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按分壓器的原理可分為三類:電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器。
1、電阻分壓器
內部電阻為純電阻,結構簡單,使用方便,測量精度高,穩(wěn)定性好,被廣泛采用。在雷電沖擊電壓條件下,采用電阻分壓器作為轉換裝置,具有一定的有點:
1) 當它采用溫度系數(shù)小的電阻絲康銅絲或溫度系數(shù)小而且電阻系數(shù)高的卡瑪絲繞成時,它的溫度穩(wěn)定性高,長期穩(wěn)定性也較高。
2) 采用壓縮性的電阻分壓器結構,它的響應特性有可能做得比較高。
由于具有上述的優(yōu)點,較多的標準測量系統(tǒng)是由電阻分壓器組成的。但它還有一些不足之處:
1) 為追求高響應性能,它的阻值不能太高。由于它會對沖擊電壓發(fā)生器造成負載影響,他的接入會縮短沖擊波的半峰值時間。但一般可以調整發(fā)生器的波尾電阻來解決。
2) 由于工作時電阻會發(fā)熱,電阻的能量消耗與所加電壓的平方值有關。這就造成了當阻值選為10KΩ~20KΩ時,所加雷電沖擊電壓不能高于2MV的主要原因。作為標準分壓器,阻值應該不大于10KΩ。
同樣由于上述原因,電阻電容器難以應用于測量操作沖擊電壓。
電阻分壓器測量瞬態(tài)脈沖電壓時所產生的誤差,與阻值和對地雜散電容的乘積有關,所以應盡量減小對地雜散電容的大小及影響。電阻分壓器應盡量減少電感,為此,用卡瑪絲或康銅絲正反密繞在*緣管上,層間只墊很薄的絕緣紙,然后浸在裝有變壓器油的絕緣筒中,以縮小分壓器的尺寸,減少對地電容,并在其頂端裝屏蔽環(huán)作補償其結構見圖1
圖1帶阻尼電阻(550Ω)及屏蔽補償
電阻分壓器測量沖擊電壓時所產生的誤差,與阻值R和對地雜散電容C的乘積有關。所以我們可以改變相應的參數(shù)來改進電阻分壓器的性能。例如測量高壓快脈沖的電阻分壓器、具有佳方波響應的電阻分壓器、兩種變截面的高壓納秒電阻分壓器、小型微妙級200kV脈沖電阻分壓器、新型的600kV沖擊電阻分壓器。
2、電容分壓器
測量脈沖電壓用的電容分壓器可分為兩種類型。一種分壓器的高壓臂是由多個高壓電容器疊裝組成,另一種分壓器的高壓臂僅有一個電容。前一種分壓器多半用絕緣殼的油紙絕緣的脈沖電容器來組裝,要求這種電容器的電感比較小,能夠經受短路放電。一個高壓油紙電容器是由多個元件串并聯(lián)組裝起來的,每個元件不僅有電容,而且有串聯(lián)的固有電感和接觸電阻,還有并聯(lián)的絕緣電阻,當然每個元件還有對地雜散電容,這種分壓器應看做分布參數(shù),故名為分布式電容分壓器,如圖2所示。后一種分壓器的高壓臂僅一個電容,常為接近均勻電場中的一對金屬電極,它的電極間以空氣為介質,是一個集中電容,故名為集中式電容分壓器。
圖2電容分壓器及其對地雜散電容Ce
分布式電容分壓器由多臺脈沖電容器疊裝而成,只有幅值誤差而無波形誤差。至于幅值誤差,只要用一個標準的分壓器校訂以后是*可以消除的。但在測量陡波時,由于電容分壓器的電容比屏蔽電阻分壓器屏蔽環(huán)的雜散電容大得多,因而響應時間也大很多。所以對測陡波來講,電容分壓器的響應特性不如屏蔽電阻分壓器好。單電容分壓器不消耗能量,沒有發(fā)熱的麻煩。對測量波前和半峰值時間較長的波,電容分壓器比電阻分壓器較為有利。此外電容分壓器還可兼作為負荷電容供調節(jié)波形之用。
集中式電容分壓器的高壓臂可采用充壓縮氣體的標準電容器,這種電容器的電容值很準而且很穩(wěn)定,介質損耗很小。由于是被屏蔽起來的,電容值不受周圍物體的影響。在工頻測量中,使用得很成功。但用它來做沖擊電容分壓器時,出現(xiàn)了一些問題,即出現(xiàn)疊加高頻振蕩。
3、阻容分壓器
阻容分壓器按照連接方式可分為阻容串聯(lián)分壓器和阻容并聯(lián)分壓器。阻容串聯(lián)分壓器也稱阻尼電容分壓器,近來高壓分壓器多做稱這種形式,它克服了電容回路的剩余電感,阻止了分壓器的振蕩,性能優(yōu)良。而按所加的阻尼大小的不同,可把阻容串聯(lián)分壓器分為高阻尼電容分壓器何地阻尼電容分壓器兩類。高阻尼電容分壓器不能兼作沖擊電壓發(fā)生器的負荷(調波)電容使用,它只供作為測量電壓的轉換裝置之用。低阻尼電容分壓器的串聯(lián)阻尼電阻很小,它的接入不會使試驗回路產生標準波發(fā)生困難,它可以兼作負荷電容使用,是一種通用分壓器。從使用方便來看,它比高阻尼電容分壓器優(yōu)點多;但從響應特性來看,它不如高阻尼電容分壓器,因為它還帶有震蕩。設計上將電阻置于電容器內,每只電阻僅數(shù)十歐,總電阻也不過千歐,這是現(xiàn)代用的廣泛的高壓分壓器(>3MV),它同樣可作為工頻電壓測量,額定電壓要降到1/3脈沖電壓左右。圖3是6MV戶外式阻尼電容分壓器,其頂部雙環(huán)為高壓電極,起均壓作用。
圖3 6MV戶外式阻尼電容分壓器
阻容并聯(lián)分壓器從理論上講,當電壓變化較快時,分壓比主要有電容決定,而變化慢時由電阻決定。他的電阻線正反密繞在瓷管上,與每節(jié)電容器并聯(lián)。實踐證明,選取的電阻值不能太小,否則影響發(fā)生器的輸出負荷,所以一般選得比較大,但太大了作用又顯的太小,這樣與無電阻的純電容分壓器差不多,為此,實驗室在實際試驗中已將電阻取消。
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