分壓器工作原理及種類詳解

　　分壓器是現(xiàn)場測量用的專用儀器儀表，可用于測量直流高壓和交流高壓。分壓器采用平衡式等電位屏蔽結(jié)構(gòu)，在完全密封的絕緣筒內(nèi)部采用優(yōu)質(zhì)電子元件，而使整個裝置具有測試準(zhǔn)確、線性好、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、易于攜帶、操作簡單、顯示直觀等特點(diǎn)，因此它是現(xiàn)場測量的理想儀表。

　　分壓器的種類有哪些

　　按分壓器的原理可分為三類：電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器。

　　1、電阻分壓器

　　內(nèi)部電阻為純電阻，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度高，穩(wěn)定性好，被廣泛采用。在雷電沖擊電壓條件下，采用電阻分壓器作為轉(zhuǎn)換裝置，具有一定的有點(diǎn)：

　　1） 當(dāng)它采用溫度系數(shù)小的電阻絲康銅絲或溫度系數(shù)小而且電阻系數(shù)高的卡瑪絲繞成時，它的溫度穩(wěn)定性高，長期穩(wěn)定性也較高。

　　2） 采用壓縮性的電阻分壓器結(jié)構(gòu)，它的響應(yīng)特性有可能做得比較高。

　　由于具有上述的優(yōu)點(diǎn)，較多的標(biāo)準(zhǔn)測量系統(tǒng)是由電阻分壓器組成的。但它還有一些不足之處：

　　1） 為追求高響應(yīng)性能，它的阻值不能太高。由于它會對沖擊電壓發(fā)生器造成負(fù)載影響，他的接入會縮短沖擊波的半峰值時間。但一般可以調(diào)整發(fā)生器的波尾電阻來解決。

　　2） 由于工作時電阻會發(fā)熱，電阻的能量消耗與所加電壓的平方值有關(guān)。這就造成了當(dāng)阻值選為10KΩ~20KΩ時，所加雷電沖擊電壓不能高于2MV的主要原因。作為標(biāo)準(zhǔn)分壓器，阻值應(yīng)該不大于10KΩ。

　　同樣由于上述原因，電阻電容器難以應(yīng)用于測量操作沖擊電壓。

　　電阻分壓器測量瞬態(tài)脈沖電壓時所產(chǎn)生的誤差，與阻值和對地雜散電容的乘積有關(guān)，所以應(yīng)盡量減小對地雜散電容的大小及影響。電阻分壓器應(yīng)盡量減少電感，為此，用卡瑪絲或康銅絲正反密繞在一絕緣管上，層間只墊很薄的絕緣紙，然后浸在裝有變壓器油的絕緣筒中，以縮小分壓器的尺寸，減少對地電容，并在其頂端裝屏蔽環(huán)作補(bǔ)償其結(jié)構(gòu)見圖1

　　電阻分壓器測量沖擊電壓時所產(chǎn)生的誤差，與阻值R和對地雜散電容C的乘積有關(guān)。所以我們可以改變相應(yīng)的參數(shù)來改進(jìn)電阻分壓器的性能。例如測量高壓快脈沖的電阻分壓器、具有最佳方波響應(yīng)的電阻分壓器、兩種變截面的高壓納秒電阻分壓器、小型微妙級200kV脈沖電阻分壓器、新型的600kV沖擊電阻分壓器。

　　2、電容分壓器

　　測量脈沖電壓用的電容分壓器可分為兩種類型。一種分壓器的高壓臂是由多個高壓電容器疊裝組成，另一種分壓器的高壓臂僅有一個電容。前一種分壓器多半用絕緣殼的油紙絕緣的脈沖電容器來組裝，要求這種電容器的電感比較小，能夠經(jīng)受短路放電。一個高壓油紙電容器是由多個元件串并聯(lián)組裝起來的，每個元件不僅有電容，而且有串聯(lián)的固有電感和接觸電阻，還有并聯(lián)的絕緣電阻，當(dāng)然每個元件還有對地雜散電容，這種分壓器應(yīng)看做分布參數(shù)，故名為分布式電容分壓器，如圖2所示。后一種分壓器的高壓臂僅一個電容，常為接近均勻電場中的一對金屬電極，它的電極間以空氣為介質(zhì)，是一個集中電容，故名為集中式電容分壓器。

　　分布式電容分壓器由多臺脈沖電容器疊裝而成，只有幅值誤差而無波形誤差。至于幅值誤差，只要用一個標(biāo)準(zhǔn)的分壓器校訂以后是完全可以消除的。但在測量陡波時，由于電容分壓器的電容比屏蔽電阻分壓器屏蔽環(huán)的雜散電容大得多，因而響應(yīng)時間也大很多。所以對測陡波來講，電容分壓器的響應(yīng)特性不如屏蔽電阻分壓器好。單電容分壓器不消耗能量，沒有發(fā)熱的麻煩。對測量波前和半峰值時間較長的波，電容分壓器比電阻分壓器較為有利。此外電容分壓器還可兼作為負(fù)荷電容供調(diào)節(jié)波形之用。

