數字高壓電壓表分壓器的工作原理是什么？

數字高壓電壓表分壓器的工作原理基于分壓比設計 + 等電位屏蔽技術，通過無源電路將千伏級高壓線性轉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：阻抗分壓比

分壓器通過高壓臂（Z?）與低壓臂（Z?）的阻抗比例實現電壓分配，公式為：
U? = U × (Z? / (Z?+Z?))
（U 為被測高壓，U?為低壓側輸出信號，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 / 工頻穩態）

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態測量（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），頻率越高分壓越穩定，適合工頻交流及串聯諧振（30~300Hz），但沖擊響應慢（＞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（R?＞10MΩ，C?＜500pF）

低壓臂：電阻 R?與電容 C?并聯

原理：電阻抑制高頻振蕩，電容穩定低頻分壓，兼顧交直流與沖擊電壓（如雷電波），響應時間＜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、數字高壓電壓表分壓器結構設計：等電位屏蔽消除干擾：

? 關鍵抗干擾技術：

平衡式屏蔽結構：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，雜散電容導致誤差達 8%，屏蔽后降至 1% 以內。

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致讀數波動 5%）。

三、信號處理：交直流分離 + 數字化轉換

? 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：出廠標定分壓比（如 1000:1），現場用標準電壓源校驗（每半年一次）。例如，某電廠未校準導致 110kV 實測值偏低 3%。

安全設計：過壓報警（超量程 110% 觸發）、自動放電（測試后殘余電荷＜50V），符合 DL/T 846.1-2016 標準。

應用場景對比

總結：從高壓到安全的 “線性映射"

數字高壓電壓表分壓器通過阻抗分壓→屏蔽抗擾→數字處理三步，將危險的高電壓線性轉換為安全的低壓信號，其核心是分壓比的穩定性與環境干擾的抑制能力。理解三類分壓器的阻抗特性（R/C/RC），可根據現場電壓類型（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。