一种高压臂的骨架及冲击电阻分压器

摘要

本发明公开了一种高压臂的骨架，该骨架为矩形。此种骨架能有效减小剩余电感，缓解输出波形的畸变。电阻丝以双线对绕无感绕法饶于绝缘板骨架上，电阻体长度约为600mm，最后经过真空漆膜处理，实测的高压臂电阻值为5143.7Ω，电感值为21.56μH，小于圆形骨架计算值145.30μH，冲击电阻分压器实测方波响应小于10ns。

权利要求

1.一种冲击电阻分压器高压臂的骨架，其特征在于：所述骨架截面为矩形。

2.如权利要求1所述的高压臂的骨架，其特征在于：在周长相同情况下，矩形骨架的长宽之比越大越好。

3.如权利要求1所述的高压臂的骨架，其特征在于：电阻丝以无感绕法绕于该骨架上。

说明书

一种高压臂的骨架及冲击电阻分压器

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统电力器件领域，具体是涉及一种高压臂的骨架及使用该骨架的冲击电阻分压器。

背景技术

[0002] 冲击高电压的测量方法有很多种，比较常用的是冲击分压器测量系统。传统的冲击分压器测量系统由分压器，高压引线所构成。冲击分压器可分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器。冲击电阻分压器由屏蔽电极，高压臂和低压臂所组成，其中高低压臂均为电阻臂。其原理图由图1所示，其中VIN为被测高压，Vout为分压器输出的低压信号，高压臂电阻R1远远大于低压臂电阻R2。冲击电阻分压器与稳态电压下的分压器基本原理相似，但由于有动态特性的要求，它应尽可能做成接近是无感的。

[0003] 现有高压臂通常用优质电阻丝以无感绕法绕制于圆形绝缘骨架上。为了减小电感，要求在满足阻值及限制温升的前提下，电阻丝应尽可能短，要求电阻材料的电阻系数比较大，温度系数比较小。因此电阻分压器的高压臂通常采用康铜丝或卡玛丝绕制。图2所示的是无感电阻绕法的示意图。目前多采用康铜丝或卡玛丝按图2中(a)，(b)所示的方法绕在塑料管上或者以电阻丝作纬线，玻璃丝作经线编织成带状，再把此电阻带裹在绝缘筒上如图二中(c)方法。图2(a)所示为双线双层反向绕法，是用电阻丝在绝缘筒上以螺旋间绕第一层（内层），包扎绝缘层后再以反方向螺旋间绕第二层（外层），包扎绝缘层后浸渍绝缘漆制成。残余电感的大小与绕法有很大的关系，匝间距离越小，残余电感越小。包绝缘的电阻丝可以绕得密一些，螺线的匝间距离要相对大一些。专利【高压精密电阻分压器及制作方法】（申请号：200910084858.X）提供了一种电阻膜的制作方法，其很好地解决了电阻值稳定性的问题，但没解决电感过大的问题。

[0004] 在传统的电阻分压器高压臂制作中,电阻丝的无感绕法已经成熟，因此考虑改变高压臂绝缘骨架以减小电感。专利【变压器绝缘骨架】（申请号：200920261693.4）提供了一种运用于变压器的柱形绝缘骨架。此绝缘骨架主要解决了高压变压器的绝缘问题，但不涉及电感的减小问题，且骨架结构不适用于电阻分压器。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种高压臂的骨架及使用该骨架的冲击电阻分压器，有效减小剩余电感，缓解输出波形的畸变。

[0006] 本发明的技术解决方案如下：

[0007] 一种高压臂的骨架，其特点在于：所述骨架为矩形。

[0008] 在周长相同情况下，骨架矩形的长宽比尽量变大，这样能使剩余电感变得更小。

[0009] 所述骨架采用矩形环氧浇注绝缘板。

[0010] 一种使用所述的高压臂的骨架的冲击电阻分压器，其特点在于，电阻丝以无感绕法绕于该骨架。

[0011] 所述的绝缘支架的外径为108mm，内径98mm，骨架的宽度为35mm，长度为600mm，厚度为10mm，所述电阻丝采用德国进口漆包卡玛丝，实测的高压臂电阻值为5143.7Ω，电感值为21.56μH。

