ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01P15/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании импульсных напряжений повышенного уровня.

Известен компенсированный емкостно-омический делитель напряжения (ДН), содержащий последовательно соединенные звенья, состоящие из параллельно соединенных резистора и конденсатора. Количество звеньев из параллельных RC-цепей определяется уровнем напряжения и параметрами элементной базы [1]. Недостатками такого ДН являются наличие трудно учитываемых емкостей элементов ДН относительно земли, наличие относительно большого числа элементов и связанная с этим индуктивность конструкции ДН, а также относительно большие геометрические размеры ДН.

Целью изобретения является уменьшение размеров ДН, уменьшение числа элементов, упрощение конструкции, повышение точности деления импульсных напряжений, повышение точности передачи формы входного напряжения путем снижения влияния паразитных емкостей.

Достигается это тем, что емкость высоковольтного плеча делителя является емкостью цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой высоковольтного плеча ДН, и коаксиальным металлическим экраном, причем экран подключен в точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН. Низковольтное плечо ДН состоит из параллельно соединенных резистора и конденсатора.

Известен высоковольтный ДН, в котором внешний коаксиальный экран разделен резистивными участками, первый из которых со стороны высокого напряжения зашунтирован конденсатором, а сам экран соединен с резистивной цепочкой на участках подвода высокого и нулевого потенциалов. В предлагаемом ДН экран подключен только в одной точке - точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН, причем емкость цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой и экраном, является емкостью высоковольтного плеча ДН [2].

Известен ДН, в котором внешний коаксиальный экран разделен емкостно-резистивными участками и подключен со стороны высокого напряжения к резистивной цепочке. Второй конец экрана через последовательно соединенные конденсаторы и резисторы подключен к другому концу резистивной цепочки и нулевому потенциалу. В предлагаемом ДН экран подключен только в точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН [3].

Таким образом, у предлагаемого ДН появляются новые свойства: внешний коаксиальный экран подключен в одной точке - точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч ДН; конденсатор высоковольтного плеча ДН образован коаксиальной конструкцией: коаксиальный экран - резистивная цепочка высоковольтного плеча ДН; за счет экрана исключается влияние паразитных емкостей, а емкость самого экрана относительно нулевого потенциала учитывается при подборе конденсатора низковольтного плеча, при этом повышается точность передачи формы входного напряжения.

На чертеже представлена упрощенная схема замещения предлагаемого высоковольтного делителя напряжения.

Устройство содержит цепочку последовательно соединенных резисторов 1-4 высоковольтного плеча ДН и коаксиальный металлический экран 5. На схеме замещения показаны конструктивные емкости 6-9 экрана относительно резисторов цепочки. Низковольтное плечо ДН подключено одним концом к общей точке экрана и резистивной цепочки высоковольтного плеча и состоит из параллельно включенных резистора 10 и конденсатора 11. Вторым концом низковольтное плечо ДН подключено к нулевому потенциалу.

Суммарная емкость высоковольтного плеча ДН может быть определена по формуле
C_В.П.= (1) где h - длина делителя;
ε, ε_o - диэлектрические проницаемости;
r₂ - радиус экрана;
r₁ - радиус резисторов цепочки.

Емкость конденсатора низковольтного плеча С_н.п определяется следующим выражением
C_Н.П.= K_Д.Н.- C_В.П. (2) где С_э.з - емкость экрана на землю.

Сопротивление низковольтного плеча R_н.п определяется:
R_Н.П.= (3)
Предлагаемый ДН работает следующим образом.

При подаче на вход ДН высоковольтного напряжения конденсаторы 6-9, образованные конструктивной емкостью экрана 5 на pезистивную цепочку 1-4, и последовательно соединенный с ними конденсатор низковольтного плеча 11 заряжаются через резистивную цепочку 1-4, 10. Поскольку соблюдается условие (2), (3), ДН становится компенсированным. При этом уменьшается погрешность при передаче фронтов измеряемых импульсов напряжения, т.к. отсутствует перераспределение зарядов между емкостями высоковольтного и низковольтного плеч ДН и значительно сокращается время переходного периода.

Примером конкретного исполнения служит ДН на 30 кВ для измерения напряжения на выходе импульсного источника питания камеры поверхностного разряда. ДН имеет коаксиальную конструкцию. Экран диаметром 10 см оканчивается проходным изолятором, через который подводится высокое напряжение к резистивной цепи, состоящей из трех резисторов типа КЭВ-5-2 МОм. Высота экрана - 45 см. Конструктивная емкость, рассчитанная по (1), составляет
С_в.п = 20 пФ, С_н.п = 0,2 мкФ, R_в._п = 6 МОм, R_н.а = 600 Ом, К_д.н = 10000.

В таком ДН по сравнению с прототипом отсутствуют конденсаторы, параллельно включенные резистивной цепи. Поэтому внешние размеры ДН могут быть существенно уменьшены по сравнению с прототипом при строго коаксиальной конструкции. Для увеличения класса напряжения ДН его объем может быть заполнен каким-либо изолятором, например трансформаторным маслом.

Таким образом, в предлагаемом ДН достигается поставленная цель: уменьшение размеров, уменьшение числа элементов, упрощение конструкции, повышение точности передачи формы входного напряжения.

Технические преимущества заявляемого ДН по сравнению с прототипом:
- уменьшено количество элементов ДН;
- уменьшены внешние размеры ДН при сохранении строго коаксиальной конструкции;
- исключено влияние паразитных емкостей резистивной цепи относительно нулевого потенциала, чем достигается более лучшая передача формы подаваемого на вход ДН импульсного высокого напряжения.

Использование: в электроизмерительной технике и может быть использовано при исследовании импульсных напряжений повышенного уровня. Сущность изобретения: высоковольтный делитель напряжения содержит последовательно соединенные высоковольтное и низковольтное плечи, в точке соединения которых подключен коаксиальный экран, что обеспечивает увеличение точности деления за счет исключения влияния паразитных емкостей резистивной цепи относительно нулевого потенциала, а также уменьшает массогабаритные размеры делителя в целом. 1 ил.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий низковольтное плечо, выполненное в виде параллельно включенных резистора и конденсатора, коаксиальный экран и высоковольтное плечо, выполненное в виде цепочки из n последовательно соединенных резисторов, первый вывод которой подключен к высокому потенциалу, второй вывод цепочки соединен с первым выводом низковольтного плеча, второй вывод которого подключен к нулевому потенциалу, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности деления и уменьшения массогабаритных параметров, коаксиальный экран подключен к точке соединения высоковольтного и низковольтного плеч, причем емкость цилиндрического конденсатора, образованного резистивной цепочкой высоковольтного плеча и коаксиальным экраном, является входной емкостью высоковольтного плеча.