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數(shù)字高壓電壓表分壓器的工作原理是什么
點(diǎn)擊次數(shù):27 更新時(shí)間:2025-03-12

數(shù)字高壓電壓表分壓器的工作原理是什么?

數(shù)字高壓電壓表分壓器的工作原理基于分壓比設(shè)計(jì) + 等電位屏蔽技術(shù),通過無源電路將千伏級(jí)高壓線性轉(zhuǎn)換為安全可測(cè)的低壓信號(hào),核心原理可分為以下三部分:

一、分壓電路的本質(zhì):阻抗分壓比


分壓器通過高壓臂(Z?)與低壓臂(Z?)的阻抗比例實(shí)現(xiàn)電壓分配,公式為:
U? = U × (Z? / (Z?+Z?))
(U 為被測(cè)高壓,U?為低壓側(cè)輸出信號(hào),分壓比 n=U/U?)

? 三類分壓器的阻抗特性差異:


電阻分壓器(直流 / 工頻穩(wěn)態(tài))

高壓臂:高阻值電阻(MΩ 級(jí),如康銅絲繞制,溫漂<50ppm)

低壓臂:精密電阻(Ω 級(jí))

原理:純電阻分壓,直流下無充放電延遲,適合直流高壓及工頻穩(wěn)態(tài)測(cè)量(誤差≤1.0%)。

例:200kV 電阻分壓器(分壓比 1000:1),低壓輸出 200V,直接顯示 200.0kV。

電容分壓器(交流 / 諧振場(chǎng)景)

高壓臂:高壓電容 C?(pF 級(jí),如陶瓷電容,耐壓>100kV)

低壓臂:精密電容 C?(nF 級(jí))

原理:容抗分壓(Xc=1/2πfC),頻率越高分壓越穩(wěn)定,適合工頻交流及串聯(lián)諧振(30~300Hz),但沖擊響應(yīng)慢(>1μs)。

例:110kV 電容分壓器在 50Hz 諧振時(shí),C?=100pF、C?=100nF,分壓比 1000:1。

阻容分壓器(沖擊 / 混合電壓)

高壓臂:電阻 R?與電容 C?并聯(lián)(R?>10MΩ,C?<500pF)

低壓臂:電阻 R?與電容 C?并聯(lián)

原理:電阻抑制高頻振蕩,電容穩(wěn)定低頻分壓,兼顧交直流與沖擊電壓(如雷電波),響應(yīng)時(shí)間<1μs。

例:避雷器沖擊試驗(yàn)中,阻容分壓器同時(shí)捕獲峰值(電容分壓)和波形(電阻阻尼)。

二、數(shù)字高壓電壓表分壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):等電位屏蔽消除干擾:

? 關(guān)鍵抗干擾技術(shù):


平衡式屏蔽結(jié)構(gòu):分壓器金屬外殼與低壓臂等電位(通過接地柱連接大地),屏蔽外界電場(chǎng)干擾。例如,某 220kV 分壓器未屏蔽時(shí),雜散電容導(dǎo)致誤差達(dá) 8%,屏蔽后降至 1% 以內(nèi)。

同軸電纜單端接地:信號(hào)電纜屏蔽層僅在低壓表端接地,避免地環(huán)路電流干擾。電纜長(zhǎng)度>3m 需補(bǔ)償電容(如 100kV 分壓器配 5m 電纜未補(bǔ)償時(shí),容抗誤差 2%)。

均壓球優(yōu)化電場(chǎng):頂部均壓球表面光滑(Ra<1μm),曲率半徑>100mm,避免電暈放電(某試驗(yàn)因均壓球毛刺導(dǎo)致讀數(shù)波動(dòng) 5%)。

三、信號(hào)處理:交直流分離 + 數(shù)字化轉(zhuǎn)換

? 低壓表核心功能:


交直流自動(dòng)識(shí)別:

直流(DC):通過高精度 ADC 采集平均值,需等待電容充電穩(wěn)定(約 10 秒)。

交流(AC):采用真有效值(RMS)算法,支持波形顯示(如智能分壓器可測(cè)峰峰值、頻率)。

分壓比校準(zhǔn):出廠標(biāo)定分壓比(如 1000:1),現(xiàn)場(chǎng)用標(biāo)準(zhǔn)電壓源校驗(yàn)(每半年一次)。例如,某電廠未校準(zhǔn)導(dǎo)致 110kV 實(shí)測(cè)值偏低 3%。

安全設(shè)計(jì):過壓報(bào)警(超量程 110% 觸發(fā))、自動(dòng)放電(測(cè)試后殘余電荷<50V),符合 DL/T 846.1-2016 標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比


分壓器類型適用電壓響應(yīng)時(shí)間典型誤差場(chǎng)景案例
電阻型直流 / 工頻<0.1μsDC 0.5%換流站 ±800kV 耐壓
電容型交流諧振1~10μsAC 1.0%110kV 電纜串聯(lián)諧振
阻容型沖擊 / 混合<1μsAC/DC 1.0%避雷器 1.2/50μs 沖擊測(cè)

總結(jié):從高壓到安全的 “線性映射"

數(shù)字高壓電壓表分壓器通過阻抗分壓→屏蔽抗擾→數(shù)字處理三步,將危險(xiǎn)的高電壓線性轉(zhuǎn)換為安全的低壓信號(hào),其核心是分壓比的穩(wěn)定性與環(huán)境干擾的抑制能力。理解三類分壓器的阻抗特性(R/C/RC),可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電壓類型(交 / 直 / 沖擊)、頻率范圍(工頻 / 諧振)及精度需求,選擇最合適的測(cè)量方案。


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