具有轴向重叠电极和局部场传感器的高压传感器制造技术

一种电压传感器包括绝缘体（1），其具有嵌入其中的互相绝缘的电极（Eij，ES）。这些电极同轴并且是圆柱形的并且沿它们的长度的一部分轴向重叠。它们互相交错并且控制等电势表面使得在绝缘体（1）外部存在大致上均匀的电场并且在绝缘体（1）内的感测腔（7）内存在大致上均匀但更高的场。一种场传感器（6）布置在感测腔（7）内来局部地测量场。该设计允许对于高压应用生产紧凑的电压传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量第一和第二接触点之间的电压的电压传感器，特别地涉及具有在这些接触点之间延伸的例如绝缘材料主体的绝缘体以及具有布置在所述主体中的电极的电压传感器。本专利技术还涉及串联布置的若干这样的电压传感器的组装件。
技术介绍
光学高压传感器通常依赖例如Bi4Ge3O12 (BGO)的晶状材料中的电光效应(Pockels效应)[I]。施加的电压在传播通过晶体的两个正交线性偏振光波之间引入差分光学相移。该相移与电压成比例。在晶体末端处，光波通常在偏振器处干渉。所得的光強度起到相移并且从而电压的测量的作用。US 4，904，931 [2]和US 5，715，058 [3]公开了传感器，其中在单个BGO晶体的长度上施加全线路电压(多达若干个IOOkV) [I]。用于从所得的调制图样检索施加电压的方法在[4]中描述。优点是传感器信号对应于真实电压(即沿晶体的电场的线积分)。然而，晶体处的电场强度非常高。为了获得足够的介电强度，晶体安装在中空高压绝缘体中，其由用SF6气体在压カ下填充的光纤增强环氧树脂制成用于电绝缘。绝缘体直径足够大以使绝缘体外的空气中的场强度保持在临界极限以下。在EP 0 316 635[5]中，在使用例如在EP 0 316 619[6]中更详细描述的那些的压电感测元件通过多个局部电场测量估算施加电压的方面描述传感器。利用压电晶体的正确的选择和取向，仅测量电场的ー个分量并且从而对外部场扰动的灵敏度下降。相似的概念已经在US 6，140, 810[7]中描述。然而，在这里，単独的压电感测元件配备有场转向电极并且与电导体连接使得执行电场的全积分。在若干晶体之间划分电压使峰值电场降低使得细长的绝缘体足以提供需要的介电强度。US 6，252，388[8]和US 6，380, 725[9]进ー步描述了使用沿中空高压绝缘体的纵轴安装在选择位置处的若干小的电光晶体的电压传感器。这些晶体測量它们位点处的电场。这些局部场测量的总和起到施加于绝缘体的电压的近似的作用。这里，给定电压处的场強度明显低于具有[2]的设计的并且具有以大气压カ的氮的绝缘是足够的。然而，因为传感器不测量场的线积分但从地与高压之间的一些选择点处的场強度得到信号，用于使电场分布稳定的额外的測量(介电常数屏蔽或电阻屏蔽)是必需的以避免过多的近似误差[9]。上文的概念的缺点是需要昂贵的大型高压绝缘体。外部尺寸与对应的常规感应电压互感器或电容性分压器中的ー些相似。从而，这样的光学传感器的吸引力受到限制。參考文献[10]和[11]描述了如在[2，3]中的类型的电光电压传感器，但具有嵌入硅酮内的电光晶体。从而避免大型中空高压绝缘体和SF6,体绝缘。如在[7]中的，电压可在若干晶体上分区。当仅测量总电压的一部分时，可以使用更紧凑的集成传感器，例如參见US5，029，273 [12]。用于从测量信号提取电光相位调制的各种技术是已知的如上文描述的，在[4]中使用的技术依赖超过电光晶体的半波电压的施加电压。此外，需要正交信号或用于实现不模糊输出的一些其他手段。该技术的优点是可以使用标准单模(SM)或多模(MM)光纤将光从光源引导到传感器晶体ー即，不需要保偏(PM)光纤。对测量获得线性偏振所需要的偏振器可以并入感测元件中。同样，到检测器的返回光纤可以是非PM光纤。对于比晶体半波电压低得多的电压，另ー个偏振測定技术在[13]中公布。该技术特别适合于使用局部场传感器的測量。这些传感器仅測量总线路电压的一部分，其比用全积分测量的电压小得多。