沖擊電壓測量

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1、沖擊電壓測量一、沖擊電壓分壓器測量誤差的理論分析誤差原因：和工頻分壓器一樣，由于分壓器存在對地的分布雜散電容，電阻分壓器在測量沖擊電壓時存在峰值測量誤差和波形滯后的測量誤差（這里暫不考慮回路電感的影響）階躍響應：研究沖擊分壓器誤差時，?？紤]在它的高壓端輸入一階躍波，然后計算或測量低壓臂兩端的輸出波，此輸出波稱作為階躍響應穩(wěn)態(tài)分壓比為NUa與NUbUa/N與Ub的差別Ua(輸入方波)Nub（輸出電壓折算到高壓）Ua/N(輸入電壓折算到低壓)Ub（輸出電壓）UaNUbUa/NUbtt00uu階躍響應的理論計算令施加的階躍波幅值為U0，則ub（t）=（U0/N）[1－

2、2exp（-t/τ）－2exp（-4t/τ）＋2exp（-9t/τ）－……]式中τ＝RCe/π2N為穩(wěn)態(tài)分壓比，N＝（R1＋R2）/R2標準化的單位階躍響應：其中U＊b(t)為輸入單位方波時的輸出響應，將其乘以穩(wěn)態(tài)分壓比N再除以1（單位方波幅值）即為g(t)。知道了g(t)，可由堆疊積分計算任意輸入波形（可由無數(shù)個單位方波堆疊而成）的輸出，從而確定在該輸入波形時的測量誤差。tU0實驗階躍響應時間：IEC60－2規(guī)定的實驗階躍響應時間的定義為式中O稱為g（t）的視在零點，它是通過g（t）波前最陡點所作正切直線與時間橫軸線之間的交點。階躍響應時間為：單位方波與單位方波

3、響應所加面積測量系統(tǒng)的測量誤差計算設系統(tǒng)輸入電壓為Ua(t),方波響應為U*b(t)，由堆疊積分可得ΔΔΔ當響應時間一定，測量的相對誤差隨時間而變時間越小，相對誤差越大，起始部分的相對誤差最大如t=t1時，誤差為ΔU(t1)，相對誤差δU(t1)顯然較大當δU一定，tC越小，T也應越小tC一定，T越大，相對誤差越大。（4）當系統(tǒng)單位方波響應為振蕩波則［1－g(t)］有正有負總響應時間為各正負時間之和T=T1-T2+T3–T4+T5輸出波形的起始部分也疊加有振蕩，但當時間大于g(t)達到穩(wěn)定所需時間后輸出電壓波形將平行于輸入波例如：有時為了補償分壓器的對地電容Ce，

4、在分壓器的高壓端安裝一個園傘形屏蔽環(huán)。然而由于此屏蔽環(huán)的存在，也增加了高壓端的對地電容Ce，它會與高壓引線的電感形成振蕩。即使在導線首端加上阻尼電阻，振蕩仍難以避免。此時測量系統(tǒng)的振蕩型階躍響應g（t）如圖所示。振蕩型階躍響應帶屏蔽環(huán)的電阻分壓器電阻分壓器的方波響應g（t）及T計算舉例：一臺測量雷電沖擊波的電阻分壓器，高壓臂電阻R1為2×104歐，對地總雜散電容Ce為50pF，求g（t）及T。解：τ＝RCe/π2≈0.101μs代入g(t)的計算式得實際計算g（t）時，k取到4就足夠了畫出g（t）的圖形如圖所示電阻分壓器的方波響應g（t）及T響應時間：剖面部分為階

5、躍響應時間TT＝RCe/6＝0.167μs響應時間要求：T≤0.2μs即可滿足測量1.2/50μs全波或波尾截斷波的要求結(jié)論：這臺分壓器基本上符合技術(shù)標準電阻分壓器原理圖二、測量沖擊電壓的電阻分壓器分壓器高壓臂為R1，低壓臂為R2。電阻材料：測量沖擊電壓的電阻分壓器，通常是用電阻絲繞制的。為了減小電感，要求在滿足電阻值及溫升不過高的前提下絲線盡可能短，要求所用材料是非磁性的且比電阻較大。為了避免阻值隨溫度而變動，要求所用材料的溫度系數(shù)較小，通常是用卡瑪絲、康銅絲按無感繞法做成。阻值：測量雷電沖擊電壓的電阻分壓器的阻值一般約為一萬歐姆左右，不宜超過兩萬歐姆，最小不低

6、于兩千歐姆。一般最高測量電壓為2000千伏。適用波形：測量操作沖擊電壓很少采用電阻分壓器，更宜采用電容分壓1、對地電容Ce的影響用接在分壓器R中點的集中等值電容Ced來代替R－Ce分布參數(shù)回路，并保持響應時間不變。HR/2R/2xu2u1Cde2、電感L的影響曲線3、4、5是當R〈RC時的振蕩型單位方波響應。由于Ck的存在，gt(t)開始不為零3、減少電阻分壓器測量誤差的措施1）讓起始電壓分布接近穩(wěn)態(tài)電壓分布a、橫補法，減小Ce的影響b、縱補法，加大縱電容Ck可改善分壓器起始電壓分布。一般采用不均勻補償法，從下往上逐漸加大電容。2）減小R值，并減小R的尺寸（泡在油

7、中）4、電阻分壓器測量回路連接與屏蔽：波形記錄儀或示波器往往離分壓器幾米到幾十米，其間要用射頻同軸電纜相連接。電纜采用損耗小的聚乙烯作為絕緣。電纜外金屬皮套接地，以免電磁場干擾。阻抗匹配：它的波阻抗Z大多為50Ω，75Ω。由于被測沖擊波波前較陡，截波變化更快，所以電纜的一端或兩端需有波阻抗進行匹配，以免電纜兩端不斷產(chǎn)生波的反射，后者會使記錄到的波形出現(xiàn)高頻振蕩電阻分壓器測量回路圖中R1和R2分別為分壓器的高低壓臂電阻，R4為末端匹配電阻，它與電纜的波阻抗Z相等。R3為首端匹配電阻即R2＋R3＝Z分壓比：t＝0時的分壓比稱作初始分壓比；t＝∞時的分壓比稱作穩(wěn)態(tài)分壓比

8、。總分壓比