CN115825527A - 一种lc兼容型电压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LC兼容型电压传感器，涉及电压传感器领域，包括：高压线路板的两侧均设置有相互平行的开口；高压线路板的输出端与高压出线端子连接；高压电容通过相互平行的开口固定在线路板上；低压电容的一端分别与高压线路板的低压输出端、瞬态二极管的一端和电压跟随器连接；低压电容的另一端分别与瞬态二极管的另一端、电压跟随器和变压器的一次侧连接，且低压电容的另一端接地；高压线路板、高压电容、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器均设置在外壳的内部；高压出线端子贯穿外壳；气阀设置在外壳上；绝缘气体通过气阀充入外壳的内部。本发明能够提高电压传感器的可靠性，便于维护和返修。

Description

一种LC兼容型电压传感器

技术领域

本发明涉及电压传感器领域，特别是涉及一种LC兼容型电压传感器。

背景技术

目前电压传感器中高压电容采用多只低压电容芯组外串焊接而成，可靠性很难控制。外串焊接后的芯组放在普通塑壳中，填充环氧树脂，这种半密封方式对外绝缘性能较低；线路板虽然带有缝隙，但缝隙中没有绝缘插板，完全靠空气间隙隔离，因此表面绝缘水平较低，必须采用环氧树脂填充；低压信号输出电路中，有的仅经低压电容直接输出，没有负载隔离，无法排除负载的影响；有的经低压电容分压后，直接并联微型变压器，因而存在系统LC谐振风险；由于高压电容和线路板结构上缺陷，电容在线路板上组装后，都必须要采用环氧树脂浇注成型。这种实心包封方式，既要消耗大量环氧树脂，又无法返修生产过程中或运行中可能出现的问题；当产品运行年限期满回收处理时：如果直接焚烧将产生大量有害气体，破坏生态环境；如果支解，由于固体环氧树脂很硬，则需要先粉碎，再重新筛选分类，这就势必造成费时又费力。

发明内容

为了解决现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种LC兼容型电压传感器，能够提高电压传感器的可靠性，便于维护和返修。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种LC兼容型电压传感器，包括：高压线路板、高压电容、高压出线端子、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器、变压器、外壳和气阀；

所述高压线路板的两侧均设置有相互平行的开口；所述高压线路板的输出端与所述高压出线端子连接；所述高压电容通过所述相互平行的开口固定在所述线路板上；

所述低压电容的一端分别与所述高压线路板的低压输出端、所述瞬态二极管的一端和所述电压跟随器连接；所述低压电容的另一端分别与所述瞬态二极管的另一端、所述电压跟随器和所述变压器的一次侧连接，且所述低压电容的另一端端接地；

所述高压线路板、高压电容、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器均设置在所述外壳的内部；所述高压出线端子贯穿所述外壳；

所述气阀设置在所述外壳上；绝缘气体通过所述气阀充入所述外壳的内部。

可选地，所述外壳包括硅橡胶套、底盖和内壳；

所述硅橡胶套套设在所述内壳的外壁上；

所述底盖固定在所述内壳的开口处；所述底盖与所述内壳构成封闭的空间；

所述高压线路板、高压电容、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器均设置在所述封闭的空间中；所述气阀设置在所述底盖上并连通所述封闭的空间和所述外壳的外部。

