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一种高阻抗高温度稳定性高压分压器实施方式

2022/07/16201 作者:佚名
导读:综述 如图3所示,高压电极1和低压电极2为一对相互平行的扁平金属体;高压臂电阻器3为平板状的片式电阻器;高压臂电阻器3倾斜放置于高压电极1与低压电极2之间,一侧靠近高压电极1,另一侧靠近低压电极2,且高压臂电阻器3与高、低压电极之间的夹角小于30度。高压臂电阻器3靠近高压电极1一侧的引线接高压电极1,靠近低压电极2一侧的引线从低压电极2附近引出。高压臂电阻3的高压臂电阻器电阻膜31在高、低压电极上

  • 综述

如图3所示,高压电极1和低压电极2为一对相互平行的扁平金属体;高压臂电阻器3为平板状的片式电阻器;高压臂电阻器3倾斜放置于高压电极1与低压电极2之间,一侧靠近高压电极1,另一侧靠近低压电极2,且高压臂电阻器3与高、低压电极之间的夹角小于30度。高压臂电阻器3靠近高压电极1一侧的引线接高压电极1,靠近低压电极2一侧的引线从低压电极2附近引出。高压臂电阻3的高压臂电阻器电阻膜31在高、低压电极上垂直方向上的投影在电极平面范围之内,也就是说,高压臂电阻器电阻膜31在高、低压电极上与高、低压电极垂直方向上的投影在所投影的电极平面范围之内。高压电极1与低压电极2之间及高压臂电阻器3周围填充相同绝缘介质9。

其中高压臂电阻器3由基片32、高压臂电阻器电阻膜31、第一引线34,第二引线35和盖片33组成,如图4所示。基片32和盖片33为长条形片状结构,它们的材质和电气性能相同;基片32上有蛇形的高压臂电阻器电阻膜31;高压臂电阻器电阻膜31两侧分别连接有第一引线34和第二引线35;电阻膜31上方有盖片33。

低压臂电阻器4的电阻膜与高压臂电阻器3的高压臂电阻器电阻膜31材料的电阻率温度系数相同。低压臂电阻器4一端引线与靠近低压电极2的高压臂电阻3引线连接,另一端与低压电极2连接。低压臂电阻器4为片式电阻器;其位置在低压电极2外侧并靠近低压电极2且与低压电极2平行。

高压电极1、低压电极2和高压臂电阻器3都是扁平的长方体形状,且高压臂电阻器电阻膜31在电极平面垂直方向上投影的外边沿距离电极平面外边沿不小于两个电极之间距离的一半,也就是说,高压臂电阻器电阻膜31在高、低压电极上与高、低压电极垂直方向上的投影的外边沿与所投影电极外边沿之间的距离不小于两个电极之间距离的一半。高压电极1与低压电极2之间及高压臂电阻器3周围填充的绝缘介质9为硅橡胶。

如图5所示,在高压电极1和低压电极2外侧,还连接有向相对电极方向弯曲的第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12。所述的金属屏蔽罩与相对的电极绝缘。低压臂电阻器4带有屏蔽罩10,该屏蔽罩10与低压电极2连接。

图5-7所示的分压器输出端是第一接线柱5,分压器低压输入端即第二接线柱6接低压输入,第三接线柱7接高压输入。

  • 实施例一

如图4、图6所示,高压电极1和低压电极2各用一个尺寸为120毫米×70毫米紫铜板,间距15毫米,相互平行。高压臂电阻器3为长、宽尺寸为100毫米×25毫米的片式电阻器,电阻值为50兆欧,其基片32和盖片33都是由相同几何尺寸和材质的陶瓷材料制成。高压臂电阻器电阻膜31均匀地按蛇形图案涂覆在陶瓷基片32上;基片32和盖片33将电阻膜31密封在中间;高压臂电阻器3倾斜放置于高压电极1与低压电极2之间,一侧靠近高压电极1,另一侧靠近低压电极2,并且高压臂电阻器3的几何中心与两个电极构成的长方体的几何中心重合。高压臂电阻器3在电极垂直方向上的投影关于电极外边沿对称。高压臂电阻器3靠近高压电极1一侧的第一引线34就近与高压电极1相连后接分压器高压输入端7,靠近低压电极2一侧的第二引线35从靠近低压电极处开孔8引出到低压电极2的另一面。

低压臂电阻器4采用与高压臂电阻器3相同的电阻膜材料制成,其电阻值为6.8千欧;低压臂电阻器4在靠近低压电极2中部的位置紧贴电极安装,低压臂电阻器4一端引线与从低压电极2开孔处引出的第二引线35连接并连接到第一接线柱5。低压臂电阻器4的另一端与低压电极2连接后接第二接线柱6。低压臂电阻器4外设置紫铜材质的屏蔽罩10,屏蔽罩10四周与低压电极2连接,屏蔽罩10上有开孔将第一接线柱5引出。高压电极1与低压电极2之间及高压臂电阻器3周围的空间用绝缘硅橡胶浇注,固化成型。

  • 实施例二

如图5所示,在第一实施例所描述的分压器的基础上,在高压电极1和低压电极2外侧,各有一个以相对电极边沿为轴线呈圆柱形弯曲的紫铜材质的第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12,在第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12与高压电极1和低压电极2之间的空间填充硅橡胶。由于第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12在空间上关于两个电极对称排列,在提供屏蔽的同时,对分压器的温度稳定性影响较小。

