CN204925189U - 一种10kV直流电压比例标准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种10kV直流电压比例标准装置，包括绝缘支柱、测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层，以及依次连接的第一绝缘支撑杆组件、第二绝缘支撑杆组件、第三绝缘支撑杆组件；第一绝缘支撑杆组件与绝缘支柱连接；内屏蔽电阻层固定在第一绝缘支撑杆组件与第二绝缘支撑杆组件之间；测量电阻层固定在第二绝缘支撑杆组件与第三绝缘支撑杆组件之间；外屏蔽电阻层固定在所述第三绝缘支撑杆组件的另一端；测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层并联连接。与现有技术相比，本实用新型提供的一种10kV直流电压比例标准装置，结构简单，通过自校准的方式得到实际分压比，既不需要对电阻值进行直接测量也不需要更高准确度等级的标准分压器。

Description

一种10kV直流电压比例标准装置

技术领域

本实用新型涉及一种比例标准装置，具体涉及一种10kV直流电压比例标准装置。

背景技术

直流电压比例标准的作用是进行直流电压比例量值的传递，其比例量值的准确度等级是衡量直流电压比例标准性能的重要指标。

常用的10kV直流电压比例标准的量值溯源方法有两种。一种方法是通过测量10kV直流电压比例标准的电阻值，然后将总电阻值与低压臂电阻值之比作为其低电压下的分压比。10kV直流电压比例标准的总电阻值一般在10⁷Ω数量级，根据分压比的不同，低压臂电阻值一般在10³Ω～10⁵Ω数量级。在这些电阻值范围内，电阻值的测量不确定水平要达到10^-6数量级，需要昂贵的测试设备，如高准确度的电阻电桥、标准电阻、直流标准电压源等，而且在进行测量时，还要保证较高的恒温恒湿条件。

另一种方法是采用校准的方式，将10kV直流电压比例标准的量值溯源到更高准确度等级的标准分压器上，一般是溯源到1kV标准分压器上，1kV标准分压器的不确定可以达到5×10^-7。但是，1kV标准分压器的分压比一般只有10/1和100/1，而10kV直流电压比例标准的分压比一般是1000/1和10000/1，因此需要进行多次校准，在校准过程中测量不确定度分量会不断累积，从而导致10kV直流电压比例标准的准确度等级降低。此外，高准确度的1kV标准分压器一般只能通过测差的接线方式进行校准，接线方式复杂，甚至会导致某些结构的10kV直流电压比例标准无法校准。

综上，需要提供一种结构简单，既不需要对电阻值进行直接测量也不需要更高准确度等级标准分压器进行校准，通过自校准得到比例量值的10kV直流电压比例标准装置。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本实用新型提供了一种10kV直流电压比例标准装置。

本实用新型的技术方案中：

所述装置包括绝缘支柱、测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层，以及依次连接的第一绝缘支撑杆组件、第二绝缘支撑杆组件、第三绝缘支撑杆组件；所述第一绝缘支撑杆组件与绝缘支柱连接；

