其功能是将输入的高电压转换为低电压输出。它是整个高电压测量系统中的一个重要环节。
高电压较难直接测量,要通过分压器,使高电压波形不失真地转换成低电压,然后通过低压表计如静电电压表、峰值电压表或示波器、数字测量系统进行测量。分压器的输入高电压与输出低电压之比值称为分压比。事先测量分压器高、低压臂的阻抗值或现场实测高、低电压值可以获得分压比。对于常用的分压器,分压比应稳定在±1%之内,即它应基本上不随所加电压的幅值、加压次数、环境条件(温度、湿度等)而变化,所传递的波形不失真。为避免对被测电源产生影响,分压器本身的阻抗值不能太低,但对于高电压的分压器(图1),过高的阻抗值会造成分压比不稳定或所测的波形失真。
图1 高压分压器
分压器按组成的阻抗元件不同,可分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器(主要是阻尼型电容分压器)三大类。按测量的电压波形不同,又可分为直流分压器、交流分压器和冲击分压器三大类。按测量的不确定度和稳定性不同,又可分为应用于认可的高电压测量系统中的分压器和应用于标准测量系统中的分压器两类。
由电阻元件串联构成的分压器。如图2所示,高压臂
由多个电阻元件串联组成或由长的优质电阻丝绕成。低压臂
一般采用与
一样的电阻材料制成。分压比
。
R1高压臂总电阻R2低压臂电阻u1被测高电压u2低压侧电压图2 电阻分压器的原理接线
在直流电阻分压器中,电阻元件可用优质精密金属膜电阻,也可以由电阻率高、温度系数小的合金丝(如卡玛丝)绕成。为了减小绝缘支架漏电和电晕放电的影响,分压器应流过几百微安到1毫安的电流。除采用分压器低压侧接高阻抗电压表的测量方法外,通常还采用在分压器接地端串联直流微安表的方法,通过电流指示来确定直流高电压值。
交流电阻分压器中的电阻元件由优质电阻丝采用无感绕法制成。分压器自身对周围环境及对地的杂散电容会使测量产生幅值误差和相位误差;当电压较高时,电阻会严重发热,所以电阻分压器很少用到交流100千伏以上。
雷电冲击电压下,电阻分压器适用于2000千伏峰值以下。高压臂电阻
一般取为10千欧,以电阻丝用无感绕法制成。为减小其对地杂散电容的影响,可以采用浸油的小尺寸高压臂。分压器本身的电感和它对地的杂散电容是造成电阻分压器幅值和波形测量误差的主要因素。低压臂的电压采用同轴电缆连接到测量仪器的输入端。为防止波形在电缆中的反射影响,电缆的一端或两端需要进行电阻匹配。
操作冲击电压下,很少应用电阻分压器,因为它会对冲击电压发生器产生的波形造成影响。
由电容元件串联构成的分压器。如图3所示,高压臂
由多个电容器串联构成,也可由一个充有压缩气体的高压标准电容器构成。分压比
。
C1高压臂串联总电容C2低压臂电容u1被测高电压u2低压侧电压图3 电容分压器的原理接线
这种分压器用于测量交流电压、雷电和操作冲击电压。高、低压臂电容应尽可能制成无感的。分压器对地的杂散电容会造成幅值测量误差,所以分压器周围的环境也会对实际分压比产生影响。为了减小环境影响,
的电容量不宜太小,工频交流下可取为100~200皮法,冲击电压下应当取得较大一些,如为300~400皮法。用充气标准电容器(图4)作为
时,由于它在结构上采用了对地屏蔽的措施,周围环境对分压比基本上不产生影响。它的电容量一般小于100皮法。
C1高压臂电容C2低压臂电容u1被测高压电压z匹配电阻图4 电容分压器所接同轴电缆的匹配
在冲击电压测量时,低压臂的同轴电缆应有阻抗匹配。常用的接线图如图4所示。图中
为匹配电阻,其数值等于电缆的波阻抗值。