Лекция 14. Делители напряжения

При проведении высоковольтных испытаний электрооборудования необходимо проводить измерения непосредственно на стороне высокого напряжения. Большинство измерительных приборов служат для измерений напряжений не выше 1000 В. Для измерений более высоких напряжений необходимо использовать делители напряжения. Различают следующие виды делителей напряжения:

1. омические делители напряжения, которые, в свою очередь, подразделяются на высокоомные и низкоомные делители;

2. ёмкостные делители напряжения;

3. демпфированные (ёмкостные) делители напряжения;

4. смешанные делители.

Омические делители напряжения

Принципиальная схема омического делителя напряжения показана на рис.5.6. На вход делителя подается высоковольтное напряжение U ₁, а с выхода снимается низковольтное напряжение U ₂.

Делитель состоит из двух последовательно соединённых сопротивлений Z ₁ и Z ₂, которые называются высоковольтным и низковольтным плечом, соответственно. К низковольтному плечу делителя подключаются измерительные приборы, пластины осциллографа, соединительные кабели и т.п., сопротивление которых подключается параллельно Z ₂ и должно учитываться в расчетах делителя. Коэффициентом деления делителя называют отношение входного напряжения U ₁ к выходному напряжению U ₂: . (5.1.)

Основными требованиями, предъявляемыми к омическим делителям, являются:

а) правильная (без искажений) передача формы исследуемого сигнала;

б) независимость коэффициента деления от частоты сигнала и условий измерений.

Высокоомные делители напряжения рассчитываются таким образом, чтобы ток, протекающий через плечи делителя, составлял величину 0,5 ¸ 2 мА. Область применения таких делителей – измерение переменных напряжений промышленной частоты с величиной напряжения U ₁ не выше, как правило, 200 кВ.

На рис. 5.6 показаны омический и ёмкостной делители напряжения.

Реальные делители напряжения имеют более сложные схемы замещения, расчет их амплитудных и фазовых характеристик затруднителен. Однако они могут быть сняты экспериментально. Лишь при очень высоких, частотах экспериментальное определение характеристик реальной измерительной схемы становится затруднительным.

Другой метод определения качества измерительной семы в области высоких частот основан на расчетном 'или экспериментальном определении реакции на прямоугольный импульс — формы импульса на выходе схемы при скачкообразном изменении напряжения на входе. При единичном воздействии напряжения на входе реакция на прямоугольный импульс есть не что иное, как так называемая переходная функция измерительной схемы.

Реакцию на прямоугольный импульс экспериментально определяют двумя способами. При первом на вход полностью собранной измерительной схемы подают периодические (50 или 100 раз в секунду) импульсы напряжения амплитудой около 100 В с фронтом нарастания менее 10^-9 с. Такие импульсы несложно получить, используя механические коммутаторы, например, с ртутным реле или герконом. На выходе схемы осциллографом с широкополосным усилителем (с полосой пропускания до 10⁹ Гц) измеряют реакцию. При втором способе в схеме с напряжением около нескольких десятков киловольт осуществляют крутой срез напряжения малоиндуктивным искровым промежутком, помещенным в сжатом газе. На выходе схемы обычным осциллографом фиксируют реакцию на срез. Иногда вместо среза используют разряд заряженного кабеля на волновое сопротивление через такой же искровой промежуток.

Важнейшей характеристикой делителей, кроме коэффициента деления, является их постоянная времени. Для правильного измерения быстропротекающих процессов с помощью делителей необходимо, чтобы постоянная времени делителя была в 5-10 раз меньше характеристического времени процесса. В противном случае будут наблюдаться искажения формы сигнала: затягивание фронта и уменьшение амплитуды сигнала на выходе по сравнению с расчетной.

Выбор типа делителя и его параметров, в первую очередь плеча высокого напряжения, должен производиться с учетом возможного его влияния на источник напряжения и на искажение самого измеряемого напряжения. Например, для обычных ГИН пригодны емкостные, омические и смешанные делители, если емкость плеча высокого напряжения много меньше емкости нагрузки, а сопротивление много больше разрядного сопротивления ГИН. При использовании в качестве плеча высокого напряжения емкости нагрузки или разрядного резистора ГИН остается лишь учесть возможные искажения импульса вдоль плеча и в измерительной схеме с низким напряжением.

Дата добавления: 2014-01-07