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數(shù)字高壓電壓表分壓器的工作原理是什么

2025年03月12日 15:41上海勝緒電氣有限公司點擊量：4

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 + 等電位屏蔽技術(shù)，通過無源電路將千伏級高壓線性轉(zhuǎn)換為安全可測的低壓信號，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?）的阻抗比例實現(xiàn)電壓分配，公式為：
U? = U × (Z? / (Z?+Z?))
（U 為被測高壓，U?為低壓側(cè)輸出信號，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，如康銅絲繞制，溫漂＜50ppm）

低壓臂：精密電阻（Ω 級）

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 / 諧振場景）

高壓臂：高壓電容 C?（pF 級，如陶瓷電容，耐壓＞100kV）

低壓臂：精密電容 C?（nF 級）

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，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)時間＜1μs。

例：避雷器沖擊試驗中，阻容分壓器同時捕獲峰值（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：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），屏蔽外界電場干擾。例如，某 220kV 分壓器未屏蔽時，雜散電容導(dǎo)致誤差達 8%，屏蔽后降至 1% 以內(nèi)。

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

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

三、信號處理：交直流分離 + 數(shù)字化轉(zhuǎn)換

? 低壓表核心功能：


交直流自動識別：

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)場用標(biāo)準(zhǔn)電壓源校驗（每半年一次）。例如，某電廠未校準(zhǔn)導(dǎo)致 110kV 實測值偏低 3%。

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

應(yīng)用場景對比


分壓器類型適用電壓響應(yīng)時間典型誤差場景案例
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

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，將危險的高電壓線性轉(zhuǎn)換為安全的低壓信號，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，選擇最合適的測量方案。


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