一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器制造技术

本发明专利技术公开一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，包括传感器极板S1、传感器极板S2、传感器极板S3、传感器极板S4、传感器极板S5、传感器极板S6；当传感器由于装设误差、风吹、振动等发生角度偏移，虽然各极板的输出发生变化，但传感器整体输出的矢量幅值大小不发生变化，因此整体输出不会随着角度偏转产生较大的精度偏差，在复杂应用环境中具有更强的环境适用性。境适用性。境适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器


[0001]本专利技术涉及电气设备领域，具体是一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器。

技术介绍

[0002]随着智能电网的迅速发展，户外场景的雷电过电压的非接触测量得到广泛研究，虽然目前基于高压分压器、电光效应、电场耦合等检测原理存在大量的过电压传感器，却没有一种类型的传感器可以消除角度位置误差。对于户外等极端环境监测应用场景，传感器往往受到风、振动、人为安装偏差等因素影响，使得传感器偏离正常装设位置，带来无法忽视的电场测量误差，因此有必要提出一种能够免疫角度偏差的球面六电极式过电压传感器，无论传感器遭受何种程度的角度偏差，都能够通过各方向上的电场分量，稳定输出待测过电压信号。这种零角偏差测量的球面六电极传感器相比传统过电压传感器，在存在具有更好的抗干扰性和测量稳定性，能够广泛用于户外变电站、输配电线路等环境，具有更好的现场适应度。
[0003]目前过电压传感器主要包括直接法与间接法，直接法中，现有的CVT暂态过电压传感器虽然可以有效测得过电压传感器，但其需要在变压器套管末端出装设电容分压器与高压母线进行直接接触，这种阻容式过电压传感器节体积庞大质量极重，装设与拆卸不便，或者存在直接接触造成受潮发热，造成爆炸，部分CVT传感器甚至存在较强的波形畸变率，失真度较大。最重要的技术缺陷是，该类过电压传感器由于需要和母线进行直接联接，不适用于广泛的户外应用场景。另一方面，电磁式互感器的测量范围受到较为严重的限制，存在严重的磁滞饱和现象，基本无法满足宽频与过电压测量需求。
[0004]间接法非接触测量方法中，现有技术存在一种平行于导线放置的非接触感应装置，然而该装置体积大，需要占据特定位置的巨大空间，不利于更广范围内的应用。现有技术存在一种相对微型的过电压传感器，该传感器采用耦合式分压原理，但传感器本身只沿着垂直方向进行装设，对于水平方向上的过电压信号则无法实现充分感应，当电力系统出现多源过电压信号时，传感器往往仅感应到各过电压信号在垂直方向的分量叠加，因此无论从幅值还是相角信息来讲，传感器的准确度和抗耦合干扰性都不足以满足更加精确的测量需求。与此同时，传感器的装设角度必须严格固定，否则装设角度将会带来严重的精度偏差。现有技术存在一种电光效应的非接触过电压传感器，但是由于采用了光学晶体，导致结构相对复杂，具有严重的温度漂移误差，在低温到高温整个阶段具有差异明显的非线性比例矫正系数，导致其在长期运行可靠性行存在严重缺陷。
[0005]综合来看，目前的过电压传感器主要缺点可以归纳如下：1.传统的接触式过电压传感器(CVT或者电磁式)由于与待测导体有直接接触，同时体积庞大，不便于装卸，同时铁磁谐振与安全性问题容易不利于传感器的广泛应用。2.非接触式过电压传感器中，电光效应式传感器工艺复杂，成本较高，安装不便，长期影响运行稳定性仍未能得到有效改善，光学晶体温度可靠性不足，导致其测量稳定性不高；同时其它类型非接触过电压传感器需要
严格装设与架空线下方，其对于装设角度和感应方向具有较为严格的要求。
[0006]在实际运用过程中，传感器经常会遭受到风吹、振动等环境因素干扰，带来不可避免的发生角度偏差，这种角度偏差对测量结果的精度影响是不可忽略的。然而，对于非接触过电压传感器而言，目前所有类型的传感器都不具备消除角度位置为传感器带来的测量误差，为提高测量稳定性，使传感器可以运用到更为广阔复杂的户外过电压监测场景，亟需一种新型过电压测量传感器改善传感器的角偏移测量性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，包括传感器极板S1、传感器极板S2、传感器极板S3、传感器极板S4、传感器极板S5、传感器极板S6。
[0008]所有传感器极板为等面积的球冠。所有传感器极板组成一个球体，球心记为O。
[0009]所有传感器极板的材料为金属。
[0010]三组对位电极通过镂空的球面支撑框架进行支撑和隔离。
[0011]在以球心O为原点的空间球面坐标系中，传感器极板S1沿着y轴旋转180
°
后与传感器极板S2的位置重叠。传感器极板S1沿着x轴逆时针旋转90
°
后与传感器极板S3的位置重叠。传感器极板S1沿着x轴顺时针旋转90
°
后与传感器极板S4的位置重叠。传感器极板S1沿着y轴逆时针旋转90
°
后与传感器极板S5的位置重叠。传感器极板S1沿着y轴顺时针旋转90
°
后与传感器极板S6的位置重叠。
[0012]在以球心O为原点的空间球面坐标系中，传感器极板的球面坐标系如下所示：
[0013][0014]式中，r、θ和分别表示传感器极板在空间球面坐标系中的径向距离、极角和方位角。S1：r、S2：r、S3：r、S4：r、S5：r、S6：r分别表示传感器极板S1、传感器极板S2、传感器极板S3、传感器极板S4、传感器极板S5、传感器极板S6的球面坐标。
