冲击电压测量

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1、冲击电压测量一、冲击电压分压器测量误差的理论分析误差原因：和工频分压器一样，由于分压器存在对地的分布杂散电容，电阻分压器在测量冲击电压时存在峰值测量误差和波形滞后的测量误差（这里暂不考虑回路电感的影响）阶跃响应：研究冲击分压器误差时，常考虑在它的高压端输入一阶跃波，然后计算或测量低压臂两端的输出波，此输出波称作为阶跃响应稳态分压比为NUa与NUbUa/N与Ub的差别Ua(输入方波)Nub（输出电压折算到高压）Ua/N(输入电压折算到低压)Ub（输出电压）UaNUbUa/NUbtt00uu阶跃响应的理论计算令施加的阶跃波幅值为U0，则ub（t）=（U0/N）[1－

2、2exp（-t/τ）－2exp（-4t/τ）＋2exp（-9t/τ）－……]式中τ＝RCe/π2N为稳态分压比，N＝（R1＋R2）/R2标准化的单位阶跃响应：其中U＊b(t)为输入单位方波时的输出响应，将其乘以稳态分压比N再除以1（单位方波幅值）即为g(t)。知道了g(t)，可由堆叠积分计算任意输入波形（可由无数个单位方波堆叠而成）的输出，从而确定在该输入波形时的测量误差。tU0实验阶跃响应时间：IEC60－2规定的实验阶跃响应时间的定义为式中O称为g（t）的视在零点，它是通过g（t）波前最陡点所作正切直线与时间横轴线之间的交点。阶跃响应时间为：单位方波与单位方波

3、响应所加面积测量系统的测量误差计算设系统输入电压为Ua(t),方波响应为U*b(t)，由堆叠积分可得ΔΔΔ当响应时间一定，测量的相对误差随时间而变时间越小，相对误差越大，起始部分的相对误差最大如t=t1时，误差为ΔU(t1)，相对误差δU(t1)显然较大当δU一定，tC越小，T也应越小tC一定，T越大，相对误差越大。（4）当系统单位方波响应为振荡波则［1－g(t)］有正有负总响应时间为各正负时间之和T=T1-T2+T3–T4+T5输出波形的起始部分也叠加有振荡，但当时间大于g(t)达到稳定所需时间后输出电压波形将平行于输入波例如：有时为了补偿分压器的对地电容Ce，

4、在分压器的高压端安装一个园伞形屏蔽环。然而由于此屏蔽环的存在，也增加了高压端的对地电容Ce，它会与高压引线的电感形成振荡。即使在导线首端加上阻尼电阻，振荡仍难以避免。此时测量系统的振荡型阶跃响应g（t）如图所示。振荡型阶跃响应带屏蔽环的电阻分压器电阻分压器的方波响应g（t）及T计算举例：一台测量雷电冲击波的电阻分压器，高压臂电阻R1为2×104欧，对地总杂散电容Ce为50pF，求g（t）及T。解：τ＝RCe/π2≈0.101μs代入g(t)的计算式得实际计算g（t）时，k取到4就足够了画出g（t）的图形如图所示电阻分压器的方波响应g（t）及T响应时间：剖面部分为阶

5、跃响应时间TT＝RCe/6＝0.167μs响应时间要求：T≤0.2μs即可满足测量1.2/50μs全波或波尾截断波的要求结论：这台分压器基本上符合技术标准电阻分压器原理图二、测量冲击电压的电阻分压器分压器高压臂为R1，低压臂为R2。电阻材料：测量冲击电压的电阻分压器，通常是用电阻丝绕制的。为了减小电感，要求在满足电阻值及温升不过高的前提下丝线尽可能短，要求所用材料是非磁性的且比电阻较大。为了避免阻值随温度而变动，要求所用材料的温度系数较小，通常是用卡玛丝、康铜丝按无感绕法做成。阻值：测量雷电冲击电压的电阻分压器的阻值一般约为一万欧姆左右，不宜超过两万欧姆，最小不低

6、于两千欧姆。一般最高测量电压为2000千伏。适用波形：测量操作冲击电压很少采用电阻分压器，更宜采用电容分压1、对地电容Ce的影响用接在分压器R中点的集中等值电容Ced来代替R－Ce分布参数回路，并保持响应时间不变。HR/2R/2xu2u1Cde2、电感L的影响曲线3、4、5是当R〈RC时的振荡型单位方波响应。由于Ck的存在，gt(t)开始不为零3、减少电阻分压器测量误差的措施1）让起始电压分布接近稳态电压分布a、横补法，减小Ce的影响b、纵补法，加大纵电容Ck可改善分压器起始电压分布。一般采用不均匀补偿法，从下往上逐渐加大电容。2）减小R值，并减小R的尺寸（泡在油

7、中）4、电阻分压器测量回路连接与屏蔽：波形记录仪或示波器往往离分压器几米到几十米，其间要用射频同轴电缆相连接。电缆采用损耗小的聚乙烯作为绝缘。电缆外金属皮套接地，以免电磁场干扰。阻抗匹配：它的波阻抗Z大多为50Ω，75Ω。由于被测冲击波波前较陡，截波变化更快，所以电缆的一端或两端需有波阻抗进行匹配，以免电缆两端不断产生波的反射，后者会使记录到的波形出现高频振荡电阻分压器测量回路图中R1和R2分别为分压器的高低压臂电阻，R4为末端匹配电阻，它与电缆的波阻抗Z相等。R3为首端匹配电阻即R2＋R3＝Z分压比：t＝0时的分压比称作初始分压比；t＝∞时的分压比称作稳态分压比

8、。总分压比