4.3. Вопросы электромагнитной совместимости при высоковольтных измерениях электронно-лучевыми осциллографами.

При отладке высоковольтных измерений электронно-лучевыми осциллографами, сталкиваются с наличием большого числа помех, различными путями достигающих пластин осциллографа. В результате вместо ожидаемого расчетного осциллографируется импульс с наложенными высокочастотными биениями, как показано на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Высокочастотные наводки, накладывающиеся на осциллографируемый импульс.

Причинами высокочастотных наводок следующие.

1. Непосредственное воздействие электромагнитного поля импульсного генератора на пластины плохо экранированного осциллографа, что устраняется путем удаления осциллографа от источника помех и путем помещения осциллографа в экранированную кабину, выполненную из металла или металлической сетки. при этом коэффициент экранирования может достичь величины до 80-100 дБ.

(Напомним, , где - отношение напряжения помехи до и после экранирования. Если = 1000, то 60).

2. Помехи, проникающие по сети питания осциллографа, наведенные электромагнитным полем импульсного генератора в частотном в диапазоне от 10 - 100 МГц; для их снижения наиболее эффективно применение автономного питания осциллографа, размещаемого в экранированной кабине.

При питании от сети применяют системы емкостно‑режекторных фильтров, одна из схем которых - на рис. 4.6. Провода питания при этом также должны быть экранированы.

3. Наводки на измерительную цепи делителя, шунта и их кабелей. Наводка на кабели возникает за счет их неплотной оплетки и эксцентриситета центральной жилы. Последнее проверяется путем двух опытов: отключив кабель от шунта или делителя оценивают величины наводок при короткозамкнутом кабеле в месте подключения к делителю или шунту и при разомкнутом конце кабеля.

4. Наводки, вызванные падением напряжения при протекании импульсных токов по оболочкам кабелей, заземляющим проводам, заземленным металлоконструкциям. Рассмотрим этот тип помех подробнее.

Положим, что по металлоконструкциям протекает ток I=100A с частотой f=10⁶ Гц. Индуктивность линейного проводника длиной 1м равна L  10^-6 Г.

Тогда индуктивное падение напряжения на таком проводнике:

Если участком такой металлоконструкции является оплетка кабеля, то этот ток наводит Э.Д.С. на центральную жилу. Уровень наводки характеризуется сопротивлением связи кабеля Z_св, определяемым по схеме на рис. 4.7, где U_н – наведенное на центральную жилу напряжение.

Рис. 4.6. Схема емкостно-режекторного фильтра для защиты осциллографа от наводок по питающей сети

Рис. 4.7. Схема определения сопротивления связи.

= ;

Чем выше , тем больше величина наводки. Для снижения выполняют двойное экранирование кабеля. При протекании тока наводки по внешнему экрану можно снизить на 60 - 80 ДБ. То же самое происходит при протекании токов наводки по корпусу осциллографа. Падение напряжения на нем приложено к пластинам ЭЛТ (рис. 4.8). Таким образом, для исключения таких наведенных напряжений необходимо рациональное размещение генератора, измерительной аппаратуры и нагрузки и их взаимное соединение.

5. Способы защиты от наводок, вызываемых сетью 50 Гц, 220 В следующие.

Нулевой провод сети связан с заземлением и по правилам ТБ, к нему должны быть подключены все корпуса приборов. Приборы могут иметь между собой взаимные подключения кабелями, по оболочкам которых могут протекать часть токов сети (рис. 4.9).

Рис. 4.8. Падение напряжения на элементах корпуса осциллографа при протекании импульсного тока. С_П - паразитная емкость конструкции.

Как и в рассмотренных выше случаях, ток I_н вызывает мешающие падения напряжения. Для снижения наведенного напряжения отключают от земли корпус одного из приборов, при этом будет разорван контур паразитного тока. Заземление обеспечивается через корпус другого прибора и оболочку соединительного кабеля.

6. Защита от наведенных Э.Д.С. при быстро протекающих процессах.

Если источником наведенной Э.Д.С. является контур с импульсным током, то его влияние может быть представлено схемой замещения, как показано на рис. 4.10.

Рис. 4.9. Токи сети 220 В, которые могут протекать по корпусам приборов.

Рис. 4.10. Контуры влияния разрядного контура на измерительные цепи.

Снижение таких наводок достигается экранированием кабелей стальными трубами, использованием экранированной кабины осциллографа и стальных полов, под которыми размещают измерительные кабели (рис. 4.11). Тогда индуктивно связанные контуры отсутствуют, действие электростатических наводок практически нейтрализовано экранами.

Рис. 4.11. Экранирование осциллографа и измерительных кабелей.

7. Наводки, вызываемые смещением потенциала и защита от них.

Паразитные емкости элементов разрядного контура С_п имеют контуры, которые замыкаются также через сопротивление заземления высоковольтной установки Z₃ (рис. 4.12А). Токи в этих контурах могут иметь большие значения, поскольку собственная частота контуров имеет большие величины.

Рис. 4.12. Паразитные емкости неэкранированного (А) и экранированного (Б) разрядного контура.

За счет падения напряжения на Z₃ потенциал точки А относительно измерительных приборов не равен нулю. Защитой от этой наводки является размещение разрядного контура в клетке Фарадея (полное металлическое экранирование (рис. 4.12Б), из которой не выходят силовые линии электрического поля, поэтому не происходит импульсного смещения потенциала точки А.

Последнее решение технически не всегда выполнимо, поэтому следует выбирать точку заземления так, чтобы смещение потенциала было минимальным.

На рис. 4.13 приведены неправильный (А) и правильный (Б) выбор точки заземления импульсного генератора. В случае А на обратном проводе падения напряжения приводит к появлению потенциала смещения U_см , который вызывает появления паразитного тока в измерительной цепи. В контуре (Б) смещение обусловлено только наличием паразитной емкости обратного провода на землю и по величине значительно меньше, чем в случае А.

Для уменьшения влияния через оболочку кабеля применяют также режекторную конструкцию: наматывают кабель на стальной замкнутый сердечник. Тогда для наводимого в оболочке тока дополнительным сопротивлением является , которое не препятствует прохождению измеряемого сигнала, поскольку в коаксиальной системе проводов электрическое и магнитное поля заключены между жилой и оплеткой.

Рис. 4.13. Выбор точки заземления высоковольтного импульсного генератора.

При развертывании генераторного и измерительного оборудования, в которое входят также цепи заряда, выпрямления, управления, сигнализации, следует так размещать цепи, чтобы не создавались дополнительные замкнутые контуры, магнитосвязанные с контуром генерирования. Должны исключаться пересечения проводников различного назначения (силовых, импульсных, измерительных, управления).

Заземление всех элементов генераторного контура для снижения смещения потенциала необходимо производить в одной точке.