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专利名称：一种测量电涌保护器残压的分压器装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量电涌保护器残压的分压器装置，属于雷电科学与技术领 域。
背景技术：
根据《IEC61643-1 :1998低压配电系统的电涌保护器(SPD)第一部分性能要求 和测试方法的规定》，SPD要进行防雷电流冲击试验，实验中要求测量SPD的残压，即SPD两 端出现的最高电压值。SPD的残压值一般在IkV以上，用数字存储示波器采集残压的波形 时，已超出示波器输入电压的范围。在雷电科学与技术领域研究中，对雷电流形成的雷电高压脉冲的测量是关键问 题。通常，用数字存储示波器测量高压窄脉冲时要用分压器。目前应用的分压器有电阻分 压器和电容分压器等。电阻分压器结构简单，但测量雷电窄脉冲时，由于分压器元件间的寄 生电容耦合的影响，使信号的高频分量有很大的畸变，另外，对于高阻抗负载，电阻分压器 对回路的影响较大，且消耗大量的能量。电容分压器却具有不消耗能量、响应时间小、测量 失真较小、结构紧凑且不易受环境状态的影响等优点。一般情况下，电容分压器的高压臂电 容为几千PF，通常情况下足以满足试验要求而不会对测量结果造成不利的影响。电涌保护 器的冲击试验时，流过SPD的电流为uS数量级，大小为kA数量级。SPD两形成的电压幅值 很大，大小为3kV，时间较短，一般为几十us。
实用新型内容本实用新型设计了一种响应速度快、测量波形失真小、分压比稳定的测量电涌保 护器残压的分压器装置，满足了 SPD冲击试验时测量残压的要求。本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案一种测量电涌保护器残压的分压器装置，包括高压臂电容下电极、低压臂电极、低 压测量接口、低压臂电容组、绝缘介质、保护电极、高压臂电容组、绝缘外壳、高压臂电容上 电极和高电压接线端子，高压臂电容下电极、低压臂电极、低压臂电容组、绝缘介质、保护 电极、高压臂电容组及高压臂电容上电极均置于绝缘外壳内，其中高压臂电容组置于高压 臂电容下电极与高压臂电容上电极之间，高压臂电容组的高压端通过高压臂电容上电极与 高电压接线端子连接，高压臂电容组的低压端通过高压臂电容下电极与低压测量接口连 接；绝缘介质置于高压臂电容下电极与保护电极之间，低压臂电容组位于低压臂电极和绝 缘介质之间，置于保护电极内部并共同接地。所述的高压臂电容组由5个IOOOpF,耐压值为3kV的高压电容C串联而成。所述的低压臂电容组由4个lOOOOpF，耐压值为500V的电容并联而成。本实用新型的有益效果如下1、测量电涌保护器残压的电容分压器具有响应速度快、测量波形失真小、工作性 能稳定的优点。2、电容分压器的分压比为1 200，测量误差小于洲。3、结构设计简单，输出接口为BNC标准接口，能够与数字存储示波器直接相连，测量方便。4、电容分压器的分压比稳定，抗干扰能力强。5、广泛地应用SPD的残压测量，也可广泛地用于高压设备试验的测量。
图1电容分压器电路原理图。图2自积式电容分压器电路原理图。图3测量电涌保护器残压的分压器装置的结构示意图，其中，1、高压臂电容下电 极；2、低压臂电极；3、低压测量接口 ；4、低压臂电容组；5、绝缘介质；6、保护电极；7、高压 臂电容组；8、绝缘外壳；9、高压臂电容上电极；10、高电压接线端子。图4高压臂电容的连接形式。图5低压臂电容的连接形式。
具体实施方式

以下结合附图对本发明创造做进一步详细说明。1、电容分压的原理分析电容分压器的电路原理如图1，其中有高压臂Ctl、低压臂C1，特性阻抗为 A的传输线，采用高压同轴电缆，&为50W，R为数字存储示波器的等效输入阻抗。
Hi-为被测残压信号，Mcj为数字示波器输入信号。电容分压器的分压比# = : / =(C^C1)ZC0 二l+q/q，测量中数字
示波器取得的信号为数字示波器等效输入阻抗R上的压降W0，根据电路可知
…du n _ du nUn = (Cn ^— C1
。 0 dt 1 dt
,, du λ n 血若，则有Md = -C1R 一丄=-C0R L C j C0 j￡di因此，分压器输出的电压是待测电压的微分，为得到待测电压，分压器采用自 积分模式，如图2所示，在SPD的残压测量中，R为数字示波器本身的输入阻抗及测量回路 的等效电阻，利用测量电路的分布电阻值可满足自积分模式的要求。因为^(Cn + C1) τ , "为待测电压脉冲的宽度，则