可选地，所述底盖上设置有定位凹槽；所述高压线路板的一端通过所述凹槽固定；所述高压线路板的另一端与所述高压出线端子固定连接。

可选地，所述电压传感器还包括接线端子；所述低压端子包括所述电压跟随器的工作电源进线端子、接地端子和所述变压器的二次侧端子；所述接线端子设置在所述底盖上。

可选地，所述高压电容为薄膜电容。

可选地，所述电压传感器还包括高压电容外壳；

所述高压电容设置在所述高压电容外壳内；

所述外壳的两侧设置有绝缘插板；所述绝缘插板插入对应的所述相互平行的开口；

可选地，所述相互平行的开口之间的间距一致。

可选地，所述电压传感器还包括低压线路板；

所述低压电容、瞬态二极管和电压跟随器固定连接在所述低压线路板上。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种LC兼容型电压传感器，包括：高压线路板、高压电容、高压出线端子、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器、变压器、外壳和气阀；高压线路板的两侧均设置有相互平行的开口；高压线路板的输出端与高压出线端子连接；高压电容通过相互平行的开口固定在线路板上；低压电容的一端分别与高压线路板的低压输出端、瞬态二极管的一端和电压跟随器连接；低压电容的另一端分别与瞬态二极管的另一端、电压跟随器和变压器的一次侧连接，且低压电容的另一端接地；高压线路板、高压电容、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器均设置在外壳的内部；高压出线端子贯穿外壳；气阀设置在外壳上；绝缘气体通过气阀充入外壳的内部。本发明通过提高单只高压电容的可靠性，加强相邻电容之间绝缘性能；优化设计高压线路板表面爬电的防范，为提高相邻电容之间的绝缘水平提供条件；高压线路板上电容的合理布局，确保整机的综合性能；低压信号输出电路的过电压保护，负载影响的隔离，LC谐振现象的避免和对后级控制单元的保护；采用绝缘气体进行绝缘，便于维护和返修，避免浪废现象发生，同时便于再回收利用，节约资源，符合环境保护要求，避免环境污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明单相电气原理图；

图2为三相电气原理图；

图3为单相成品外形及内部结构图；

图4为高压电容芯组内部结构图；

图5为高压电容芯组箔膜内六串结构图；

图6为高压电容外壳结构图；

图7为高压电容插壳结构图；

图8为为低压电容芯组金属化膜结构图；

图9为低压电容外壳结构图；

图10为高压线路板设计图；

图11为高压电容串联连接设计图；

图12为高压出线端子设计图；

图13为高压端子硅橡胶连接线设计图；

图14为低压线路板设计图；

图15为低压线路盒设计图；

图16为低压微型变压器铁芯设计图；

图17为低压微型变压器盒设计图；

图18为低压端子设计图；

图19为微型气阀设计图；

图20为产品外壳设计图；

图21为外壳硅橡胶套设计图；

图22为产品密封件的圆环形密封件设计图；

图23为产品密封件的底座盒长方形密封件设计图；

图24为产品底盖设计图；

图25为底盖密封件结构图。

符号说明：

高压出线端子—1，密封件—2，硅橡胶套—3，内壳—4，高压电容—5，高压线路板—6，定位凹槽—7，底盖—8，低压端子—9，接地端子—10，电压跟随器的工作电源进线端子—11，气阀—12，安装螺丝—13，变压器—14，低压线路盒—15，MPP膜—16，PP膜—17，铝箔—18，金属蒸镀层—19，绝缘插板—20，安装孔—21，高压电容外壳—22，高压线路板的输出端—23，高压线路板的安装孔—24，相互平行的开口—25，高压电容引线焊接孔—26，环氧树脂板—27，铜箔—28，导线穿孔—29，电容一的一个极板—30，电容一的另一个极板—31，电容一与电容二的连接点—32，电容二的一个极板—33，电容二的另一个极板—34，电容二与电容三的连接点—35，电容三的一个极板—36，电容三的另一个极板—37，电容三与电容四的连接点—38，电容四的一个极板—39，电容四的另一个极板—40，电容四与电容五的连接点—41，电容五的一个极板—42，电容五的另一个极板—43，电容五与电容六的连接点—44，电容六的一个极板—45，电容六的另一个极板—46，高压电容插壳—47，带盖—48，引线出口—49，金属镀层—50，介质—51，留边—52，密封件放置处—53，高压出线端子密封件—54，紫铜线—55，接线端子—56，硅橡胶—57，可封闭高压出线端子拉动方向—58，低压线路板安装孔—59，低压线路板—60，低压线路盒安装孔—61，带螺纹孔的低压线路板固定支架—62，低压线路盒的上盖—63，第一出线孔—64，第二出线孔—65，定位圆柱—66，进线孔—67，第三出线孔—68，气孔—69，圆环形密封件—70，金属圆盘形垫圈—71，螺杆—72。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种LC兼容型电压传感器，能够提高电压传感器的可靠性，便于维护和返修。

本发明特别适用于10kV和20kV智能配网一二次融合中作为相电压传感器和零序电压传感器，以满足相电压测量和零序电压保护智能化要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种LC兼容型电压传感器，如图3所示，所述电压传感器包括：高压线路板6、高压电容5、高压出线端子1、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器、变压器14、外壳和气阀12。

