CN113659802B - 一种电压采样器及固态变压器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电压采样器及固态变压器，该电压采样器包括：导电的壳体，位于壳体内部的至少一个采样板，以及导电层。其中，每一个采样板包括：至少两个电阻器以及电压输入端；采样板中的各电阻器按照第一端指向第二端的方向依次顺序电连接，位于第一端的电阻器与电压输入端电连接，位于第二端的电阻器与壳体电连接，且壳体与固定电位端电连接；电压采样器中的至少一个采样板与壳体之间设有导电层，导电层与采样板中的一个电阻器电连接，且导电层的电位大于固定电位端的电位，且小于电压输入端的电位。通过在采样板与壳体之间设置导电层，可以减小对采样板与周围导体之间的绝缘要求，进而缩小电压采样器的体积。

Description

一种电压采样器及固态变压器

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电压采样器及固态变压器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，近年来电力电子技术逐渐应用到电力系统领域，固态变压器成为研究热点。固态变压器(solid state transformers，SST)又称电力电子变压器(electronic power transformer，EPT)，是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的高频电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。固态变压器可以应用于新能源智能微网领域，也可以应用于传统电网领域。在传统电网中，固态变压器可以用于解决配电网的电压扰动问题。

与常规变压器相比，固态变压器有很多优点，其突出特点在于可以实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。固态变压器应用于电力系统中能够改善电能质量，提高电力系统稳定性，实现灵活的输电方式以及电力市场下对功率潮流的实时控制。

然而，固态变压器的输入电压采样器的体积较大。

发明内容

本申请提供了一种电压采样器及固态变压器，用以减小固态变压器的输入电压采样器的体积。

第一方面，本申请提供了一种电压采样器，包括：导电的壳体，位于壳体内部的至少一个采样板，以及导电层；其中，电压采样板中的每一个采样板包括：至少两个电阻器以及电压输入端，采样板中的各电阻器按照第一端指向第二端的方向依次顺序电连接，位于第一端的电阻器与电压输入端电连接，位于第二端的电阻器与壳体电连接，且壳体与固定电位端电连接，固定电位端提供的电位为定值。电压采样器中的至少一个采样板与壳体之间设有导电层，导电层与采样板中的一个电阻器电连接，且导电层的电位大于固定电位端的电位，且小于电压输入端的电位。

可选地，上述采样板还可以包括印刷电路板，可以将用于连接电压输入端与电阻器的信号线，以及用于连接不同的电阻器的信号线集成到印刷电路板中，再将电阻器安装在印刷电路板的相应位置处。当然，采样板也可以采用其他方式实现，此处不做限定。

本申请实施例中，通过在采样板与壳体之间设置导电层，且导电层的电位在壳体的电位与电压输入端的电位之间，这样，可减小采样板与周围导体之间的电压差，降低采样板因击穿场强过大而受到损伤的风险，从而减小对采样板与周围导体之间的绝缘要求，进而缩小电压采样器的体积。

在一种可能的实现方式中，上述电压采样器还可以包括：位于壳体内部的绝缘体，绝缘体内设有用于容置采样板的至少一个空腔，且采样板与绝缘体之间具有空隙。这样，采用固态绝缘与空气绝缘结合的方式，对采样板进行绝缘，可以使绝缘效果较好。

可选地，绝缘体中的每一个空腔内设有一个采样板，当上述电压采样器包括至少两个采样板时，不同的采样板位于绝缘体内不同的空腔内。这样，不同的采样板之间也可以采用固态绝缘与空气绝缘结合的方式绝缘，进一步提高绝缘效果。

在一种可能的实现方式中，上述绝缘体内设有相互连通的至少两个空腔。这样，绝缘体内的空腔可以容置更多电学部件，便于合理设置电压采样器中各电学部件的位置。

可选地，在本申请实施例提供的电压采样器中，导电层设置于空腔的内壁上，且导电层朝向采样板一侧的表面设有绝缘膜，例如该绝缘膜为绝缘纸。通过在导电层的表面设置绝缘膜，可以进一步增强导电层与采样板之间的绝缘效果。在制作过程中，可以将导电层涂覆于绝缘体的内表面，之后，在导电层的表面覆盖一层绝缘膜。

在另一些实施例中，上述导电层可以嵌设于绝缘体的内部，这样，也可以增强导电层与采样板之间的绝缘效果。

在实际应用中，为了便于将采样板安装到绝缘体中的空腔内，在本申请的一些实施例中，上述绝缘体可以包括：第一绝缘部以及与第一绝缘部固定连接的第二绝缘部，其中，第一绝缘部可以包括：用于容置采样板的凹槽，第一绝缘部中的凹槽与第二绝缘部构成空腔。在采样板的安装过程中，可以先将采样板固定在第一绝缘部中对应的凹槽内，然后再将第二绝缘部与第一绝缘部对位并固定连接，之后，在绝缘体的外表面包裹一层导电材料，以在绝缘体的外侧形成导电的壳体。在对第二绝缘部进行设置时，可以将第二绝缘部对应于第一绝缘部中的凹槽的区域设置为平坦面，当然，也可以在第二绝缘部中设置与第一绝缘部中的凹槽对应的槽状结构，只要第一绝缘部与第二绝缘部固定连接后能够构成容置采样板的空腔即可。

