一种准确度可调电压传感器及其准确度调整方法技术

本发明专利技术公开了一种准确度可调电压传感器及其准确度调整方法，该电压传感器包括电容分压器、隔离变压器、准确度校正回路及负载；电容分压器由高压电容器和低压电容器组成，准确度校正回路由固定电阻、第一可调电阻和第二可调电阻组成；该准确度调整方法包括以下步骤：基于戴维宁定理构建电容分压式电压传感器等效电路；利用电容分压式电压传感器等效电路计算分压比；依据电感传感器的变压比计算电压传感器的准确度；利用可调电阻实现对电压传感器误差的校正。本发明专利技术不仅能够保证传感器和一次开关同寿命，解决电容分压式电压传感器准确度不易保证的问题，而且传感器可以满足准确度要求，且无需配对分拣，生产过程简单，适合大批量生产。生产。生产。

【技术实现步骤摘要】
一种准确度可调电压传感器及其准确度调整方法


[0001]本专利技术涉及电压传感器
，具体来说，涉及一种准确度可调电压传感器及其准确度调整方法。

技术介绍

[0002]一二次融合开关是智能配电网建设的关键设备，它是将传统一次开关类设备、互感器以及二次控制终端有机融合的新型开关设备，可以实现开关就地化控制和故障的自动快速隔离，提升配电网运行状态的主动感知和决策控制能力。
[0003]互感器用于检测配电网电压、电流信号，是一二次融合配电设备的核心元件。传统互感器存在体积大、易饱和、易谐振等问题，难以适应一二次融合设备小型化、模块化、智能化、集成化发展趋势。电容分压式电压传感器具有体积小、绝缘结构简单、测量范围广等优点，使其能够进行小型化设计、易于与其他配电设备融合，进行一体化设计。目前已在一二次融合柱上开关等设备中广泛应用。
[0004]如图3所示，一二次融合柱上开关成套设备主要包括：
①
柱上开关本体、
②
馈线终端（FTU）、
③
电源电压互感器（PT）和
④
连接电缆组件几部分组成。一般情况下，电压传感器内置于开关本体
①
中，其检测的信号，通过电缆组件
④
传递给馈线终端
③
，实现对高压导线的电压检测。
[0005]一二次融合柱上开关为户外运行设备，要求电压传感器在较高的温度范围内保持高的准确度，国家电网公司要求一二次融合开关所使用的电压传感器，变比为(10000/):(3.25/)，准确度要求0.5级，使用的温度范围为
‑
40℃～+70℃。目前的电容分压式电压传感器原理大体有两类，分别如图4和5。
[0006]对于图4原理的电压传感器来说，要想使准确度满足要求，就需要所使用的分压电容器在较宽的温度范围内电容值无变化或者变化很小。由于电容器制造材料一般随着温度变化，表现出的介电常数会有一定的变化，因此在不同的温度下电容器电容值也随着变化。同时由于电容器制造工艺问题，同一温度下同种材料的电容器，也存在容值误差，即使是使用低温漂、高精度的分压电容，也难满足准确度要求。
[0007]使用图4原理的电压传感器，由于传感器一次侧和二次侧没有采取隔离措施，如果出现分压元件之间断线、或者接地线连接不良等情况均会在负载上产生高压，可能会造成负载损坏，甚至人身伤害。
[0008]基于上述原因，也有采用图5原理的带隔离变压器的电压传感器。对于图5原理的电压传感器来说，其准确度除了受分压电容容值误差的影响外，隔离变压器也会带来一定的附加误差（即使使用高精度的隔离变压器也会有）。
[0009]为达到电压传感器准确度的要求，在电容分压式电压传感器的实际设计中，一般采用以下方法：
①
采用容值匹配法：选用温度特性接近的高压电容和低压电容，进行容值匹配，使匹配后的分压比满足要求；
②ꢀ
增加经运放等有源器件组成的反馈校准电路，以达到一二次融合设备所要求的准确度。
[0010]然而，第一种方法采用电容值匹配满足传感器准确度的方法，生产效率较低，且存在部分电容难以匹配，生产成本较高。同时要求组成一个传感器的高压电容器和低压电容器等在传感器整个生产过程中，必须严格配对，避免弄混，否则可能造成整个传感器报废；第二种方法采用经运放等有源器件组成的反馈校准电路来满足传感器准确度的方法，须使用运放等有源电子器件，使用寿命较短。内置于一二次融合开关中，与一次开关的寿命不匹配，影响开关的使用寿命。
[0011]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0012]（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种准确度可调电压传感器及其准确度调整方法，具备不仅能够保证传感器和一次开关同寿命，解决电容分压式电压传感器准确度不易保证的问题，而且传感器可以满足准确度要求，且无需配对分拣，生产过程简单，适合大批量生产的优点，进而解决
