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玻璃釉电阻RIG8B。其耐高电压,大功率,主要用于高压分压器、高压测试设备、老练设备、负载。由计算得:

额定功率p=50W,外形尺寸Φd×l=Φ26mm×135mm, D=M6(mm) (2) 其他电阻的选择

为使分压器达到准确度要求,所选电阻元件必须具有较小的温度系数和电压系数。同时分压器还要满足一定的耐高压冲击的要求,考虑到减小分压器体积,电阻串联的个数不宜多,故需要采用高阻值高电压的电阻。常规用于电阻分压器的电阻主要有碳膜电阻器、金属膜电阻器和线绕电阻。对这几种电阻器进行分析和比较如下:

碳膜电阻器是一种薄膜电阻器,它是通过真空高温热分解的结晶碳沉积在柱形的或管形的陶瓷骨架上制成的,并通过控制膜的厚度和刻槽来控制电阻值,因其制作容易,成本低廉,得到广泛应用。合成碳膜电阻器是将碳黑、填料和有机粘合剂配成悬浮液,涂覆在绝缘骨架上,经加热聚合而成,这种电阻器主要适于制成高压、高阻用的电阻器,但不足之处在于抗湿性差,电压稳定性低,频率特性不好,噪声大。

金属膜电阻器也是一种薄膜电阻器,它是将金属或合金材料用高真空加热蒸发法在陶瓷体上形成一层薄膜制成。金属膜电阻器具有耐高温、抗氧化、热稳定性好、超负载稳定性好,长期工作稳定可靠的特性。温度系数小,工作频率范围大,噪声电动势很小,电压系数比碳膜电阻器更好,相同功率条件下比碳膜电阻器体积小很多。但金属膜电阻器的脉冲负荷稳定性较差。

线绕电阻器是用高比电阻材料康铜、锰铜或镍铬合金丝缠绕在陶瓷骨架上制作而成的电阻器。线绕电阻器具有噪声小甚至无电流噪声温度系数小、热稳定性好、耐高温,功率大,能承受大功率负荷等优点。其缺点是高频特性差,线绕电阻器可以制成低噪声,耐热性好的功率型普通线绕电阻器、精密线绕电阻器以及高精密线绕电阻器。但是,通常线绕电阻器的最高工作电压只有几百伏。故不适用于幅值很高的纳秒高压脉冲测量。

通过以上几种电阻的分析可知碳膜电阻器脉冲负荷稳定性较差,经受上升沿很快的电压冲击或正常的操作冲击电压之后,阻值会发生改变。线绕电阻器最高工作电压只有几百伏,也不适于纳秒高压测量。而金属氧化膜电阻具有高信赖性,高稳定性及不燃等特性,适用于各种较大功率回路,故在分压器制作过程中选用金属氧

化膜电阻器。

为了尽量减小杂散参数的影响, 电阻圈1,2和第2级高压臂电阻均采用金属膜无感电阻。电阻圈1,2的各个电阻选用0.05W,500Ω金属膜无感电阻。第2级高压臂电阻R3选用0.05W,1kΩ金属膜无感电阻。

3.2.2 壳体材料的选择

铝是工业上常用的轻型金属材料,资源丰富,其特点是密度小,由于纯铝的强度低,因此常采用铝合金,提高其强度和耐热性能。本文采用铝合金管作为壳体,其价格比铜低,轻巧方便,亦能满足实验要求。

综合考虑绝缘屏蔽、对地电容等的影响,选用内径为Φ50mm、壁厚5mm的铝合金管。

3.2.3 绝缘材料的选择

绝缘材料在各种电器设备、电工仪表中使带电部件与其他部件相互隔离,起着机械支撑、固定以及灭弧、散热、储能、防潮、防霉或改善电场的电位分布和保护导体的作用。电气维修中,选用优质的绝缘材料、合理采用绝缘材料的新技术,对提高电气设备的性能成本比和改善电气设备的功率重量比具有显著的作用。