用于基于非互易相位调制检索电光相移的技术从光纤陀螺仪知道[14]并且对于光纤电流传感器也已经描述[15]。它已经适合于与压电和电光电压传感器一起使用[16,17]。它特别适合于小的相移，但对于安置在高压绝缘体中的感测元件和光学相位调制器(典型地位于光源和检测器附近)之间的链路一般需要使用PM光纤。另ー个概念从高压套管知道。在高压系统中通常需要使高压导体通过其他导电部件或在其他导电部件附近，这些导电部件处于地电势(例如在电カ变压器处)。由于该目的，高压导体包含在馈通绝缘体内。该绝缘体包含与高压导体同轴并且互相绝缘的若干层金属箔。通过适当地选择金属箔的单独的圆柱的长度，电场在套管内和附近的分布可以采用从高压电势到地电势的相对均匀电压降沿套管的外表面出现这样的方式而控制[18，19]。
技术实现思路
要由本专利技术解决的问题是提供用于测量备选设计的第一和第二接触点之间的电压的电压传感器。该问题由权利要求1的电压传感器解決。因此，该电压传感器包括绝缘体。绝缘体是伸长的并且沿第一和第二接触点之间的轴向方向延伸。电场传感器布置在绝缘体内部的感测腔内。典型地，感测腔的长度明显短于绝缘体的长度。此外，多个导电电极布置在绝缘体中。这些电极由绝缘材料而互相分离并且电容性地耦合于彼此。电极的至少子集(或电极的整个组)被布置使得该子集的每个电极与来自该子集的电极中的至少另ー个轴向重叠。电极允许控制等电势表面使得在绝缘体的外表面上电压在绝缘体的全长上下降而在绝缘体内部电压在感测腔的(较短)长度上下降。有利地，电压沿绝缘体的外表面和在感测腔的长度上基本上都均匀地下降。然而，在缺乏电压传感器的情况下，等电势表面的法线基本上平行于轴向方向，如果这样的电极存在，则该法线在电极附近垂直于轴向方向。电极允许使电场集中在感测腔内，其中场强度大于电压传感器外部处的(平均)场強度，即大于由接触点之间电压除以接触点之间的距离。至少ー个电场传感器在它仅测量腔的轴向延伸的一部分上的场的意义中是局部电场传感器。该设计消除了使用大的场传感器的需要。有利地，该至少一个场传感器是光场传感器，其在以下之间引入场依赖相移A小 一通过它的光的第一传感器偏振或传感器模式与 一第二传感器偏振或传感器模式。这样的光场传感器例如可以是具有场依赖双折射的电光装置，特别地，晶体(例如BGO或BSO)或极化波导的段。然而，光场传感器也可以是压电装置，特别地晶状石英或压电陶瓷的压电装置，和携帯至少两个模式的波导，其中该波导连接到该压电装置使得波导的长度是场依赖的。有利地，电极中的至少ー个是径向环绕所述感测腔的屏蔽电扱。该屏蔽电极可以电容性地耦合于电极的两个子集并且它防止感测腔内的高电场延伸到传感器外部的空气中。有利地，电压传感器包括互相交错的电极的两组。本专利技术在其有利实施例中提供具有低成本的细长且重量轻的绝缘体的高压传感器。电极提供电场转向。可满足固态绝缘(不是油或气体)。本专利技术还涉及串联的这样的高压传感器的组装件。相同高压传感器的若干模块的组合可以用于測量大范围的不同的电压水平。其他有利实施例在从属的权利要求中以及下文的描述中列出。附图说明从本专利技术的下列详细描述将更好理解本专利技术并且除上文阐述的那些之外的目标将变得明显。这样的描述參照附图，其中 图1是电压传感器的截面图， 图2示出计算的測量腔内部的等电势线(省略了场转向电极)， 图3示出对于三个不同边界条件沿測量内部的轴向方向的相对场强度， 图4示出(a)单个电压传感器以及(b)两个和(C)四个电压传感器的组装件， 图5示出对没有四分之一波片的块状晶体中的准直束的感测组装件， 图6示出对具有四分之一波片的块状晶体中的准直束的感测组装件， 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.07 EP PCT/EP2010/0578721.