在具体设置过程中，可以采用多种方式将第一绝缘部与第二绝缘部进行固定连接，例如可以采用以下两种方式：

方式一：

第一绝缘部中的凹槽的侧壁顶端设有条状凹槽，第二绝缘部中设有与条状凹槽位置对应的条状凸起，且条状凸起嵌设于对应的条状凹槽内。在方式一中，通过在第一绝缘部中设置条状凹槽，在第二绝缘部中设置条状凸起，一方面，可以使得第一绝缘部与第二绝缘部之间的固定连接更加牢固，另一方面，可以增大相邻两个采样板之间的爬电距离，爬电距离可以指相邻两个采样板沿着绝缘体表面的最近距离。在不同的使用情况下，采样板周围的绝缘体可能被电极化，使采样板附近的绝缘体产生带电区，本申请实施例中，通过增大相邻两个采样板之间的爬电距离，可以保证相邻两个采样板之间的绝缘效果较好。

方式二：

第一绝缘部中的凹槽的侧壁顶端设有条状凸起，第二绝缘部中设有与条状凸起位置对应的条状凹槽，且条状凸起嵌设于对应的条状凹槽内。在方式二中，通过在第一绝缘部中设置条状凸起，在第二绝缘部中设置条状凹槽，一方面，可以使得第一绝缘部与第二绝缘部之间的固定连接更加牢固，另一方面，可以增大相邻两个采样板之间的爬电距离，可以保证相邻两个采样板之间的绝缘效果较好。

当然，除上述方式一和方式二外，在一些实施例中，也可以采用其他方式对第一绝缘部与第二绝缘部进行固定连接，此处不做限定。

在本申请的一些实施例中，上述导电层可以设置在第一绝缘部中的凹槽的内部底面及内部侧面。这样，导电层可以围绕在对应的采样板的周围，使导电层对采样板的效果较好。

在一种可能的实现方式中，电压采样器中的至少一个采样板与壳体之间设有一个导电层，导电层在采样板上的正投影至少覆盖采样板中一半数量的电阻器，且导电层在采样板上的正投影覆盖位于第一端的电阻器，也就是说，导电层在采样板上的正投影覆盖采样板中电压较大的电阻器。并且，导电层的电位大于1/2倍的电压输入端的电位。在具体设置时，可以设置导电连接线，将导电层与电压大于1/2倍的电压输入端的电位的电阻器电连接，从而使导电层的电位大于1/2倍的电压输入端的电位。

由于导电层可以减小采样板中电压较大的电阻器与周围导体之间的电压差，从而减小对采样板与周围导体之间的绝缘要求，使采样板中电压较大的电阻器与周围导体之间的距离较小。而采样板中电压较小的电阻器与周围导体之间的电压差本身较小，因而，采样板中电压较小的电阻器与周围导体之间的距离本身较小，因而，采样板中电压较小的电阻器附近也可以不设置导电层。

可选地，导电层在采样板上的正投影可以覆盖2n/3个电阻器，且导电层的电位等于2/3倍的电压输入端的电位；其中，n为采样板中电阻器的数量，且n为3的倍数。也就是说，将采样板中串联连接的多个电阻器按顺序分为三等份，在电压较大的2n/3个电阻器的位置处设置导电层，并将电压为2/3倍的电压输入端的电位的电阻器与导电层电连接。这样，可以使第一个电阻器与导电层的电压差，与第2n/3个电阻器与导电层的电压差近似相等，降低各电阻器与周围导体之间的绝缘要求。

在本申请的另一实施例中，电压采样器中的至少一个采样板与壳体之间设有两个导电层，分别为第一导电层和第二导电层，其中，第一导电层在采样板上的正投影覆盖采样板中一部分电阻器，第二导电层在采样板上的正投影覆盖采样板中的另一部分电阻器。可选地，第一导电层覆盖的电阻器，可以与第二导电层覆盖的电阻器不同，即第一导电层与第二导电层覆盖的区域不重叠。在具体实施时，第一导电层与第二导电层可以覆盖采样板中所有的电阻器，或者，采样板中电压较小的电阻器可以不被导电层覆盖。并且，第一导电层在采样板上的正投影覆盖第一端的电阻器，第一导电层的电位大于第二导电层的电位。也就是说，第一导电层在采样板上的正投影覆盖采样板中电压较大的电阻器，第二导电层在采样板上的正投影覆盖采样板中电压较小的电阻器。本申请实施例中，通过在采样板与壳体之间设置两个导电层，可以减小采样板中电压较大的电阻器与周围导体之间的电压差，也可以减小采样板中电压较小的电阻器与周围导体之间的电压差，从而使采样板中的各电阻器与周围导体之间的距离均较小，减小电压采样器的体积。

可选地，第一导电层在采样板上的正投影可以覆盖采样板中n/2个电阻器，且第一导电层的电位大于1/2倍的电压输入端的电位，第二导电层在采样板上的正投影覆盖采样板中另外的n/2个电阻器，且第二导电层的电位小于1/2倍的电压输入端的电位，其中，n为采样板中电阻器的数量，且n为2的倍数。也就是说，将采样板中串联连接的多个电阻器按顺序分为二等份，在电压较大的n/2个电阻器的位置处设置第一导电层，在电压较小的n/2个电阻器的位置处设置第二导电层。

在一种可能的实现方式中，第一导电层靠近第二导电层的端部设有弯折部，弯折部朝向壳体弯折；和/或，第二导电层靠近第一导电层的端部设有弯折部，弯折部朝向壳体弯折。这样设置可以分散第一导电层与第二导电层之间的位置处的电场，防止第一导电层或第二导电层产生的电场影响采样板的电学性能。

第二方面，本申请实施例还提供了一种固态变压器，该固态变压器可以包括：上述任一电压采样器，以及与电压采样器电连接的功率变换器。该固态变压器包括上述任一电压采样器，由于上述电压采样器的体积较小，因而，该固体变压器的体积也较小。

