一种电容分压器的制作方法

本发明涉及一种分压器，具体涉及一种用于测量冲击电压信号的电容分压器。

背景技术：

电力设备的冲击电压耐压试验为模拟电力系统输电线路遭受雷电冲击的电压以及开合刀闸时的冲击电压。试验过程中需要测量的参数例如有冲击电压的幅值和时间，其中涉及的冲击电压分压器为电压转换装置，将高电压冲击电压信号转换成可供二次测量装置测量的低压信号。

冲击分压器主要分为电阻分压器和电容分压器两种，电阻分压器具有阶跃波响应优良，波形畸变小，刻度因数稳定性好等优点，但由于电阻丝发热的原因，电阻分压器的电压等级一般为1000kV以下，且只能用于测量雷电冲击电压。目前高于1000kV的冲击分压器大都采用电容分压器。电容分压器介质损耗小，不发热，由于回路上的杂散电感的影响，导致波形畸变振荡，由于阻尼回路振荡，研发了阻容串联分压器。

阻容串联分压器的高压臂的电容量一般为400pF，电容分压器易受杂散电容的影响，另外油纸绝缘的脉冲电容器的电容量稳定性不好，介损较大。低压臂电容一般使用集中电容(薄膜电容或云母电容)，所以在电缆输入端进行了波阻抗匹配设计。由于高低压臂的介质不同，其温度系数和电压系数也不相同，刻度因数波动较大，一般只能保证3％的准确度，线性度无法保证，不能用于作为标准分压器测量暂态信号。

技术实现要素：

为克服上述缺陷，本发明提供了一种电容分压器的实现方法，消除分压器与设备之间的耦合电容的影响，用于进行1000kV以上冲击分压器的校准，进一步提高电容分压器刻度因数的稳定性和实用性。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种电容分压器，所述电容分压器包括：均压环(3)、上法兰(4)、玻璃纤维套管(5)，高压电极(6)、数据采集与无线传输装置(7)、接地电极1(8)、低压电极(9)、接地电极2(10)、绝缘材料板(11)和下法兰(12)；所述上法兰(4)和下法兰(12)分别安装在玻璃纤维套管(5)的上下端；所述接地电极1(8)、低压电极(9)、接地电极2(10)和数据采集与无线传输装置(7)依次设于安装在玻璃纤维套管(5)内；

所述接地电极1(8)和接地电极2(10)分别与所述下法兰(12)连接；

所述低压电极(9)与下法兰(12)间设有绝缘材料板(11)相连。

所述低压电极(9)为开口向下的圆桶形，其顶部中间外侧设有圆形凸起。

所述接地电极2(10)为开口向下的圆桶形电极；

所述接地电极1(8)的顶部中间设有可使所述低压电极(9)的所述凸起贯通的开口。

所述低压电极(9)与接地电极1(8)和接地电极2(10)间分别填充绝缘气体。

高压电极(6)与低压电极(9)的所述圆形凸起间和与所述接地电极1(8)间分别形成高压臂电容C₁和屏蔽电容C₀，低压电极(9)与接地电极1(8)间和与接地电极2(10)间分别形成低压臂电容C₂₁低压臂电容C₂₂；

所述低压臂电容C₂₁和低压臂电容C₂₂组成低压臂电容C₂；阻尼电阻R_d的一端与高压臂电容C₁和低压臂电容C₂依次连接；阻尼电阻R_d的另一端与高压导杆相连；低压臂电容C₂的另一端接地；数据采集与无线传输装置(7)分别通过电阻R₂₁和R₂₂与低压臂电容C₂两端相连。

所述接地电极1(8)的外径不小于低压电极(9)上的所述圆形凸起外径的3倍。

所述上法兰(4)的外部设有均压环(3)；所述下法兰(12)的底部设有底座(13)，所述下法兰(12)接地。

所述高压电极(6)通过上法兰(4)与阻尼电阻(2)相连，所述阻尼电阻(2)与高压导杆(1)相连。

所述高压电极(6)、低压电极(9)、接地电极1(8)和接地电极2(10)的材质均为金属铝，外侧均采用圆弧设计，保证电场强度在200kV/cm以内。

所述玻璃纤维套管(5)和低压电极(9)分别与接地电极1(8)和接地电极2(10)之间形成的间隙分别充5个大气压的绝缘气体；所述绝缘气体为SF₆气体。

与最接近的现有技术比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的阻容电容分压器，结构简单、安装运输方便、性能稳定。数据采集单元内置，采用无线传输装置传送数据，无测量电缆，不需要进行阻抗匹配消除了信号折反射的问题。

