книги из ГПНТБ / Шваб А. Измерения на высоком напряжении. Измерительные приборы и способы измерения

ниях у разъемных коаксиальных штыревых соединений что способствует возникновению дополнительного на­ пряжения помех [Л. 28]. Этим, в частности, объясняется чувствительность к помехам электроннолучевых осцил­ лографов, выполненных по блочной системе.

тельного провода с постоянным волновым сопротивлени­ ем. Можно, однако, запереть оболочку кабеля для токов высокой частоты посредством дроссельного фильтра. Для этой цели часть кабеля наматывают на сердечник из магнитномягкого материала, благодаря чему увеличи­ вается его индуктивность. Такое решение применено, на­ пример, в выносном пробнике на 40 кВ осциллографа «Тектроникс-549». Значение индуктивности, как извест­ но, пропорционально квадрату числа витков. Увеличение индуктивности может быть достигнуто также путем на­ низывания на кабель кольцевых сердечников из магнит­ номягкого материала, как и в бусинках затухания для УКВ. В обоих случаях включение дроссельного фильтра не влияет на полезный сигнал. Кабель должен иметь внешнюю оболочку из изоляционного материала, тогда отдельные витки не закорачиваются и емкость витков, присоединенная параллельно индуктивности, получается небольшой. При больших длинах кабеля распределение напряжений и токов в его оболочке на отдельных участ­

20

ках разнос. В этих случаях подключенный в одном месте дроссель не осуществляет широкополосного запирания. Для определенных частот положение узла тока может совпасть с местом подключения дросселя. Поэтому для токов, длина волны которых меньше длины измеритель­ ного кабеля, нужно, чтобы индуктивность запирающего дросселя была распределена по длине кабеля [Л. 11].

Увеличение последовательного полного сопротивления равнозначно увеличению параллельной проводимости. Последнего молено достичь электрическим соединением оболочки кабеля с обратным заземляющим проводом, распределенным на большой длине кабеля; правда тех­ нически это не всегда возможно.

Весьма целесообразна закладка измерительного ка­ беля в стальную бронированную трубу, уложенную в пол и соединенную с заземляющей сеткой на большой по­ верхности.

Вопрос о том, каким путем помеха поступает на вер­ тикальные отклоняющие пластины, может быть выяс­ нен подключением сигнала через входной аттенюатор электроннолучевого осциллографа. Если напряжение по­ мех уменьшается с изменением положения рукоятки входного аттенюатора, то его следует отнести за счет токов в оболочке кабеля. Если же величина наклады­ вающегося напряжения помех не зависит от положения рукоятки входного аттенюатора, то оно поступает на пластины вертикального отклонения не через входные зажимы, а через несовершенно экранированный кожух или — при сравнительно низких частотах (г^ЗО МГц) — через сетевой шнур. Так как все экранирующие устрой­ ства обладают конечным затуханием, а фильтрация по­ средством дросселя с сердечником из магнитномягкого материала из-за насыщения последнего эффективна не для любых величин токов, то на практике одновременно применяют несколько описанных выше способов защи­ ты от помех.

Импульсные установки для типовых и контрольно­ массовых испытаний силового электрооборудования име­ ют не только коаксиальные измерительные кабели от делителя напряжения к электроннолучевому осцилло­ графу, но и большое число проводов для управляющих и измерительных цепей между установкой и командным пультом с измерительным устройством. Здесь особенно велика опасность возникновения случайных и произволь­