具体地，所述高压电容5为薄膜电容且所述高压电容5的数量为15个。单只的高压电容5采用内六串薄膜结构，无需外串焊接，如图4所示，高压电容5的结构包括MPP膜16(Metalliedpolypropylenefilm，金属化聚丙烯薄膜)、PP膜17(polypropylenefilm，聚丙烯薄膜)、铝箔18和金属蒸镀层19；铝箔18和所述金属蒸镀层19分别为高压电容5的两个电极板；具体的，高压电容5为六个容值相同的电容串联构成；内六串薄膜结构为铝箔18中短的一处为电容一的一个极板，与电容一正对的金属蒸镀层19为电容一的另一个极板串联电容二的一个极板，与电容二的一个极板正对的铝箔18为电容二的另一个极板串联电容三的一个极板，与电容三的一个极板正对的金属蒸镀层19为电容三的另一个极板串联电容四的一个极板，与电容四的一个极板正对的铝箔18为电容四的另一个极板串联电容五的一个极板，与电容五的一个极板正对的金属蒸镀层19为电容五的另一个极板串联电容六的一个极板，与电容六的一个极板正对的铝箔18为电容六的另一个极板，从而实现了高压电容5内部由六个容值相同的电容串联的结构，提高产品质量的可控性和一致性。如图5所示，电容一的一个极板30与电容一的另一个极板31组成电容一，电容二的一个极板33与电容二的另一个极板组成电容二，电容一与电容二通过电容一与电容二的连接点32串联，电容三的一个极板36与电容三的另一个极板37组成电容三，电容二与电容三通过电容二与电容三的连接点35串联，电容四的一个极板39与电容四的另一个极板40组成电容四，电容三与电容四通过电容三与电容四的连接点38串联，电容五的一个极板42与电容五的另一个极板43组成电容五，电容四与电容五通过电容四与电容五的连接点41串联，电容六的一个极板45与电容六的另一个极板46组成电容六，电容五与电容六通过电容五与电容六的连接点44串联，电容一与电容二的连接点32、电容三与电容四的连接点—38和电容五与电容六的连接点44为金属蒸镀层19内部直接串联，即“内串”结构，电容二与电容三的连接点35和电容四与电容五的连接点41为铝箔18内部直接串联，即“内串”结构，从而得到内六串结构。MPP膜16的厚度为：8μm-12μm；PP膜17的厚度为：8μm-12μm；铝箔18的厚度为：6μm-7μm。单只高压电容5芯组封装采用全密封结构，外壳采用局部边缘外加耳形插片，如图6所示，高压线路板的安装孔24与高压电容外壳22的安装孔21对应固定连接，使得所述高压电容外壳22固定在高压线路板6上；外壳中部加装U形插套，有效隔离相邻电容之间的电位差，提高单只电容的绝缘性能；具体地，本高压电容主体外壳为无盖、可固定、相对两边缘带“耳”形插片式外壳。绝缘插板20为带“耳”形插片，可以一一对应插入线路板缝隙即相互平行的开口25中，其中间部分错位重叠8mm～10mm，高出外壳上口部分为10mm～12mm，这样可将线路板表面以“墙体”方式隔离，每只高压电容提供隔离两次，15只电容共以“墙体”方式隔离30次，这样，便加长了线路板表面爬电距离。“耳”形插片两端还超出壳体8mm～10mm，用以隔离相邻高压电容之间有电位差的引线焊接点，防止焊接点之间爬电。安装孔21为高压电容外壳22的安装孔，安装时用绝缘材料做成的螺丝钉通过此孔，可将高压电容5固定在线路板上。高压电容外壳22表示电容外壳为有底，以区别上面为开口无盖。

图7为高压电容插壳结构图，如图7所示，高压电容插壳47中，与带盖48的一面正对的一面是打开的。带盖48上有两个引线出口49，高压电容引线从引线出口49穿出，高压电容插壳47的外形尺寸比高压电容外壳22内腔略小，以便配合插入高压电容外壳22中，即高压电容插壳47倒扣入高压电容外壳22中，形成密封状态。

进一步地，所述电压传感器还包括高压电容外壳22；所述高压电容5设置在所述高压电容外壳22内；所述外壳的两侧设置有绝缘插板20；所述绝缘插板20插入对应的所述相互平行的开口25。所述高压电容外壳22固定在所述高压线路板6上后的效果如图11所示。具体地，所述高压电容外壳22的安装孔21所在的一面是打开的。

