冲击电压的测量

1、第六章 冲击电压的测量 6-1 概述 冲击电压的特点：快速变化的瞬变信号 测量对象：幅值幅值 波形波形 标准要求： （全波）幅值： 3%，波头、波尾时间： 10% （截断波）幅值： 5% （波峰振荡）f5MHz, or Ta10MHz, or Ta15ns (GB/T16927.2-1997) 测量方法：测量球隙 分压器+示波器（数据记录仪） 光电测量系统 冲击峰值电压表 6-2 球隙测量冲击电压的方法 幅值测量的不确定度： 3% 一、放电电压 50%放电电压（U50%）表示冲击电压的平均值 球隙放电电压表中，同一数据可表示交直流以及 冲击50%的放电电压值，WHY? 球隙的伏秒特性（DCLI

2、）呈水平 )DC/AC( %50 b U U 即冲击比 分散性影响测量的准确度 原因：间隙中空气的游离程度（照射） 球面状况 保护电阻：低电感的电阻，R500 二、 U50%的测量方法 80 10 90 84 60 50 40 20 16 5 1 P% U U50% 1. 多级法多级法 固定间隙，逐渐增加电压， 每级加压6次，求放电概率P%， 做45级，每级约U50% 的2% 固定电压，改变间隙距离， 每次加压6次，求放电概率P%， 做45次 采用内插法：施加电压U1， 施加十次，放电概率在20 30%，增加电压至U2，放电 概率在7080% U1: U0+d 70KV U2: U0 68KV

3、 U3: U0-d 66KV U4: U0-2d 64KV 第一个有用点30个有用点 耐受 击穿 2. 升降法升降法 N i i N i ii n Un U 1 1 %50 U1: U0+d 70KV U2: U0 68KV U3: U0-d 66KV U4: U0-2d 64KV 第一个有用点 30个有用点 耐受 击穿 t u Tf t1 6-3 冲击峰值电压表 一、工作原理 V D CM u1 UM 0Tf，u1的上升沿： D导通，CM充电 t=Tf，u1=UM： D截止，UCM=UM 由静电电压表等可测量之 二、误差原因 v D导通时，CM充电需要时间 v 电压表测量过程中有泄漏 )(

4、21 1 T t T t M eeUu 若 )1)()1 ( 21 12 t T t T t M t eeeUeuu Mf UuTt 1 时，当 MD T M CReUu f )1 ( 2 RDCM越大，误差越大 M M U tuU)( 12 误差： CM越小，泄漏越大测量误差 波形变化越快，误差越大 冲击峰值的测量准确度波形有关 三、改进方法 1. 降低降低CM，并联大电容，并联大电容C V D CM RD C R1 VRDCM很小，CM充电至UM CCRR MD 1 CM充电期间，C不充电 R1C很大，C充电后泄漏很小 C M M CM U C CC UU M 被测电压TfR1C V D

5、C 12 CM R1 2. 高速切换开关高速切换开关 可用于操作波和重复波形 6-4 冲击电压分压器 一、概述 电阻分压器、电容分压器、阻容分压器、阻尼分压器 还包括：信号电缆、高压引线、示波器、阻尼电阻 要求：波形不畸变，分压比准确、稳定 IEC标准标准 K: 1% 幅值： 3% Tf, Tt: 10% （响应特性好） 二、电阻分压器 R1的阻值的阻值：约10k，2k R120k 电阻电阻：电阻丝无感绕制，匝间距尽可能短， 丝尽可能短，浸泡油中 H.V. R1 R2 电阻丝电阻丝：电阻系数高，温度系数低 电阻丝的直径电阻丝的直径： v 电阻值的大小 v 电压波形 v 峰值大小 测量电压测量电

6、压： 陡波、雷电波：电阻分压器 长波头波、操作波：电容分压器 1-高压电容C1 2-低压电容C2 3-屏蔽罩 4-绝缘壳 5-压缩气体 6-同轴电缆 7-珐兰底座 8-同轴电缆 9-屏蔽 10-匹配电阻 R=Z R=Z 3 1 4 5 6 7 10 2 9 8 Z 2. 集中式电容分压器集中式电容分压器 高压臂与低压臂之间电缆连接：高频振荡 改进： 串接匹配电阻串接匹配电阻 高压电极靠近底座高压电极靠近底座 3. 低压测量回路低压测量回路 低压臂结构： 低压回路： (单端匹配) a bCZ C1 C2 1 21 E CC C u c a ab uE ZR Z CC C u 2 1 1 121

