电压传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种电压传感器。通过具有电阻屏蔽（ＲＳ）的材料制造的电隔离部件形成一种用于测量高压线上的电压的电压传感器，该电隔离部件构成由隔离部件两端之间的电压差产生的电场，并提供内部电场与电压传感器外部的电场干扰源之间的屏蔽。设置至少一个电场传感器，以探测隔离部件中的电场，其输出被用于推断电压差。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测量电压的电压传感器，尤其适于测量诸如高压电传输线上的高压。
技术介绍
已知的高压电压传感器包括电感互感器(inductive transformer)、电容分压器或电容电压变换器、以及利用块体光电场传感器(bulk-optic electric fieldsensor)的换能器。前面的两种传感器具有带宽受限、故障损失大、维护工作多、重量重和输出不稳定的缺点。它们还具有需要良好的绝缘的缺点，该绝缘既是昂贵的，也对环境有潜在的危险(例如油脂和/或SF6气体)。珀克斯传感器(Pockels cell)是公知的已用于测量电压，尤其是高压的装置，例如见授予H.Hamada的美国专利第5477134号和授予G.K.Woods的美国专利第5731579号。用于本专利技术的珀克斯传感器的优选形式为整体式光学珀克斯传感器，如1991年7月2日授予Jaeger的美国专利第5,029,273号中所述的传感器，该专利在此处参考引用。1999年6月29日授予A.Bosco、T.Hertig和A.Kaczkowski的题为“金属包封的气体绝缘的高压装置的测量装置(Measuring device for ametal-enclosed，gas-insulated high-voltage installation)”的美国专利第5,917,316号说明了一种高压电压传感器，该传感器利用了一金属封壳来获得高的测量准确性，该封壳为位于封壳内的电压探测器提供了抵抗外电压源的屏蔽。该封壳包括一高压导体，并填充有加压的SF6气体，以维持高的电场应力。一更早的申请(即Jaeger等人在1998年12月4日提交的美国专利申请第09/204,507号)公开了与本专利技术相似的电压传感器，但是是一种导纳屏蔽(Admittance Shielding)(AS)主要基于介电屏蔽的电压传感器，该申请在此处参考引用。此屏蔽虽然是有效的，但是需要使用具有高介电常数的材料，该材料并不总是易于获得，并且通常昂贵而较重。使用与本专利技术所用的大致相似的电压传感器(voltage transducer)(VT)的其它系统(即，使用至少一个电场传感器(EFS)以给出电压测量结果的那些系统)使用如以下详细描述的导纳屏蔽(AS)以提高系统的效能。这些已知的导纳屏蔽系统通过控制金属导体(电极)的几何形状(或如上所述选择具有较大介电常数的材料那样(如所述Jaeger等人的申请中所教导的那样))来构造，以获得优良的导纳屏蔽。例如，获得AS的一种方法是有效地减小两个导体之间的距离，将测量在该两个导体之间的电压。另一种方法是用其它导体尽可能多地围绕一个导体。这两种方法都具有增加两个导体之间的导纳的效果，EFS位于该两个导体之间。这些方法的使用导致高电场应力的存在，该电场应力必须由诸如SF6气体的特殊绝缘体支撑。此例子可以在1976年2月10日授予W.Hermstein、G.Rosenberger和W.Muller的题为“用于密封高压装置的电压测量装置(Voltage measuring device for encapsulated high-voltageinstallations)”的美国专利第3,938,039号；1993年12月21日授予R.Baumgartner、K.Y.Haffner、H.Hageli和A.Kaczkowski的题为“用于金属包封的气体绝缘高压装置的电流和电压转换器(Current and voltagetransformer for a metal-encapsulated，gas-insulated high-voltage installation)”的美国专利第5,272,460号；1999年4月6日授予G.K.Woods和T.W.Renak的题为“用于探测电场中电压的电光电压传感器(Electro-optic voltage sensorfor sensing voltage in an E-field)”的美国专利第5,892,357号；以及1993年10月22日授予O.Tetsuo的题为“绝缘体内建型光电压传感器(Insulatorbuilt-in type photo voltage sensor)”的日本专利第05273256号中找到。电阻材料在高压应用中的使用是公知的(例如，在用于分隔电压的电阻分压器中，或在用于在高压电缆端部测量电场的电缆接线端处)，但未用于为了测量电压的(EFS)屏蔽。