所述内屏蔽电阻层固定在所述第一绝缘支撑杆组件与第二绝缘支撑杆组件之间；

所述测量电阻层固定在所述第二绝缘支撑杆组件与第三绝缘支撑杆组件之间；

所述外屏蔽电阻层固定在所述第三绝缘支撑杆组件的另一端；

所述测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层并联连接。

优选的，所述测量电阻层包括依次连接的电阻R、第一电阻串联组、第二电阻串联组、第三电阻串联组和第四电阻串联组；

所述电阻R的阻值为2kΩ；

所述第一电阻串联组由9个阻值为2kΩ的电阻串联组成；

所述第二电阻串联组由9个阻值为20kΩ的电阻串联组成；

所述第三电阻串联组由9个阻值为200kΩ的电阻串联组成；

所述第四电阻串联组由9个阻值为2MΩ的电阻串联组成；

优选的，所述内屏蔽电阻层由37个电阻串联组成；所述外屏蔽电阻层也由37个电阻串联组成；

优选的，

所述第一绝缘支撑杆组件包括36个第一绝缘支撑杆，每个第一绝缘支撑杆均与所述绝缘支柱垂直连接；

所述第二绝缘支撑杆组件包括36个第二绝缘支撑杆，每个第二绝缘支撑杆分别与所述第一绝缘支撑杆的另一端连接，且与所述绝缘支柱垂直；

所述第三绝缘支撑杆组件包括36个第三绝缘支撑杆，每个第三绝缘支撑杆分别与所述第二绝缘支撑杆的另一端连接，且与所述绝缘支柱垂直；

优选的，

内屏蔽电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第一绝缘支撑杆与第二绝缘支撑杆之间；

测量电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第二绝缘支撑杆与第三绝缘支撑杆之间；

外屏蔽电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第三绝缘支撑杆的另一端上；

优选的，

所述第四电阻串联组与第三电阻串联组之间设置有1kV电压端子，第四电阻串联组的另一端设置有10kV电压端子；

所述第三电阻串联组与第二电阻串联组之间设置有100V电压端子；

所述第二电阻串联组与第一电阻串联组之间设置有10V电压端子；

所述第一电阻串联组与电阻R之间设置有1V电压端子；

所述电阻R的另一端设置有接地端子；

优选的，

所述第一电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第一并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第二并联端子；

所述第二电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第三并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第四并联端子；

所述第三电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第五并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第六并联端子；

所述第四电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第七并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第八并联端子。

与最接近的现有技术相比，本实用新型的优异效果是：

1、本实用新型技术方案中，测量电阻层采用精度和稳定度较高的电阻元件，内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层采用精度和稳定度较低的电阻元件，使得在不影响测量准确度的情况下减小了成本；

2、本实用新型技术方案中，内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层中单个电阻元件的阻值远远大于测量电阻层中单个电阻元件的阻值，减小了屏蔽电阻层的发热量，有利于减小直流电压比例标准装置的整体温升；

3、本实用新型技术方案中，测量电阻层形成四级分压结构，每一级分压结构的标称分压比均为10/1，同时测量电阻层中由高压端到低压端电压端子的标称分压比依次为10/1、100/1、1000/1和10000/1；

4、本实用新型技术方案中，通过对电压端子和并联端子进行串并联组合，使得每一级分压结构等效为一个标称分压比为2/1的分压器，以便通过2/1分压器进行自校准试验获得该2/1分压器的实际分压比，从计算出每一级分压结构的实际分压比；

5、本实用新型提供的一种10kV直流电压比例标准装置包括测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层：内屏蔽电阻层为测量电阻层提供等电位，有利于减小测量电阻层沿绝缘支撑杆的泄露电流，从而提高测量电阻层的测量准确度；外屏蔽电阻层为测量电阻层提供等电位，有利于减小测量电阻层外侧的电场强度，从而提高测量电阻层的测量准确度。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1：本实用新型实施例中一种10kV直流电压比例标准装置结构示意图；

图2：本实用新型实施例中测量电阻层的结构示意图；

其中，1：内屏蔽电阻层；2：测量电阻层；3：外屏蔽电阻层；4：内屏蔽电阻层内电阻的串联结点；5：测量电阻层内电阻的串联结点；6：外屏蔽电阻层内电阻的串联结点；7：第一绝缘支撑杆；8：第二绝缘支撑杆；9：第三绝缘支撑杆；10：高压并联连接线；11：地电位并联连接线；12：绝缘支柱；21：电阻R；22：第一电阻串联组；23：第二电阻串联组；24：第三电阻串联组；25：第四电阻串联组；26：接地端子；27：1V电压端子；28：10V电压端子；29:100V电压端子；210：1kV电压端子；211：10kV电压端子；212：第一并联端子；213：第二并联端子；214：第三并联端子；215：第四并联端子；216：第五并联端子；217：第六并联端子；218：第七并联端子；219：第八并联端子。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提供的一种10kV直流电压比例标准装置，能够利用2/1分压比自校准进行溯源，既不需要对电阻值进行直接测量，也不需要更高准确度等级的标准分压器，其实施例如图1和2所示，具体为：