所述高压线路板6的两侧均设置有相互平行的开口25，用于防止表面爬电；所述相互平行的开口25之间的间距一致。所述高压线路板的输出端23与所述高压出线端子1连接；所述高压电容5通过所述相互平行的开口25固定在所述线路板上；具体地，高压线路板6设计制作成带有分层交叉缝隙，便于插入绝缘插板20，有效防止表面爬电，克服了必须釆用环氧树脂填充的弊端，便于实现气体绝缘，如图10所示，高压线路板6上还包括高压电容引线焊接孔26，环氧树脂板27，铜箔28和导线穿孔29；所述高压电容引线焊接孔26用于连接高压电容5的引出线；所述环氧树脂板27是PCB板上的一层绝缘层；所述铜箔28是PCB板上的连接线；电压跟随器输出端导线经导线穿孔29穿过连接到微型变压器的输入端。高压电容5在线路板正反面按“弓”字形串联排列连接，按照绝缘实际需要让相邻电容之间留有相等、适合间隙，使得产品内部电场分布均匀，确保整机固体、气体复合绝缘水平，如图11所示。进一步的，高压出线端子1的设计图如图12所示，高压出线端子1的下面部分没有螺纹，供焊接在线路板上之用。中间部分带有“圆盘”，供密封圈从上端插入放置在上面，作为密封件放置处53；高压出线端子1的上面部分带有螺纹，作为高压端接线，螺纹部分的顶部设置有凹槽，供防止端子在安装时“跟转打滑”之用。

本发明还包括高压端子硅橡胶连接线，与所述高压出线端子1连接，并将所述高压出线端子1密封，如图13所示，中间紫铜线55为导体部分。外层硅橡胶57为保护层部分。高压出线端子密封件54为可移动部分，当接线端子56连接到电压传感器高压端后，按照可封闭高压出线端子拉动方向58将其拉下可密封电压传感器主体高压出线端子1。

如图1和图2所示，所述低压电容的一端分别与所述高压线路板的低压输入端、所述瞬态二极管的一端和所述电压跟随器连接；所述低压电容的另一端分别与所述瞬态二极管的另一端、所述电压跟随器和所述变压器14的一次侧连接，且所述低压电容的另一端端接地。本发明采用的变压器14为微型变压器；其中，低压电容的结构如图8所示，上下两层金属镀层50形成电容器极板，无填充部分为介质51，薄膜两边留有空白，即“留边52”，防止上下两极板之间爬电。

低压电容外壳结构如图9所示，低压线路盒15为低压电容外壳，低压线路盒15是开口的但是带底，供低压电容的芯组放入里面后，绝缘胶再注入其中密封。

具体地，本发明采用并联TVS瞬态二极管实现过电压保护，有效避免操作冲击电压和雷电冲击电压的影响，从而保证后级电路安全。采用TVS二极管过电压保护的效果具体包括：(1)TVS二极管反应速度为皮秒级，而压敏电阻型和气体放电管型反应速度为纳秒级，因此TVS二极管反应速度快，有效保护了后级电压跟随器、微型变压器和控制单元等二次电路。(2)由于后级釆用了电压跟随器，它隔离了后级电感性对前级电容性的作用，故在一次高压电路出现雷电冲击电压和操作冲击电压时，后级电感性不会在前级与高压电容5和低压电容产生快速高压振荡延时效应，即可以采用反应速度快的TVS二极管作为过电压保护。

本发明采用并联电压跟随器作为负载隔离消除负载引起的影响，同时隔离前级电容性和后级电感性之间的作用，有效避免了电路谐振，实现了LC兼容。采用并联电压跟随器的效果具体包括：(1)消除后级负载电路等效阻抗、等效电抗等直接并联到低压电容上，从而造成对输出参数精度的影响。(2)隔离了后级电感性直接连接到前级电容上，即按戴维南等效定理，避免了与前级电容(高压电容5和低压电容并联后)的串联，从而避免了LC谐振。

如图16所示，微型变压器铁芯采用玻莫合金，所以设计为空心圆柱形，便于卷制。如图17所示，制造好的微型变压器置入微型变压器壳中，定位圆柱66从微型变压器铁芯线圈中间穿过，从而实现定位；左边进线孔67为第三供电压跟随器输出信号的输出线进入，从而作为微型变压器的输入端；下部出线孔为第三出线孔68，供二次相电压和零序电压信号出线之用；上盖固定螺丝孔和底盖螺丝孔都供安装固定之用。本发明采用并联微型变压器实现负载与前级一次单元的电气隔离，进一步保护后级智能控制器单元的安全；且便于实现零序电压。采用并联微型变压器的效果具体包括：(1)实现与后级用户控制单元的电气隔离。(2)便于实现相电压和零序电压的独立电路功能，如果不采用微型变压器，则零序电压无法串联叠加形成，因此，避免了相电压测量和零序电压实现之间的干扰。