附图说明

图1为相关技术中固态变压器的输入电压采样器的俯视结构示意图；

图2为图1中虚线L1处的截面结构示意图；

图3为图1中虚线L1处的另一截面结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电压采样器的俯视结构示意图；

图5为采样电路的结构示意图；

图6a为图4中虚线L2处的截面示意图；

图6b为图4中虚线L2处的另一截面示意图；

图7a为省略采样板等部件的电压采样器的俯视结构示意图；

图7b为图4中一个采样板位置处的局部放大示意图；

图8为本申请实施例提供的电压采样器的另一俯视结构示意图；

图9为图8中虚线L3处的截面示意图；

图10a为图8中第一导电层处的局部放大示意图；

图10b为图8中第二导电层处的局部放大示意图。

附图标记：

20-壳体；21a、21b-采样板；22-导电层；22a-第一导电层；22b-第二导电层；23-绝缘体；231-第一绝缘部；232-第二绝缘部；24-绝缘膜；25-导电连接线；30-采样电路；31-运算放大器；R1-第一参考电阻；R2-第二参考电阻；W1、W2-空腔；U1-条状凹槽；U2-条状凸起；T1、T2-弯折部。

具体实施方式

在相关技术中，可以采用电阻采样方式对固态变压器的输入电压进行采样，图1为相关技术中固态变压器的输入电压采样器的俯视结构示意图，如图1所示，该输入电压采样器可以包括：壳体10，以及位于壳体10内的采样板，图1中以该输入电压采样器包括采样板11a和采样板11b两个采样板为例进行举例。其中，每一个采样板包括多个串联连接的电阻器，例如，采样板11a包括：电阻器Ra(1)、Ra(2)……Ra(n)，采样板11b包括：电阻器Rb(1)、Rb(2)……Rb(n)，其中，n为大于等于2的整数。

固态变压器的输入电压Va施加在电阻器Ra(1)上，输入电压Vb施加在与电阻器Rb(1)上，电阻器Ra(n)和电阻器Rb(n)分别与壳体10电连接，且电阻器Ra(n)和电阻器Rb(n)均与接地端电连接，即采样板11a和采样板11b的末端电压V0均为0。由于采样板中的每一个电阻器都能够分压，因而，输入电压通过各电阻器后会逐渐衰减，通过采样低压侧电阻器的电压，并通过计算可以得到输入电压，例如，可以对电阻器Ra(n)的电压进行采样得到电压V1，通过电压V1及各电阻器的阻值，计算得到输入电压Va。其中，低压侧电阻器可以为靠近接地端的有限数量的电阻器，例如可以为靠近接地端的一个、两个或三个等数量的电阻器，只要通过采样低压侧电阻器能够得到输入电压即可。

采用电阻采样方式对输入电压进行采样的成本较低，但是，由于电阻器与壳体之间需要做基本绝缘，基本绝缘可以为电阻器与壳体提供基本的安全绝缘，防止电阻器与壳体被电击，不同采样板之间的电阻器也需要做绝缘设置，使得电阻器与壳体之间的距离较大，不同采样板之间的距离也较大，导致输入电压采样器的体积较大。

在相关技术中，可以采用空气绝缘或固体绝缘方式，对输入电压采样器进行绝缘设置。图2为图1中虚线L1处的截面结构示意图，如图2所示，当采用空气绝缘方式对输入电压采样器进行绝缘设置时，采样板11a(或11b)与壳体10之间为空气间隙，采样板11a与采样板11b之间为空气间隙。图2中，e1为采样板11a与左侧的壳体10之间的距离，e2为采样板11a的长度，e3为采样板11a与采样板11b之间的距离，e4为采样板11b的长度，e5为采样板11b与右侧的壳体10之间的距离，h1为采样板11a(或11b)与下侧的壳体10之间的距离，h2为采样板11a(或11b)的宽度，h3为采样板11a(或11b)与上侧的壳体10之间的距离。以输入电压为10kV左右为例，为了达到绝缘需求，需要将h1、h3、e1、e3、e5设置为90mm以上，该输入电压采样器的体积很大。

图3为图1中虚线L1处的另一截面结构示意图，如图3所示，当采用固体绝缘方式对输入电压采样器进行绝缘设置时，需要在壳体10内设置固体绝缘层12，考虑电场对电阻器的影响，为了提高绝缘效果，采样板11a和11b与固体绝缘层12之间具有空气间隙。在图3中，d1、d5、f1、f5及f9表示固体绝缘层12的厚度，d3表示采样板11a(或11b)的宽度，f3表示采样板11a的长度，f7表示采样板11b的长度，d2和d4表示采样板11a(或11b)与固体绝缘层12之间的距离，f2和f4为采样板11a与固体绝缘层12之间的距离，f6和f8表示采样板11b与固体绝缘层12之间的距离。

仍以输入电压为10kV左右为例，为了达到绝缘需求，固体绝缘层12的厚度d1、d5、f1、f5及f9可以设置为6mm～10mm的范围内。以图3中A、B两点为例，电压差U_AB为10kV，A、B两点形成的电场由空气场强E1和固体材料场强E2构成，其中，空气场强E1为A、B两点之间的空气间隙的场强，固体材料场强E2为A、B两点之间的固体绝缘层12的场强。空气场强E1可以按以下公式计算：

其中，ε1表示空气间隙的介电常数，f2表示A、B两点之间空气间隙的长度，ε2表示固体绝缘层12的介电常数，f1表示A、B两点之间固体绝缘层12的长度。

在耐压测试过程中，向电阻器Ra(1)施加的电压需要大于U_AB的工作电压，例如，在耐压测试过程中可以向电阻器Ra(1)施加35kV的电压。为了保证空气场强低于空气击穿场强，需要将f2设置为大于25mm，同样的，需要将f4、f6、f8、d2及d4也设置为大于25mm。可见，采用固体绝缘方式对输入电压采样器进行绝缘设置时，输入电压采样器的体积也很大。

