本發(fā)明涉及一種分壓器，具體講涉及一種用于測(cè)量沖擊電壓信號(hào)，以對(duì)沖擊電壓測(cè)量設(shè)備的線性度進(jìn)行校準(zhǔn)和檢測(cè)的電容分壓器。

背景技術(shù)：

耐壓試驗(yàn)的電力設(shè)備的沖擊電壓為模擬電力系統(tǒng)輸電線路遭受的雷電沖擊電壓以及開合刀閘時(shí)產(chǎn)生的操作沖擊電壓。這種試驗(yàn)過程中往往需要測(cè)量沖擊電壓的幅值和時(shí)間參數(shù)，測(cè)量系統(tǒng)中的沖擊分壓器為電壓轉(zhuǎn)換裝置，將高電壓沖擊電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供二次測(cè)量裝置測(cè)量的低壓信號(hào)。

沖擊分壓器主要分為電阻分壓器、電容分壓器兩種，電阻分壓器具有階躍波響應(yīng)優(yōu)良，波形畸變小，刻度因數(shù)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于電阻絲發(fā)熱的原因，電阻分壓器的電壓等級(jí)一般為1000kV以下，且只能用于測(cè)量雷電沖擊電壓。目前國(guó)內(nèi)外高于1000kV的沖擊分壓器大都采用電容分壓器。電容分壓器介質(zhì)損耗小，不發(fā)熱，由于回路上的雜散電感的影響，導(dǎo)致波形畸變振蕩，為了阻尼回路振蕩，發(fā)展了阻容串聯(lián)的分壓器。

圖1為目前阻容分壓器高壓臂的原理示意圖，高壓臂由電阻電容串聯(lián)組成，電容使用油紙絕緣的脈沖電容器、電阻為雙線并繞的無感電阻，由于波形波前階段為電容分壓器，波尾階段主要為電阻分壓，因此電容和電阻的耐壓設(shè)計(jì)基本相同。目前高壓臂的電容量一般為400pF，電容分壓器易受雜散電容的影響，另外油紙絕緣的脈沖電容器的電容量穩(wěn)定性不好，介損較大。低壓臂電容一般使用集中電容(薄膜電容或云母電容)，電纜輸入端進(jìn)行波阻抗匹配設(shè)計(jì)。由于高低壓臂的介質(zhì)不同，其溫度系數(shù)和電壓系數(shù)也不相同，刻度因數(shù)的波動(dòng)較大，一般只能保證3％的準(zhǔn)確度，線性度無法保證，不能用于作為標(biāo)準(zhǔn)分壓器測(cè)量暫態(tài)信號(hào)。

鑒于上述背景，需要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便，性能穩(wěn)定，并能消除分壓器與設(shè)備或分壓器之間耦合電容影響的電容分壓器，用于進(jìn)行1000kV以上沖擊分壓器的線性度校準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，便于運(yùn)輸，性能穩(wěn)定的新型結(jié)構(gòu)的電容分壓器，以進(jìn)一步提高電容分壓器刻度因數(shù)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種電容分壓器，其改進(jìn)之處在于：所述電容分壓器包括中空?qǐng)A柱形絕緣外殼、同軸對(duì)稱設(shè)于所述絕緣外殼兩端外側(cè)的金屬法蘭盤和兩端內(nèi)側(cè)的金屬電極；兩端的金屬電極分別與兩端的金屬法蘭盤連接，其中一端金屬法蘭盤上設(shè)有同中心的均壓環(huán)和沿其軸線方向的接有高壓引線的阻尼電阻作為高壓端；相對(duì)于高壓端的另一端金屬法蘭盤作為低壓端；高壓端或低壓端的金屬電極內(nèi)安裝有低壓臂、數(shù)據(jù)采集單元和無線數(shù)據(jù)發(fā)射器，所述數(shù)據(jù)采集單元采集所述低壓臂兩端的電壓，并通過所述無線數(shù)據(jù)發(fā)射器發(fā)送給外部數(shù)據(jù)處理器。

優(yōu)選的，所述金屬電極為圓錐形，其橫截面面積較大的一端可拆卸連接在所述金屬法蘭盤內(nèi)側(cè)面上。

進(jìn)一步，高壓端或低壓端的金屬電極為整體金屬鋁電極，相對(duì)于整體金屬鋁電極另一端的金屬電極的橫截面面積較小一端同中心安裝有金屬導(dǎo)體、以及位于所述金屬導(dǎo)體和金屬電極之間的絕緣材料環(huán)。

進(jìn)一步，所述金屬電極橫截面面積較小的一端的邊緣呈向外側(cè)凸起的曲面。

進(jìn)一步，所述絕緣外殼與所述金屬電極之間、低壓臂與所述金屬電極之間充有3個(gè)大氣壓的SF6氣體。

優(yōu)選的，所述低壓臂、以及所述數(shù)據(jù)采集單元和無線數(shù)據(jù)發(fā)射器分別固定在垂直于所述絕緣外殼軸線的支撐板的兩側(cè)。

