分壓器是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量用的專用儀器儀表,可用于測(cè)量直流高壓和交流高壓。分壓器采用平衡式等電位屏蔽結(jié)構(gòu),在全密封的絕緣筒內(nèi)部采用優(yōu)質(zhì)電子元件,而使整個(gè)裝置具有測(cè)試準(zhǔn)確、線性好、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、易于攜帶、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀等特點(diǎn),因此它是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的理想儀表。
分壓器的種類有哪些:
按分壓器的原理可分為三類:電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器。
1、電阻分壓器
內(nèi)部電阻為純電阻,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,測(cè)量精度高,穩(wěn)定性好,被廣泛采用。在雷電沖擊電壓條件下,采用電阻分壓器作為轉(zhuǎn)換裝置,具有一定的有點(diǎn):
1) 當(dāng)它采用溫度系數(shù)小的電阻絲康銅絲或溫度系數(shù)小而且電阻系數(shù)高的卡瑪絲繞成時(shí),它的溫度穩(wěn)定性高,長(zhǎng)期穩(wěn)定性也較高。
2) 采用壓縮性的電阻分壓器結(jié)構(gòu),它的響應(yīng)特性有可能做得比較高。
由于具有上述的優(yōu)點(diǎn),較多的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)是由電阻分壓器組成的。但它還有一些不足之處:
1) 為追求高響應(yīng)性能,它的阻值不能太高。由于它會(huì)對(duì)沖擊電壓發(fā)生器造成負(fù)載影響,他的接入會(huì)縮短沖擊波的半峰值時(shí)間。但一般可以調(diào)整發(fā)生器的波尾電阻來解決。
同樣由于上述原因,電阻電容器難以應(yīng)用于測(cè)量操作沖擊電壓。
電阻分壓器測(cè)量瞬態(tài)脈沖電壓時(shí)所產(chǎn)生的誤差,與阻值和對(duì)地雜散電容的乘積有關(guān),所以應(yīng)盡量減小對(duì)地雜散電容的大小及影響。電阻分壓器應(yīng)盡量減少電感,為此,用卡瑪絲或康銅絲正反密繞在絕緣管上,層間只墊很薄的絕緣紙,然后浸在裝有變壓器油的絕緣筒中,以縮小分壓器的尺寸,減少對(duì)地電容,并在其頂端裝屏蔽環(huán)作補(bǔ)償其結(jié)構(gòu)見圖1
電阻分壓器測(cè)量沖擊電壓時(shí)所產(chǎn)生的誤差,與阻值R和對(duì)地雜散電容C的乘積有關(guān)。所以我們可以改變相應(yīng)的參數(shù)來改進(jìn)電阻分壓器的性能。例如測(cè)量高壓快脈沖的電阻分壓器、具有最佳方波響應(yīng)的電阻分壓器、兩種變截面的高壓納秒電阻分壓器、小型微妙級(jí)200kV脈沖電阻分壓器、新型的600kV沖擊電阻分壓器。
2、電容分壓器
測(cè)量脈沖電壓用的電容分壓器可分為兩種類型。一種分壓器的高壓臂是由多個(gè)高壓電容器疊裝組成,另一種分壓器的高壓臂僅有一個(gè)電容。前一種分壓器多半用絕緣殼的油紙絕緣的脈沖電容器來組裝,要求這種電容器的電感比較小,能夠經(jīng)受短路放電。一個(gè)高壓油紙電容器是由多個(gè)元件串并聯(lián)組裝起來的,每個(gè)元件不僅有電容,而且有串聯(lián)的固有電感和接觸電阻,還有并聯(lián)的絕緣電阻,當(dāng)然每個(gè)元件還有對(duì)地雜散電容,這種分壓器應(yīng)看做分布參數(shù),故名為分布式電容分壓器,如圖2所示。后一種分壓器的高壓臂僅一個(gè)電容,常為接近均勻電場(chǎng)中的一對(duì)金屬電極,它的電極間以空氣為介質(zhì),是一個(gè)集中電容,故名為集中式電容分壓器。
分布式電容分壓器由多臺(tái)脈沖電容器疊裝而成,只有幅值誤差而無波形誤差。至于幅值誤差,只要用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分壓器校訂以后是全可以消除的。但在測(cè)量陡波時(shí),由于電容分壓器的電容比屏蔽電阻分壓器屏蔽環(huán)的雜散電容大得多,因而響應(yīng)時(shí)間也大很多。所以對(duì)測(cè)陡波來講,電容分壓器的響應(yīng)特性不如屏蔽電阻分壓器好。單電容分壓器不消耗能量,沒有發(fā)熱的麻煩。對(duì)測(cè)量波前和半峰值時(shí)間較長(zhǎng)的波,電容分壓器比電阻分壓器較為有利。此外電容分壓器還可兼作為負(fù)荷電容供調(diào)節(jié)波形之用。
集中式電容分壓器的高壓臂可采用充壓縮氣體的標(biāo)準(zhǔn)電容器,這種電容器的電容值很準(zhǔn)而且很穩(wěn)定,介質(zhì)損耗很小。由于是被屏蔽起來的,電容值不受周圍物體的影響。在工頻測(cè)量中,使用得很成功。但用它來做沖擊電容分壓器時(shí),出現(xiàn)了一些問題,即出現(xiàn)疊加高頻振蕩。
3、阻容分壓器
阻容分壓器按照連接方式可分為阻容串聯(lián)分壓器和阻容并聯(lián)分壓器。阻容串聯(lián)分壓器也稱阻尼電容分壓器,近來高壓分壓器多做稱這種形式,它克服了電容回路的剩余電感,阻止了分壓器的振蕩,性能優(yōu)良。而按所加的阻尼大小的不同,可把阻容串聯(lián)分壓器分為高阻尼電容分壓器何地阻尼電容分壓器兩類。高阻尼電容分壓器不能兼作沖擊電壓發(fā)生器的負(fù)荷(調(diào)波)電容使用,它只供作為測(cè)量電壓的轉(zhuǎn)換裝置之用。低阻尼電容分壓器的串聯(lián)阻尼電阻很小,它的接入不會(huì)使試驗(yàn)回路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波發(fā)生困難,它可以兼作負(fù)荷電容使用,是一種通用分壓器。從使用方便來看,它比高阻尼電容分壓器優(yōu)點(diǎn)多;但從響應(yīng)特性來看,它不如高阻尼電容分壓器,因?yàn)樗€帶有震蕩。設(shè)計(jì)上將電阻置于電容器內(nèi),每只電阻僅數(shù)十歐,總電阻也不過千歐,這是現(xiàn)代用的醉廣泛的高壓分壓器(》3MV),它同樣可作為工頻電壓測(cè)量,額定電壓要降到1/3脈沖電壓左右。圖3是6MV戶外式阻尼電容分壓器,其頂部雙環(huán)為高壓電極,起均壓作用。
阻容并聯(lián)分壓器從理論上講,當(dāng)電壓變化較快時(shí),分壓比主要有電容決定,而變化慢時(shí)由電阻決定。他的電阻線正反密繞在瓷管上,與每節(jié)電容器并聯(lián)。實(shí)踐證明,選取的電阻值不能太小,否則影響發(fā)生器的輸出負(fù)荷,所以一般選得比較大,但太大了作用又顯的太小,這樣與無電阻的純電容分壓器差不多,為此,實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際試驗(yàn)中已將電阻取消。