[发明专利]一种同轴型电阻分压器及其高频响应补偿方法

权利要求书

1.一种同轴型电阻分压器，其特征在于，包括：

高压臂电阻，高压臂电阻包括陶瓷管基体(2)和金属氧化物电阻薄膜(3)，陶瓷管基体(2)的前端设置高压臂前端法兰(1)，后端设置高压臂后端法兰(4)；

低压臂电阻，低压臂电阻包括低压臂陶瓷管基体和金属氧化物电阻薄膜，陶瓷管基体的前端设置低压臂前端法兰(6)，后端设置低压臂后端法兰(7)；高压臂后端法兰(4)与低压臂前端法兰(6)通过螺杆(9)紧固以保持良好电接触；

安装在低压臂后端法兰(7)外侧的同轴电缆座，电缆座芯线通过焊接于芯线末端的铜杆(11)以及焊接于铜杆末端的香蕉插头(10)与带中心孔的螺杆(9)连接；

轴向杂散电容补偿装置，包括低压臂外壳(12)和绝缘薄膜(13)，低压臂外壳(12)通过绝缘薄膜(13)与低压臂电阻保持电绝缘；

以及接地屏蔽和径向杂散电容补偿装置，包括屏蔽壳(14)和补偿电极(15)，屏蔽壳(14)一端与低压臂后端法兰(7)相连；补偿电极(15)一端与高压臂前端法兰(1)相连，位于高压臂陶瓷管基体(2)内部；

补偿电极(15)位于高压臂电阻内部，与接地屏蔽壳(14)间由高绝缘强度的高压臂陶瓷管基体(2)分隔，用于简化绝缘设计，提高分压器紧凑性；补偿电极(15)由绝缘材料金属化工艺制作，用于减小补偿电极(15)自身电感引起的测量信号振荡；补偿电极(15)末端带有球形电极，用于补偿电极截断带来的误差，并削弱补偿电极(15)末端场强，防止测量过程中发生电晕放电或绝缘击穿。

2.根据权利要求1所述的同轴型电阻分压器，其特征在于：铜杆(11)具有折弯变形余量，用于抵消机械加工及装配误差；香蕉插头(10)与螺杆(9)弹性接触，用于保证可靠电气连接；电缆座芯线、铜杆(11)及香蕉插头(10)组成的信号引出部分沿低压臂电阻轴线布置，用于实现测量信号的无感引出。

3.根据权利要求1所述的同轴型电阻分压器，其特征在于：低压臂外壳(12)通过绝缘薄膜(13)与高压臂后端法兰(4)、低压臂前端法兰(6)及低压臂金属氧化物电阻薄膜隔离，用于构造轴向杂散电容的补偿电容。

4.一种采用权利要求1所述同轴型电阻分压器的高频响应补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设R₁＝R₂＝…＝R_N＝R_H/N，C_H1＝C_H2＝...＝C_HN＝NC_H；低压臂外壳(12)与低压臂电阻间通过绝缘薄膜(13)隔离，并形成低压臂对地电容C_L，通过公式：C_L＝2πε₀ε_rL_L/ln(r_sL/r_L)选择低压臂外壳(12)内半径r_sL和长度L_L，使得C_L/C_H＝R_H/R_L，从而实现对高压臂轴向杂散电容C_H的补偿，其中ε₀、ε_r分别为真空介电常数和绝缘薄膜相对介电常数，r_L为低压臂电阻等效外半径；

步骤2：在屏蔽壳(14)存在的情况下，高压臂对地杂散电容C_s大大增加，为高压臂导体与屏蔽壳间的电容，此时通过位于高压臂电阻内部的补偿电极(15)实现对C_s的补偿；

理想情况下电阻分压器上各节点电压满足：

根据理想情况下的节点电压进一步得到各补偿电容C_ci与高压臂对地杂散电容C_si之间需满足的关系：

步骤3：对于同轴结构进一步估算补偿电极应采用的形状；以高压臂前端为原点，沿高压臂轴线建立坐标轴x；记高压臂长度为L_H，高压臂电阻外半径为r_H，屏蔽壳半径为关于x的函数r_sH＝r_sH(x)，补偿电极半径也为关于x的函数r_c＝r_c(x)；对于高压臂电阻上x处的长度为dx的一段，利用同轴电容公式估计其高压臂对地杂散电容和补偿电容：

参考式(1)，得到杂散电容、补偿电容与x点两侧电阻值应满足的关系：

整理得到：

其中k＝(R_H+R_L)/R_L为电阻分压器理想分压比；

步骤4：参照等式(2)所给出的补偿电极外形，在某一靠近高压臂后端的位置将补偿电极截断，断口处连接球形电极以补偿截断造成的影响，并减弱测量高电压时补偿电极末端场强集中；

步骤5：借助电磁场仿真软件进行补偿电极的设计，模型按照实物尺寸进行建模；通过多次仿真获得补偿电极形状对电阻分压器频率特性的影响规律并确定补偿电极几何参数；

步骤6：通过测量实际电阻分压器的阶跃响应检验补偿电极性能，并根据补偿电极形状与分压器频率特性的仿真规律调整电极参数，获得理想的补偿效果。