绝缘材料又叫电介质,按物态可分为气体、液体和固体。空气、氢、氮、二氧化碳、六氟化硫以及甲烷等都是良好的气体绝缘材料;变压器油、开关油、电容器油、电缆油等矿物油,十二烷基苯、聚异丁烯、硅油和三氯联苯等合成油以及蓖麻油等,都是优良的液体绝缘材料;固体绝缘材料中常用的有绝缘漆、纸、纸板及纤维制品、漆布、漆管和绑扎带等绝缘纤维浸渍制品、云母制品、塑料、橡胶、玻璃和电工陶瓷等。

绝缘材料的选用需要注意几点:

(1)绝缘强度与电击穿 当绝缘材料两端外施电压超过一定值时,绝缘材料将被击穿,这种现象称为绝缘材料的电击穿。绝缘材料在使用时外施电压的电场强度应小于绝缘材料的绝缘强度,并留有充分的余量。

(2)绝缘材料的耐热性 绝缘材料的耐热性是指绝缘材料及其制品承受高温而不致损坏的能力。绝缘材料过热时,其绝缘电阻减小,绝缘强度降低,介质损耗加大,

最终导致绝缘材料击穿。因此在选择材料时要充分考虑这一点。

(3)绝缘材料的老化 绝缘材料在设备运行中由于各种因素的作用而发生一系列不可恢复的物理、化学变化而导致绝缘材料电气和力学性能的劣化,通常称为老化。引起此现象的形式主要有大气老化、热老化和电老化,因此在使用时必须注意环境的影响,特殊环境应使用特种材料。

氟塑料分子结构中含氟碳键,键能很高,具有良好的耐热性、耐磨性、耐化学性和耐辐照性,包含有聚四氟乙烯(F4)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(F46)和四氟乙烯-全氟乙烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等。F4电气性能优良,相对介电常数和介质损耗角正切在已知固体绝缘材料中最低,具有优异的耐热、耐腐蚀性能,可长期工作温度为250℃,对酸、碱及其他化学药品和各种溶剂的稳定性优于其他氟材料,因此,本文选用聚四氟乙烯材料。

根据无耗传输线特性阻抗的计算公式[27]:

(3-3)

式中:,分别为无耗传输线内、外导体半径;为同轴线内、外导体间填充介质的相对介电常数,即聚四氟乙烯的相对介电常数。其中b=55mm,。

考虑到分压器第1级与第2级和同轴电缆的阻抗匹配[23],则。

综上,由(3-3)式可得a=16.93mm,考虑加工等损耗,选取直径为Φ25mm的聚四氟乙烯棒料。

由于聚四氟乙烯材料价格昂贵,因此只在第1级高压臂电阻与高压电缆接头处填充此材料,图3.1所示其他地方采用有机玻璃绝缘材料。选取内径为Φ40mm,壁厚5mm的有机玻璃管。

3.2.4 电缆的选择

3.2.4.1 高压电缆的选择

将一根或数根绝缘导线组合成线芯,外面缠绕上密闭的包扎层(铝、铅或塑料),这种导线称为电缆。

电缆的种类很多,其结构和用途不同。电力系统中常用的有电力电缆、控制电缆及电气装备用电缆。本文选用的是电力电缆,电力电缆在电力系统中用于传输或分配较大功率的电能。

电力电缆的基本结构主要包括导体、绝缘层和保护层3部分。通常采用导电性能良好的铜、铝做导体。绝缘层用以将导体与相邻导体以及保护层隔离,一般要求绝缘性能良好,经久耐用,有一定的耐热性能。保护层分为内护层和外护层两部分,用来保护绝缘层,以免外力损伤和水分浸入电缆。它具有一定的机械强度。电缆外护层具有“三耐”和“五防”功能。“三耐”即耐寒、耐热、耐油;“五防”即防潮、防雷、防蚁、防鼠、防腐蚀。

