Содержание материала

ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕДАЧИ
а)        Введение
Испытание электрооборудования на электрическую прочность по отношению к атмосферным и коммутационным перенапряжениям в ТВН производится полными и срезанными импульсами напряжений.

Для определения их амплитудных значений имеются приборы, которые как при полном, так и при срезанном импульсах дают достоверные результаты с точностью около 1%. Измерения производятся 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, помимо измерения амплитудного значения, одновременно наблюдать за формой импульса и тем самым дает возможность сделать заключение, выдерживает ли изоляция испытуемого объекта испытательное напряжение без повреждения. Этот способ полезен также в экспериментальной физике [Л. 59—64]. При измерении амплитуды косоугольных волн оба способа могут давать значительные амплитудные погрешности [Л. 37].
В связи с необходимостью по возможности точного определения параметров косоугольных волн и импульсов с длительностью фронта несколько наносекунд, например в установках с ускорителями [Л. 38—40], к делителям напряжения предъявлены жесткие требования, которые были выполнены в конструкциях, разработанных в последнее время.
Делитель импульсного напряжения должен иметь хорошую характеристику передачи импульсов. Однако это еще не значит, что импульс, записанный на экране осциллографа, соответствует в определенном масштабе действительному импульсу напряжения на высоковольтной стороне. Помимо делителя напряжения, источниками дополнительных погрешностей могут быть подводящие провода, а также цепь от низковольтной отпайки делителя, по которой измеряемый сигнал подается па электроннолучевой осциллограф (Л. 41, 42, 45, 50).
Из-за необходимости соблюдения больших изоляционных расстояний, определяемых высоким напряжением, делитель чаще всего надо подключать не непосредственно, а только при помощи подводящих проводов. Последние при высоких частотах имеют индуктивности, которыми нельзя пренебрегать, кроме того, во избежание переходных колебательных процессов к проводам подключают демпфирующие сопротивления, на которых могут получаться падения напряжений, так что напряжение на испытуемом объекте и напряжение на зажимах делителя не всегда идентичны. При очень быстрых изменениях напряжения соединение между делителем и испытуемым объектом нужно рассматривать как линию с распределенными параметрами (Л. 47). Время задержки у таких проводов оказывает существенное влияние на временную характеристику всего измерительного устройства. Подробные сведения о подводящих проводах, снабженные числовыми примерами, можно найти в (Л. 47)
Поскольку было установлено, что подводящие провода к делителю напряжения существенно влияют на частотно-зависимые характеристики передачи измерительного устройства {Л. 49], принимают меры к тому, чтобы эти провода были по возможности короткими или совсем отсутствовали. Этого можно добиться правильным 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 (Л. 42, 44). При измерениях импульсов в диапазоне наносекунд часто бывает необходимо коаксиальное подключение.
В дальнейшем делитель напряжения вместе с подводящими проводами рассматривается как четырехполюсник, входное напряжение
которого подается между подводящим проводом и землей, а выходное напряжение  снимается с отпайки низкого напряжения делителя (рис. 16). Характеристики передачи такого устройства могут быть определены экспериментально или расчетным путем с использованием математических методов теории систем.
Экспериментальное определение характеристики передачи при высоких частотах производится почти всегда на сравнительно небольшом напряжении. Распространение полученных результатов на высокие напряжения в рабочем режиме производится, исходя из предположения, что конструктивные элементы установки строго линейны. В большинстве случаев, однако, это не так. Явления короны, частичные разряды в конструктивных элементах и тепловые эффекты вызывают более или менее сильно выраженную нелинейность характеристик, которую можно уменьшить выбором материалов с малыми температурными коэффициентами и выполнением конструкции в соответствии с требованиями ТВН.
Ниже приведена методика точного расчета выходного напряжения делителя при заданном напряжении на входе. Однако на практике определение погрешностей делителя напряжения производят в обратном порядке. По известному выходному напряжению, не точно измеренному электроннолучевым осциллографом из-за погрешности, внесенной измерительной цепью, определяют действительное напряжение на входе с учетом этой погрешности. Вполне понятно, что это возможно только в том случае, когда выходное напряжение сравнительно просто выражается аналитически. Обычно для напряжения на входе принимают идеализированную зависимость в виде кривой, получающейся при включении, или в виде косоугольной волны. Кроме того, для точного определения погрешностей нужно быть уверенным в том, что наблюдаемые на экране электроннолучевого осциллографа искажения импульса и его отклонения от идеализированной формы действительно вызваны делителем напряжения и его подводящими проводами, а не токами в оболочке кабеля или другими помехами.

Рис. 16. Делитель импульсного напряжения с подводящими проводами.
L — сосредоточенная индуктивность подводящих проводов; RD — активное демпфирующее сопротивление; Ζ1 и Z2 — высоковольтное и низковольтное полные сопротивления делителя напряжения; u1(0 — регистрируемое напряжение; u'2(0 — напряжение на делителе; u2(t) — напряжение на выходе делителя.