一种高压传感器，用于测量第一和第二接触点(2，3)之间的电压，包括 绝缘材料制成的绝缘体(1)，其沿所述第一和所述第二接触点(2，3)之间的轴向方向延伸， 多个导电电极(EipEs),其布置在所述绝缘体(I)中，其中所述电极(Eip Es)由所述绝缘材料而互相分离并且电容性耦合于彼此， 至少一个电场传感器(6)，其布置在所述绝缘体(I)的感测腔(7)中， 其中，对于所述电极(EipEs)的至少一部分，每个电极与所述电极(EipEs)中的至少另一个轴向重叠， 其中所述电极(Eij, Es)布置用于在所述感测腔(7)中产生电场，其具有比所述电压除以所述第一和所述第二接触点(2，3)之间的距离更大的平均场强度并且 其中所述至少一个电场传感器(6)是局部电场传感器，其仅测量所述感测腔的轴向延伸的一部分上的所述场。2.如权利要求1所述的高压传感器，其中所述至少一个场传感器(6)是至少一个光学传感器，其在通过它的光的第一传感器偏振或传感器模式和第二传感器偏振或传感器模式之间引入场依赖相移Λ Φ，并且特别地其中所述光学传感器包括 具有场依赖双折射的电光装置，特别地为晶体，特别地为晶状Bi4Ge3O12 (BGO)或Bi4Si3O12 (BSO)的晶体，或展现Pockels效应的极化波导，或 压电装置，特别地晶状石英或压电陶瓷的压电装置，以及携带至少两个模式的波导，其中所述波导连接到所述压电装置使得所述波导的长度是场依赖的。3.如权利要求2所述的高压传感器，包括光学串联布置的多个所述光学传感器。4.如权利要求2到3中任一项所述的高压传感器，还包括 控制单兀(100)，其适应于从在所述第一传感器偏振或传感器模式中通过所述光学传感器的光与在所述第二传感器偏振或传感器模式中通过所述光学传感器的光之间的相移来确定所述电压， 法拉第旋转器(101)，其布置在所述控制单元(100)与所述光学传感器之间，其中所述法拉第旋转器(101)导致对于每个通路按45°所述光的非互易旋转。5.如权利要求4所述的高压传感器，还包括至少一个第一和至少一个第二保偏光纤段(103，104)，其光学串联布置并且连接以通过所述法拉第旋转器(101)在两个通路之间引导所述光，其中所述第一和第二保偏光纤段(103，104)的主轴按90°互相旋转，并且特别地其中所述保偏光纤段(103，104)的总差分群延迟Λ Lg比光源的相干长度小得多。6.如权利要求5所述的高压传感器，包括光学串联布置的多个感测模块(105)，其中每个感测模块(105)包括所述第一保偏光纤段(103)中的至少一个和所述第二保偏光纤段(104)中的至少一个以及至少一个光学传感器(6)。7.如权利要求2或3中任一项所述的高压传感器，包括 具有至少第一偏振模式的保偏光纤(21)，其中所述保偏光纤(21)采用以下这样的方式连接到所述光学传感器 一在所述第一传感器偏振或传感器模式中通过所述光学传感器的光以及 一在所述第二传感器偏振或传感器模式中通过所述光学传感器的光 都部分耦合到所述保偏光纤(21)的所述第一偏振模式中，连接到所述保偏光纤(21)的检测器单元(22)，所述检测器单元(22)至少包括测量通过所述保偏光纤(21)的所述第一偏振模式的光的第一光检测器。8.如权利要求2到7中任一项所述的高压传感器，其中所述场传感器的电光效应的温度导数具有与所述光学传感器中的轴向电场分量的平均绝对值的温度导数 相反的符号。9.如权利要求2到8中任一项所述的高压传感器，其中所述光学传感器包括波导。10.如权利要求2到9中任一项所述的高压传感器，其中所述光学传感器具有II1-V-半导体，特别地GaAs。11.如前述权利要求中任一项所述的高压传感器，其中所述腔(7)以垂直于所述轴向方向延伸的参考平面(16)对称，其中所述至少一个场传感器(6)的位置以所述参考平面对称。12.如前述权利要求中任一项所述的高压传感器，其中所述腔(7)以垂直于所述轴向方向延伸的参考平面(16)对称并且其中多个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·埃里克森，K·博纳特，S·V·马切塞，S·维尔德姆特，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：
国别省市：