[0015]其中，传感器极板S1平行于传感器极板S2，构成第一组对位极板。传感器极板S1通过表面的信号输出端子输出电场信号E1，并与传感器极板S2表面信号输出端子输出的电场信号E2进行差分，得到球面六电极式过电压传感器x方向上的差分电势U
x
。
[0016]传感器极板S3平行于传感器极板S4，构成第二组对位极板。传感器极板S3通过表面的信号输出端子输出电场信号E3，并与传感器极板S4表面信号输出端子输出的电场信号E4进行差分，得到球面六电极式过电压传感器y方向上的差分电势U
y
。
[0017]传感器极板S5平行于传感器极板S6，构成第三组对位极板。传感器极板S5通过表面的信号输出端子输出电场信号E5，并与传感器极板S6表面信号输出端子输出的电场信号E6进行差分，得到球面六电极式过电压传感器z方向上的差分电势U
z
。
[0018]传感器极板S1、传感器极板S2产生的差分电势U
x
如下所示：
[0019][0020]传感器极板S3、传感器极板S4产生的差分电势U
y
如下所示：
[0021][0022]传感器极板S5、传感器极板S6产生的差分电势U
z
如下所示：
[0023][0024]式中，σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6分别表示传感器极板S1、传感器极板S2、传感器极板S3、传感器极板S4、传感器极板S5、传感器极板S6的表面电荷密度。E0为球面六电极式过电压传感器的中央电场。C1是传感器的自电容。k是差分系数。A为传感器极板所代表高斯积分面积。
[0025]差分电势U
x
、差分电势U
y
、差分电势U
z
和球面六电极式过电压传感器电场输出幅值信号E
out
的关系如下所示：
[0026][0027]式中，r'、θ'和分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，其特征在于：包括传感器极板S1、所述传感器极板S2、传感器极板S3、传感器极板S4、传感器极板S5、传感器极板S6。其中，传感器极板S1平行于传感器极板S2，构成第一组对位极板；传感器极板S1通过表面的信号输出端子输出电场信号E1，并与传感器极板S2表面信号输出端子输出的电场信号E2进行差分，得到球面六电极式过电压传感器x方向上的差分电势U
x
；传感器极板S3平行于传感器极板S4，构成第二组对位极板；传感器极板S3通过表面的信号输出端子输出电场信号E3，并与传感器极板S4表面信号输出端子输出的电场信号E4进行差分，得到球面六电极式过电压传感器y方向上的差分电势U
y
；传感器极板S5平行于传感器极板S6，构成第三组对位极板；传感器极板S5通过表面的信号输出端子输出电场信号E5，并与传感器极板S6表面信号输出端子输出的电场信号E6进行差分，得到球面六电极式过电压传感器z方向上的差分电势U
z
；传感器极板S1、传感器极板S2产生的差分电势U
x
如下所示：传感器极板S3、传感器极板S4产生的差分电势U
y
如下所示：传感器极板S5、传感器极板S6产生的差分电势U
z
如下所示：式中，σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6分别表示传感器极板S1、传感器极板S2、传感器极板S3、传感器极板S4、传感器极板S5、传感器极板S6的表面电荷密度；E0为球面六电极式过电压传感器的中央电场；C1是传感器的自电容；kx、ky、kz是同一测点处差分系数；A为传感器极板所代表高斯积分面积；差分电势U
x
、差分电势U
y
、差分电势Uz和球面六电极式过电压传感器电场输出幅值信号E
out
的关系如下所示：式中，r'、θ'和分别表示电场输出幅值信号在空间球面坐标系中的径向距离、极角和方位角。球面六电极式过电压传感器电场输出幅值信号E
out
和被测导体监测点过电压信号U
out
关系由线性拟合方法确定。2.根据权利要求1所述的一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，其特征在于：所有传感器极板为等面积的球冠；所有传感器极板组成一个球体，球心记为O。3.根据权利要求1所述的一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，其特征在于：所有传感器极板的材料为金属。4.根据权利要求1所述的一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，其特征在于：三组对位电极通过镂空的球面支撑框架进行支撑和隔离。5.根据权利要求1所述的一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，其特征在
于：在以球心O为原点的空间球面坐标系中，传感器极板S1沿着y轴旋转180
°
后与传感器极板S2的位置重叠；传感器极板S1沿着x轴逆时针旋转90
°
后与传感器极板S3的位置重叠；传感器极板S1沿着x轴顺时针旋转90
°
后与传感器极板S4的位置重叠；传感器极板S1沿着y轴逆时针旋转90
°
后与传感器极板S5的位置重叠；传感器极板S1沿着y轴顺时针旋转90
°
后与传感器极板S6的位置重叠。6.根据权利要求1所述的一种零角偏差测量的球面六电极式过电压传感器，其特征在于：在以球心O为原点的空间球面坐标系中，传感器极板的球面坐标系如下所示：式中，r、...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪金刚，颜晓军，赵鹏程，沈泽亮，胡晓旭，傅雅梦，王思齐，徐昌建，范家睿，艾诚，郭奥飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：