Способ изготовления высоковольтногодЕлиТЕля НАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01R15/04 

(.54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ДЕЛИТЕЛЯ

НАПРЯЖЕНИЯ

тей электрического поля и распределение их потенциалов как функции пространственных координат и времени На фиг, 2 - потенциалы цепи резисторов на фиг, 3 - схема пространственного совпадения потенциалов выводов резисторов с потенциалами соответствующих эквипотенциальных поверхностей электрического поля,

На фиг, 4 изображены эквипотенциальные поверхности и значения их потенциалов, и размеры электродов на фиг, 5 - схема зависимости коэффициента передачи от частоты,

Способ реализуется следующим образом.

Для заданной системы электродов определяют форму эквипотенциальных поверхностей электрического поля и распределение их потенциалов как фунцию пространственных координат и времени в области предполагаемого расположения резисторов и отсутствукадих в момент определения (фиг,1). Затем разбивают область межэлектродного пространства на некоторое число отрезков, соответствующих числу резисторов, предполагаемых к использованию (это зависит отуровня измеряемого напряжения и требуемой точности измерения), Из всех потенциалов элекрического поля выбирают такие U , 0, Uj-.-U, U, и„ (фиг.1), которые по значению совпадают с потенциалами цепи резисторов U , U, U «. U ,...U, Un (фиг.2) и. фиксируют их пространственное положение. Выбор точек потенциала ведут таким образом чтобы разность потенциалов любых дву точек электрического поля не превышала уровень напряжения, допустимый для каждого из резисторов цепи. После этого резисторы вносят в поле системы электродов и размещают в отмеченных отрезках межэлектродного пространства таким образом, чтобы средние значения потенциалов резисторов, находящихся, как правило, на пересечении геометрических осей симметрии резисторов, пространственно совпадали с потенциалами эквипотенциальных поверхностей, проходящих через геометрические центры резисторов При этом потенциалы их выводов также должны пространственно совпадать с потенциалами соответствующих эквипотенциальных поверхностей электрического поля (фиг,3).

Анализ формы эквипотенциальных поверхностей и закона распределения потенциалов элек рического поля элекродов различной формы показал, что пространственное размещение резисторов, располагаемых в электрическом поле электродов, определяется пространственным расположением потенциалов электрического поля, образованного электродами делителя, и формой соответствующих эквипотенциальных

поверхностей. Причем если резисторы размещены в электрическом поле так, что их средние потенциалы пространственно совпадают с потенциалом соответствукщей эквипотенциальной поверхности электрического поля для всех резисторов цепи, то характеристики электрического поля (распределение потенциалов) не изменяются по сравнению с характеристиками поля при отсутствии резисторов в пространстве между электродами, что является физической основой отсутствия зависимости коэффициента передачи делителя от частоты. При этом справедливость этого заключения соблюдается тем точнее, чем меньше габариты pieзисторов по отношению к габаритам системы электродов и в.пределе, когда резистор условно может быть представлен точкой с некоторым потенциалом Ч этот принцип соблюдается абсолютно точно.

Размещение резисторов в межэлектродном пространстве, которое обеспечивает пространственное совпадение потенциалов, образованных протеканием тока по цепи резисторов, и потенциалов электрического поля, образованного совокупностью всего комплекса электрических зарядов на поверхности системы электродов, является физическим критерием, лежащим в основе предлагаемого способа изготовления делителей напряжения.

Этот критерий, определяющий размещение резисторов в зависимости от места положения соответствующих потенциалов электрического поля, исключает субъективность и неопределенность в размещении резисторов, так как дифференциальное уравнение Лапласа, по которому находят пространственное положение потенциалов поля, при заданных граничных условиях на электродах делителя является классической краевой задачей Дирихле, имеющей единственное решение.