电力电缆按绝缘材料分为:油浸纸绝缘、塑料绝缘、橡胶绝缘、气体绝缘;按结构特征分为:统包型、分相型、钢管型、扁平型、自容型;按电压等级分为高压电缆、低压电缆;按缆芯数量分为单芯、双芯、三芯、四芯四种;按缆芯电体形状分为圆形、扁形、椭圆形;按电缆导体的填充系数大小分为紧压、非紧压两种。

油浸纸绝缘电缆具有耐压强度高、耐热能力好和使用年限长等优点,但工作时浸渍油会流动,因此两端的高度差有一定的限制,否则电缆低的一端可能因为油压很大使端头胀裂漏油,而高的一端则可能因油流失而使绝缘干枯,耐压降低,甚至击穿。塑料电缆具有抗酸碱、防腐蚀和重量轻等优点,已基本取代油浸纸绝缘电缆。塑料绝缘电缆主要有聚氯乙烯绝缘电缆和交联聚乙烯绝缘电缆。聚氯乙烯绝缘电缆的电压等级范围是1~10kV,交联聚乙烯绝缘电缆分为中低压交联电缆(1~35kV)和高压超高压交联电缆(110kV及以上)。

综上所述,如图2.3高压电缆选用耐压为30kV,单芯铜导线交联聚乙烯绝缘电缆。 3.2.4.2 射频同轴电缆的选择

射频同轴电缆由内导体、绝缘介质、外导体(屏蔽层)和护套4部分组成。内导体通常由一根实心导体构成,利用高频信号的集肤效应,对于需要供电的分配网或主干线建议采用铜包铝线;对不需要供电的用户网采用铜包钢线,也可采用铜线。这样既保证电缆的传输性能,又可以满足供电及机械性能的要求。绝缘介质可以采用聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等。常用的绝缘介质是损耗小、工艺性能好的聚乙烯。同轴电缆的外导体有双重作用,它既作为传输回路的一根导线,又具有屏蔽作用。室外电缆宜用具有优良气候特点的黑色聚乙烯,室外用户电缆从美观考虑则宜采用浅色的聚乙烯。

同轴电缆主要是由内外导体构成的,对于导体中流动的电流存在着电阻与电感,对导体间的电压存在着电导与电容。这些特性是沿线路分布的,称为分布系数,若单位长度的电阻、电感、电导、电容分别以R、L、G、C表示,则其特性阻抗为:。

由于特性阻抗及阻抗匹配问题,为防止产生信号反射,达到最好的传输效果,本文使用的同轴电缆的特性阻抗为50Ω。

综上所述,本文选择铜芯内导体、铜包铝线、黑色聚乙烯护套的50Ω射频同轴电缆。

3.2.5 其他材料的选择

如图3.1所示,由于第1级高压臂电阻是两端带螺纹孔的非引线式电阻,因此电阻两端要连接导线,铜具有良好的导电性能,且铜质越纯,导电性越好;还具有良好的导热性;并具有一定的机械强度,良好的耐腐蚀性,无低温脆性,易于焊接等,所以广泛用于导电用铜。此电阻两端螺纹为M6,所以选择直径为6mm的铜棒。

电阻圈1 和电阻圈2均是辐射状的电阻焊接,因此要选用金属环,其上需均匀的打10个小孔。中间还需要一小金属片,中心打孔,用于焊接电阻引线。此金属环外径应介于壳体内外径之间,即Φ50mm ~Φ60mm。

由参考文献[28]可知:

L27型射频连接器选取L27型50Ω连接器。 N型射频同轴连接器选取N-50KF型号。 BNC型射频同轴连接器选取BNC-J4型号。

高压电缆接头处选用铝合金棒料,加工成如图3.1所示结构,要与铝合金管内螺纹连接,且中间填充绝缘材料。铝合金棒直径为Φ60mm。

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