基于此，为了减小固态变压器的输入电压采样器的体积，本申请实施例提供了一种电压采样器及固态变压器。

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供了一种电压采样器及固态变压器，该电压采样器可以对固态变压器的输入电压进行采样，当然，该电压采样器也可以对其他电压进行采样，此处不做限定。该固态变压器可以应用于新能源智能微网领域，也可以应用于传统电网领域。固态变压器可以作为电网和负载设备之间的中间设备，用于将电网中的电压进行转换，以供负载设备进行使用。在传统电网中，固态变压器可以用于解决配电网的电压扰动问题。

图4为本申请实施例提供的电压采样器的俯视结构示意图，图4可以为坐标系中XY所在平面的视图。如图4所示，该电压采样器可以包括：导电的壳体20，以及位于壳体20内部的至少一个采样板(例如图中的21a或21b)。其中，电压采样器中的每一个采样板可以包括：至少两个电阻器以及电压输入端，例如在图4中，采样板21a包括：电阻器Ra(1)、Ra(2)……Ra(n)，采样板21b包括：电阻器Rb(1)、Rb(2)……Rb(n)，其中，n为大于等于2的整数。采样板中的各电阻器按照第一端(例如图4中的左端)指向第二端(例如图4中的右端)的方向依次顺序电连接，采样板21a中的电阻器Ra(1)、Ra(2)……Ra(n)按照从左端到右端的方向依次顺序电连接，采样板21b中的电阻器Rb(1)、Rb(2)……Rb(n)按照从左端到右端的方向依次顺序电连接。并且，位于第一端的电阻器与电压输入端电连接。例如在图4中，采样板21a中的电阻器Ra(1)与电压输入端电连接，即输入电压Va施加到电阻器Ra(1)上。采样板21b中的电阻器Rb(1)与电压输入端电连接，即输入电压Vb施加到电阻器Rb(1)上。位于第二端的电阻器与壳体20电连接，壳体20与固定电位端电连接，固定电位端提供的电位为定值，该固定电位一般小于固态变压器的输入电压，例如，该固定电位可以为零电位，即电阻器Ra(n)和电阻器Rb(n)可以接地设置，这样，各采样板的末端电压V0均为0。将壳体与固定电位端电连接，可以防止电压采样器发生漏电等异常时，对其他电学部件造成损伤，也可以防止操作人员触电。可选地，壳体为导电材料制作而成，或者，壳体为绝缘材料制作而成，并且，在壳体表面覆盖有导电膜，使壳体能够导电。

可选地，上述采样板还可以包括印刷电路板，可以将用于连接电压输入端与电阻器的信号线，以及用于连接不同的电阻器的信号线集成到印刷电路板中，再将电阻器安装在印刷电路板的相应位置处。当然，采样板也可以采用其他方式实现，此处不做限定。

在本申请实施例中，以电压采样器包括两个采样板为例进行举例说明，在实际应用中，电压采样器中采样板的数量也可以为其他数值，例如，电压采样器中也可以包括三个采样板，可以根据实际电网的实际需求进行设置，此处不对电压采样器中采样板的数量进行限定。

由于采样板中的每一个电阻器都能够分压，因而，输入电压通过各电阻器后会逐渐衰减，通过采样低压侧电阻器的电压，并通过计算可以得到输入电压，例如，可以对电阻器Ra(n)的电压进行采样得到电压V1，通过电压V1及各电阻器的阻值，计算得到输入电压Va，可选地，可以采用关系式：V1＝Va*Ra(n)/(Ra(1)+…+Ra(n))计算得到输入电压Va。其中，低压侧电阻器可以为靠近接地端的有限数量的电阻器，例如可以为靠近接地端的一个、两个或三个等数量的电阻器，只要通过采样低压侧电阻器能够得到输入电压即可。

在具体实施时，可以采用采样电路30对低压侧电阻器的电压进行采样。图5为采样电路的结构示意图，结合图4和图5，该采样电路30可以包括：运算放大器31、第一参考电阻R1以及第二参考电阻R2，其中，运算放大器31的第一输入端p1与第一参考电阻R1电连接，第二输入端p2与第二参考电阻R2电连接，运算放大器31的第一输入端p1和第二输入端p2与低压侧电阻器电连接，输出端q可以输出采样电压Vs。以对电阻器Ra(n)的电压V1进行采样为例，将运算放大器31的第一输入端p1和第二输入端p2分别与电阻器Ra(n)的两端电连接，根据采样得到的采样电压Vs，可以确定电阻器Ra(n)的电压V1。当然，也可以采用其他方式对低压侧电阻器的电压进行采样，此处不做限定。

图6a为图4中虚线L2处的截面示意图，图6a可以为坐标系中YZ所在平面的视图。如图4和图6a所示，本申请实施例提供的电压采样器还可以包括：位于导电层22，至少一个采样板与壳体20之间设有该导电层22。该导电层22与采样板中的一个电阻器电连接，且该导电层22的电位大于固定电位端的电位，且小于电压输入端的电位。本申请实施例中，通过在采样板与壳体20之间设置导电层22，且导电层22的电位在壳体20的电位与电压输入端的电位之间，这样，可减小采样板与周围导体之间的电压差，降低采样板因击穿场强过大而受到损伤的风险，从而减小对采样板与周围导体之间的绝缘要求，进而缩小电压采样器的体积。