進(jìn)一步，所述金屬法蘭盤通過緊固螺絲安裝在所述絕緣外殼兩端，所述金屬法蘭盤與所述絕緣外殼之間還安裝有氣體密封圈。

進(jìn)一步，金屬法蘭盤上固定有用于監(jiān)控所述絕緣外殼內(nèi)部SF6氣體氣壓的氣壓表和用于換氣或補(bǔ)充氣體的進(jìn)氣閥，所述進(jìn)氣閥與氣瓶相連。

優(yōu)選的，所述低壓端的金屬法蘭盤接地，所述高壓引線為金屬導(dǎo)桿。

與最接近的技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下顯著進(jìn)步：

(1)相比于傳統(tǒng)的阻容電容分壓器，本發(fā)明提供的電容分壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 性能穩(wěn)定，各部件活動(dòng)連接，安裝運(yùn)輸方便。

(2)數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)置，采用無線信號(hào)發(fā)射器傳送數(shù)據(jù)，無測(cè)量電纜，不需要進(jìn)行阻抗匹配，消除了信號(hào)折射和反射的問題。

(3)電容分壓器為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，均壓環(huán)可安裝在電容分壓器上下任意一端的金屬法蘭盤上，并將安裝了均壓環(huán)的金屬法蘭盤通過阻尼電阻與高壓引線相連，以作為電容分壓器的高壓端，另一端作為電容分壓器的低壓端，這種結(jié)構(gòu)使得電容分壓器的高壓端和低壓端可任意互換，使用方便。

(4)金屬電極為圓錐形設(shè)計(jì)，其橫截面面積較大的一端固定在金屬法蘭盤內(nèi)側(cè)，可均勻絕緣外殼上下的電位分布。不需要設(shè)計(jì)均勻電位分布的法蘭。

(5)金屬電極為圓錐形設(shè)計(jì)，其橫截面面積較小一端的邊緣呈向外側(cè)凸起的圓環(huán)形，可均勻電場(chǎng)，提高電容分壓器的穩(wěn)定性。

(6)絕緣外殼其中一端金屬電極橫截面面積較小的一端同中心安裝有金屬導(dǎo)體、以及位于金屬導(dǎo)體和金屬電極之間的絕緣材料環(huán)，使得高壓臂電容置于屏蔽電容之間，不受外界雜散電容的影響，提高了電容分壓器的穩(wěn)定性。

(7)絕緣外殼與金屬電極之間、低壓臂與金屬電極之間充有3個(gè)大氣壓的SF6氣體，使得高低壓臂置于相同的介質(zhì)中，電壓系數(shù)和溫度系數(shù)相同，刻度因數(shù)的變化小。

(8)高壓引線采用金屬導(dǎo)桿，雜散電感低，阻尼電阻小。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有阻容分壓器高壓臂原理圖；

圖2為本發(fā)明提供的電容分壓器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的電容分壓器電氣原理示意圖；

其中：1－均壓環(huán)Ⅰ，2－法蘭盤Ⅰ，3－絕緣外殼，4－金屬電極Ⅰ，5－中心導(dǎo)體，6－絕緣材料環(huán)，7—低壓臂，8—金屬電極Ⅱ，9—數(shù)據(jù)采集單元和無線信號(hào)發(fā)射器，10－均壓環(huán)Ⅱ，11－法蘭盤Ⅱ，12－阻尼電阻，13—高壓引線，14—?dú)鈮罕恚?5—進(jìn)氣閥，C₀－屏蔽電容，C₁－高壓臂電容，C₂—低壓臂電容。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的說明：

如圖2所示，本發(fā)明提供的電容分壓器的整體為圓柱形對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由均壓環(huán)、絕緣外殼、金屬電極Ⅰ、金屬電極Ⅱ、金屬法蘭盤Ⅰ、金屬法蘭盤Ⅱ、低壓臂、數(shù)據(jù)采集單元、無線信號(hào)發(fā)射器、阻尼電阻、高壓引線、氣壓表和充氣閥等組成。

其中絕緣外殼為環(huán)氧材料制作的圓柱形外殼，其大小根據(jù)分壓器的額定電壓計(jì)。

金屬法蘭盤同軸安裝在絕緣外殼兩端，用于固定金屬電極、阻尼電阻和均壓環(huán)。金屬法蘭盤通過緊固螺絲與絕緣外殼活動(dòng)連接，安裝拆卸方便，為了保證絕緣外殼的氣密性，在金屬法蘭盤與絕緣外殼之間還安裝有氣體密封圈。

