用于电爆炸丝电压测量的水电阻分压器

刘旺胜，胡　岸

(沈阳理工大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159)



用于电爆炸丝电压测量的水电阻分压器

刘旺胜，胡岸

(沈阳理工大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159)

基于电爆炸丝脉冲高电压的高幅值、快前沿等特点，设计了一个分压比为400∶1的水电阻分压器，并将泰克高压探头P6015A接入该分压器的高压输入端，利用对比法对分压器进行了标定.测量电压为30kV，响应时间为0.05μs，标定结果偏差为1.5%.该水电阻分压器被用于测量含电爆炸丝断路开关的脉冲功率电路，测得输出脉冲电压为0.92MV，前沿时间为0.1μs.

电爆炸丝；高电压脉冲；电阻分压器；测量电压

分压器是脉冲功率装置中脉冲高电压测量的关键部件.水电阻自身电感小，纵向电容大，通常被用于制作响应特性较好的电阻分压器.

电爆炸丝断路开关的脉冲功率电路由高压变压器、高压整流电路、储能电容、触发开关和电爆炸丝组成.电爆炸丝的脉冲高电压具有高幅值(MV级)、快前沿(ns级)等特点[1].为了测量电爆炸丝的脉冲电压，本研究设计了一个水电阻分压器，标定后可用于测量电爆炸丝断路开关的输出电压.

1　水电阻分压器的设计

改变水电阻内部醋酸溶液的浓度可获得不同的高压臂阻值.设醋酸的电导率为σ，内部长度为L,截面积为S，则高压臂的总阻值为：

(1)

不同浓度醋酸溶液的电导率如表1所示.

表1　不同浓度醋酸溶液电导率

选用不同阻值的固体电阻，可改变低压臂阻值R2.整个水电阻分压器的分压比为：

(2)

电爆炸丝输出的脉冲高电压约为900kV.根据需要，设计高压臂总阻值为8kΩ，低压臂总阻值为20Ω，分压比为400∶1.

水电阻分压器的结构如图1所示.高压臂为水电阻，高压臂内管截面半径约为25mm，总长约为650mm.低压臂为固体电阻，长度约为125mm.为了减小电场不均匀对分压效果的影响，低压臂的设计采用了屏蔽结构.

①为外绝缘；②为高压端法兰盘；③为低压端法兰盘；④为低压臂图1　水电阻分压器的结构

2　水电阻分压器的标定

本研究采用对比法对分压器进行标定，将泰克P6015A高压探头接入水电阻分压器的高压输入端，用示波器同时检测水电阻分压器高压输入端和低压输出端的电压波形.水电阻分压器的标定电路如图2所示.设定充电电压，在不同电压(10～60kV)下，利用主电容对水电阻分压器进行放电，每级电压进行多次测量[2].其测量数据如表2所示.

1.高压变压器　2.高压整流硅堆　3.充电电阻　4.电容　5.触发开关　6.水电阻分压器图2　水电阻分压器的标定电路图

电压等级/kV平均原始峰值电压/kV平均测量峰值电压/V实测分压比偏差/%109.98263892.751515.21393922.002019.89513873.252525.11643912.253030.02744061.503534.97913853.754040.40994082.004545.701183873.255049.641293863.505555.141344102.506059.881523931.75

注：平均分压比k平均=394.

根据表2计算可知，分压比的实测值与计算值偏差为2.59%.图3为选取充电电压为30kV的标定波形.该电阻分压器的上升时间为0.05μs，可以迅速达到稳定电压值，而泰克高压探头需要经过大约20μs才能达到稳定电压值.

图3　水电阻分压器标定波形

3　水电阻分压器的应用实验

将分压器应用在一个含有电爆炸丝断路开关的脉冲功率电路中，用于测量电爆炸丝的脉冲高电压.实验结果如图4所示.其数值为实测数值乘以分压比394.从图4可以看出，脉冲前沿为0.1μs，幅值为0.92MV.测出的电压波形与仿真波形结果一致[3]，说明该水电阻分压器可以满足对电爆炸丝脉冲高电压的测量要求.

图4　电爆炸丝的脉冲高电压测量波形

4　结束语

所设计的水电阻分压器的应用实验表明，分压比与理论计算基本吻合，偏差很小，且响应时间很短.应用在测量电爆炸丝断路开关的输出电压上，其技术指标能够满足测量要求.

[1]张大伟，马超.电爆炸丝的爆炸电特性试验研究[J]. 沈阳理工大学学报，2013.32(3)：57-60.

[2]清华大学电力系高电压技术专业. 冲击大电流技术[M].北京：科学出版社,1978.

[3]杨汉武，钟辉煌.PSpice模型用于电爆炸丝的数值模拟[J]. 国防科技大学学报，2000，22(S1)：38-42.

WaterResistanceVoltageDividerUsedforVoltageMeasurementofWaterExplodingWire

LIUWang-sheng,HUAn

(InformationScienceandEngineeringCollege,ShenyangLigongUniversity,Shenyang110159，China)

Aimingatthecharacteristicsofhighamplitudeelectricalpulsesofhighvoltagewireexplosionandfastfrontier,designandcalibrationofavoltagedividerratioof400: 1waterresistordivider,withthehighvoltageprobeTektronixP6015Acomparativemethoddividerwascalibratedtomeasurevoltage30kV,responsetime0.05μsandcalibrationresultsdeviationis1.5%.Thewaterhasbeenappliedtoaresistordividercircuitincludingpowerpulsemeasuringelectricalexplosiveopeningswitch,measuredoutputpulsevoltage0.92MVandcutting-edgetimeis0.1μs.

explodingwire;highvoltagepulse;resistordivider;measurement

2016-02-23

刘旺胜(1985-) ，男，广东仁化人，硕士研究生，研究方向为高压脉冲与等离子技术.

1006-3269(2016)02-0060-03

文献标识码：A

10.3969/j.issn.1006-3269.2016.03.012