图7a为省略采样板等部件的电压采样器的俯视结构示意图，结合图6a和图7a，在本申请实施例中，上述电压采样器还可以包括：位于壳体20内部的绝缘体23，绝缘体23内设有用于容置采样板的至少一个空腔，且采样板与绝缘体23之间具有空隙，例如，绝缘体23可以包括空腔W1，采样板21a可以设置在空腔W1内。这样，采用固态绝缘与空气绝缘结合的方式，对采样板21a进行绝缘，可以使绝缘效果较好。

可选地，每一个空腔内可以设有一个采样板，当上述电压采样器包括至少两个采样板时，例如采样板21a和21b，不同的采样板位于绝缘体23内不同的空腔内，例如，绝缘体23可以包括空腔W1和W2，采样板21a可以设置在空腔W1内，采样板21b可以设置在空腔W2内。这样，不同的采样板之间可以通过绝缘体23和空气间隙绝缘，即不同的采样板之间也可以采用固态绝缘与空气绝缘结合的方式绝缘，进一步提高绝缘效果。

如图7a所示，在电压采样器中，绝缘体23内设有相互连通的至少两个空腔，例如，绝缘体23内的空腔W1与空腔W2之间相互连通。这样，绝缘体23内的空腔可以容置更多电学部件，便于合理设置电压采样器中各电学部件的位置。

在实际应用中，为了便于将采样板安装到绝缘体中的空腔内，如图6a所示，在本申请的一些实施例中，上述绝缘体23可以包括：第一绝缘部231以及与第一绝缘部231固定连接的第二绝缘部232，其中，第一绝缘部231可以包括：用于容置采样板的凹槽，第一绝缘部231中的凹槽与第二绝缘部232构成空腔。在采样板的安装过程中，可以先将采样板固定在第一绝缘部231中对应的凹槽内，然后再将第二绝缘部232与第一绝缘部231对位并固定连接，之后，在绝缘体23的外表面包裹一层导电材料，以在绝缘体23的外侧形成导电的壳体20。在对第二绝缘部232进行设置时，可以将第二绝缘部232对应于第一绝缘部231中的凹槽的区域设置为平坦面，当然，也可以在第二绝缘部232中设置与第一绝缘部231中的凹槽对应的槽状结构，只要第一绝缘部231与第二绝缘部232固定连接后能够构成容置采样板的空腔即可。

在具体设置过程中，可以采用多种方式将第一绝缘部与第二绝缘部进行固定连接，例如可以采用以下两种方式：

方式一：

如图6a所示，第一绝缘部231中的凹槽的侧壁顶端设有条状凹槽U1，该条状凹槽U1沿垂直于图6a所示的平面的方向延伸，第二绝缘部232中设有与条状凹槽U1位置对应的条状凸起U2，且条状凸起U2嵌设于对应的条状凹槽U1内。在方式一中，通过在第一绝缘部231中设置条状凹槽U1，在第二绝缘部232中设置条状凸起U2，一方面，可以使得第一绝缘部231与第二绝缘部232之间的固定连接更加牢固，另一方面，可以增大相邻两个采样板之间的爬电距离，爬电距离可以指相邻两个采样板沿着绝缘体23表面的最近距离。在不同的使用情况下，采样板周围的绝缘体可能被电极化，使采样板附近的绝缘体产生带电区，本申请实施例中，通过增大相邻两个采样板之间的爬电距离，可以保证相邻两个采样板之间的绝缘效果较好。

方式二：

图6b为图4中虚线L2处的另一截面示意图，图6b可以为坐标系中YZ所在平面的视图。如图6b所示，第一绝缘部231中的凹槽的侧壁顶端设有条状凸起U2，第二绝缘部232中设有与条状凸起U2位置对应的条状凹槽U1，且条状凸起U2嵌设于对应的条状凹槽U1内。在方式二中，通过在第一绝缘部231中设置条状凸起U2，在第二绝缘部232中设置条状凹槽U1，一方面，可以使得第一绝缘部231与第二绝缘部232之间的固定连接更加牢固，另一方面，可以增大相邻两个采样板之间的爬电距离，可以保证相邻两个采样板之间的绝缘效果较好。

当然，除上述方式一和方式二外，在一些实施例中，也可以采用其他方式对第一绝缘部与第二绝缘部进行固定连接，此处不做限定。

在本申请的一些实施例中，如图6a所示，上述导电层22可以设置在第一绝缘部231中的凹槽的内部底面及内部侧面，即导电层22的形状可以为凹槽状，这样，导电层22可以围绕在对应的采样板的周围，使导电层22对采样板的效果较好。在具体实施时，可以根据实际需要对导电层22的位置和形状进行设置，例如，可以在第二绝缘部232对应于第一绝缘部231中的凹槽的区域设置导电层，或者，可以仅在采样板的某一侧设置导电层，此处不对导电层的具体设置方式进行限定。

可选地，在本申请实施例提供的电压采样器中，如图4和图6a所示，导电层22设置于空腔的内壁上，且导电层22朝向采样板一侧的表面设有绝缘膜24，例如该绝缘膜24为绝缘纸。通过在导电层22的表面设置绝缘膜24，可以进一步增强导电层22与采样板之间的绝缘效果。在制作过程中，可以将导电层22涂覆于绝缘体23的内表面，之后，在导电层22的表面覆盖一层绝缘膜24。

图8为本申请实施例提供的电压采样器的另一俯视结构示意图，图9为图8中虚线L3处的截面示意图，图8可以为坐标系中XY所在平面的视图，图9可以为坐标系中YZ所在平面的视图。如图8和图9所示，在另一些实施例中，上述导电层22可以嵌设于绝缘体23的内部，这样，也可以增强导电层22与采样板之间的绝缘效果。

