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

Благодаря малой величине высоковольтной емкости С\ значения С2 оказываются также небольшими, поэтому передаточное отношение сильно зависит от нагрузки. Низковольтная емкость представляет собой сумму емко­ стей: собственно измерительной С2, соединительного ка­ беля к электроннолучевому осциллографу и входной ем­ кости последнего. Делитель на рис. 49 незначительно

влияет на цепь высокого напряжения, так как практически представляет собой только часть заряжающейся паразитной емкости высоковольтной цепи. Незначитель­ ное влияние на измеряемую цепь приводит в свою оче­ редь к колебаниям величины высоковольтной емкости Ct в зависимости от места установки или соседних предме­ тов, так что практически измерительное устройство всег­ да нужно вновь градуировать.

Достоинством делителя напряжения по рис. 49 явля­ ется малая стоимость изоляции высоковольтной емкости.

Пример практического выполнения емкостного дели­ теля напряжения с сосредоточенной высоковольтной ем­ костью показан на рис. 50. Высоковольтная и низко-

60

вольтная емкости образованы тремя коаксиалыіо распо­ ложенными, цилиндрическими металлическими электро­ дами (рис. 51).. В качестве диэлектрика использованы глубокий вакуум и стекло с малыми потерями. Переда­ точное отношение регулируется в широких пределах под­ ключением к емкости Сг низковольтных конденсаторов в нижней части делителя. Делитель напряжения пред­ назначен для напряжений до 60 кВ; подключением до­ полнительной емкости можно расширить диапазон напря­ жений до 120 кВ. Влияние на измеряемую цепь здесь очень мало, так как входная емкость делителя напряже­ ния всего 4 пФ, а при расширении диапазона измере­ ний-— только 2 пФ. Нижняя предельная частота опреде­ ляется нагрузкой, создаваемой низковольтной емкостью Сг и активным входным сопротивлением электроннолу­ чевого осциллографа

При необходимости нижнюю предельную частоту можно снизить непосредственным подключением делите­ ля напряжения к отклоняющим пластинам электронно­ лучевого осциллографа. Верхняя предельная частота де­ лителя напряжения определяется его собственной резо­ нансной частотой, которая благодаря малой индуктивно­ сти коаксиальной конструкции превышает 200 МГц, так что здесь слабым звеном является только показывающий измерительный прибор.

Точный емкостный делитель напряжения, применяе­ мый для градуировочных целей, описан в [Л. 107, 108]. Коаксиальная конструкция с защитными кольцами, а также применение образцовых конденсаторов обычного типа гарантируют получаемое путем измерения или вы­ числения передаточное отношение порядка 1 000 с точно­ стью в несколько десятых процента. Этот делитель на­ пряжения пригоден для измерения импульсных напряже­ ний до 350 кВ. Его верхняя предельная частота дости­ гает 8 МГц.

Для измерений в лаборатории напряжений до несколь­ ких десятков киловольт можно рекомендовать конструк­ цию, приведенную на рис. 52. В качестве емкости Сі применен короткий отрезок кабеля с полиэтиленовой изоляцией и с массивной внутренней жилой. Электриче­ ски сильно нагруженные места разгружаются посредст-

61

ßöM утолщений у изоляции. Конец полиэтиленовой избляции, обращенный к цепи высокого напряжения, имеет углубления для увеличения длины пути скользящего разряда и снижения тока утечки. Перемещением внутренней жилы кабеля и подключением диско­ вого конденсатора с малой индуктив­ ностью к емкости С2, равной сумме вход­ ной емкости пробника электроннолуче­ вого осциллографа и геометрической ем­ кости между заземленным внешним ци­ линдром и общей обкладкой, можно варьировать передаточное отношение.

Чтобы защитить самые чувствительные места делителя напряжения от поверхностных раз­ рядов, полиэтиленовую изоляцию со стороны, обращенной к пробни­ ку, немного рассверли-

вают и получившееся полое пространство заливают си­ ликоновым или трансформаторным маслом.

У второго типа емкостного делителя высоковольтная емкость С1 состоит из большого числа последовательно

соединенных отдельных конденсаторов. Как и у омиче­ ских делителей напряжения, здесь можно составить схе­ му замещения, учитывая емкости на землю С3 (рис. 53). У этого делителя емкости по отношению к земле также

62

напряжения ведет себя как чисто активный. Соответ­ ственно предельная частота такого делителя может быть оценена по приведенной в § 2-4 формуле для ширины по­ лосы частот омического делителя напряжения

В,

[,46

RCз '

При этом предполагается, что переходная функция имеет экспоненциальный вид. Если же демпфирование выбрано столь малым, что пе­ реходная функция имеет неко­ торый выброс, то практически ширина полосы частот получа­ ется больше вычисленной по приведенному уравнению. По­ этому ширину полосы частот лучше определять по времени

нарастания ta эксперименталь­ но найденной переходной функции-

Для изготовления демпфи­ рованного делителя напряже­ ния, имеющего 7|а~7,5 нс, при­ годны только такие конструк­ тивные элементы, которые име­ ют малую собственную индук­ тивность (бифиллярны'е или ленточные сопротивления, кон­ денсаторы с плоскими торце­ выми контактами и т. д.). Кро­