21

4. ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В СХЕМАХ ИЗМЕРЕНИЯ

При обработке измеряемых сигналов и(і), снятых с делителей напряжения или низкоомных шунтов, в общем случае предполагается, что один из двух зажимов, на ко­ торые поступают эти сигналы, заземлен. Обычно при подключении коаксиального измерительного кабеля за­ земляют зажим, который соединен с оболочкой кабеля. Однако, например, в схемах выпрямителей силовой элек­ троники бывает необходимо измерить крутизну и за­ фиксировать моменты времени гашения и зажигания тиристоров, главные зажимы которых находятся под по­ тенциалом, равным нескольким киловольтам. Здесь элек­ троннолучевой осциллограф необходимо подключать к сети через разделительный трансформатор. Экран ко­ аксиального кабеля и корпус осциллографа изолируются от земли, что позволяет осуществить измерение сигна­ лов от источников, у которых оба выходных зажима име­ ют разности потенциалов по отношению к земле (понят­ но, что осуществление такого приема при измерениях связано с повышенной опасностью для обслуживающего персонала). При высоких регистрируемых частотах элек­ трический разрыв между первичной и вторичной обмот­ ками 'разделительного трансформатора шунтируется емкостью между ними. Чтобы в этом случае получить ■эффективную развязку, между первичной и вторичной обмотками прокладывают заземленный экран, который уменьшает емкостную связь этих обмоток [Л. 434].

Разность потенциалов, на которую оба зажима источ­ ника напряжения отличаются от потенциала земли, ча­ сто называют синфазным напряжением, синфазным сиг­ налом [Л. 35] или синхронным напряжением (Л. 33]. Хо­ рошую возможность подавления синфазных помех дает дифференциальный усилитель |[Л. 32—34, 36]. Диффе­ ренциальные усилители в данном случае усилива­ ют только те сигналы, которые получаются между обои­ ми проводниками измерительного кабеля; синфазные сигналы, которые возникают на обоих проводниках с одинаковыми фазой и амплитудой, этим усилителем подавляются. Свойство дифференциального усилителя подавлять синфазные сигналы называют синфазным по­ давлением и характеризуют коэффициентом синфазного подавления. Под этим термином понимают отношение

23

синфазного напряжения на входе дифференциального усилителя к напряжению синфазного сигнала на выходе, вызывающему отклонение на экране электроннолучевого осциллографа. Например, для дифференциального уси­ лителя с шириной полосы 50 МГц «Тектроникс-1 А5» это отношение равно 10000 для синфазных частот до 1 МГц. Коэффициент синфазного подавления не. является посто­ янной величиной: он уменьшается с увеличением ампли­ туды и повышением частоты синфазного сигнала. Кроме того, влияние несимметрии подводящих проводов, на­ пример из-за неточной подгонки пробника, является причиной сильного снижения синфазного подавления, в частности при высоких частотах. В этом случае посту­ пающие от источника синфазные напряжения создают

Рис. 14. Выполнение зазем­ ления ори измерении с диф­ ференциальным усилителем.

1 — источник сигнала; 3 — дифференциальный усилитель.

различные падения напряжений на подводящих прово­ дах и на входе дифференциального усилителя получается небольшая разность по фазе и амплитуде, которая не* подавляется, а наоборот усиливается вместе с измеряе­ мым сигналом.

На рис. 14 показан правильный способ включения дифференциального усилителя. Измеряемый сигнал им {і) подается на вход усилителя или по двум идентич­ ным пробникам, или по двум одинаковым коаксиальным кабелям, нагруженным на конце волновыми сопротивле­ ниями. Для подключения кабелей дифференциальный усилитель имеет два коаксиальных входных зажима. Экраны кабелей заземлены у кожуха электроннолучево­ го осциллографа. Для симметрирования токов в оболочке кабелей экраны последних надежно электрически соеди­ нены между собой у концов, обращенных к источнику. Дополнительное заземление у этих концов не нужно, Разрешается заземление рабочих цепей, необходимое из соображений безопасности. Это заземление не влияет на результаты дифференциальных измерений.

24

Передача измеряемого сигнала по согласованным коаксиальным кабелям рекомендуется при измерениях токов с применением низкоомных образцовых шунтов и всех других измерениях, когда сопротивление источника очень мало по сравнению с волновым сопротивлением кабеля или равно ему. Для источников с высокоомными внутренними сопротивлениями рекомендуется примене­ ние хорошо согласованных пробников, а также делителей напряжения.

5. ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ

Расшифровка быстропеременных однократных про­ цессов производится по их фотозаписи. Исключение со­ ставляют электроннолучевые осциллографы на трубке с запоминанием, у которой изображение на экране мо­

верхность с хорошей изоляцией и способностью ко вто­ ричной эмиссии электронов. Когда изображения на экра­ не нет, разность потенциалов между экраном и вспомо­ гательными катодами относительно мала и энергия электронов от прожекторов недостаточна для возбужде­ ния свечения люминофора экрана. При попадании на экран электронов пишущего луча с большой энергией возникает вторичная эмиссия электронов. Вследствие хо­ роших изоляционных свойств упомянутой выше поверх­ ности положительные заряды, возникающие в местах выхода вторичных электронов, не могут перемещаться. Поэтому электроны от прожекторов, попадая в затрону-

25

тые пишущим лучом точки экрана с более высоким по­ тенциалом, выделяют большее количество энергии и, таким образом, обеспечивают свечение люминофора.

Физические процессы при бистабильном запомина­ нии изображения, а также проблемы технологии изго­ товления и получения соответствующей формы экрана довольно сложны. Подробные сведения по вопросу запо­ минания изображений электроннолучевыми трубками можно найти в [Л. 12]. Максимальная скорость записи при запоминании однократных процессов равна пример­ но 5 см/мкс, что соответствует длительности фронта за­ писываемого импульса Тф^гб-Ю-7 с.

Для очень высоких скоростей записи в настоящее время приходится пользоваться пока обычными мето­ дами [Л. 18]. В простейшем случае вполне удовлетвори­ тельные результаты фотографической записи можно по­ лучить при помощи светонепроницаемого зачерненного внутри тубуса, который вместе со светосильным фото­ аппаратом небольшого размера монтируется перед экра­ ном электроннолучевой трубки. Более удобны специаль­ ные фотоаппараты с изменяемым масштабом изображе­ ния, электрически управляемым затвором и специальным корректирующим объективом для съемок с небольших расстояний.

Критерием разрешающей способности фоторегистри­ рующего устройства с электроннолучевой трубкой явля­ ется максимальная скорость записи [Л. 14, 18]. Скорость записи зависит от ряда факторов: яркости светового пятна, его фактической скорости (геометрическая сумма вертикального и горизонтального отклонений), светосилы объектива фотоаппарата, чувствительности съемочного материала и других параметров. Например, электронно­ лучевой осциллограф «Тектроникс-454» с фотоаппаратом «Тектроникс-СЗІ» светосилой 1 : 1,2 имеет скорость запи­ си около 2,5 см/нс. Чаще всего в качестве съемочного материала применяют пленку фирмы Поляроид, которая дает возможность в течение нескольких секунд получать проявленное и зафиксированное изображение на бумаге. Повышенная стоимость съемочного материала почти во всех случаях возмещается экономией времени. Для съем­ ки осциллограмм пригодны черно-белые панхроматиче­ ские пленки максимальной чувствительности 36 и 41 DIN. Чувствительность панхроматических пленок мало зависит от спектрального состава света, излучаемого

26

экраном. Хорошие результаты дает также применение специальных рентгеновских пленок, тип которых подби­ рается в соответствии с цветом свечения экрана (напри­

Несмотря на большую чувствительность упомянутых выше пленочных материалов скорость записи не всегда достаточна. В случае применения пленок с нормальной технологией лабораторной фотообработки максимальную скорость записи можно повысить в 2—4 раза путем диф­ фузной предварительной засветки съемочного материала и более длительного проявления в специальном прояви­ теле, повышающем чувствительность [Л. 13].