Кроме того, пространственное положение соответствующихпотенциалов электрического поля, определяющих пространственное положение резистог ров делителя, является точным в пределе и более достоверным, потому что определяется не дискретной совокупностью произвольно выбранных конструктивных емкостей, а непрерывным распределением всего комплекса электрических зарядов, распределенный на электродах делителя,

С другой стороны пространственное положение потенциалов электрического поля связано с геометрией и размерами системы электродов, а потому всегда регламентировано и учитывает взаимные требования к размещению каждого резистора в цепи как по отношению к электродам, так и взаимному размещению. Расположение резисторов в электри ческом поле обеспечивает изменение напряжения на каждом изрезисторов цепи в пределах от О до U гарантирует надежность делителя, а информация о величине напряжения, па дающего на каждом из резисторов цепи позволяет учитывать изменение номинального значения каждого резистора. Это позволяет нормировать погрешност за счёт изменения значений сопротивлений от измеряемого напряжения и за счет этого повысить точность деления П р и м е р. Проведены эксперимен тальные исследования влияния местопо ложения резисторов высоковольтного плеча делителя й и R в межэлектрод ном пространстве на амплитудно-часто ную характеристику коэффициента пере дачи делителя, характеризунвдую собой зависимость коэффициента передачи де лителя от частоты. Сначала была выбрана такая система электродов (высоковольтный электрод и заземленный электростатический экран), которая обеспечивает равномерное падение потенциала по оси делителя. Эквипотенциальные поверхности и значения их потенциалов, также как и размеры электродов, показаны на фиг. 4. В по ле электродов были внесены два резис тора, верхний из .которых соединен с высоковольтным электродом, а нижний с низковольтным плечом R., . Верхний резистор был размещен так, что его средний потенциал пространственно совпадал с эквипотенциальной поверхностью, имейщей потенциал равный 0,75 от потенциала высоковольтного электрода, а нижний - 0,25 от потенциала высоковольтного электрода. При значениях .2 МОм, как видно из графика (фиг.5), -коэффициент пере дачи не зависит от частоты (кривая 1 При смещении местоположения нижнего резистора таким образом, что геометрический центр резистора (точка 3, фиг.4) был расположен на уровне эквипотенциальной линии, соответствукяцей потенциалу 0,15 от потенциала высоков.ольтного электрода, и -сохранении местоположения верхнего резистора Н, коэффициент передачи делителя становится зависимым от частоты уже свыше 20 кГц (кривая 2, фиг.5). Аналогичное смещение местоположения резистора R вверх на уровень, соответствующий пространственному положению эквипотенциальной поверхности с потенциалом 0,85 от потенциала высоковольтного электрода при сохранении местоположения нижнего резистора R,j, также вызывает зависимость коэффициента передачи делителя от частоты (кривая 3, фиг.5) Ввиду того, что выход делителя не соединяется с низковольтным экраном. высокочастотный ток, поступающий на выход делителя, не может пройти, минуя резистивную цепь, следовательно, пространственное совмещение среднего потенциала резисторов с потенциалами соответствующих эквипотенциальных поверхностей электрического поля системы электродов исключает взаимовлияние электрического поля, образованного протеканием тока по цепи резисторов и электрическим полем всего комп-. лекса электрических зарядов электродов делителя. Это исключает зависимость коэффициента передачи делителя от частоты. Способ изготовления делителей напряжения дает возможность свести к минимуму одну из основных погрешностей высоковольтных делителей напряжения частотную погрешность и нормировать изменение значений сопротивлений и цепи резисторов от уровня измеряемого напряжения и за счет этого повысить точность деления высокого напряжения как переменного синусоидального тока, так и импульсного тока, а следовательно повысить точность измерения в области высоких напряжений. Формула изобретения Способ изготовления высоковольтного делителя напряжения, включающий выбор системы электродов, фиксацию одного электрода относительно другого и размещение цепи последовательно соединенных резисторов в межэлектродном пространстве, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после фиксации электродов определяют форму эквипотенциальных поверхностей электрического поля системы электродов и распределение их потенциалов в области расположения цепи последовательно соеиненных резисторов, затем цепь последовательно соединенных резисторов размещают в межэлектродном пространстве, при этом средние значения потенциалов и потенциалы выводов кажого резистора пространственно совещгиот со значениями потенциалов оответствующих эквипотенциальных оверхностей электрического поля истемы электродов в каждый момент ремени. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 585448, кл. G 01 R 19/04, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 463917, кл. G 01 R 19/04, 1973 (прототип) .

ii г г f с г f f rli

„ . I (/c,

.. i // , л

,-Y- -f-.

I г

Уг,-г X f-1

Un-O риг. Z

фиг. 1

J: