沖擊電壓的測量

1、沖擊電壓的測量 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 第六章 沖擊電壓的測量6-1 概述沖擊電壓的特點(diǎn)：快速變化的瞬變信號(hào) 測量對(duì)象：幅值 幅值 波形 標(biāo)準(zhǔn)要求： (全波)幅值： 3%,波頭、波尾時(shí)間： 10% (截?cái)嗖?幅值： 5% (波峰振蕩)f5mhz, or ta30ns (波前振蕩)f10mhz, or ta15ns (gb/t16927.2-1997) 測量方法：測量球隙 分壓器+示波器(數(shù)據(jù)記錄儀) 光電測量系統(tǒng) 沖擊峰值電壓表 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 6-2 球隙測量沖擊電壓的方法幅值測量的不確定度： 3% 一、放電電壓 50%放電電壓(u50%)表示沖擊電壓的平

2、均值 球隙放電電壓表中，同一數(shù)據(jù)可表示交直流以及 沖擊50%的放電電壓值，why? 球隙的伏秒特性(dcli)呈水平 即沖擊比 = 分散性影響測量的精確度 緣由：間隙中空氣的游離程度(照耀) 球面狀況 愛護(hù)電阻：低電感的電阻，r500 u 50% u b (dc/ac) 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 二、 u50%的測量方法1. 多級(jí)法 固定間隙，漸漸增加電壓， 每級(jí)加壓6次，求放電概率p%, 做45級(jí)，每級(jí)約u50% 的2% 固定電壓，轉(zhuǎn)變間隙距離， 每次加壓6次，求放電概率p%, 做45次 采納內(nèi)插法：施加電壓u1, 施加十次，放電概率在20 30%,增加電壓至u2,放電 概率在7

3、080%p%90 84 80 60 50 40 20 16 10 5 1 u50% u 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 2. 升降法第一個(gè)有用點(diǎn) u1: u0+d 70kv u2: u0 68kv u3: u0-d 66kv u4: u0-2d 64kv 耐受 第一個(gè)有用點(diǎn) u1: u0+d 70kv u2: u0 68kv u3: u0-d 66kv u4: u0-2d 64kv 耐受 30個(gè)有用點(diǎn) 30個(gè)有用點(diǎn) 擊穿 擊穿 u 50% = i =1 n niu ii =1 n ni 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 6-3 沖擊峰值電壓表一、工作原理0tf,u1的上升沿： d導(dǎo)通

4、，cm充電 t=tf,u1=um: d截止，ucm=um 由靜電電壓表等可測量之u d um u1 cm v 二、誤差緣由d導(dǎo)通時(shí)，cm充電需要時(shí)間 電壓表測量過程中有泄漏tf t1 t 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 若u1 = u m (e t t1 et t t2 ) t t1 u 2 = u1 (1 e ) = u m (e當(dāng)t = t f 時(shí)， u1 u m tf e t t2 )(1 e ) t u 2 = u m (1 e ) = rd cmu m u 2 (t1 ) 誤差： = um rdcm越大，誤差越大 cm越小，泄漏越大測量誤差 波形變化越快，誤差越大 沖擊峰值的測

5、量精確度 波形有關(guān) 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 三、改進(jìn)方法1. 降低cm,并聯(lián)大電容c 降低 并聯(lián)大電容 rdcm很小，cm充電至um d rd cm r1 c v q rd r1 cm cu m u cm cm + c = uc cm cm充電期間，c不充電 r1c很大，c充電后泄漏很小 被測電壓tfr1c 2. 高速切換開關(guān) 可用于操作波和重復(fù)波形 d 1 cm 2 r1 c v 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 6-4 沖擊電壓分壓器一、概述電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器、阻尼分壓器 還包括：信號(hào)電纜、高壓引線、示波器、阻尼電阻 要求：波形不畸變，分壓比精確、穩(wěn)定 (

6、響應(yīng)特性好) iec標(biāo)準(zhǔn) k: 1% 標(biāo)準(zhǔn) 幅值： 3% tf, tt: 10% 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 二、電阻分壓器r1的阻值 的阻值：約10k ,2k r120k 電阻： 電阻絲無感繞制，匝間距盡可能短， 電阻 絲盡可能短，浸泡油中 電阻絲：電阻系數(shù)高，溫度系數(shù)低 電阻絲 電阻絲的直徑： 電阻絲的直徑 電阻值的大小 電壓波形 峰值大小 測量電壓：2mv的雷電波 測量電壓 h.v. r1 r2 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 1. 分壓器特性分析直角波作用下等值電路l r l r l r l x r l k c k c c k c k r分壓器每單位長度的電阻值 l分壓