C01
Wn= ---u F 二 一u -
C0 + C1β
C + C C此公式说明输出的电压与待测电压成正比。β - -^t-- -T-
L ■a为分压器的分压比。2、电容分压器的结构[0037]①电容分压器高压臂的设计电容分压器设计制作的重点在于绝缘介质的选�。�决定于高压臂电容的稳定性。 除保证高压臂电容随电压和频率的变化而保持恒定外，高压电容的结构形式决定分压器的 分压比在周围环境状况发生变化的情况下保持稳定。这种测量SPD残压的分压器采用环氧 树脂作为绝缘介质5，高压臂电容极间为均勻场(指电极1与电极9之间的部分)，高压臂的 电容结构示意图如图3所示，电容采用5个IOOOpF,耐压值为3kV的高压电容C串联组成， 如图4所示。在图3所示的电路中，高压臂的设计主要由绝缘外壳8、高压臂电容上电极9 (结 构为金属薄膜)、高压臂电容下电极1组成。在所示的高压臂电容结构中，金属圆筒形的保 护电极6与高压臂电容下电极1之间用聚酯薄膜绝缘，而且高压臂电容上电极9与高压臂 电容下电极1构成分压器的高压臂电容。采用聚酯薄膜绝缘不会对整个高压臂电容的电场 分布造成影响，高压臂电容上电极9与高压臂电容下电极1之间可以认为是均勻电场。由 于高压臂电容下电极1与保护电极6之间为稍不均勻电场，电场集中发生在电极的边缘部 位，则在极间绝缘部分可能发生的击穿时，放电将发生在高压臂电容下电极1和保护电极6 之间，保护电极6作为公共的接地端，工作时保护电极6可靠地接大地，这样在测量时不对 采集电压信号的数字存储示波器造成�：�。②电容分压器低压臂的设计电容分压器低压臂结构如图3所示，电容C’为低压臂电容，采用4个IOOOOpFJi 压值为500V的云母电容并联组成，如图6所示。由于分压器工作过程中遭受更多的是强电场干扰，因此在分压器的结构设计中主 要以电场屏蔽为主，电容分压器的设计中将整个低压臂电容组单元置于保护电极内部且共 同接地，保护电极6为铜材料的圆筒形，这样它们之间将始终保持近似相同的电位，这样的 结构设计有效地提高了低压臂的抗干扰能力。
权利要求1.一种测量电涌保护器残压的分压器装置，其特征在于包括高压臂电容下电极(1)、 低压臂电极(2)、低压测量接口(3)、低压臂电容组(4)、绝缘介质(5)、保护电极(6)、高压臂 电容组(7)、绝缘外壳(8)、高压臂电容上电极(9)和高电压接线端子(10)，高压臂电容下 电极(1)、低压臂电极(2)、低压臂电容组(4)、绝缘介质(5)、保护电极(6)、高压臂电容组 (7)及高压臂电容上电极(9)均置于绝缘外壳(8)内，其中高压臂电容组(7)置于高压臂电 容下电极(1)与高压臂电容上电极(9 )之间，高压臂电容组(7 )的高压端通过高压臂电容上 电极(9)与高电压接线端子(10)连接，高压臂电容组(7)的低压端通过高压臂电容下电极 (1)与低压测量接口( 3)连接；绝缘介质(5)置于高压臂电容下电极(1)与保护电极(6)之 间，低压臂电容组(4)位于低压臂电极(2)和绝缘介质(5)之间，置于保护电极(6)内部并 共同接地。
2.根据权利要求1所述的一种测量电涌保护器残压的分压器装置，其特征在于所述的 高压臂电容组(7)由5个IOOOpF,耐压值为3kV的高压电容C串联而成。
3.根据权利要求1所述的一种测量电涌保护器残压的分压器装置，其特征在于所述的 低压臂电容组(4)由4个lOOOOpF，耐压值为500V的电容并联而成。
专利摘要本实用新型涉及一种测量电涌保护器残压的分压器装置，属于雷电科学与技术领域。该分压器装置包括高压臂电容下电极(1)、低压臂电极(2)、低压测量接口(3)、低压臂电容组(4)、绝缘介质(5)、保护电极(6)、高压臂电容组(7)、绝缘外壳(8)、高压臂电容上电极(9)和高电压接线端子(10)，高压臂电容组(7)由5个1000pF，耐压值为3kV的高压电容C串联而成，低压臂电容组(4)由4个10000pF，耐压值为500V的电容并联而成。本分压器装置响应速度快、工作性能稳定、测量误差小、抗干扰能力强，可广泛地用于高压设备试验的测量。
文档编号G01R19/00GK201917593SQ201120002460
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者唐宏科, 张其林, 李祥超, 柴健, 王金虎, 行鸿彦 申请人:南京信息工程大学