  • 实施例三

如图7所示,在第一实施例所描述的分压器的基础上,在低压电极2两侧,各有一个以高压电极1边沿为轴线呈圆柱形弯曲的第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12,在第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12与高压电极1之间的空间填充硅橡胶。该实施例由于第一金属屏蔽罩11和第二金属屏蔽罩12在空间上关于两个电极不对称排列,在提供屏蔽的同时,对分压器的温度稳定性影响较第二实施例大。

该发明的原理如图2所示,一对相互平行的扁平金属体电极即高压电极1和低压电极2之间充满均匀绝缘介质9,在两个电极之间施加电压U0,则两电极之间的电场是一个电势梯度由高压电极1到低压电极2线性降低的均匀电场E0,其电场内某点的电势E1由该点到两个电极之间的分布电容和绝缘介质9电阻分压比决定,而在介质材料电气性能相同的前提下分布电容的容量和绝缘介质9电阻的电阻值都与距离成线性比例关系,即电场内各点的电势为E1=d1/d0*E0。如果一个电阻值在电阻体长度方向上分布均匀的电阻器倾斜地放置于该电场中,并且两端与两个电极等电势,根据几何原理可证明该电阻器某点位置上的分压U1=I1/l0*U0=d1/d0*E0=E1,因此电阻器在该点上与周围电场之间电势相等,周围的分布电容的电容电流及绝缘体的泄漏电流对电阻不产生分流,则不需要增加电阻器的电流来降低分布电容的电容电流及泄漏电流的影响,因此高压臂电阻器3的阻抗可以设计的很高。

温度对绝缘介质9的介电常数及电阻率都有影响。如果电场中某点到两个电极之间均匀绝缘介质9的温度是相同的,则E1=d1/d0*E0关系成立,温度因素的影响被抵消,可获得较低的温度系数。但如果温度不同,则E1=d1/d0*E0不再成立,将产生较大的温度影响。因此减少各点与两电极之间的温度差将有效地降低温度影响。该发明中由于高压臂电阻器3是以较小的夹角倾斜放置于两个电极之间,电阻上各点与两平行电极距离较近,两者之间的温差较小,因此能获得较高的温度稳定性。而2011年4月前的技术中的圆柱形结构,电极是在电阻器的两端,距离较远,两者之间的温差难以减小,因此难以获得较高的温度稳定性。

电阻器倾斜放置于电场中,片式电阻器由于电阻膜蛇形排列,且横截面中心线与电极平行,电阻器上的电压梯度在长度方向上成单调趋势,可以提高电阻膜上各点电压与电场电势的一致性,从而可以减小电容电流和泄漏电流;而圆柱形电阻器由于电阻膜呈圆周排列,电压梯度在轴线方向上不能形成单调趋势,电阻膜上各点电压与各点电场电势不一致,存在较大电势差,造成较大电容电流和泄漏电流,降低了温度稳定性。

作为电阻膜的载体,电阻器基片32不可缺少,但由于其介电常数与电极间填充的绝缘介质9的介电常数难以保持一致,它使得电阻器相对两个电极间的绝缘介质不一致,对电场分布的将产生不利影响。如在电阻膜上方对称地加装一个材质和电气性能相同的盖片,使得电阻器两面的绝缘介质9电气性能保持一致,将抵消这个不利影响。

为了减小高压臂电阻器3与低压臂电阻器4间的温度误差,一方面要求两个电阻器具备相同的电阻率温度系数,这需要两者的电阻膜选用相同材料制作;另一方面要求减小两个电阻器间的温差,这可通过将低压臂电阻器4也设计成片状,并且平行安装在低压电极2外侧,在高压臂电阻器3在低压电极2的垂直投影范围内,紧贴低压电极2的方式来获得。低压臂电阻器4可增加金属屏蔽层来消除空间干扰,金属屏蔽层接低压电极2。

相互平行的高、低压电极所产生均匀电场的范围应大于高压臂电阻器3的安装范围,这样才能保证高压臂电阻器3工作于均匀电场中,上述的关系才成立。因此高压臂电阻器电阻膜31在电极平面垂直方向上投影的外边沿距离电极平面外边沿的距离越大效果越好,原则上不小于两个电极之间距离的一半。同时,受空间限制,平行电极不能无限延伸,这就造成了从侧面进入不确定性的空间干扰。为减弱这种干扰,在长方形高压电极1和低压

电极2外侧,连接有向相对电极方向弯曲的金属体。这种弯曲将削弱平行电极间电场的均匀度,从而降低分压器温度稳定性,这需要折中考虑。另一方面,如果两侧电极的弯曲是对称的,则可抵消一部分不利影响。

电极间可以填充多种绝缘介质,其中硅橡胶绝缘材料因具有耐高压、气候适应性好等优点,是一个较好的选择。另外值得指出的是,由于该发明所述的高阻抗高温度稳定性高压分压器的输出阻抗也比较高,在第一接线柱5加装一级高输入阻抗电压放大器或电压跟随器,并将其与低压臂电阻器4置于同一个屏蔽壳内,将有效地提高分压器输出信号的抗干扰能力。

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