本实施例中10kV直流电压比例标准装置包括绝缘支柱12、测量电阻层2、内屏蔽电阻层1、外屏蔽电阻层3、第一绝缘支撑杆组件、第二绝缘支撑杆组件、第三绝缘支撑杆组件。其中：

①：第一绝缘支撑杆组件、第二绝缘支撑杆组件和第三绝缘支撑杆组件依次连接，第一绝缘支撑杆组件与绝缘支柱12连接。

②：内屏蔽电阻层1固定在第一绝缘支撑杆组件与第二绝缘支撑杆组件之间；测量电阻层2固定在第二绝缘支撑杆组件与第三绝缘支撑杆组件之间；外屏蔽电阻层3固定在第三绝缘支撑杆组件的另一端；

测量电阻层2、内屏蔽电阻层1和外屏蔽电阻层3并联连接，即测量电阻层2、内屏蔽电阻层1和外屏蔽电阻层3的顶端电气连接，底端也电气连接，但是三个电阻层之间的电阻是绝缘的。其中，内屏蔽电阻层1为测量电阻层2提供等电位，有利于减小测量电阻层2沿绝缘支撑杆的泄露电流，从而提高测量电阻层2的测量准确度。外屏蔽电阻层3也为测量电阻层2提供等电位，有利于减小测量电阻层2外侧的电场强度，从而提高测量电阻层2的测量准确度。

1、测量电阻层

如图2所示，本实施例中测量电阻层2包括依次连接的电阻R、第一电阻串联组22、第二电阻串联组23、第三电阻串联组24和第四电阻串联组25。

电阻R的阻值为2kΩ；第一电阻串联组22由9个阻值为2kΩ的电阻串联组成；第二电阻串联组23由9个阻值为20kΩ的电阻串联组成；第三电阻串联组24由9个阻值为200kΩ的电阻串联组成；第四电阻串联组25由9个阻值为2MΩ的电阻串联组成。本实施例中测量电阻层2的作用是进行测量，因此采用精度和稳定度较高的电阻元件。

(1)电压端子

①：第四电阻串联组25与第三电阻串联组24之间设置有1kV电压端子210；

②：第四电阻串联组25的另一端设置有10kV电压端子211；

③：第三电阻串联组24与第二电阻串联组23之间设置有100V电压端子29；

④：第二电阻串联组23与第一电阻串联组22之间设置有10V电压端子28；

⑤：第一电阻串联组22与电阻R之间设置有1V电压端子27；

⑥：电阻R的另一端设置有接地端子26。

本实施例中，10kV电压端子211、1kV电压端子210、100V电压端子29、10V电压端子28、1V电压端子27和接地端子26将测量电阻层2形成四级分压结构，每一级分压结构的标称分压比均为10/1，例如：

a：第一级10/1分压结构

将第一电阻串联组22作为高压臂，电阻R作为低压臂，此时分压结构的分压比为10/1。

b：第二级10/1分压结构

将第二电阻串联组23作为高压臂，第一电阻串联组22和电阻R组成的串联结构作为低压臂，此时分压结构的分压比为10/1。

c：第三级10/1分压结构

将第三电阻串联组24作为高压臂，第二电阻串联组23、第一电阻串联组22和电阻R组成的串联结构作为低压臂，此时分压结构的分压比为10/1。

d：第四级10/1分压结构

将第四电阻串联组25作为高压臂，第三电阻串联组24、第二电阻串联组23、第一电阻串联组22和电阻R组成的串联结构作为低压臂，此时分压结构的分压比为10/1。

本实施例中，10kV电压端子211分别与1kV电压端子210、100V电压端子29、10V电压端子28、1V电压端子27形成的标称分压比为：

a：10kV电压端子211与1kV电压端子210之间的标称分压比为10/1；

b：10kV电压端子211与100V电压端子29之间的标称分压比为100/1；

c：10kV电压端子211与10V电压端子28之间的标称分压比为1000/1；

d：10kV电压端子211与1V电压端子27之间的标称分压比为10000/1。

(2)并联端子

①：第一电阻串联组22中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第一并联端子212，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第二并联端子213；