在具体实施时，本申请实施例提供的上述电压采样器中，如图4和图6a所示，电压采样器中的至少一个采样板与壳体20之间设有一个导电层22，例如，可以在采样板21a与壳体20之间设置一个导电层22，可以在采样板21b与壳体20之间设置一个导电层22。图7b为图4中一个采样板位置处的局部放大示意图，结合图4和图7b，导电层22在采样板上的正投影至少覆盖采样板中一半数量的电阻器，且导电层22在采样板上的正投影覆盖位于第一端的电阻器，也就是说，导电层22在采样板上的正投影覆盖采样板中电压较大的电阻器，例如，导电层22在采样板21a上的正投影覆盖电阻器Ra(1)至Ra(n/2)，导电层22在采样板21b上的正投影覆盖电阻器Ra(1)至Ra(n/2)。并且，导电层22的电位大于1/2倍的电压输入端的电位。在具体设置时，可以设置导电连接线25，将导电层22与电压大于1/2倍的电压输入端的电位的电阻器电连接，从而使导电层22的电位大于1/2倍的电压输入端的电位。

由于导电层22可以减小采样板中电压较大的电阻器与周围导体之间的电压差，从而减小对采样板与周围导体之间的绝缘要求，使采样板中电压较大的电阻器与周围导体之间的距离较小。而采样板中电压较小的电阻器与周围导体之间的电压差本身较小，因而，采样板中电压较小的电阻器与周围导体之间的距离本身较小，所以，采样板中电压较小的电阻器附近也可以不设置导电层。因此，本申请中图4所示的电压采样器的体积较小。

可选地，继续参照图4和图7b，导电层22在采样板上的正投影可以覆盖2n/3个电阻器，且导电层的电位等于2/3倍的电压输入端的电位；其中，n为采样板中电阻器的数量，且n为3的倍数。也就是说，将采样板中串联连接的多个电阻器按顺序分为三等份，在电压较大的2n/3个电阻器的位置处设置导电层22，并将电压为2/3倍的电压输入端的电位的电阻器与导电层22电连接。这样，可以使第一个电阻器与导电层22的电压差，与第2n/3个电阻器与导电层22的电压差近似相等，降低各电阻器与周围导体之间的绝缘要求。

例如，采样板21a中的电阻器Ra(1)至Ra(2n/3)的位置处设有导电层22，将电阻器Ra(n/3)与电阻器Ra(n/3+1)之间的位置处的电压引出至导电层22，此时，电阻器Ra(1)与导电层22之间的电压差为Va*1/3，电阻器Ra(2n/3)与导电层22之间的电压差也为Va*1/3。这样，电阻器Ra(1)与导电层22之间的距离a1，可以与电阻器Ra(2n/3)与导电层22之间的距离b1相等。并且，由于电阻器Ra(1)与电阻器Ra(2n/3)之间的各电阻器与导电层22之间的电压差均小于Va*1/3，因而，将这些电阻器与导电层22之间的距离也设置为a1(或b1)，也能够满足这些电阻器与导电层22之间的绝缘要求。

同理，采样板21b中的电阻器Rb(1)至Rb(2n/3)的位置处设有导电层22，将电阻器Rb(n/3)与电阻器Rb(n/3+1)之间的位置处的电压引出至导电层22。电阻器Rb(1)与导电层22之间的电压差为Vb*1/3，电阻器Rb(2n/3)与导电层22之间的电压差也为Vb*1/3。这样，电阻器Rb(1)与导电层22之间的距离a2，可以与电阻器Rb(2n/3)与导电层22之间的距离b2相等。并且，由于电阻器Rb(1)与电阻器Rb(2n/3)之间的各电阻器与导电层22之间的电压差均小于Vb*1/3，因而，将这些电阻器与导电层22之间的距离也设置为a2(或b2)，也能够满足这些电阻器与导电层22之间的绝缘要求。

以输入电压为10kV左右为例，即以Va＝10kV，Vb＝10kV为例，电阻器Ra(n/3)与导电层22之间的电压差为0，由于电阻器Ra(n/3)处的自身电压约为6.67kV，则电阻器Ra(n/3)位置处的导电层22的电位也约为6.67kV。电阻器Ra(1)与导电层22之间的电压差约为3.34kV，经计算，电阻器Ra(1)与导电层22之间的距离a1可以设置为8.5mm左右。电阻器Ra(2n/3)自身的电压约为3.34kV，则电阻器Ra(2n/3)到导电层22的电压差约为-3.34kV，经计算，电阻器Ra(2n/3)与导电层22之间的距离b1可以设置为8.5mm左右。同理，电阻器Rb(1)与导电层22之间的距离a2也可以设置为8.5mm左右，电阻器Rb(2n/3)与导电层22之间的距离b2也可以设置为8.5mm左右。相比于相关技术中，采样板与固体绝缘层之间的距离需要设置在25mm左右，本申请实施例可以大幅减小电压采样器的体积。

在本申请的另一实施例中，如图8所示，电压采样器中的至少一个采样板与壳体20之间可以设有两个导电层，分别为第一导电层22a和第二导电层22b，图10a为图8中第一导电层处的局部放大示意图，图10b为图8中第二导电层处的局部放大示意图，结合图8、图10a和图10b，第一导电层22a在采样板上的正投影覆盖采样板中一部分电阻器，第二导电层22b在采样板上的正投影覆盖采样板中的另一部分电阻器。可选地，第一导电层22a覆盖的电阻器，可以与第二导电层22b覆盖的电阻器不同，即第一导电层22a与第二导电层22b覆盖的区域不重叠。在具体实施时，第一导电层22a与第二导电层22b可以覆盖采样板中所有的电阻器，或者，采样板中电压较小的电阻器可以不被导电层覆盖。并且，第一导电层22a在采样板上的正投影覆盖第一端的电阻器，第一导电层22a的电位大于第二导电层22b的电位。也就是说，第一导电层22a在采样板上的正投影覆盖采样板中电压较大的电阻器，第二导电层22b在采样板上的正投影覆盖采样板中电压较小的电阻器。本申请实施例中，通过在采样板与壳体20之间设置两个导电层，可以减小采样板中电压较大的电阻器与周围导体之间的电压差，也可以减小采样板中电压较小的电阻器与周围导体之间的电压差，从而使采样板中的各电阻器与周围导体之间的距离均较小，减小电压采样器的体积。

