冲击电压分压器线性度试验研究

冲击电压测量系统在溯源过程中通常使用低压直流源或冲击电压校准器测量分压器的刻度因数,因而必须考虑分压器线性度对测量系统测量不确定度的影响问题。在现今我国尚未建立标准系统的情况下,提出用试验的方法测量分压器的线性度:首先用线性度可忽略的电阻分压器R200S得到冲击电压发生器的线性度,采用直流分压器测量冲击电压发生器的充电电压,测量试品分压器HCR600示值与充电电压的比值,修正发生器的影响后得到分压器的线性度,结果显示HCR600的线性度单调下降,从+0.4%至-0.8%,正负极性最大差值为0.14%,且负极性的线性度优于正极性。然后进行试验验证:用线性度已知的500kV电阻分压器与HCR 600进行比对而得到线性度变化曲线,并与之前的试验结果进行比较,两者变化趋势相同,相同电压下最大差值点仅为0.15%。说明此方法可较准确地测量分压器的线性度,可用于冲击电压建标时的试验验证,发生器等试验设备满足一定条件时此方法也可用于特高压冲击设备的校准。

用于Marx发生器电压测量的水电阻分压器

为了测量PTS单路样机Marx发生器的输出电压,设计并标定了一个二级分压的水电阻分压器。水电阻分压器设计中需注意在不同介质的分界面及三相点位置产生的局部高电场,采取适当的均压设计可避免绝缘击穿。水电阻分压器用比对法标定,短路实验和100Ω水电阻负载实验的标定结果相差约15%。分析认为误差的原因是标准分压器和Marx发生器输出端的连接线与主回路之间存在互感,造成短路负载情况下标准分压器的测量值低于实际值,导致标定结果出现较大偏差。改进实验线路后标定结果偏差<3%。

一种电容补偿型高压电容分压器的设计

根据高压脉冲实验测量的需要,阐述了外带积分器型、电阻补偿型及电容补偿型等几种电容分压器的工作原理,分析了影响各自响应时间的主要因素即对于测量ns量级快前沿高压脉冲信号,使用外带积分器型电容分压器时不宜采用大尺寸的伞式探针结构;使用电阻补偿型电容分压器时对其高压臂大电阻要求较高。在缺少高性能大阻值电阻的情况下,利用高压电容尝试设计并制作了电容补偿型电容分压器,其分压比约为9348,它在一定范围内可通过改变补偿电容值而方便地改变。实验结果与理论计算及PSpice软件的模拟结果基本一致,方波响应时间约为4.4ns,基本达到了设计目的。定标结果表明该分压器可用于测量高功率脉冲调制系统和强流电子束加速器中的高压脉冲。

±1200kV标准直流分压器设计及测量不确定度评定

为满足特高压直流输电工程用直流分压器的校准需求,研制了一台±1 200 kV标准直流分压器。在设计制造过程中,通过电场仿真优化了分压器的结构和屏蔽环的设计,分压电阻采用特殊的屏蔽结构减小了泄漏电流和电容电流的影响,然后对标准分压器进行了量值溯源并进行了国内比对,依据不确定度的评定方法分析了测量不确度分量,给出了总测量不确定度。

电磁轨道发射装置隔离式分压器

研制了一套用于测量电磁发射装置轨道电压信号的隔离式分压器,实现了测量回路与被测回路之间的电隔离,简化了电磁发射装置测试系统的复杂性。并对影响隔离式分压器频率响应的元件参数进行了参数扫描,结果表明:研制的分压器在-3dB区间的频率响应范围为14Hz～18MHz,满足电磁发射装置轨道电压信号的测试要求。使用P6015A高压探头进行比对标定,输出信号的前沿约1μs,频率响应满足电磁轨道发射装置轨道电压信号的测量要求。同时用隔离式分压器及电阻分压器测量轨道电压信号,两者波形符合较好。