②：第二电阻串联组23中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第三并联端子214，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第四并联端子215；

③：第三电阻串联组24中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第五并联端子216，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第六并联端子217；

④：第四电阻串联组25中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第七并联端子218，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第八并联端子219。

本实施例中，首选设定10kV直流电压比例标准装置中的高压臂和低压臂，得到分压比为10/1的分压结构，然后对高压臂中的电压端子和并联端子进行串并联，将该10/1分压结构等效为一个标称分压比为2/1的分压器，最后通过2/1分压器的自校准试验得到该2/1分压器的实际分压比，从而计算出该10/1分压结构的实际分压比，进而可以得到10kV直流电压比例标准装置中分压比10000/1、1000/1、100/1和10/1的实际值。

本实施例中，对高压臂中的电压端子和并联端子进行串并联，将10/1分压结构等效为2/1分压器的具体方法包括：

a：第一级10/1分压结构等效为2/1分压器

将10V电压端子28与第一并联端子212短接，将1V电压端子27与第二并联端子213短接，则构成分压比为2/1的分压器。

b：第二级10/1分压结构等效为2/1分压器

将100V电压端子29与第三并联端子214短接，将10V电压端子28与第四并联端子215短接，则构成分压比为2/1的分压器。

c：第三级10/1分压结构等效为2/1分压器

将1kV电压端子210与第五并联端子216短接，将100V电压端子29与第六并联端子217短接，则构成分压比为2/1的分压器。

d：第四级10/1分压结构等效为2/1分压器

将10kV电压端子211与第七并联端子218短接，将1kV电压端子210与第八并联端子219短接，则构成分压比为2/1的分压器。

经过以上变换得到的2/1分压器，用自校准试验得到实际分压比K，K的大小接近2，根据电阻串并联理论计算，变换前的10/1分压结构的分压比为9(K-1)+1。

分别计算出第一级10/1分压结构的分压比为K1、第二级10/1分压结构的分压比为K2、第三级10/1分压结构的分压比为K3、第四级10/1分压结构的分压比为K4，则10kV直流电压比例标准装置的分压比10000/1、1000/1、100/1和10/1分别按照下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_{10000/1}=K1\×K2\×K3\×K4\\ K_{1000/1}=K2\×K3\×K4\\ K_{100/1}=K3\×K4\\ K_{10/1}=K4\end{array}\right.---\left(1\right)$

2、内屏蔽电阻层

内屏蔽电阻层1由37个电阻串联组成。本实施例中内屏蔽电阻层1的作用是为测量电阻层2提供等电位，因此采用精度和稳定度较低的电阻元件，从而在不影响测量准确度的情况下减小成本。

3、外屏蔽电阻层

外屏蔽电阻层3也由37个电阻串联组成。本实施例中外屏蔽电阻层3的作用也是为测量电阻层2提供等电位，因此采用精度和稳定度较低的电阻元件，从而在不影响测量准确度的情况下减小成本。另外，本实施例中内屏蔽电阻层1和外屏蔽电阻层3的单个电阻元件的阻值要比测量电阻层2中单个电阻元件的阻值大得多，可以减小屏蔽电阻层的发热量，有利于减小分压器的整体温升。