在电压传感器二次输出电路中，从低压电容C₁₂输出端，按顺序(不能颠倒)依次并联连接TVS二极管、电压跟随器、微型变压器、用户控制单元，形成了低压二次电路参数有效实现的良性循环。

所述高压线路板6、高压电容5、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器14均设置在所述外壳的内部；所述高压出线端子1贯穿所述外壳；图19为微型气阀设计图，本发明的气阀12采用微型气阀；如图19所示，微型气阀上端设计有通气小孔，即气孔69，供抽真空和充入氮气之用，小孔下端设计有带螺纹的大孔，且小孔和大孔相通，便于置入圆环形密封件70和对应金属圆盘形垫圈71，以及通过螺杆72的拧入达到密封状态。所述气阀12设置在所述外壳上；绝缘气体通过所述气阀12充入所述外壳的内部。

具体地，成套产品釆用单只高压电容5串联焊接在线路板上后，再连同线路板固定在外壳中，不需要实心封装环氧树脂，便于返修与维护，提高了产品合格率和原材料利用率。成品组装后，通过气阀12抽真空，然后充入氮气，密封底盖8，不仅有效隔离空气湿度影响，防止产品内部氧化，而且避免了大量使用环氧树脂填充，实现了无环境污染后患。

作为一个具体的实施方式，如图20和图21所示，外壳包括硅橡胶套3、底盖8和内壳4；所述硅橡胶套3套设在所述内壳4的外壁上；所述底盖8固定在所述内壳4的开口处；所述底盖8与所述内壳4构成封闭的空间；具体地，所述底盖8通过密封件2和安装螺丝13与所述内壳4构成封闭的空间；所述高压线路板6、高压电容5、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器14均设置在所述封闭的空间中；所述气阀12设置在所述底盖8上并连通所述封闭的空间和所述外壳的外部。所述底盖8上设置有定位凹槽7；所述高压线路板6的一端通过所述凹槽固定；所述高压线路板6的另一端与所述高压出线端子1固定连接。

本发明提供的LC兼容型电压传感器，所述电压传感器还包括接线端子；所述接线端子包括所述电压跟随器的工作电源进线端子11、接地端子10和所述变压器的二次侧端子；所述接线端子设置在所述底盖8上。本发明中，变压器的二次侧端子为低压端子9，如图18所示，低压端子9上下设计有螺纹孔，供内部接线和外部出线之用，中间设计有凹槽，以增强和外壳底盖结合力，低压端子9为圆柱形嵌件，嵌入在外壳底盖8中。所述电压传感器还包括低压线路板和低压线路盒15，如图14和图15所示，所述低压电容、瞬态二极管和电压跟随器固定连接在所述低压线路板上，并将所述低压线路板设置在所述低压线路盒15内；在图14中，低压线路板60的焊接点及间距，按低压电容脚距和电压跟随器的封装进行制作。四角有低压线路板安装孔59，便于安装在低压线路板盒中。在图15中，内部四个角处设计有低压线路板和壳体相连的带螺纹孔的低压线路板固定支架62，便于线路板放置到里面后，上下有一定的间隙，为低压电容和电压跟随器留有适当占据空间；底部留有第一出线孔64为接地出线孔；右边出线孔为第二出线孔65，从第二出线孔65出来的供电压跟随器输出端线连接到微型变压器的输入端；上盖63设有可以固定封盖的低压线路盒安装孔61，壳子底部设有可以固定在电压传感器外壳底盖的低压线路盒安装孔61。如图15所示，本发明还包括密封件2；所述密封件2包括高压出线端子密封件54、微型气阀密封件和产品底盖密封件，密封件2的形状都是圆环形，其内直径比孔径大2～3mm，外直径比密封圈内直径大5～8mm。如图22所示，高压出线端子密封件54和微型阀门密封件设计为圆环形密封圈，其截面为圆环形。

产品底盖密封件为长方形，厚度2.5～3.5mm。具体如图23所示，产品底盖密封件按安装底盒实际长方形设计为带小圆角长方形，四周留有安装孔，密封件厚度2.5mm～3.5mm；产品底盖的设计图如图24和图25所示，产品底座安装盒，即产品的底盖8，产品的底盖8的形状为长方体，下面为开口，便于单相分别安装，上面三个方形安装孔，便于二次电压出线和电压跟随器工作电源进线；方形安装孔四周留有单相产品安装螺丝固定孔，上面装有空心圆柱体，构成应用安装孔，它和安装盒焊接在一起形成整体，供三相成套产品固定安装在电线杆横担上之用。下面出线安装盒和出线孔供二次电压出线和电压跟随器工作电源进线。底盖密封件放置底盖上部，并配合涂上的密封胶。经底盖固定安装螺丝拧紧后形成密封状态，从而有效防止外部灰尘和湿度的侵入。

