Измерение высоких импульсных напряжений

Измерительный шаровой разрядник пригоден и для измерения максимального значения напряжения стандартного грозового импульса. При измерении амплитуды импульса подбирают такое расстояние между шарами разрядника, при котором из десяти поданных импульсов пять закончатся пробоем, а оставшиеся пять – нет. Пробивное напряжение, определяемое по такому расстоянию с учетом поправки на относительную плотность воздуха (пятидесятипроцентное пробивное напряжение), соответствует амплитуде импульса с погрешностью в . Разряд между шарами в этом случае происходит вблизи максимального значения напряжения импульса. Сопротивление резистора, включенного последовательно с разрядником, не должно превышать 500 Ом, так как при больших его значениях возникают недопустимые погрешности измерения из-за падения напряжения за счет емкостного тока разрядника до его пробоя.

При проведении измерений расстояние между шарами изменяется ступенями, составляющими 2..5% от ожидаемого пробивного расстояния. На каждой ступени к объекту прикладывается не менее 10 импульсов с интервалами не менее 5 с. Пятидесятипроцентное напряжение определяется путем интерполяции результатов, полученных на двух или более расстояниях. С меньшей точностью можно допустить подбор расстояния, при котором происходит от четырех до шести пробоев разрядника из десяти одинаковых приложенных импульсов.

Другим способом измерения импульсных напряжений является применение делителей напряжения с низковольтным импульсным вольтметром или осциллографом. Делитель напряжения может быть омическим, емкостным или емкостно-омическим. Основной характеристикой делителя является коэффициент деления , где Z ₁ и Z ₂ – полные сопротивления высоковольтного и низковольтного плеч делителя. Другой важной характеристикой делителя является частотная характеристика, представляющая собой зависимость коэффициента деления от частоты.

Омические делители напряжения изготовляют из нихромовой или константановой проволоки, наматываемой для снижения индуктивности бифилярно (то есть двумя встречными параллельно включенными катушками) на изоляционный каркас. Применение жидкостных или объемных угольных резисторов ограничено в связи с зависимостью их сопротивлений от температуры и приложенного напряжения. С целью повышения начального напряжения короны и улучшения охлаждения резисторы помещают в изоляционные цилиндры с маслом.

Паразитные индуктивности делителя и паразитные емкости элементов делителя по отношению к заземленным частям приводят к искажению формы выходного импульса по отношению к входному напряжению, и наибольшие искажения имеют место на фронте импульса (увеличение длительности фронта). С увеличением сопротивления делителя искажения возрастают, однако сильно снижать сопротивление делителя нельзя из-за влияния делителя на параметры импульса. Типичными значениями сопротивления делителя является 10..20 кОм. Искажения можно уменьшить также с помощью экранирования омических делителей. Наиболее эффективным является применение кольцевого экрана, надвинутого на высоковольтный конец делителя.

Для снижения влияния паразитных емкостей и входных емкостей низковольтного оборудования (которое обычно подключается с помощью экранированного кабеля) применяют емкостно-омический делитель напряжения (рис. 8.14). Чтобы коэффициент деления не зависел от частоты, требуется выполнение условия , которое может быть нарушено влиянием измерительных цепей низковольтного плеча.

Рисунок 8. 14 - Емкостно-омический делитель напряжения

Емкостный делитель напряжения практически не приводит к искажению измеряемого импульса напряжения (рис. 8.15). Чтобы избежать распространения отраженных волн в кабеле, соединяющем делитель с осциллографом, последовательно с жилой у выхода делителя включается резистор Rc, сопротивление которого равно волновому сопротивлению кабеля.

Рисунок 8.15 - Емкостный делитель напряжения