均壓環(huán)同中心固定在絕緣外殼任意一端的金屬法蘭盤上，分壓器中固定有均壓環(huán)的一端即為分壓器的高壓端，另一端為低壓端，這使得分壓器的高壓端和低壓端可互換，使用方便；均壓環(huán)用于均勻分壓器高壓端電場(chǎng)，減弱電暈，均壓環(huán)的直徑根據(jù)分壓器的額定電壓確定。

阻尼電阻垂直固定在分壓器高壓端的金屬法蘭中部，并與高壓引線相連；阻尼電阻用于阻尼因高壓導(dǎo)管的雜散電感引起的振蕩，高壓引線采用金屬導(dǎo)桿，雜散電感低，阻尼電阻小。

氣壓表和充氣閥安裝在金屬法蘭上。氣壓表用于監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部SF6氣體的氣壓；充氣閥與氣瓶相連，用于換氣或補(bǔ)充氣體。

金屬電極為圓錐形設(shè)計(jì)，其橫截面面積較大的一端可拆卸連接在金屬法蘭盤內(nèi)側(cè)面上，可均勻絕緣外殼沿面的電位分布，金屬電極與絕緣外殼的角度根據(jù)分壓器額定電壓，高壓臂電容量、電場(chǎng)分布等因素計(jì)算得到。

金屬電極Ⅰ為整體金屬鋁，金屬電極Ⅱ的頂端中部?jī)?nèi)置中心導(dǎo)體，中心導(dǎo)體和金屬電極Ⅱ之間用絕緣材料環(huán)(比如尼龍環(huán))隔離。為增大曲率半徑、均勻電場(chǎng)，金屬電極橫截面面積較小一端的邊緣加工成圓環(huán)狀。絕緣外殼與電極之間、低壓臂與電極2之間充以3個(gè)大氣壓的SF6氣體。

金屬電極Ⅱ的內(nèi)部設(shè)有支撐板，用于固定低壓臂、數(shù)據(jù)采集單元和無線信號(hào)發(fā)射器；低壓臂、數(shù)據(jù)采集單元和無線信號(hào)發(fā)射器也可以安裝在金屬電極Ⅰ內(nèi)。

圖1中電容分壓器所形成的電氣原理示意圖如圖2所示，金屬電極Ⅰ與金屬 電極Ⅱ的中心導(dǎo)體之間將形成高壓臂電容C₁，金屬電極Ⅰ與金屬電極Ⅱ之間將形成屏蔽電容C₀，保證高壓臂電容C₁電容值的穩(wěn)定性。金屬電極Ⅰ和中心導(dǎo)體之間的電場(chǎng)近似均勻電場(chǎng)。當(dāng)外界存在其他帶電體時(shí)，分壓器與其他帶電物體的耦合電容僅改變屏蔽電容C₀的電容量。

數(shù)據(jù)采集單元和無線信號(hào)發(fā)射器置于金屬電極Ⅱ內(nèi)部，在使用時(shí)，低壓端的金屬電極接地，高壓引線連接沖擊電壓發(fā)生器和電容分壓器，數(shù)據(jù)采集單元采集低壓臂電容C2上的電壓，并通過無線信號(hào)發(fā)射器將電壓信號(hào)傳輸至PC機(jī)，由PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析，不需進(jìn)行阻抗匹配。

本發(fā)明所提供的電容分壓器通過如下步驟設(shè)計(jì)：

S1，根據(jù)分壓器的額定電壓V_e和絕緣外殼的沿面閃絡(luò)電壓V_s確定絕緣外殼的高度H：H＝V_e×V；

S2，根據(jù)SF6氣體的擊穿電壓臨界值確定兩個(gè)金屬電極之間的距離d₁；SF6氣體的擊穿電壓決定了兩個(gè)金屬電極之間的距離必須大于某一臨界值，d₁取該臨界值；

S3，根據(jù)兩個(gè)金屬電極之間的距離d₁、高壓臂電容量C₁、SF6氣體介電常數(shù)ε_r和真空介電常數(shù)ε₀，確定中心導(dǎo)體的面積S：

S4，根據(jù)屏蔽電容C₀計(jì)算金屬電極Ⅰ橫截面較小一端的面積S₁：$S_1=\frac{C_0{d}_1}{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r}+S;$

S5，根據(jù)高壓臂電容C₁和分壓器刻度因數(shù)K確定分壓器低壓臂電容C₂：C₂＝C₁×K；

S6，根據(jù)絕緣外殼的高度H和兩個(gè)金屬電極之間的距離d₁確定金屬電極的高度h：$h=\frac{H-d_1}{2};$

S7，根據(jù)預(yù)留裕度確定絕緣外殼的直徑D；

S8，根據(jù)絕緣外殼直徑D、金屬電極橫截面較小一端的直徑d以及金屬電極 的高度h確定金屬電極與絕緣外殼之間的夾角θ：

以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。