以10kV-ZW32户外型为例，本发明提供的LC兼容型电压传感器，具有电气参数：

1.额定绝缘水平：10kV/42kV/75kV；2.二次额定工作电压：相序

零序6.5/3V；3.精度：相序0.5级，零序3P级；4.负载：≥2MΩ；5.爬距设计：内爬距≥200mm，外爬距≥350mm；6.高压臂电容量：600PF；7.低压电容输出电压：3.753V(即2倍

)。由此可知低压电容量为0.92μF；8.低压微型变压器相电压变比：2︰1。

具体地，内壳材料采用玻璃纤维环氧树脂。采用圆柱形，如图20所示。外部高度220mm，内腔高度210mm，内径80mm，外径100mm，壁厚10mm。

高压电容单只额定工作电压3KV，共用15只；单只高压电容容量9000PF，串联后电容量为600PF。高压电容采用内六串结构，如图4所示，介质PP膜，厚度10μm；高压电容电极采用蒸镀锌铝复合层和6μm铝箔。金属化PP薄膜蒸镀结构按图4所示。方阻：1～6，并涂防氧化油。卷绕：芯组容量9000PF，按图4所示结构挂膜调机，再计算圈数、设定卷绕圈数进行卷绕。热压：压力6MP～11MP；温度100℃～115℃；时间15～30分钟；每板200～300只。热聚合:100℃～115℃，20h。喷金：先芯组包裹，用比芯组宽3mm的牛皮纸包裹后，上机喷金，喷金厚度为0.5mm左右。赋能：剥去牛皮纸后，上机电压老练(即赋能)，直流电压5kV～6kV，周期15s。焊接引线：引线为镀锡紫铜线，直径0.5mm～0.8mm。封装：先将芯组插入壳中，配好搅拌均匀环氧树脂，抽真空脱泡，再将环氧树脂注入壳内，而后插入密封上盖。灌装好后，放进烘箱80℃烘烤6h。

高压电容测试：耐电压：交流3kV，3s。绝缘电阻：500V，大于20000MΩ。介质损耗：1kHz，小于0.001。容量偏差按±5％设定。

低压电容采用一串结构，如图8所示。介质PP膜，厚度5μm；额定工作电压250V；共用2只，根据低压电容输出电压计算可以得到，额定单只电容量为0.46μF。实际中电容量应卷小一点，便于终端调试。调试电容额定工作电压都是250V以上，电容量分别为0.0033μF、0.01μF、0.022μF和0.033μF等，根据实际需要可以卷绕其它容量。介质采用PP膜，厚度：5μm。电极采用蒸镀锌铝复合层。金属化PP膜蒸镀结构按图8。方阻：边缘加厚区1～2，普通区3～6，并涂防氧化油。卷绕、热压、热聚合和喷金同高压电容一致。赋能：去牛皮纸后上机电压老练(即赋能)，直流电压按PP膜实际厚度，100V/μm，周期15s。焊接引线同高压电容操作方法一致。封装：先将芯组插入壳中，配好搅拌均匀树脂，抽真空脱泡，再将环氧树脂注入壳内，灌装好后放进烘箱80℃烘烤6h。低压电容测试结果：

耐电压：交流100V，3s。绝缘电阻：100V，大于15000MΩ。介质损耗：1kHz，小于0.001。容量偏差按±5％设定。

过电压保护TVS管采用10V/1000W，电压跟随器为OPA354高电压运算放大器，由于微型变压器工作电压很低，负载很小，工作电流很小，为了保证灵敏度和线性度，铁芯磁体采用磁化密度高、起始磁化点低的玻莫合金。铁芯采用圆环形，外径25mm，内径15mm，高8mm。绕组采用直径0.5mm的紫铜漆包线。一次绕组200圈，二次绕组100圈。绝缘胶带包裹固定好线圈后，放入方盒内固定。结构设计如图16和17。高压线路板6的树脂板厚度3～5mm，紫铜层厚度0.1mm以上，表面涂有防氧化漆；低压线路板的外形设计如图14和图15。树脂板厚度1～2mm，紫铜层厚度0.1mm以上，表面涂有防氧化漆，高压出线端子的材质为黄铜。高压硅橡胶连接线设计如图13：采用硅橡胶护套绝缘线，内部紫铜导线直径2.5mm以上，两头带有带圆孔接线铜片。低压二次电缆线采用十一分支芯电缆线。

