專利名稱：一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置，屬于雷電科學與技術領 域。
背景技術：
根據(jù)《IEC61643-1 :1998低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器(SPD)第一部分性能要求 和測試方法的規(guī)定》，SPD要進行防雷電流沖擊試驗，實驗中要求測量SPD的殘壓，即SPD兩 端出現(xiàn)的最高電壓值。SPD的殘壓值一般在IkV以上，用數(shù)字存儲示波器采集殘壓的波形 時，已超出示波器輸入電壓的范圍。在雷電科學與技術領域研究中，對雷電流形成的雷電高壓脈沖的測量是關鍵問 題。通常，用數(shù)字存儲示波器測量高壓窄脈沖時要用分壓器。目前應用的分壓器有電阻分 壓器和電容分壓器等。電阻分壓器結構簡單，但測量雷電窄脈沖時，由于分壓器元件間的寄 生電容耦合的影響，使信號的高頻分量有很大的畸變，另外，對于高阻抗負載，電阻分壓器 對回路的影響較大，且消耗大量的能量。電容分壓器卻具有不消耗能量、響應時間小、測量 失真較小、結構緊湊且不易受環(huán)境狀態(tài)的影響等優(yōu)點。一般情況下，電容分壓器的高壓臂電 容為幾千PF，通常情況下足以滿足試驗要求而不會對測量結果造成不利的影響。電涌保護 器的沖擊試驗時，流過SPD的電流為uS數(shù)量級，大小為kA數(shù)量級。SPD兩形成的電壓幅值 很大，大小為3kV，時間較短，一般為幾十us。
實用新型內(nèi)容本實用新型設計了一種響應速度快、測量波形失真小、分壓比穩(wěn)定的測量電涌保 護器殘壓的分壓器裝置，滿足了 SPD沖擊試驗時測量殘壓的要求。本實用新型為解決其技術問題采用如下技術方案一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置，包括高壓臂電容下電極、低壓臂電極、低 壓測量接口、低壓臂電容組、絕緣介質、保護電極、高壓臂電容組、絕緣外殼、高壓臂電容上 電極和高電壓接線端子，高壓臂電容下電極、低壓臂電極、低壓臂電容組、絕緣介質、保護 電極、高壓臂電容組及高壓臂電容上電極均置于絕緣外殼內(nèi)，其中高壓臂電容組置于高壓 臂電容下電極與高壓臂電容上電極之間，高壓臂電容組的高壓端通過高壓臂電容上電極與 高電壓接線端子連接，高壓臂電容組的低壓端通過高壓臂電容下電極與低壓測量接口連 接；絕緣介質置于高壓臂電容下電極與保護電極之間，低壓臂電容組位于低壓臂電極和絕 緣介質之間，置于保護電極內(nèi)部并共同接地。所述的高壓臂電容組由5個IOOOpF,耐壓值為3kV的高壓電容C串聯(lián)而成。所述的低壓臂電容組由4個lOOOOpF，耐壓值為500V的電容并聯(lián)而成。本實用新型的有益效果如下1、測量電涌保護器殘壓的電容分壓器具有響應速度快、測量波形失真小、工作性 能穩(wěn)定的優(yōu)點。2、電容分壓器的分壓比為1 200，測量誤差小于洲。3、結構設計簡單，輸出接口為BNC標準接口，能夠與數(shù)字存儲示波器直接相連，測量方便。4、電容分壓器的分壓比穩(wěn)定，抗干擾能力強。5、廣泛地應用SPD的殘壓測量，也可廣泛地用于高壓設備試驗的測量。
圖1電容分壓器電路原理圖。圖2自積式電容分壓器電路原理圖。圖3測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置的結構示意圖，其中，1、高壓臂電容下電 極；2、低壓臂電極；3、低壓測量接口 ；4、低壓臂電容組；5、絕緣介質；6、保護電極；7、高壓 臂電容組；8、絕緣外殼；9、高壓臂電容上電極；10、高電壓接線端子。圖4高壓臂電容的連接形式。圖5低壓臂電容的連接形式。
具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。1、電容分壓的原理分析電容分壓器的電路原理如圖1，其中有高壓臂Ctl、低壓臂C1，特性阻抗為 A的傳輸線，采用高壓同軸電纜，&為50W，R為數(shù)字存儲示波器的等效輸入阻抗。
Hi-為被測殘壓信號，Mcj為數(shù)字示波器輸入信號。電容分壓器的分壓比# = : / =(C^C1)ZC0 二l+q/q，測量中數(shù)字
示波器取得的信號為數(shù)字示波器等效輸入阻抗R上的壓降W0，根據(jù)電路可知
…du n _ du nUn = (Cn ^— C1
。 0 dt 1 dt
,, du λ n 血若，則有Md = -C1R 一丄=-C0R L C j C0 j￡di因此，分壓器輸出的電壓是待測電壓的微分，為得到待測電壓，分壓器采用自 積分模式，如圖2所示，在SPD的殘壓測量中，R為數(shù)字示波器本身的輸入阻抗及測量回路 的等效電阻，利用測量電路的分布電阻值可滿足自積分模式的要求。因為^(Cn + C1) τ , "為待測電壓脈沖的寬度，則