[0012] 本发明的原理如下：

[0013] 在计算电感的过程中，以双线双层反向绕法为例，计算相同电阻丝和骨架周长的情况下的电感值。双线双层反向绕法由于存在着绝缘层，内层和外层的直径是不相同的，因而两层的电感也不相同，剩余电感不可能完全抵消，其值可按下式计算：

[0014]

[0015] 式中：α1和α2——内层和外层绕组的半径，厘米；l——绕组的长度，厘米；W——单层绕组的匝数；δ——两层电阻丝的中心距离，δ＝a2-a1。

[0016] 对于矩形骨架，双线双层反向绕法没有具体的计算公式，根据普通螺线管线圈的计算公式，矩形螺线管电感L1与圆形螺线管电感L2的比值为：

[0017]

[0018] 式中：c和b——螺线管底面矩形的长和宽；d——螺线管的长； ψc, ψb是与c,b,d有关的值。

[0019] 经计算，对于普通螺线管线圈，在骨架周长相同的情况下，正方形骨架的电感小于圆形骨架的电感，长宽比越大，电感越小。对于双线双层反向绕法，计算电感时要考虑线圈间的互感，由于圆形骨架与矩形骨架都采用同一种电感绕法，线圈间的互感差别不大，因此对于无感绕法的线圈，矩形骨架依然能使电感变小。

[0020] 具体的分析可以通过算例计算，以300kV冲击电阻分压器为算例，高压臂电阻值选取5kΩ，电阻丝以双线双层反向绕法绕于周长为90mm的圆形绝缘筒上，由(1)式计算的电感值为145.30μH。对于矩形骨架的电感值，可以通过仿真计算。采用Infolytica公司的Magnet软件进行磁场分析，得出电感值。

[0021] 保持骨架周长90mm不变，建立边长为22.5mm的正方形骨架，骨架外绕两层电阻丝，通以不同方向的电流，仿真结果如图4。仿真结果中，可以看出线圈中部的磁场强度最小，越靠近边缘磁场强度越大。这是因为通以不同方向电流的电阻丝线圈所产生的磁场大部分互相抵消，仅在线圈边缘存在小部分漏磁。仿真读出电阻丝线圈的磁链，除以电流，得出周长90mm的正方形骨架双线双层反向绕法的剩余电感为114.22μH，比同周长相同绕法下的圆形骨架的剩余电感减小21.4%。

[0022] 现令骨架周长不变，改变矩形骨架的长和宽，研究电阻丝电感值的变化，从仿真结果图5中可以看出：在骨架周长不变的情况下，随着矩形骨架短边宽的增加，电感值增加，其增长趋势逐渐变缓。当矩形骨架的短边宽等于长边宽，即矩形骨架为正方形骨架（本例中为22.5mm）时，电感值最大，约为114.22μH，小于同周长圆形骨架的电感。随着矩形骨架短边宽的减小，电感迅速下降，当短边宽为5mm时电感值为45.59μH，为最大值的39.91%。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果是

[0024] 1、提出了冲击电阻分压器新型的高压臂矩形骨架，能进一步减小剩余电感。

[0025] 2、骨架周长相同时，矩形骨架长宽比越大，电感越小。

附图说明

[0026] 图1是电阻分压器原理图。

[0027] 图2是现有技术无感电阻绕法示意图。

[0028] 图3是本发明矩形骨架的剖视图。

[0029] 图4是正方形骨架双线双层反向绕法磁场仿真。

[0030] 图5是电感值随矩形短边宽的变化曲线。

具体实施方式

[0031] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0032] 本实施例为300kV冲击电阻分压器的制造：高压臂的骨架选用宽度为35mm，长度为600mm，厚度为10mm的环氧树脂绝缘板，电阻丝采用德国进口漆包卡玛丝，其资料信息如下：

[0033] 名称：漆包卡玛丝（NiCr20ALSi）

[0034] 规格：0.16mm

[0035] 每米电阻值：66.19Ω/m

[0036] 电阻率：132μΩ*cm

[0037] 密度：8.0g/cm3（20℃）

[0038] 热容量：0.46J/gK

[0039] 温度系数：<5ppm（20℃到105℃）

[0040] 采用此电阻丝以双线双层无感绕法饶于绝缘板骨架上，电阻体长度约为600mm，最后经过真空漆膜处理，实测的高压臂电阻值为5143.7Ω，电感值为21.56μH，小于现有技术中圆形骨架计算值145.30μH，冲击电阻分压器实测方波响应小于10ns，满足设计需要。