一種電容分壓器的制作方法

本發明涉及一種分壓器，具體涉及一種用于測量沖擊電壓信號的電容分壓器。

背景技術：

電力設備的沖擊電壓耐壓試驗為模擬電力系統輸電線路遭受雷電沖擊的電壓以及開合刀閘時的沖擊電壓。試驗過程中需要測量的參數例如有沖擊電壓的幅值和時間，其中涉及的沖擊電壓分壓器為電壓轉換裝置，將高電壓沖擊電壓信號轉換成可供二次測量裝置測量的低壓信號。

沖擊分壓器主要分為電阻分壓器和電容分壓器兩種，電阻分壓器具有階躍波響應優良，波形畸變小，刻度因數穩定性好等優點，但由于電阻絲發熱的原因，電阻分壓器的電壓等級一般為1000kV以下，且只能用于測量雷電沖擊電壓。目前高于1000kV的沖擊分壓器大都采用電容分壓器。電容分壓器介質損耗小，不發熱，由于回路上的雜散電感的影響，導致波形畸變振蕩，由于阻尼回路振蕩，研發了阻容串聯分壓器。

阻容串聯分壓器的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)，所以在電纜輸入端進行了波阻抗匹配設計。由于高低壓臂的介質不同，其溫度系數和電壓系數也不相同，刻度因數波動較大，一般只能保證3％的準確度，線性度無法保證，不能用于作為標準分壓器測量暫態信號。

技術實現要素：

為克服上述缺陷，本發明提供了一種電容分壓器的實現方法，消除分壓器與設備之間的耦合電容的影響，用于進行1000kV以上沖擊分壓器的校準，進一步提高電容分壓器刻度因數的穩定性和實用性。

為實現上述目的，本發明的具體技術方案如下：

一種電容分壓器，所述電容分壓器包括：均壓環(3)、上法蘭(4)、玻璃纖維套管(5)，高壓電極(6)、數據采集與無線傳輸裝置(7)、接地電極1(8)、低壓電極(9)、接地電極2(10)、絕緣材料板(11)和下法蘭(12)；所述上法蘭(4)和下法蘭(12)分別安裝在玻璃纖維套管(5)的上下端；所述接地電極1(8)、低壓電極(9)、接地電極2(10)和數據采集與無線傳輸裝置(7)依次設于安裝在玻璃纖維套管(5)內；

所述接地電極1(8)和接地電極2(10)分別與所述下法蘭(12)連接；

所述低壓電極(9)與下法蘭(12)間設有絕緣材料板(11)相連。

所述低壓電極(9)為開口向下的圓桶形，其頂部中間外側設有圓形凸起。

所述接地電極2(10)為開口向下的圓桶形電極；

所述接地電極1(8)的頂部中間設有可使所述低壓電極(9)的所述凸起貫通的開口。

所述低壓電極(9)與接地電極1(8)和接地電極2(10)間分別填充絕緣氣體。

高壓電極(6)與低壓電極(9)的所述圓形凸起間和與所述接地電極1(8)間分別形成高壓臂電容C₁和屏蔽電容C₀，低壓電極(9)與接地電極1(8)間和與接地電極2(10)間分別形成低壓臂電容C₂₁低壓臂電容C₂₂；

所述低壓臂電容C₂₁和低壓臂電容C₂₂組成低壓臂電容C₂；阻尼電阻R_d的一端與高壓臂電容C₁和低壓臂電容C₂依次連接；阻尼電阻R_d的另一端與高壓導桿相連；低壓臂電容C₂的另一端接地；數據采集與無線傳輸裝置(7)分別通過電阻R₂₁和R₂₂與低壓臂電容C₂兩端相連。

所述接地電極1(8)的外徑不小于低壓電極(9)上的所述圓形凸起外徑的3倍。

所述上法蘭(4)的外部設有均壓環(3)；所述下法蘭(12)的底部設有底座(13)，所述下法蘭(12)接地。

所述高壓電極(6)通過上法蘭(4)與阻尼電阻(2)相連，所述阻尼電阻(2)與高壓導桿(1)相連。

所述高壓電極(6)、低壓電極(9)、接地電極1(8)和接地電極2(10)的材質均為金屬鋁，外側均采用圓弧設計，保證電場強度在200kV/cm以內。

所述玻璃纖維套管(5)和低壓電極(9)分別與接地電極1(8)和接地電極2(10)之間形成的間隙分別充5個大氣壓的絕緣氣體；所述絕緣氣體為SF₆氣體。

與最接近的現有技術比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明的阻容電容分壓器，結構簡單、安裝運輸方便、性能穩定。數據采集單元內置，采用無線傳輸裝置傳送數據，無測量電纜，不需要進行阻抗匹配消除了信號折反射的問題。

