль делителя, полученные на основании этой схемы, дают заниженные значения по сравнению с реальными. Однако характер влияния Се, R, С,- и Cd на величину искажений, вносимых делителем, сохраняется, что позволяет более точно учитывать эти влияния по сравнению с анализом по элементар­ ной схеме. Емкостью Cd омического неэкранированного делителя можно пренебречь. В случае омического экранированного делителя эта емкость зависит от размеров и формы экрана, присоединенного к концу высокого напряжения делителя.

В большинстве практических случаев на переходный процесс ин­ дуктивность делителя с бифилярной намоткой провода оказывает малое влияние по сравнению с паразитной емкостью делителя отно­ сительно земли и заземленных предметов. Для делителя на импульс­ ное напряжение до 2,0-э2,5 Мв'обычно Се & 100 пф, L —60 мкгн.

496

Следовательно, в рассматриваемом делителе основную погрешность будет создавать паразитная емкость, и влиянием индуктивности можно пренебречь. Таким образом, в схеме рис. 17.12 индуктив­ ность L0 можно не учитывать. В этом случае операционные изобра­ жения распределенных параметров делителя имеют вид:

где Uх—операционное изображение напряжения в точке х\ U -- операционное изображение напряжения, приложенного к делителю.

При приложении к делителю скачкообразного напряжения U= =const при / > 0 в начальный момент напряжение распределяется не­ равномерно, причем степень неравномерности зависит от соотношения емкостей С0, Сг и С2. Установившееся распределение напряжения при постоянстве г0 будет линейным, т. е.

Переход от начального к конечному распределению напряжения определяет погрешность в записи осциллографируемого импульса напряжения, зависящую от формы импульса.

Решение уравнения (17.12) при £/=const имеет вид

s= 1

где Сд = Се-\~Са.

Для омического неэкранированного делителя можно вычислить распределение напряжения по формуле (17.14) при Cd— 0 иСд = Се.

Распределение напряжения существенно зависит от рассматривае­ мого момента времени. При проектировании и устройстве делителя важно знать распределение при амплитудном значении напряжения униполярного импульса

на делителе, так как приблизительно в этот момент возникает макси­ мальная напряженность вдоль поверхности делителя в его верхней части.

На рис. 17.13 приведены результаты расчета распределения напря­ жения вдоль делителя при амплитудном значении напряжения им­ пульса 0,75/5 мксек. Из рисунка видно, что на 10% длины делителя у

конца высокого напряжения приходится (кривая 1) 20% приложенного напряжения. При допустимой напряженности вдоль делителя, равной І00кв/м, потребуется делитель высотой 15 м для измерения импульсных напряжений с амплитудой до 3 Мв. Снижение величины сопротивле­ ния делителя R в два раза существенно улучшает распределение напря­ жения (кривая 2) и позволяет значительно снизить высоту делителя.

Основная задача при измерении заключается в устранении иска­ жения формы импульса, снимаемого с элемента низкого напряжения делителя и подводимого к осциллографу. Коэффициент деления дол­ жен быть порядка 103-И 0 4. Таким образом, в (17.14) следует положить

Рис. 17.13. Распределение напряжения вдоль делителя при ам­ плитудном значении напряжения импульса 0,75/5 мксек:

х/1= 10~3-М 0-4. В этом случае можно считать sin s я (х/1) ж sn (я//), и тогда напряжение, подводимое к пластинам осциллографа при при­

S — 1

Выражение для ux (f) представляет собой передаточную функцию эк­ ранированного омического делителя для скачкообразной функции напряжения.

Для неэкранированного делителя (Cd= 0 и Сд= С е) эта функция имеет вид

Применяя интеграл Дюамеля и передаточную функцию, можно получить выражение для напряжения, подводимого к пластинам ос­

498