7、1 ac uE ZR Z CC C u 1 121 1 2 暂态： 稳态： 1 21 1 E CCC C u k c 1 21 0 C CC Kt 1 21 C CCC K k t 末端匹配或双端匹配 R2 C3 C b Z Ck a C1 C2 R1 首端串联电阻 末端并联电阻 不可以 RC串联作为末端匹配 1 21 E CC C u c a ab uE ZR Z CC C u 2 1 1 121 1 2 1 21 1 1 121 1 E CC C E ZR Z CC C uu bc （暂态） 1 321 1 E CCCC C u k c （稳态） 1 21 0 )(2 C CC Kt 1

8、321 C CCCC K k t k CCCC 321 若： tt KK 0 双端匹配条件： k CCCC RZR 321 21 四、阻容并联分压器 C1 C2 R1 R2 ZR4 R3 R4/n 暂态分布：按电容分布 稳态分布：按电阻分布 Z ZR C CC Kt 3 1 21 0 4 43 1 2 2 R RR R RR Kt 432 432 2 )( RRR RRR R tt KK 0 若： 432 RZRR 2211 RCRC 五、阻尼分压器 1. 高阻尼电容分压器高阻尼电容分压器 分布式电容分压器： 存在电感L和对地电容Ce 波形发生振荡 2 1 )(2 e C L R不振荡条件：

9、C1 C2 R2 R1 1200400 1 R一般 暂态特性：电阻分压稳态特性：电容分压 高压引线上必须串联电阻Rd，阻尼振荡 电阻Rd置于高压引线的首端，又作为引线的匹配电阻 初始分压比等于最终分压比时 2211 )(CRCRR d G Cb Rf Rt C1 R1 t 0 u 0 t u 无负荷电容或负载电容很小时 2. 低阻尼电容分压器低阻尼电容分压器 高频振荡：高压引线上波的折反射 低频振荡：分压器电感与杂散电容间的振荡 引线上阻尼电阻： 分散布置到分压器内部 C L R2: 1 一般 为了减小响应时间，选： C L R5 . 1 1 分压比：决定于电容分压 响应时间：决定于R1C1

10、陡波测量： 2211 RCRC 6-5 分压器误差及校核方法 一、误差来源 分压比误差 响应特性引起的误差 响应特性测定时条件与实际不同引起的误差 电晕及其他非线性因素引起的误差 各种干扰引起的误差 二、校核方法 分压比的测定 v 加交流电压U1(f 1kHz)，U1, U2的测量：0.5% v 测分压器元件阻抗R, C，R：0.2%; C：0.5% 频率响应特性的校核 施加幅值一定，频率可调的正弦波电压，测定不同 频率时输出电压值 f1f2 1 +3dB -3dB f u fh 1 +3dB -3dB u f fh 方波响应特性 分压器输入端施加方波，测量输出端电压波形 0 T 1 u t

11、阻尼型 dttgT 0 )(1 dttgT 0 )(1 振荡型：T=T1-T2+T3-T4+ 振荡型 1 0 u t T1 T2 T3 dttgT t N max 0 )(1 实验响应 标准方法 替代方法 0 方波响应测定方法 合格的方波源TTTT rf ) 10 1 5 1 () 10 1 5 1 (， 正确的测量回路 响应指标和判断标准 响应指标：T1, , TN, ts, T0 max 0 )(1 )(ttdttgTtT i t NiR i 剩余响应时间： 02. 0 )( iR s tT t 1 0 u t T0 T0的定义： 截断时间为Tc的波前截断波： ccs TTTt005. 0 0 cNca TTTT3 . 0)3 . 0( 6-6 数字存储示波器 锁定和存储波形 计算分析、测量功能 打印、接口 主要技术指标 1. 带宽带宽 波形再现的逼真程度 带宽对波形的影响 2. 上升时间上升时间 3. 采样率采样率(fs)（Sample