Правильная экспозиция при фотографировании с эк­ рана определяется посредством контрольных съемок. Так как скорость движения светового пятна по экрану может быть очень разной, экспозицию нужно подбирать по той части процесса, которую требуется точно оценить. Труд­ ность получения на пленке приблизительно одинакового почернения при значительном различии в скорости пере­ мещения светового пятна может быть преодолена, если использовать известный способ обработки высокочувст­ вительной пленки — мягкой обработки при сильной конт­ растности. Во многих случаях определение правильной экспозиции производится путем непосредственного из­ мерения яркости следа луча электронным экспономет­ ром [Л. 18].

Г л а в а в т о р а я

ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

6.ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

ИЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕДАЧИ

а) Введение

Испытание электрооборудования на электрическую прочность по отношению к атмосферным и коммутационным перенапряжениям в ТВН производится полными и срезанными импульсами напряже­ ний. Для определения их амплитудных значений имеются приборы, которые как при полном, так и при срезанном импульсах дают до­ стоверные результаты с точностью около 1%. Измерения произво-

27

дятся или описанным в гл. 3 устройством со стрелочным прибором для измерения амплитудного напряжения, или электроннолучевым импульсным осциллографом, который через делитель напряжения подключается к испытуемой цепи. Последний способ позволяет, по­ мимо измерения амплитудного значения, одновременно наблюдать за формой импульса и тем самым дает возможность сделать за­ ключение, выдерживает ли изоляция испытуемого объекта испыта­ тельное напряжение без повреждения. Этот способ полезен также в экспериментальной физике [Л. 59—64]. При измерении амплитуды косоугольных волн оба способа могут давать значительные ампли­ тудные погрешности (Л. 37].

В связи с необходимостью по возможности точного определения параметров косоугольных волн и импульсов с длительностью фрон­ та несколько наносекунд, например в установках с ускорителями [Л. 38—40], к делителям напряжения предъявлены жесткие требо­ вания, которые были выполнены в конструкциях, разработанных в последнее время.

Делитель импульсного напряжения должен иметь хорошую ха­ рактеристику передачи импульсов. Однако это еще не значит, что импульс, записанный на экране осциллографа, соответствует в оп­ ределенном масштабе действительному импульсу напряжения на высоковольтной стороне. Помимо делителя напряжения, источника­ ми дополнительных погрешностей могут быть подводящие провода, а также цепь от низковольтной отпайки делителя, по которой из­ меряемый сигнал подается на электроннолучевой осциллограф [Л. 41, 42, 45, 50].

Из-за необходимости соблюдения больших изоляционных рас­ стояний, определяемых высоким напряжением, делитель чаще всего надо подключать не непосредственно, а только при помощи подво­ дящих проводов. Последние при высоких частотах имеют индуктив­ ности, которыми нельзя пренебрегать, кроме того, во избежание пе­ реходных колебательных процессов к проводам подключают демп­ фирующие сопротивления, на которых могут получаться падения напряжений, так что напряжение на испытуемом объекте и напря­ жение на зажимах делителя не всегда идентичны. При очень быст­ рых изменениях напряжения соединение между делителем и испы­ туемым объектом нужно рассматривать как линию с распределен­ ными параметрами [Л. 47]. Время задержки у таких проводов ока­ зывает существенное влияние на временную характеристику всего измерительного устройства. Подробные сведения о подводящих про­ водах, снабженные числовыми примерами, можно найти в [Л. 47]

Поскольку было установлено, что подводящие провода к дели­ телю напряжения существенно влияют на частотно-зависимые ха­ рактеристики передачи измерительного устройства (Л. 49], прини­ мают меры к тому, чтобы эти провода были по возможности ко­ роткими или совсем отсутствовали. Этого можно добиться правиль­ ным расположением всех узлов установки.

Для подключения генератора импульсов, испытуемого объекта и делителя напряжения со стороны земли применяют полосы из листового материала и проволочные сетки соответствующей ширины из меди или латуни і[Л. 42, 44]. При измерениях импульсов в диа­ пазоне наносекунд часто бывает необходимо коаксиальное подклю­ чение.

В дальнейшем делитель напряжения вместе с подводящими про­ водами рассматривается как четырехполюсник, входное напряжение

28