7、器每單位長度的電感值 k分壓器每單位長度匝間電容 c分壓器每單位長度對(duì)地電容t 4t 9t x u2 (t ) = u 0 1 (2e 2e + 2e + ) l = rc 2 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 分壓器的過渡過程 電壓的上升沿：對(duì)地電容電流 電壓沿電阻體分布不均c x u1r x k/x 電壓的波尾：電壓按電阻分布 即：暫態(tài)電壓下和穩(wěn)態(tài)電壓下 電阻上電壓分布不同x x l 暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)分布的過渡過程u t 1x t 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 方波響應(yīng)時(shí)間 t = 1 u (t )dt = 2e0 0 t 2e 4t + 2e 9t + 1 rc 61 t , t

8、f 波形畸變?cè)酱髕/l 0 x tl 長 無幅值誤差 tt 短 波形畸變，幅值誤差 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 2. 改善分壓器性能 補(bǔ)償雜散電容電流132cm 48cm u100% 4 200cm 200cm 200cm 132 cm 132 cm 3 5 2 3 4 1 2 縮小分壓器的尺寸 抬高高壓臂 增大縱向電容t100% 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 3. 高壓引線的影響引線存在電感l(wèi),l-c發(fā)生振蕩 u2 = 1 ( cos t + sin t ) / exp( t ) 1 2 1 = lc 4 r 2c 2 1 不振蕩條件： r 1 l 2 c 一般不能滿意，高

9、壓引線必需串聯(lián)電阻rr2 l c l t rc + r t l r u1 c0 c r u2 l 因：rc r 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 阻尼電阻的串接方式1 l2 r r r1 r2 r c ( l rrc ) sin t ) u2 = 1 cos t + exp( t ) 2 lc ( r + r )l t= r快速暫態(tài)電壓的測量 r置于引線的首端 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 4. 低壓臂與測量回路低壓臂的結(jié)構(gòu) 線繞電阻或金屬膜電阻 低壓臂元件盡可能無感 對(duì)稱輻射形布置 同軸布置(鼠籠式) 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 測量回路射頻同軸電纜連接 低壓臂和測量儀

10、器r1 r3 zr4 l z= c = 1 lc r2 電纜末端：示波器輸入阻抗 電纜首端：r2/r1 電纜的匹配：至少一端匹配 波在電纜中多次折反射 r3 + r2 / r1 = z = r4電纜兩端連接：電纜插頭連接 電纜又衰減、畸變作用，電纜不宜太長 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 電纜對(duì)分壓比的影響暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下，電纜表現(xiàn)形式不同 暫態(tài)：波阻抗z 首末端匹配： 穩(wěn)態(tài)：電容c u1r1 r2 /( r3 + z ) 2 3 ua = u1 z u1 2 r1 + r2 /( r3 + z ) r3 + z 1 2 3 t=r2 /( r3 + r4 ) 2 3 4 ua = u1 r

11、4 u1 2 r1 + r2 /( r3 + r4 ) r3 + r4 1 2 3 4k t =0 = k t = t=0+ ar2 r3 z u2r4 r3 + r2 = z = r4 2( r1 + r2 ) ( r1 + r2 )( r3 + r4 ) + r1r2 = r2 r4 r2 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 單端匹配：r1 u1 r3 z t=0+ r2 / z u2 = u1 r1 + r2 / zr2 / r4 u2 = u1 r1 + r2 / r4 u2r4 r2 z = r4或r2 + r3 = z t= = k t =0 = k t = r1 + r2 r1 ( r2 + r4 ) + r2 r4 = r2 r4 r2 介紹雷電沖擊電壓的測量原理及測量方法 平衡回路 兩根電纜完全一樣，接地也相同 電纜匹配狀況相同 抑制地電位上升所造成的電纜共模干擾 r1 r2 r3 z r5/n r5 r6 r4 z r6/n 快速變化的沖擊信號(hào)：電纜的