可选地，继续参照图8、图10a和图10b，第一导电层22a在采样板上的正投影可以覆盖采样板中n/2个电阻器，且第一导电层22a的电位大于1/2倍的电压输入端的电位，第二导电层22b在采样板上的正投影可以覆盖采样板中另外的第n/2个电阻器，且第二导电层22b的电位小于1/2倍的电压输入端的电位；其中，n为采样板中电阻器的数量，且n为2的倍数。也就是说，将采样板中串联连接的多个电阻器按顺序分为二等份，在电压较大的n/2个电阻器的位置处设置第一导电层22a，在电压较小的n/2个电阻器的位置处设置第二导电层22b。

例如，采样板21a中的电阻器Ra(1)至Ra(n/2)的位置处设有第一导电层22a，将电阻器Ra(n/4)与电阻器Ra(n/4+1)之间的位置处的电压引出至第一导电层22a，电阻器Ra(n/4)与电阻器Ra(n/4+1)之间的位置处的电压为Va*3/4，此时，电阻器Ra(1)与第一导电层22a之间的电压差为Va/4，电阻器Ra(n/2)与第一导电层22a之间的电压差也为Va/4。这样，电阻器Ra(1)与第一导电层22a之间的距离a3，可以与电阻器Ra(n/2)与第一导电层22a之间的距离b3相等。并且，电阻器Ra(1)与电阻器Ra(n/2)之间的电阻器与第一导电层22a之间的距离也可以设置为a3(或b3)，也能够满足这些电阻器与第一导电层22a之间的绝缘要求。

采样板21a中的电阻器Ra(n/2+1)至电阻器Ra(n)的位置处设有第二导电层22b，将电阻器Ra(3n/4)与电阻器Ra(3n/4+1)之间的位置处的电压引出至第二导电层22b，电阻器Ra(3n/4)与电阻器Ra(3n/4+1)之间的位置处的电压为Va/4，此时，电阻器Ra(n/2+1)与第二导电层22b之间的电压差为Va/4，电阻器Ra(n)与第二导电层22b之间的电压差也为Va/4。这样，电阻器Ra(n/2+1)与第二导电层22b之间的距离a4，可以与电阻器Ra(n)与第二导电层22b之间的距离b4相等，此外，距离a3也可以与距离a4相等。并且，电阻器Ra(n/2+1)与电阻器Ra(n)之间的电阻器与第二导电层22b之间的距离也可以设置为a4(或b4)，也能够满足这些电阻器与第二导电层22b之间的绝缘要求。

同理，采样板21b中的电阻器Rb(1)至Rb(n/2)的位置处设有第一导电层22a，将电阻器Rb(n/4)与电阻器Rb(n/4+1)之间的位置处的电压引出至第一导电层22a，电阻器Rb(n/4)与电阻器Rb(n/4+1)之间的位置处的电压为Vb*3/4，此时，电阻器Rb(1)与第一导电层22a之间的电压差为Vb/4，电阻器Rb(n/2)与第一导电层22b之间的电压差也为Vb/4。这样，电阻器Rb(1)与第一导电层22a之间的距离a5，可以与电阻器Rb(n/2)与第一导电层22a之间的距离b5相等。并且，电阻器Rb(1)与电阻器Rb(n/2)之间的电阻器与第一导电层22a之间的距离也可以设置为a5(或b5)，也能够满足这些电阻器与第一导电层22a之间的绝缘要求。

采样板21b中的电阻器Rb(n/2+1)至电阻器Rb(n)的位置处设有第二导电层22b，将电阻器Rb(3n/4)与电阻器Rb(3n/4+1)之间的位置处的电压引出至第二导电层22b，电阻器Rb(3n/4)与电阻器Rb(3n/4+1)之间的位置处的电压为Vb/4，此时，电阻器Rb(n/2+1)与第二导电层22b之间的电压差为Vb/4，电阻器Rb(n)与第二导电层22b之间的电压差也为Vb/4。这样，电阻器Rb(n/2+1)与第二导电层22b之间的距离a6，可以与电阻器Rb(n)与第二导电层22b之间的距离b6相等，此外，距离a5也可以与距离a6相等。并且，电阻器Rb(n/2+1)与电阻器Rb(n)之间的电阻器与第二导电层22b之间的距离也可以设置为a6(或b6)，也能够满足这些电阻器与第二导电层22b之间的绝缘要求。

在具体实施时，本申请实施例提供的上述电压采样器中，如图8和图10a所示，第一导电层22a靠近第二导电层22b的端部设有弯折部T1，弯折部T1朝向壳体20弯折；或者，如图8和图10b所示，第二导电层22b靠近第一导电层22a的端部设有弯折部T2，弯折部T2朝向壳体20弯折；或者，如图8、图10a和图10b所示，第一导电层22a靠近第二导电层22b的端部设有弯折部T1，弯折部T1朝向壳体20弯折，第二导电层22b靠近第一导电层22a的端部设有弯折部T2，弯折部T2朝向壳体20弯折。这样设置可以分散第一导电层22a与第二导电层22b之间的位置处的电场，防止第一导电层22a或第二导电层22b产生的电场影响采样板的电学性能。