本发明提供的LC兼容型电压传感器的组装过程如下所述：

第一步：焊接；该步骤的焊接包括高压出线端子焊接，高压电容器串联排列安装固定和焊接和低压出线焊接。具体包括：

1.先焊接好高压出线端子。

按设计图11，先在线路板插缝中涂上一层密封胶，然后将高压电容自上而下，依次逐一插入线路板，焊接好电容引线，拧上固定外壳的尼龙绝缘螺丝，并逐一将密封胶涂好，使高压电容外壳上的绝缘插板和线路板粘合形成一体。最后再焊接好低压出线和接地出线。

第二步：低压线路板的焊接和微型输出变压器的安装。

1.按照高压电容串联后的电容量和需要的二次输出相电压的两倍，匹配低压电容量，但比实际需要的电容量略小一点，为下面调试留有余量。

2.按电气原理图将低压电容、压敏电阻、电压跟随器焊接在低压线路板上，并固定在低压线路盒中。

3.将电压跟随器输出端连接到微型变压器的输入端。

4.将两种线路盒分别固定在外壳底盖上。将微型变压器的相电压和零序电压出线连接到外壳底盖相对应的出线端子上。

5.将接地端连接到外壳底盖接地端子上。

第三步：校验误差和调试。

1.按电气原理图接线，校验误差。

2.先调试测量级。当增减微型变压器二次绕组圈数精度不能满足时，则采取增加或减少二次电容容量调试。

3.调试零序保护级，以增减二次绕组圈数方式进行。

4.调试结束后，分别盖上低压线路板和微型变压器的盒盖，并拧上绝缘螺丝。

第四步：单相组装。

1.按成品(单相)外形及内部结构图3，将高压出线端子套上密封圈，然后将线路板插入壳内，让螺杆穿过上端圆孔，再把高压出线带有圆孔的铜片套在螺杆上，拧紧螺帽，最后涂上密封胶，把绝缘密封帽拉上盖住螺杆并压紧。

2.放好低盖密封圈，盖上底盖，拧紧固定螺丝。并放入烘箱90℃脱湿2h。

3.将高压端向上直立，抽真空后充入氮气，微正压即可。因为氮气密度比空略小，所以将辅助充气阀门取下，而后立即依次放入密封圈、垫片，并将密封螺丝插入拧紧。

4.最后将产品倒立涂上密封胶，并观察是否有气泡冒出，以检查密封效果。

第五步：成套产品组装。

1.将二次输出电缆线按需要长度剪好。

2.将三只单相分别安装在底板盒上，如图24，拧紧固定螺丝钉。

3.按三相电气原理图，如图2所示，将相序分别接到电缆an，bn，cn分支线上。

4.按三相电气原理图，如图2所示，串联三相零序电压，而后将零序输出端连接到电缆dn分支线上。

5.将接地线分别连接到电缆线中的接地线分支和底板盒上。

6.将相序接线端子和零序接线端子及接地线端子用密封胶密封好。

7.将电缆线固定在底板盒上。垫好密封条，盖上底盖，拧上固定螺丝。

第六步：按照标准要求检验技术参数。

1.工频耐电压和局部放电检验：

(1)先将电压传感器低压二次端子和接地端子连接在一起，然后一同接到高压试验台接地线上，再将高压试验台高压端的连接线接到电压传感器的高压出线端子上。

(2)匀速升压到42kV，保持1分钟后，在此期间，产品应无击穿、无闪络现象发生。

(3)匀速降电压到14.4kV，保持1分钟，观察局部放电，在此期间，局部放电量应小于10pc。

(4)测试完成，将电压降到0后，取下产品。

2.雷电冲击检验：

(1)标准雷电冲击电压是：波前时间T1为1.2μs，半波峰值时间T2为50μs的双指数波；标准雷电冲击截波是标准雷电冲击波经过2μs～5μs被外部间隙截断产生的电压波。实际试验波形与标准波形的偏差应符合GB/T16927.1-2011要求。