C01
Wn= ---u F 二 一u -
C0 + C1β
C + C C此公式說明輸出的電壓與待測電壓成正比。β - -^t-- -T-
L ■a為分壓器的分壓比。2、電容分壓器的結構[0037]①電容分壓器高壓臂的設計電容分壓器設計制作的重點在于絕緣介質的選取，決定于高壓臂電容的穩(wěn)定性。 除保證高壓臂電容隨電壓和頻率的變化而保持恒定外，高壓電容的結構形式?jīng)Q定分壓器的 分壓比在周圍環(huán)境狀況發(fā)生變化的情況下保持穩(wěn)定。這種測量SPD殘壓的分壓器采用環(huán)氧 樹脂作為絕緣介質5，高壓臂電容極間為均勻場(指電極1與電極9之間的部分)，高壓臂的 電容結構示意圖如圖3所示，電容采用5個IOOOpF,耐壓值為3kV的高壓電容C串聯(lián)組成， 如圖4所示。在圖3所示的電路中，高壓臂的設計主要由絕緣外殼8、高壓臂電容上電極9 (結 構為金屬薄膜)、高壓臂電容下電極1組成。在所示的高壓臂電容結構中，金屬圓筒形的保 護電極6與高壓臂電容下電極1之間用聚酯薄膜絕緣，而且高壓臂電容上電極9與高壓臂 電容下電極1構成分壓器的高壓臂電容。采用聚酯薄膜絕緣不會對整個高壓臂電容的電場 分布造成影響，高壓臂電容上電極9與高壓臂電容下電極1之間可以認為是均勻電場。由 于高壓臂電容下電極1與保護電極6之間為稍不均勻電場，電場集中發(fā)生在電極的邊緣部 位，則在極間絕緣部分可能發(fā)生的擊穿時，放電將發(fā)生在高壓臂電容下電極1和保護電極6 之間，保護電極6作為公共的接地端，工作時保護電極6可靠地接大地，這樣在測量時不對 采集電壓信號的數(shù)字存儲示波器造成危害。②電容分壓器低壓臂的設計電容分壓器低壓臂結構如圖3所示，電容C’為低壓臂電容，采用4個IOOOOpFJi 壓值為500V的云母電容并聯(lián)組成，如圖6所示。由于分壓器工作過程中遭受更多的是強電場干擾，因此在分壓器的結構設計中主 要以電場屏蔽為主，電容分壓器的設計中將整個低壓臂電容組單元置于保護電極內(nèi)部且共 同接地，保護電極6為銅材料的圓筒形，這樣它們之間將始終保持近似相同的電位，這樣的 結構設計有效地提高了低壓臂的抗干擾能力。
權利要求1.一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置，其特征在于包括高壓臂電容下電極(1)、 低壓臂電極(2)、低壓測量接口(3)、低壓臂電容組(4)、絕緣介質(5)、保護電極(6)、高壓臂 電容組(7)、絕緣外殼(8)、高壓臂電容上電極(9)和高電壓接線端子(10)，高壓臂電容下 電極(1)、低壓臂電極(2)、低壓臂電容組(4)、絕緣介質(5)、保護電極(6)、高壓臂電容組 (7)及高壓臂電容上電極(9)均置于絕緣外殼(8)內(nèi)，其中高壓臂電容組(7)置于高壓臂電 容下電極(1)與高壓臂電容上電極(9 )之間，高壓臂電容組(7 )的高壓端通過高壓臂電容上 電極(9)與高電壓接線端子(10)連接，高壓臂電容組(7)的低壓端通過高壓臂電容下電極 (1)與低壓測量接口( 3)連接；絕緣介質(5)置于高壓臂電容下電極(1)與保護電極(6)之 間，低壓臂電容組(4)位于低壓臂電極(2)和絕緣介質(5)之間，置于保護電極(6)內(nèi)部并 共同接地。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置，其特征在于所述的 高壓臂電容組(7)由5個IOOOpF,耐壓值為3kV的高壓電容C串聯(lián)而成。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置，其特征在于所述的 低壓臂電容組(4)由4個lOOOOpF，耐壓值為500V的電容并聯(lián)而成。
專利摘要本實用新型涉及一種測量電涌保護器殘壓的分壓器裝置，屬于雷電科學與技術領域。該分壓器裝置包括高壓臂電容下電極(1)、低壓臂電極(2)、低壓測量接口(3)、低壓臂電容組(4)、絕緣介質(5)、保護電極(6)、高壓臂電容組(7)、絕緣外殼(8)、高壓臂電容上電極(9)和高電壓接線端子(10)，高壓臂電容組(7)由5個1000pF，耐壓值為3kV的高壓電容C串聯(lián)而成，低壓臂電容組(4)由4個10000pF，耐壓值為500V的電容并聯(lián)而成。本分壓器裝置響應速度快、工作性能穩(wěn)定、測量誤差小、抗干擾能力強，可廣泛地用于高壓設備試驗的測量。
文檔編號G01R19/00GK201917593SQ201120002460
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權日2011年1月6日
發(fā)明者唐宏科, 張其林, 李祥超, 柴健, 王金虎, 行鴻彥 申請人:南京信息工程大學