基于同一技术构思，本申请实施例还提供了一种固态变压器，该固态变压器可以包括：上述任一电压采样器，以及与电压采样器电连接的功率变换器。由于该电压采样器中，在采样板与壳体之间设置导电层，且导电层的电位在壳体的电位与电压输入端的电位之间，这样，可减小采样板与周围导体之间的电压差，降低采样板因击穿场强过大而受到损伤的风险，从而减小对采样板与周围导体之间的绝缘要求，进而缩小电压采样器的体积。该固态变压器包括上述任一电压采样器，由于上述电压采样器的体积较小，因而，该固体变压器的体积也较小。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种电压采样器，其特征在于，包括：导电的壳体，位于所述壳体内部的至少一个采样板，以及导电层；

所述至少一个采样板中的每一个采样板包括：至少两个电阻器以及电压输入端，所述至少两个电阻器按照第一端指向第二端的方向依次顺序电连接，位于所述第一端的所述电阻器与所述电压输入端电连接，位于所述第二端的所述电阻器与所述壳体电连接；所述壳体与固定电位端电连接；所述固定电位端提供的电位为定值；

所述至少一个采样板中的至少一个采样板与所述壳体之间设有所述导电层，所述导电层与所述采样板中的一个电阻器电连接，且所述导电层的电位大于所述固定电位端的电位，且小于所述电压输入端的电位。

2.如权利要求1所述的电压采样器，其特征在于，还包括：位于所述壳体内部的绝缘体；

所述绝缘体内设有用于容置所述采样板的至少一个空腔，且所述采样板与所述绝缘体之间具有空隙。

3.如权利要求2所述的电压采样器，其特征在于，所述至少一个空腔中的每一个空腔内设有一个所述采样板。

4.如权利要求3所述的电压采样器，其特征在于，所述绝缘体内设有相互连通的至少两个所述空腔。

5.如权利要求2～4任一项所述的电压采样器，其特征在于，所述导电层设置于所述空腔的内壁上，且所述导电层朝向所述采样板一侧的表面设有绝缘膜。

6.如权利要求2～4任一项所述的电压采样器，其特征在于，所述导电层嵌设于所述绝缘体的内部。

7.如权利要求2～4任一项所述的电压采样器，其特征在于，所述绝缘体包括：第一绝缘部以及与所述第一绝缘部固定连接的第二绝缘部；

所述第一绝缘部包括：用于容置所述采样板的凹槽；

所述第一绝缘部中的所述凹槽与所述第二绝缘部构成所述空腔。

8.如权利要求7所述的电压采样器，其特征在于，所述第一绝缘部中的所述凹槽的侧壁顶端设有条状凹槽，所述第二绝缘部中设有与所述条状凹槽位置对应的条状凸起，且所述条状凸起嵌设于对应的所述条状凹槽内；

或者，所述第一绝缘部中的所述凹槽的侧壁顶端设有条状凸起，所述第二绝缘部中设有与所述条状凸起位置对应的条状凹槽，且所述条状凸起嵌设于对应的所述条状凹槽内。

9.如权利要求7所述的电压采样器，其特征在于，所述导电层设置在所述第一绝缘部中的所述凹槽的内部底面及内部侧面。

10.如权利要求1～4任一项所述的电压采样器，其特征在于，所述至少一个采样板中的至少一个采样板与所述壳体之间设有一个所述导电层；

所述导电层在所述采样板上的正投影至少覆盖所述采样板中一半数量的所述电阻器，且所述导电层在所述采样板上的正投影覆盖位于所述第一端的所述电阻器；所述导电层的电位大于1/2倍的所述电压输入端的电位。

11.如权利要求10所述的电压采样器，其特征在于，所述导电层在所述采样板上的正投影覆盖2n/3个所述电阻器，且所述导电层的电位等于2/3倍的所述电压输入端的电位；其中，n为所述采样板中所述电阻器的数量，且n为3的倍数。

12.如权利要求1～4任一项所述的电压采样器，其特征在于，所述至少一个采样板中的至少一个采样板与所述壳体之间设有两个所述导电层，分别为第一导电层和第二导电层；

所述第一导电层在所述采样板上的正投影覆盖所述采样板中一部分所述电阻器，所述第二导电层在所述采样板上的正投影覆盖所述采样板中的另一部分所述电阻器，且所述第一导电层在所述采样板上的正投影覆盖所述第一端的所述电阻器；

所述第一导电层的电位大于所述第二导电层的电位。

13.如权利要求12所述的电压采样器，其特征在于，所述第一导电层在所述采样板上的正投影覆盖所述采样板中n/2个所述电阻器，所述第二导电层在所述采样板上的正投影覆盖所述采样板中另外的n/2个所述电阻器；

所述第一导电层的电位大于1/2倍的所述电压输入端的电位，所述第二导电层的电位小于1/2倍的所述电压输入端的电位；

其中，n为所述采样板中所述电阻器的数量，且n为2的倍数。

14.如权利要求12所述的电压采样器，其特征在于，所述第一导电层靠近所述第二导电层的端部设有弯折部，所述弯折部朝向所述壳体弯折。

15.如权利要求12所述的电压采样器，其特征在于，所述第二导电层靠近所述第一导电层的端部设有弯折部，所述弯折部朝向所述壳体弯折。

16.一种固态变压器，其特征在于，包括：如权利要求1～15任一项所述的电压采样器，以及与所述电压采样器电连接的功率变换器。

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