一种宽频带通用阻容混联式分压器的特性

讨论了一台可用来测量直流、交流、操作波、雷电波以及它们的组合波的高精度、宽频带通用阻容型式分压器的特性,介绍了分压器的高压臂与低压测量部分的设计,并通过实验与EMTDC(电磁暂态仿真程序)相结合的方式,分析了其本体的杂散电感、对地电容以及引线电感等对测量的影响,研究了该分压器对标准雷的响应。上述几种电压波形下的测量结果均显示,该分压器的刻度因数与标称值相差均<1%。

一种电阻脉冲分压器的研制

陡前沿高压脉冲测量对分压器的响应性能提出了非常苛刻的要求。电阻分压器对地分布电容是影响其性能的关键因素。采取在高压臂的低压端加入套筒电极的补偿措施,部分地收集原本由高压臂电阻体流向地的杂散电容电流,并调节各相关参数的匹配以减小分压器高压臂对地分布电容的影响,研制出了一种新型的电阻分压器。PSpice性能仿真分析表明:该设计可以减少响应时间和上升时间3 ns以上,改变电极的长度即可在一定的范围内调节其响应性能;适当的电感将有助于降低上升时间。仿真分析还证实了阶跃响应上升时间能够实现<1 ns。对准阶跃波、静电放电枪校准波及纳秒双指数脉冲的实验测量表明该分压器性能优越。

D-dot电容分压器线性度测试方法

为解决脉冲功率装置中D-dot电容分压器在低电压下校准高电压下使用,不可避免地产生分压比线性度问题,提出此测试方法。基于D-dot电容分压器和RC积分器电压测试系统的分压原理,利用PSPice仿真软件建立冲击高压下的等效电路模型,将冲击高压试验装置中经过上级溯源的标准电容分压器作为100 k V以下D-dot线性度和分压比的量传标准。实验结果证明:该方法准确有效,能够解决100 k V以下D-dot分压器分压比线性度的测试问题。

高压精密直流电阻分压器散热设计

直流电阻分压器的散热问题是制约其长期运行可靠性、测量精度的关键因素之一,尤其在分压器工作电流较高时。笔者通过实验及仿真分析相结合的方法,找到了一种解决方案。设计了一种以高导热系数的固体物质为绝缘介质的直流分压器结构,进行了温度场的计算和温度测量试验。该设计为开发直流电子式电压互感器产品提供了基础。

0.5级直流高压分压器测量不确定度评定及验证

基于直流高压分压器检定相关规范,采用“差值法”对直流高压分压器分压比进行校准,对分压比校准结果评定了测量不确定度,并采用“传递比较法”进行了校准结果的验证。通过相对标准不确定度的计算,提出相应的技术分析建议,有助于提升0.5级直流高压分压器测量结果的准确性。

高压ns脉冲测量中的分压器性能及阻抗匹配

为研究ns级高压脉冲测量中存在的问题,探讨了分压器阶跃响应性能与脉冲测量结果的关系及测量系统的阻抗匹配与否对测量结果的影响。由阶跃响应性能不同的分压器的双指数脉冲响应的Pspice仿真和实验测量可知:当分压器阶跃响应存在过冲时,波形上升和下降时间变短;当阶跃响应的上升时间大于被测双指数脉冲的上升时间时,波形上升和下降时间加长。基于传输线理论和Pspice仿真分析及实验测量结果可知:系统内部阻抗不匹配将导致反射和初始分压比小于稳态分压比,高压引线始端不匹配将激发振荡。因此,只有当分压器的阶跃响应无过冲且上升时间低于被测脉冲上升时间、测量系统的阻抗匹配时,才可能得到准确的测量结果。

高压电压互感器中电容分压器随温度变化数学模型的研究

通过对高压电压互感器分析,建立了基于高压绝缘理论的电容分压器随温度变化的数学模型;通过对数学模型分析可以看出:影响电容分压器精度的关键在于电容器的稳定性和精度,而影响电容器精度的诸多因素中最重要的是温度;电容值变化的相对误差与圆柱筒的半径、温度、膨胀系数、圆柱筒的壁厚均有关系且随着它们的增大而增大。因此,选择低膨胀系数的金属材料和适当的圆柱筒的壁厚是提高圆柱形电容器精度的关键,从而为高压电容分压器的设计提供了理论依据。