(2)先将电压传感器低压二次端子和接地端子连接在一起，然后一同接到雷电冲击试验台接地线上，再将雷电冲击试验台高压端的连接线接到电压传感器的高压出线端子上。

(3)施加雷电冲击：

(4)对产品施加5次正极性，峰值为75kV。

(5)完成正极性雷电冲击试验电压后，再以负极性施加1次雷电冲击电压，随后施加2次雷电截波电压，峰值为85kV。。

(6)然后再施加4次雷电冲击电压，峰值为75kV。

(7)试验中如果没有发击穿或闪络，当回到初始工作状态时，再测试产品误差，其误差变化量不超出误差限值的1/2，则试验合格。

3.高温和低温变差检验：

(1)将成套电压传感器放在高低温箱中，将高压出线端子和低压端子按实际运行方式接线到测试设备相应端子上。

(2)高温变差试验：

以20℃为起点温度，将温度上升到70℃，保持6h后，在额定一次电压下进行一次误差试验。然后等恢复到20℃，并保持放置6h小时后，再在额定一次电压下进行一次误差试验。两次测得的误差值应不超过误差限值；两次测得误差值的偏差应不超过误差限值的1/2。

(3)低温变差试验：

以20℃为起点温度，将温度下降到-40℃，保持6h后，在额定一次电压下进行一次误差试验。然后等恢复到20℃，并保持放置6h小时后，再在额定一次电压下进行一次误差试验。两次测得的误差值应不超过误差限值；两次测得误差值的偏差应不超过误差限值的1/2。

本发明提供的LC兼容型电压传感器，相较于现有技术，具有以下有益效果：

1.内部绝缘为氮气和固体复合方式，绝缘可靠性高，防氧化性好。

2.有助于运行精度的提高。因为内部是以气体填充，所以整个无件都在同类环境下，内部工作环境温度场很容易保持相同，减少了环境温度运行变差。

3.负载隔离、LC兼容杜绝系统谐振、电气隔离三者同时满足电性能要求，5极大的提高了产品运行的可靠性和安全性。

4.便于维护和返修，避免“一损俱损”浪废现象发生，提高了产品的合格率，提高了原材料的综合利用率。

5.内腔填充氮气，绿色环保。不仅避免大量使用环氧树脂，节约资源；

而且产品运行期满后，便于拆缷支解，不需要经过高温焚烧，减少对环境污0染。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领5域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述电压传感器包括：高压线路板、高压电容、高压出线端子、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器、变压器、外壳和气阀；

所述高压线路板的两侧均设置有相互平行的开口；所述高压线路板的输出端与所述高压出线端子连接；所述高压电容通过所述相互平行的开口固定在所述线路板上；

所述低压电容的一端分别与所述高压线路板的低压输入端、所述瞬态二极管的一端和所述电压跟随器连接；所述低压电容的另一端分别与所述瞬态二极管的另一端、所述电压跟随器和所述变压器的一次侧连接，且所述低压电容的另一端接地；

所述高压线路板、高压电容、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器均设置在所述外壳的内部；所述高压出线端子贯穿所述外壳；

所述气阀设置在所述外壳上；绝缘气体通过所述气阀充入所述外壳的内部。

2.根据权利要求1所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述外壳包括硅橡胶套、底盖和内壳；

所述硅橡胶套套设在所述内壳的外壁上；

所述底盖固定在所述内壳的开口处；所述底盖与所述内壳构成封闭的空间；

所述高压线路板、高压电容、低压电容、瞬态二极管、电压跟随器和变压器均设置在所述封闭的空间中；所述气阀设置在所述底盖上并连通所述封闭的空间和所述外壳的外部。

3.根据权利要求2所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述底盖上设置有定位凹槽；所述高压线路板的一端通过所述凹槽固定；所述高压线路板的另一端与所述高压出线端子固定连接。

4.根据权利要求1所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述电压传感器还包括接线端子；所述低压端子包括所述电压跟随器的工作电源进线端子、接地端子和所述变压器的二次侧端子；所述接线端子设置在所述底盖上。

5.根据权利要求1所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述高压电容为薄膜电容。

6.根据权利要求5所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述电压传感器还包括高压电容外壳；

所述高压电容设置在所述高压电容外壳内；

所述外壳的两侧设置有绝缘插板；所述绝缘插板插入对应的所述相互平行的开口；

7.根据权利要求1所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述相互平行的开口之间的间距一致。

8.根据权利要求1所述的LC兼容型电压传感器，其特征在于，所述电压传感器还包括低压线路板；

所述低压电容、瞬态二极管和电压跟随器固定连接在所述低压线路板上。

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