[实用新型]一种电容分压器低压测量电路

说明书

本实用新型公开了一种电容分压器低压测量电路，它包括：电容分压器，所述电容分压器由高压臂C1和低压臂C2串联构成，可调电阻R1一端连接C1和C2的交点，另一端连接电缆的缆芯，对应侧的电缆缆皮接地；另一侧电缆缆芯接可调电阻R2和电阻R3；可调电阻R2另一端接可调电容C3、开关K1一端和开关K2一端，开关K1另一端接电容C4一端、开关K2另一端接电容C5一端；电阻R3的另一端与可调电阻R4相连，R4与可调电容C3、C4和C5的另一端相连；示波器CRO与可调电阻R4并联；解决了现有技术的电容分压器低压测试电路在分压比和幅值上都可能会存在较大的误差等技术问题。

技术领域

本实用新型属于电能表计量领域，尤其涉及一种电容分压器低压测量电路。

背景技术

过电压会危及电网的安全运行，使输电线路或变电设备上承受的超过正常运行的电压波形，危及设备和线路的绝缘安全，从而对电网生产带来极大威胁。电力系统的过电压分成雷电过电压和内部过电压两大类。雷电过电压与气象条件有关，是电网外部原因造成的；内部过电压是由电力系统内部能量的传递或转化引起的，与电力系统内部结构、参数、运行状态、停送电操作、事故发生等多种因素有关。外部和内部过电压又可划分为十余种过电压类型。这些过电压在幅值和波形上有很大区别，即使是不同原因引起的内部过电压，其过电压数值大小、波形、频率、延续时间长短也并不完全相同。这就为准确获取过电压波形带来了很大困难。

分压器是测量过电压最常用的仪器，主要分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器。其中电阻分压器因电阻损耗，不适用于测量持续时间较长的操作冲击电压和谐振过电压。而与电阻分压器相比，电容分压器具有无相角误差的优点，分布式电容分压器的电压表达式表示如下：

u(t)≈U₀(X/l)[1-C/6K]

式中K为电容分压器的本体电容，C为电容分压器的对地杂散电容。可以发现一个不考虑电感的电容分压器输出电压与频率无关，即只包含幅值误差而无波形误差。在实际工程中，电容分压器的低压臂应采用低电感结构、低介质损耗的电容器。出于安全性和可靠性的考虑，采集单元(或示波器)和分压器之间往往都会存在较长距离，因此需要用同轴电缆来进行连接，而同轴电缆具有一定的波阻抗，波阻抗的存在会导致波在传播过程中发生折反射，从而对测量结果造成干扰，因此就需要在首端加上一个大小与波阻抗相等的电阻R₁。最后在电缆尾端再连接示波器或采集装置，构成了目前比较常用的电容分压器低压测量回路如图1所示，图1中：C₁、C₂为分压器电容；R₁为匹配电阻；DL为电缆；CRO为示波器。

由于电缆在传播高频信号时需考虑电缆的波阻抗，如果和电缆连接器件的电阻与波阻抗不匹配，将会发生波的折反射现象。在传播低频信号时，电缆仅起连接作用。由于电缆在不同频率信号下的特性差异，将导致测量系统在不同频率下，分压比可能是不同的，从而造成测量波形的畸变。过电压的波头部分频率高，波尾部分频率低，采用电容分压器测量冲击过电压可能造成波头波尾的分压比差异，测量波形畸变。

在初始状态(波头)时候有：

稳态(波尾)时候则有：

在首段匹配的情况下可以发现k₀≠k_∞，分压比误差为对于较高电压的分压器C₂比较大，不太长的电缆，其等值电容C_c又都比较小，在一般情况下误差可以忽略不计。若分压器电容比较小，电缆又比较长，此时C_c和C₂相比就不能忽略，误差就会比较大。