技术实现思路
本专利技术明显减少了现有高压传感器技术中的不足。本专利技术的简单结构主要去除了对通常昂贵的和/或不利于环境的绝缘体的需要；可以作得更轻，这使更便宜的运输、安装和维护成为可能；并与现有的支座绝缘子(standoff)结构兼容，这允许简单的构造。当与诸如整体式光学珀克斯传感器的小型电场传感器技术一起使用时，本专利技术提供了宽的带宽和与新兴的数字技术的轻易结合。总体上，本专利技术涉及一种测量电压的装置，该装置包括一电隔离部件；一对间隔的导体，其间的电压差V得以确定，所述导体中的一个在所述隔离部件的一端，而另一个在所述隔离部件的远离所述一端的端部；至少一个电场传感器，该传感器在所述隔离部件内的至少一个位置处探测电场；一个检波器，用于基于由所述至少一个电场传感器探测到的所述电场确定所述电压差V的值Vd，所述隔离部件由主要是电阻性的材料形成，该材料具有处于25GΩ至50kΩ范围内的电阻，从而为所述至少一个位置提供与所述装置外部的实际强度的电场干扰源隔开的足够屏蔽，使得实际强度的所述源不改变在所述至少一个位置处探测的所述被探测电场，以在所述电压差V的所述值Vd上不产生明显误差。总体上，本专利技术还涉及一种测量电压的装置，该装置包括一电隔离部件；一对间隔的导体，其间的电压差V得以确定，所述导体中的一个在所述隔离部件的一端，而另一个在所述隔离部件的远离所述一端的端部；至少一个电场传感器，该传感器在所述隔离部件内的至少一个位置处探测电场；一个检波器，用于基于由所述至少一个电场传感器探测到的所述电场确定所述电压差V的值Vd，所述隔离部件由主要是电阻性的材料形成，该材料具有处于25GΩ/m至50kΩ/m范围内的每单位长度电阻，从而为所述至少一个位置提供与所述装置外部的实际强度的电场干扰源隔开的足够屏蔽，使得实际强度的所述源不改变在所述至少一个位置处探测的所述被探测电场，以在所述电压差V的所述值Vd上不产生明显误差。优选地，每单位长度的所述电阻在1GΩ/m至500kΩ/m的范围内。优选地，所述的足够屏蔽将所述的所确定的电压Vd的误差减小至小于不使用所述隔离部件时获得的Vd的误差的25％。优选地，所述的足够屏蔽将所述的所确定的电压Vd的误差减小至小于1％。优选地，所述的足够屏蔽将所述的所确定的电压Vd的误差减小至小于0.3％。优选地，所述的隔离部件是中空部件，该电场传感器安装在其中。优选地，该隔离部件的材料是掺有碳黑的聚乙烯。优选地，该隔离部件包封在一护套中，该护套保护所述的隔离部件不受环境影响。优选地，该电场传感器是光学电场传感器。附图说明根据以下结合附图的详细说明，其它特点、目的和优点将变得清晰，其中图1示出了本专利技术的基本结构；图2示出了可在高压变电站中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量电压的装置，该装置包括：一电隔离部件；一对间隔的导体，其间的电压差Ｖ得以确定，所述导体中的一个在所述隔离部件的一端，而另一个在所述隔离部件的远离所述一端的端部；至少一个电场传感器，该传感器在所述隔离部件内的至少一个位置处探测电场；一个检波器，用于基于由所述至少一个电场传感器探测到的所述电场确定所述电压差Ｖ的值Ｖ↓［ｄ］，所述隔离部件由主要是电阻性的材料形成，该材料具有处于２５ＧΩ至５０ｋΩ范围内的电阻，从而为所述至少一个位置提供与所述装置外部的实际强度的电场干扰源隔开的足够屏蔽，使得实际强度的所述源不改变在所述至少一个位置处探测的所述被探测的电场，以在所述电压差Ｖ的所述值Ｖ↓［ｄ］上不产生明显误差。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克P查维斯，法诺什拉马蒂安，尼古拉斯AF耶格，克里斯托弗P亚基米西恩，
申请(专利权)人：尼克斯特法斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]