　　集中式電容分壓器的高壓臂可采用充壓縮氣體的標(biāo)準(zhǔn)電容器，這種電容器的電容值很準(zhǔn)而且很穩(wěn)定，介質(zhì)損耗很小。由于是被屏蔽起來的，電容值不受周圍物體的影響。在工頻測量中，使用得很成功。但用它來做沖擊電容分壓器時，出現(xiàn)了一些問題，即出現(xiàn)疊加高頻振蕩。

　　3、阻容分壓器

　　阻容分壓器按照連接方式可分為阻容串聯(lián)分壓器和阻容并聯(lián)分壓器。阻容串聯(lián)分壓器也稱阻尼電容分壓器，近來高壓分壓器多做稱這種形式，它克服了電容回路的剩余電感，阻止了分壓器的振蕩，性能優(yōu)良。而按所加的阻尼大小的不同，可把阻容串聯(lián)分壓器分為高阻尼電容分壓器何地阻尼電容分壓器兩類。高阻尼電容分壓器不能兼作沖擊電壓發(fā)生器的負(fù)荷（調(diào)波）電容使用，它只供作為測量電壓的轉(zhuǎn)換裝置之用。低阻尼電容分壓器的串聯(lián)阻尼電阻很小，它的接入不會使試驗(yàn)回路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波發(fā)生困難，它可以兼作負(fù)荷電容使用，是一種通用分壓器。從使用方便來看，它比高阻尼電容分壓器優(yōu)點(diǎn)多；但從響應(yīng)特性來看，它不如高阻尼電容分壓器，因?yàn)樗€帶有震蕩。設(shè)計上將電阻置于電容器內(nèi)，每只電阻僅數(shù)十歐，總電阻也不過千歐，這是現(xiàn)代用的最廣泛的高壓分壓器（》3MV），它同樣可作為工頻電壓測量，額定電壓要降到1／3脈沖電壓左右。圖3是6MV戶外式阻尼電容分壓器，其頂部雙環(huán)為高壓電極，起均壓作用。

　　阻容并聯(lián)分壓器從理論上講，當(dāng)電壓變化較快時，分壓比主要有電容決定，而變化慢時由電阻決定。他的電阻線正反密繞在瓷管上，與每節(jié)電容器并聯(lián)。實(shí)踐證明，選取的電阻值不能太小，否則影響發(fā)生器的輸出負(fù)荷，所以一般選得比較大，但太大了作用又顯的太小，這樣與無電阻的純電容分壓器差不多，為此，實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際試驗(yàn)中已將電阻取消。

　　分壓器的特點(diǎn)

　　1、電阻分壓器

　　（1）當(dāng)它采用溫度系數(shù)小的電阻絲康銅絲或溫度系數(shù)小而且電阻系數(shù)高的卡瑪絲繞成時，它的溫度穩(wěn)定性高，長期穩(wěn)定性也較高。

　　（2）采用壓縮性的電阻分壓器結(jié)構(gòu)，它的響應(yīng)特性有可能做得比較高。

　　2、電容分壓器

　?。?）分布式電容分壓器由多臺脈沖電容器疊裝而成，只有幅值誤差而無波形誤差。

　?。?）集中式電容分壓器的高壓臂可采用充壓縮氣體的標(biāo)準(zhǔn)電容器，這種電容器的電容值很準(zhǔn)而且很穩(wěn)定，介質(zhì)損耗很小。由于是被屏蔽起來的，電容值不受周圍物體的影響。

　　3、阻容分壓器

　　不能兼作沖擊電壓發(fā)生器的負(fù)荷（調(diào)波）電容使用，它只供作為測量電壓的轉(zhuǎn)換裝置之用。低阻尼電容分壓器的串聯(lián)阻尼電阻很小，它的接入不會使試驗(yàn)回路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波發(fā)生困難，它可以兼作負(fù)荷電容使用，是一種通用分壓器。

　　分壓器的工作原理

　　分壓器的工作原理我們以電阻分壓器來介紹，以下是電阻器的分壓器原理圖。

　　電阻電容器采用溫度系數(shù)小的電阻絲康銅絲或溫度系數(shù)小而且電阻系數(shù)高的卡瑪絲繞成時，它的溫度穩(wěn)定性高，長期穩(wěn)定性也較高。采用壓縮性的電阻分壓器結(jié)構(gòu)，它的響應(yīng)特性有可能做得比較高。

　　分壓器的主要用途

　　由于分壓器輸出與一次線路之間沒有電氣隔離，分壓器主要用于：

　　1、接地系統(tǒng)的直流高壓測量。

　　2、接地系統(tǒng)的相與地之間的工頻交流高壓測量。