4、绝缘支撑杆组件

(1)第一绝缘支撑杆组件

第一绝缘支撑杆组件包括36个第一绝缘支撑杆，每个第一绝缘支撑杆均与绝缘支柱垂直连接。

(2)第二绝缘支撑杆组件

第二绝缘支撑杆组件包括36个第二绝缘支撑杆，每个第二绝缘支撑杆分别与第一绝缘支撑杆的另一端连接，且与绝缘支柱垂直。

(3)第三绝缘支撑杆组件

第三绝缘支撑杆组件包括36个第三绝缘支撑杆，每个第三绝缘支撑杆分别与第二绝缘支撑杆的另一端连接，且与绝缘支柱垂直。

如图2所示，第一绝缘支撑杆组件安装固定在绝缘支柱12上，第二绝缘支撑杆组件安装固定在第一绝缘支撑杆组件上，第三绝缘支撑杆组件安装固定在第二绝缘支撑杆组件上。具体如：第一绝缘支撑杆7安装固定在绝缘支柱12上，第二绝缘支撑杆8安装固定在第一绝缘支撑杆7上，第三绝缘支撑杆9安装固定在第二绝缘支撑杆8上。

本实施例中内屏蔽电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第一绝缘支撑杆与第二绝缘支撑杆之间；测量电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第二绝缘支撑杆与第三绝缘支撑杆之间；外屏蔽电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第三绝缘支撑杆的另一端上。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种10kV直流电压比例标准装置，其特征在于，所述装置包括绝缘支柱、测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层，以及依次连接的第一绝缘支撑杆组件、第二绝缘支撑杆组件、第三绝缘支撑杆组件；所述第一绝缘支撑杆组件与绝缘支柱连接；

所述内屏蔽电阻层固定在所述第一绝缘支撑杆组件与第二绝缘支撑杆组件之间；

所述测量电阻层固定在所述第二绝缘支撑杆组件与第三绝缘支撑杆组件之间；

所述外屏蔽电阻层固定在所述第三绝缘支撑杆组件的另一端；

所述测量电阻层、内屏蔽电阻层和外屏蔽电阻层并联连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量电阻层包括依次连接的电阻R、第一电阻串联组、第二电阻串联组、第三电阻串联组和第四电阻串联组；

所述电阻R的阻值为2kΩ；

所述第一电阻串联组由9个阻值为2kΩ的电阻串联组成；

所述第二电阻串联组由9个阻值为20kΩ的电阻串联组成；

所述第三电阻串联组由9个阻值为200kΩ的电阻串联组成；

所述第四电阻串联组由9个阻值为2MΩ的电阻串联组成。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内屏蔽电阻层由37个电阻串联组成；所述外屏蔽电阻层也由37个电阻串联组成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一绝缘支撑杆组件包括36个第一绝缘支撑杆，每个第一绝缘支撑杆均与所述绝缘支柱垂直连接；

所述第二绝缘支撑杆组件包括36个第二绝缘支撑杆，每个第二绝缘支撑杆分别与所述第一绝缘支撑杆的另一端连接，且与所述绝缘支柱垂直；

所述第三绝缘支撑杆组件包括36个第三绝缘支撑杆，每个第三绝缘支撑杆分别与所述第二绝缘支撑杆的另一端连接，且与所述绝缘支柱垂直。

5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，

内屏蔽电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第一绝缘支撑杆与第二绝缘支撑杆之间；

测量电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第二绝缘支撑杆与第三绝缘支撑杆之间；

外屏蔽电阻层中的37个电阻按照绝缘支柱中由一端开始向另一端结束的方向依次固定在第三绝缘支撑杆的另一端上。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述第四电阻串联组与第三电阻串联组之间设置有1kV电压端子，第四电阻串联组的另一端设置有10kV电压端子；

所述第三电阻串联组与第二电阻串联组之间设置有100V电压端子；

所述第二电阻串联组与第一电阻串联组之间设置有10V电压端子；

所述第一电阻串联组与电阻R之间设置有1V电压端子；

所述电阻R的另一端设置有接地端子。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第一并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第二并联端子；

所述第二电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第三并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第四并联端子；

所述第三电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第五并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第六并联端子；

所述第四电阻串联组中按照由低压端到高压端的顺序排列，则第三个电阻与第四个电阻之间设置有第七并联端子，第六个电阻与第七个电阻之间设置有第八并联端子。