高准确度标准分压箱的研制

分析了当今国际上高准确度标准分压箱的结构形式,介绍了一种实用的高准确度标准分压箱的研制方法,解决了其中一系列的技术问题。其中采用电阻网络技术解决了分压箱的负载系数问题;采用同比率漂移技术解决了分压箱的稳定性问题;采用等电位保护技术解决了分压箱的泄漏问题。用本方法研制的分压箱与目前国际先进水平的DATRON4902S型标准分压箱进行了比较,证明短期稳定性和温度系数为10-7量级。

直流分压器暂态温升及冷却特性研究

直流分压器在量值溯源、实验室等场合工作时间较短,其暂态温升会导致测量误差。文中分析了绝缘介质为流体的实验室用直流分压器的传热过程,利用电学、热学、流体力学的多场耦合构建了其暂态温升和冷却过程的数学模型,并以500 kV实验室用油绝缘直流分压器为例对其暂态温升及冷却特性进行计算分析。结果表明:变压器油的非等温流动将导致分压器上端温度高于下端,过小的绝缘套管内径使变压器油的非等温流动集中在相邻分压电阻间隔内,导致分压器最大温升、分压电阻上最大温差以及热时间常数均增大。在计算条件下,套管内径较小的直流分压器在额定工况下工作2 h后,分压器表面最高温度高达76.5℃,自然冷却11 h后温度才能降低至60℃。本研究对直流分压器结构设计及实验室应用具有指导意义。

一种脉冲高压用电阻分压器

设计了一种测量脉冲高电压用的电阻分压器，其分压比可调，测量电压不大于１ＭＶ时，响应时间为３ｎｓ。分压器已用于测量强流脉冲电子加速器的脉冲电压，这种分压器具有性能好。

一种测量高压快脉冲用电阻分压器的设计

运用传输线原理设计了一种测量高压快脉冲用的新型电阻分压器。该分压器结构合理,在1GHz范围内传输特性好,分压比误差8.7%,上升时间误差5.38%。该分压器的分压比可调,适用范围广,使用方便,能够满足不同工作条件下高压快脉冲的测量工作。

纳秒高压脉冲电阻分压器的结构优化

由电阻分压器和存储示波器组成的纳秒级高电压脉冲测量系统中,各组成部分间的阻抗匹配与否,对测量结果影响很大。笔者基于高频电磁场仿真软件FEKO,建立了电阻分压器的仿真模型,分析了其结构对测量结果的影响,并比较了4种典型结构的优劣,对选中的结构进行了过渡段的选型和锥角优化。仿真结果表明,为减小反射,分压器应采取过渡结构,且锥形过渡较佳;分压器输入过渡段锥角对波形上升沿的响应影响较大,使测得的脉冲上升时间延长;输出过渡段锥角影响波形下降沿测量的准确性,可能造成电压波形畸变。优化分析发现输入过渡段最佳锥角为20°左右,输出过渡段可根据测量要求选择较大的锥角。试验证明仿真分析结果正确,依据其所设计的小型电阻分压器性能理想,满足实际测量要求。

阻容分压器的误差分析一例

从原理上对阻容分压器使用时满足C_2/C_1=R_1/R_2条件的必要性进行了论证,并举例说明因外接测试系统阻抗小而使上述条件不满足时而引起的后果。

带屏蔽电阻的直流电阻分压器

对采用屏蔽电阻的直流电阻分压器进行了分析,推导出其误差的计算式,利用此式合理地选择分压器各部分的结构尺寸,设计、制造了一台250kV时准确度达0.1级、150kV时准确度达0.02级的高精密度直流电阻分压器,

直流高电压标准分压器周期校准方法的研究

建立直流高电压计量标准的关键是解决主要溯源设备的直流高电压标准分压器的高准确度校准问题。介绍了一种对额定工作电压高达100 kV的直流高电压标准分压器进行周期校准的方法,给出了具体的校准步骤并进行了不确定度的分析。该校准方法可以达到10-6量级的校准不确定度,已经在实际工作中得到应用,结果表明:直流高电压标准分压器新的校准方法是正确可行的,可用于高电压标准分压器的周期校准。