тивности делителя напряжения путем рационального размеще­ ния конструктивных элементов и их последовательно-парал­ лельного соединения. Напри­ мер, демпфирующие сопротив­ ления между каждыми дву­

мя последовательными конденсаторами составляют из нескольких параллельно соединенных сопротивлений. Низковольтная емкость образуется из нескольких парал­ лельно соединенных конденсаторов, благодаря чему об­ легчается возможность достижения равенства индуктив-

'же'ния волны от начала кабеля не происходит. Таким образом, для быстро изменяющихся процессов и высоких частот остается справедливым известное выражение для передаточного отношения делителя напряжения

k = ul (t)/u2(t) = (Cl + C2)/Cl.

После удвоенного времени пробега волны по кабелю его емкость Ск подключается параллельно низковольтной емкости, вследствие чего при медленно изменяющихся

o j

процессах и низких частотах получается немного завы­ шенное передаточное отношение, равное

При небольших длинах кабеля, когда Ск<^.Съ разни­ ца в передаточных отношениях несущественна. При боль­ ших длинах кабеля или сравнительно малых низковольт­ ных емкостях С2 эту погрешность можно ликвидировать,

используя схему согласованного подключения по рис. 58 [Л. 106]. В этой схеме принимают Сі + С2 =Сз+С„, что

в силу сравнительно малой величины Ск соответствует разделению емкости нижнего плеча делителя на две оди­

Чтобы на низковольтной части делителя не возникала постоянная составляющая напряжения, обусловленная зависящим от полярности коронным разрядом, рекомен­ дуется подключать параллельно отклоняющим пласти­ нам электроннолучевого осциллографа высокоомное со­ противление порядка мегом. Это сопротивление не ока­ зывает никакого влияния на характеристику передачи при высоких частотах. Границу нижних предельных ча­ стот можно определить аналогично описанному выше.

Демпфированный емкостный делитель напряжения в случае длинного кабеля ведет себя в отношении харак­ теристики передачи точно так же, как и обычный емкост­ ный делитель напряжения. При подключении осцилло­ графа к такому делителю согласующее сопротивление на входе кабеля следует уменьшить на величину демпфи­ рующего сопротивления низковольтной части R2 (рис. 59).

9. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ В ВИДЕ ЦЕПНОЙ ЛИНИИ

Для точного расчета характеристики передачи де­ лителя высокого напряжения его рассматривают как однородную линию с распределенными параметрами

(рис. 60). Так как высоковольтная часть делителя напря­ жения чаще всего выполняется из последовательно со­ единенных одинаковых конструктивных элементов, то эта схема замещения хорошо отображает физическую струк-

68

туру делителя. Последовательные полные сопротивления Z'i зависят от типа рассматриваемого делителя напряже­ ния, параллельные полные сопротивления Z'q представ­ ляют собой распределенные емкости по отношению к зем­ ле. Заметим, что данная схема не совсем точно отобра­ жает регулируемые делители напряжения. В частности, при использовании регулирующего поля электрода меж­ ду концами делителя возникает параллельная емкость, которая не имеет параллельного подсоединения к отдель­ ным узловым точкам частичных элементов. В случае регулирования поля посредством нелинейного погонного сопротивления погонные параметры не остаются постоян­ ными, а зависят от места расположения отдельных эле­ ментов делителя напряжения.

Оба упомянутых фактора могут быть приближенно учтены уменьшением значения емкости по отношению к земле в схеме рис. 60 [Л. 51].

Так как низковольтная часть делителя напряжения обычно конструктивно выполнена иначе, чем высоко­ вольтная, их рассматривают каждую в отдельности [Л. 90, 105]. Ток h(t), протекающий по низковольтной ча­ сти Z2, определяется в основном высоковольтным пол­ ным сопротивлением Z\, так как ZC^>Z% Сначала вычис­ ляют iz(t) для случая, когда низковольтная часть замкну­ та накоротко. По этому току, считая его входной вели­ чиной, определяют затем выходное напряжение U z ( t ) низ­

ковольтной части, если известно сопротивление Zz(p). С учетом паразитных индуктивностей и емкостей каж­

дый элемент схемы, замещающей делитель как однород­ ную линию, может быть изображен схемой рис. 61. Пол­ ное сопротивление Z'i состоит из последовательного и параллельного соединений четырех звеньев. Сопротивле­ ние R' и емкость С отображают у омического и емкост­ ного делителя напряжения основную токоведущую цепь. Индуктивность U — паразитная индуктивность конструк­ тивных элементов и соединительных проводов в последо­ вательной цепи. Ее величина зависит от конструкции применяемых элементов и их взаимного расположения в делителе напряжения. Емкости С'р, параллельные ос­ новной токоведущей цепи — продольные паразитные ем­ кости конструкции. Емкость С'з — паразитная емкость элемента конструкции на землю, соответствующая на рис. 60 ветви Z'g. Как указывалось выше, C3=10-f-

20 пФ/м.

69