技术介绍
中的问题。
[0013]（二）技术方案为实现上述具备不仅能够保证传感器和一次开关同寿命，解决电容分压式电压传感器准确度不易保证的问题，而且传感器可以满足准确度要求，且无需配对分拣，生产过程简单，适合大批量生产的优点，本专利技术采用的具体技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供了一种准确度可调电压传感器，该电压传感器包括电容分压器、隔离变压器、准确度校正回路及负载；其中，电容分压器由高压电容器和低压电容器组成，且高压电容器的一端与一二次融合设备的高压主回路连接，高压电容器的另一端与低压电容器的一端连接，低压电容器的另一端接地；隔离变压器原边的一端连接于高压电容器和低压电容器之间，隔离变压器原边的另一端连接与低压电容器和地之间，隔离变压器的副边与准确度校正回路的两端连接；准确度校正回路由固定电阻、第一可调电阻和第二可调电阻组成，且固定电阻和第一可调电阻串联后与第二可调电阻并联；负载的两端分别与准确度校正回路的两端连接。
[0014]进一步的，高压电容器和低压电容器分别由1个或多个电容器通过串、并联组合而成。
[0015]进一步的，固定电阻的电阻值为8kΩ～10kΩ，第一可调电阻的电阻值可调范围为0Ω～5kΩ，第二可调电阻的电阻值可调范围为0Ω～2kΩ。
[0016]进一步的，负载的负载阻抗大于2MΩ。
[0017]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种准确度可调电压传感器的准确度调整方法，该准确度调整方法包括以下步骤：S1、基于戴维宁定理构建电容分压式电压传感器等效电路；S2、利用电容分压式电压传感器等效电路计算分压比，得到电压传感器的变压比；
S3、依据电感传感器的变压比计算电压传感器的准确度，得到电压传感器的误差；S4、利用第一可调电阻和第二可调电阻实现对电压传感器误差的校正。
[0018]进一步的，基于戴维宁定理构建电容分压式电压传感器等效电路包括步骤：根据戴维宁定理将电容分压器部分进行电路等效变换，并将隔离变压器进行T型等效变换，得到电容分压式电压传感器等效电路。
[0019]进一步的，利用电容分压式电压传感器等效电路计算分压比，得到电压传感器的变压比包括以下步骤：S21、计算电容分压器和隔离变压器一次侧泄漏阻抗Z
t1
串联后的合成阻抗Z1，其中，合成阻抗Z1的计算公式为：式中，C1表示电容分压器的高压电容容值，C2表示电容分压器的低压电容容值，j表示复数，且j2=
‑
1，ω表示角频率，ω=2πf，f=50Hz；S22、计算准确度校正回路阻抗和负载阻抗Z
b
并联后的合成阻抗Z2, 其中，合成阻抗Z2的计算公式为：式中，R
h1
和R
h2
表示准确度校正回路的可调电阻，R1表示准确度校正回路固定电阻；S23、计算电容分压式电压传感器等效电路的总阻抗Z，其中，总阻抗Z的计算公式为：式中，Z
t0
表示隔离变压器的励磁阻抗，Z...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
的计算公式为：式中，R
h1
和R
h2
表示准确度校正回路的可调电阻，R1表示准确度校正回路固定电阻；S23、计算电容分压式电压传感器等效电路的总阻抗Z，其中，总阻抗Z的计算公式为：式中，Z
t0
表示隔离变压器的励磁阻抗，Z
t2
表示隔离变压器的二次侧泄漏阻抗；S24、分析电容分压式电压传感器等效电路并计算电压传感器的变压比K，其中，电压传感器的变压比K的计算公式为：式中，V1表示电压传感器的输入电压，V2表示电压传感器的输出电压；S25、分析精简电压传感器变压比K的计算公式，得到：。8.根据权利要求7所述的准确度可调电压传感器的准确度调整方法，其特征在于，所述依据电感传感器的变压比计算电压传感器的准确度，得到电压传感器的误差包括以下步骤：S31、将电压传感器组成元件作为传感器的公称变比K
GC
...

【专利技术属性】
技术研发人员：段友涛，闫秀章，崔旭光，
申请(专利权)人：北京昊创瑞通电气设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：