具有轴向重叠电极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部分长度轴向重叠。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）内的绝缘腔（7）内存在大致上均匀但更高的场。场传感器（6）布置在感测腔（7）内来测量场。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涉。所得的光强度起到相移并且从而电压的测量的作用。US 4，904，931 [2]和US 6，252，388 [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100kV)。晶体长度典型地在IOOmm与250mm之间。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-气体在压力下填充的光纤增强环氧树脂制成用于电绝缘。晶体末端处的电极被设计使得沿晶体的场适度地均匀。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。典型地，场强度随着距晶体的径向距离增加而减小。US 6，252，388[4]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。这些晶体测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，给定电压处的场强度明显低于具有[2]的设计的并且具有以大气压力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强度得到信号，用于使电场分布稳定的额外的测量(介电常数屏蔽)是必需的以避免过多的近似误差[5]。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一些相似。从而，这样的光学传感器的吸引力受到限制。参考文献[6]描述了其中电压在若干石英晶体(每个具有例如150_的长度)之间分区的传感器。这里，晶体在施加电压下的压电畸变被传送到光纤，其携带至少两个不同的光模式。行进通过光纤的光波经历与电压成比例的差分光学相移。每个晶体的末端再次配备有电极，其在晶体处提供相对均匀的场分布。相邻晶体的电极与电导体互连。电压分区使电场强度与具有单个晶体的解决方案相比减小并且从而使得将晶体安装在相对低成本的相对细长的高压绝缘体中成为可能。绝缘体的中空体积用软聚亚酰胺填充。缺点是需要相对大的电晕环以便确保单独晶体处的电压降具有可比的大小。此外，增强的电场强度特别地在绝缘体外表面接近单独电极的位置处出现峰值场必须保持在空气的击穿场以下并且因此仍防止更小的绝缘体直径。参考文献[7]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。从而避免大型和SF6-气体绝缘的中空高压绝缘体。如在[6]中的，电压可在若干晶体之间分区。其他的现有技术是如从高压套管已知的概念。在高压系统中通常需要使高压导体传递通过处于地电势(例如在电力变压器处)的其他导电部件或在所述其他导电部件附近。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金属箔层。通过适当地选择金属箔的单独圆柱形的长度，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发生这样的方式而控制[8，9，10]。
技术实现思路
要由本专利技术解决的问题因此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的电压传感器解决。因此，电压传感器包括绝缘体，或简洁地传感器绝缘体。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至少一个感测腔内，特别地，确切地在一个感测腔内。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。电极的至少一子集(或电极的整组)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一个轴向重叠。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。优选地，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，对等电势表面的法线基本上平行于轴向方向，如果电极存在，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)场强度，即大于由接触点之间的电压除以接触点之间的距离。有利地，电极中的至少一个是径向环绕所述感测腔的屏蔽电极。该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。本专利技术在其优选实施例中提供具有细长且重量轻的低成本绝缘体的高压传感器。电极提供电场转向，并且可选地，消除了对直接施加于场传感器的电极的需要。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。因此，形状或尺寸相同或不同的高压传感器的若干模块的组合可以用于测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。