(2)所有电容的介质都为SF6气体，不存在其他固体绝缘材料，介电常数一致，温度系数相同，刻度因数稳定。

(3)高压臂电容置于屏蔽电容之间，不受外界杂散电容的影响。

(4)分压器内部结构为纯电容结构，无电感，分压器的频率响应好。

(5)高压引线采用金属导杆，杂散电感低，阻尼电阻小。

附图说明

图1为电容分压器结构示意图。

图2为图1中的高压电极与低压电极间的局部放大图。

图3为电容分压器原理示意图。

其中：1—高压导杆，2—阻尼电阻，3—均压环，4－上法兰，5－玻璃纤维套管，6－高压电极，7－数据采集与无线传输装置，8—接地电极1，9－低压电极，10—接地电极2，11—绝缘材料块，12—下法兰，13—底座；C0－屏蔽电极，C1－高压臂电容，C2—低压臂电容，C21—低压臂电容，C22—低压臂电容，Rd—阻尼电阻。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种电容分压器，包括高压导杆、阻尼电阻、均压环、上法兰、玻璃纤维套管，高压电极、数据采集与无线传输装置、接地电极1、低压电极、接地电极2、绝缘材料板和下法兰；

其中高压电极、低压电极、接地电极1和接地电极2均为整体金属铝，低压电极通过绝缘材料块与下法兰相连，接地电极1和接地电极2直接与下法兰相连，下法兰接地。分压器壳体内充以5个大气压的SF6气体。使用电场测量原理设计稍不均匀场测量暂态信号。低压电极中间凸起圆形与两侧接地电极通过SF6气体绝缘。

如图2所示，高压电极的与低压电极突出圆形之间的电容形成高压臂电容 C1，高压电极与接地电极1之间形成屏蔽电容C0，高压电极和低压电极之间的电场近似均匀电场。当外界存在其他带电体时，分压器与其他带电物体的耦合电容仅改变屏蔽电容C0的电容量。低压电极与接地电极1形成C21，低压电极与接地电极2形成C22，C21和C22共同组成低压臂电容C2。

如图3所示，数据采集与无线传输装置置于接地电极2内部，使用无线传输技术将信号传输至PC机，不需进行阻抗匹配，数据采集端分别通过电阻R21R22连接低压臂电容的两端，。

冲击分压器结构简单，坚固耐用，高压臂电容和低压臂电容均采用相同的绝缘气体(SF6)，高低压臂的变化趋势一致，保证刻度因数的稳定。

为减小电场的不均匀程度，防止发生电晕，高压电极、低压电极、接地电极1和接地电极2的外侧采用圆弧设计，保证电场强度在200kV/cm以内。

为保证接地电极1发挥屏蔽效果，确保外界带电体不会对高压臂电容C1产生影响，接地电极1的外径不低于低压电极上部突出圆形外径的3倍。

根据分压器的额定电压设计分压器的整体高度和均压环的尺寸，根据电场强度确定高压电极与低压电极之间的间隙距离，根据高压臂电容量确定低压电极中心突出导体的直径，根据突出导体的直径确定接地电极1的外径。根据电场强度确定高压电极、低压电极和接地电极的边缘圆角的半径、根据采集单元的输出电压限值确定低压电极与接地电极1和接地电极2之间的距离，在设计过程中需要考虑加工的难度和可行性，适当留有裕度。

设计高压导杆尽量减少引线上的杂散电感，制作可消除振荡的无感电阻作为阻尼电阻，通过阶跃波响应试验得到阻尼电阻值，根据阻尼电阻的分压大小设计阻尼电阻的尺寸。

需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方 案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的权利要求保护范围之内。