1.5.1. Омические делители напряжения
В схеме замещения омического делителя (рис 1.10) учтены индуктивность делителя, соединительных проводов L и емкость делителя на землю С3. Предполагая емкость делителя распределенной вдоль делителя, ее вводят в схему замещения в виде сосредоточенной емкости, равной 2/3 общей емкости делителя С3 включенной в средней части плеча высокого напряжения.
Плечо низкого напряжения в зависимости от соотношения R2 и волнового сопротивления измерительного кабеля схема может содержать согласующие сопротивления.
Индуктивность L делителя и присоединения зависит от конструктивного выполнения схемы и может быть принята прямо пропорциональной длине делителя. Коэффициент пропорциональности имеет порядок 10 –6 Гн/м.
Емкость Сз можно рассчитать как емкость проводящего цилиндра, имеющего высоту и диаметр делителя. Она зависит от отношения высоты к диаметру и составляет 10 - 30 пФ на метр высоты делителя.
Рис. 1.10. Схема замещения омического делителя.
К - измерительный кабель; Oсц - осциллограф.
Кабель, соединяющий нижнее плечо делителя с осциллографом должен быть согласован для исключения отражений и преломлений передаваемого импульса.
Наилучшее согласование кабеля достигается тогда, когда кабель согласован с обоих концов. Согласование кабеля только в начале или только в конце может оказаться недостаточным, так как сопротивление кабеля зависит от частоты и при измерениях может отличаться от номинального, а согласующее сопротивление имеет конечную индуктивность и не во всем диапазоне частот достигается хорошее согласование.
Длина кабеля выбирается в зависимости от взаимного расположения делителя, подключенного к высоковольтной нагрузке, и осциллографа. Кабель имеет собственное погонное сопротивление, которое вносит свою погрешность и дополнительное искажение. Поэтому кабель должен иметь минимальную длину.
В настоящее время широко применяются цифровые осциллографы с частотой дискретизации сигнала более200 МГц, позволяющие регистрацию импульсов с фронтами в единицы наносекунд. От диапазона исследуемых фронтов зависит выбор конструкции делителя, его собственной постоянной времени, цепей передачи сигнала и их согласование с входом осциллографа для исключения отражений. При наиболее крутых фронтах координальным решением является бескабельная измерительная система. Осциллограф с внутренним источником питания является элементом нижнего плеча делителя, где импульс запоминается в оперативную память осциллографа и затем может быть считан из памяти на компьютер.
Чем ниже сопротивление верхнего плеча делителя, тем меньше сказываются паразитные параметры (их постоянные времени будут меньше). Снижение R1 до 104 Ом, применение сложной системы экранов для выравнивания распределения напряжения вдоль сопротивления R1, а также корректировка реакции на прямоугольный импульс дополнительными элементами, включаемыми в измерительную цепь, позволяют получить малое время реакции на прямоугольный импульс.
В качестве примера выполнения таких делителей на рис. 1.11 показан омический делитель на напряжение 2,2 МВ, изготовленного фирмой «Тур». Сопротивление резистора R1=10 кОм; резистор выполнен из проволоки и помещен в изоляционной трубе, заполненной маслом. Верхний экран Э соединен с делителем через демпферный резистор Rд2. Делитель присоединяется к объекту испытаний фольгой через демпферный резистор Rд1. Расстояние между осью делителя и испытуемым объектом должно лежать в пределах 1‑1,5 высоты делителя. С осциллографом делитель соединен кабелем длиной 20 м. Измеренное время реакции – около 30 нс.
Выполнение делителей на меньшие напряжения и с меньшим R1 не вызывает затруднений, поскольку не предъявляется строгих требований по допустимому значению индуктивности.
Рис. 1.11. Омический делитель на напряжение 2,2 МВ.