(2)所有電容的介質都為SF6氣體，不存在其他固體絕緣材料，介電常數一致，溫度系數相同，刻度因數穩定。

(3)高壓臂電容置于屏蔽電容之間，不受外界雜散電容的影響。

(4)分壓器內部結構為純電容結構，無電感，分壓器的頻率響應好。

(5)高壓引線采用金屬導桿，雜散電感低，阻尼電阻小。

附圖說明

圖1為電容分壓器結構示意圖。

圖2為圖1中的高壓電極與低壓電極間的局部放大圖。

圖3為電容分壓器原理示意圖。

其中：1—高壓導桿，2—阻尼電阻，3—均壓環，4－上法蘭，5－玻璃纖維套管，6－高壓電極，7－數據采集與無線傳輸裝置，8—接地電極1，9－低壓電極，10—接地電極2，11—絕緣材料塊，12—下法蘭，13—底座；C0－屏蔽電極，C1－高壓臂電容，C2—低壓臂電容，C21—低壓臂電容，C22—低壓臂電容，Rd—阻尼電阻。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明做進一步詳細描述：

如圖1所示，一種電容分壓器，包括高壓導桿、阻尼電阻、均壓環、上法蘭、玻璃纖維套管，高壓電極、數據采集與無線傳輸裝置、接地電極1、低壓電極、接地電極2、絕緣材料板和下法蘭；

其中高壓電極、低壓電極、接地電極1和接地電極2均為整體金屬鋁，低壓電極通過絕緣材料塊與下法蘭相連，接地電極1和接地電極2直接與下法蘭相連，下法蘭接地。分壓器殼體內充以5個大氣壓的SF6氣體。使用電場測量原理設計稍不均勻場測量暫態信號。低壓電極中間凸起圓形與兩側接地電極通過SF6氣體絕緣。

如圖2所示，高壓電極的與低壓電極突出圓形之間的電容形成高壓臂電容 C1，高壓電極與接地電極1之間形成屏蔽電容C0，高壓電極和低壓電極之間的電場近似均勻電場。當外界存在其他帶電體時，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。低壓電極與接地電極1形成C21，低壓電極與接地電極2形成C22，C21和C22共同組成低壓臂電容C2。

如圖3所示，數據采集與無線傳輸裝置置于接地電極2內部，使用無線傳輸技術將信號傳輸至PC機，不需進行阻抗匹配，數據采集端分別通過電阻R21R22連接低壓臂電容的兩端，。

沖擊分壓器結構簡單，堅固耐用，高壓臂電容和低壓臂電容均采用相同的絕緣氣體(SF6)，高低壓臂的變化趨勢一致，保證刻度因數的穩定。

為減小電場的不均勻程度，防止發生電暈，高壓電極、低壓電極、接地電極1和接地電極2的外側采用圓弧設計，保證電場強度在200kV/cm以內。

為保證接地電極1發揮屏蔽效果，確保外界帶電體不會對高壓臂電容C1產生影響，接地電極1的外徑不低于低壓電極上部突出圓形外徑的3倍。

根據分壓器的額定電壓設計分壓器的整體高度和均壓環的尺寸，根據電場強度確定高壓電極與低壓電極之間的間隙距離，根據高壓臂電容量確定低壓電極中心突出導體的直徑，根據突出導體的直徑確定接地電極1的外徑。根據電場強度確定高壓電極、低壓電極和接地電極的邊緣圓角的半徑、根據采集單元的輸出電壓限值確定低壓電極與接地電極1和接地電極2之間的距離，在設計過程中需要考慮加工的難度和可行性，適當留有裕度。

設計高壓導桿盡量減少引線上的雜散電感，制作可消除振蕩的無感電阻作為阻尼電阻，通過階躍波響應試驗得到阻尼電阻值，根據阻尼電阻的分壓大小設計阻尼電阻的尺寸。

需要聲明的是，本發明內容及具體實施方式意在證明本發明所提供技術方 案的實際應用，不應解釋為對本發明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理啟發下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的權利要求保護范圍之內。