这样的描述参照示范性实施例的附图，其中 图1是电压传感器的截面 图2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3示出(a)电压传感器内的场传感器的截面图和(b)两个场传感器的布置； 图4示出光场传感器以及偏振器、延迟器和电光晶体的轴的对齐； 图5示出(a)透射操作的具有偏振器的光场传感器，(b)透射操作的具有延迟器和偏振器的光场传感器，(C)反射操作的具有偏振器的光场传感器，Cd)反射操作的具有延迟器和偏振器的光场传感器，Ce)具有反射棱镜的光场传感器，以及(f)两个光场传感器的串联布置； 图6示出源和信号处理模块以及到光场传感器的串联的它的光学连接； 图7示出具有末端电极或接触电极的场传感器； 图8示出当在轴向方向上看时(a)具有重叠末端的电极层和(b)形成封闭圆柱形的电极； 图9示出对于给定额定电压的备选电极组装件(a)具有长度21的单个场传感器的电压传感器，(b)具有两个分离场传感器(每个具有长度I)的电压传感器； 图10示出反射操作的光场传感器，其具有用于从单个感测元件产生两个正交信号的光学器件； 图11示出串联布置的两个场传感器的组装件； 图12示出传感器主体的安装和接触电极的详细横截面图；以及 图13示出具有变化径向厚度的绝缘体的高压传感器。具体实施例方式定义 术语“高压”典型地指超过10kv，特别地超过IOOkV的电压。术语“径向”和“轴向”关于传感器的轴向方向(沿轴8，z轴)理解，其中径向指垂直于轴向方向的方向，并且轴向指平行于轴向方向的方向。给定电极“轴向重叠”另一个电极指示存在两个电极共同具有的轴向坐标(z坐标)的范围。具有电场转向的电压传感器 图1示出电压传感器的一实施例。本实施例包括例如环氧树脂或浸溃环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.07 EP PCT/2010/0578721.一种高压传感器，用于测量第一和第二接触点(2，3，20，30，21，31)之间的电压，包括 绝缘材料制成的绝缘体(I )，其沿所述第一和所述第二接触点(2，3，20，30，21，31)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)的至少一个感测腔(7 ；70,71)中，特别地，在确切地一个感测腔(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(Eip Es)布置用于在所述感测腔(7;70，71)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(2，3，20，30，21，31)之间的距离更大的平均场强度。2.如权利要求1所述的高压传感器，其中所述电极(EipEs)中的至少一个是屏蔽电极(Es)，其径向环绕所述感测腔(7 ;70，71)。3.如前述权利要求中任一项所述的高压传感器，至少包括电连接到所述第一接触点(2 ;20，21)的第一主电极(El1)和电连接到所述第二接触点(3⑶^彡的第二主电极⑶之工)，并且其中所述电极(Eij, Es)在所述第一和所述第二主电极(El1, E2P之间形成电容性分压器。4.如前述权利要求中任一项所述的高压传感器，其中所述场传感器(6)与所述第一主电极(El1)以及与所述第二主电极(E2P轴向重叠，并且特别地，其中所述电场传感器(6)测量在所述场传感器(6)的长度I上的场的线积分。5.如权利要求1到3中任一项所述的高压传感器，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部分上的所述场。6.如前述权利要求中任一项所述的高压传感器，其中对于每个感测腔(7;70，71)，所述电极(Ei」，Es)包括电极的第一组Eli,其中i=l…NI ;和电极的第二组E2i，其中i=l…N2 ；其中所述第一组的电极Eli布置在所述绝缘体(I)的第一区(10)中，所述第一区(10 ;100，101)从所述感测腔(7 ；70,71)的参考平面(16 ；160,161)延伸到所述第一接触点(2 ;20，21)，并且，其中所述第二组的电极E2i布置在所述绝缘体(I)的第二区(11 ；110,111)中，所述第二区(11 ;110，111)从所述参考平面(16 ;160，161)延伸到所述第二接触点(3 ;30，31)，其中所述参考平面(16 ;160，161)径向延伸通过所述感测腔(7 ;70，71)，并且特别地其中 N1=N2。7.如权利要求3和6所述的高压传感器，其中所述第一组的第一电极El1形成所述第一主电极并且所述第二组的第一电极E2i形成所述第二主电极。8.如前述权利要求6或7中任一项所述的高压传感器，其中，对于电极的每个组j，所述电极EjJP Eji+1沿重叠段轴向重叠，其中，在所述重叠段中，所述电极Eji+1从所述电极Eji向外径向布置。9.如权利要求6到8中任一项所述的高压传感器，其中，对于电极的每个组j， 每个电极具有面向所述参考平面(16 ；160,161)的中心末端(14)和与所述中心末端(14)轴向相对的接触末端(15)，所述电极Eji+1的中心末端(14)比所述电极Eji的中心末端(14)更接近所述参考平面(16 ;160，161)，并且所述电极Eji+1的接触末端(15)比所述电极Eji的接触末端(15)更接近所述参考平面(16 ;160，161)， 所述电极Eji+1的中心末端(14)具有距所述电极Eji的中心末端(15)的轴向距离Bji,并且所述电极Eji+1的接触末端(14)具有距所述电极Eji的接触末端(14)的轴向距离Cji,并且 所述电极6上和￡上+1在所述电极￡上+1的接触末端(15)与所述电极Eji的中心末端(14)之间轴向重叠。10.如权利要求9所述的高压传感器，其中，对于电极的每个组j，所述轴向距离Bji小于所述轴向距离Cji,和/或其中电极的每个组j具有不同的第i轴向距离Bji (例如Bli幸B2J和/或不同的第i轴向距离Cli (例如Cli古C2P。11.如权利要求9或10中任一项所述的高压传感器，其中，对于电极的每个组j，所述轴向距离Bji大致上等于共同距离B和/或所述轴向距离Cji大致上等于共同距离C。12.如权利要求6到11和权利要求2中任一项所述的高压传感器，其中所述屏蔽电极(Es)与所述第一组中的至少一个电极和所述第二组中的至少一个电极轴向重叠， 并且特别地，其中所述屏蔽电极(Es)与所述第一组中的径向最外层电极(El6)和所述第二组中的径向最外层电极(E26)轴向重叠并且从所述第一组和所述第二组中的所述最外层电极(E16，E26)向外径向布置。13.如权利要求6到12中任一项所述的高压传感器，其中所述电极相对于所述参考平面(16 ; 160，161)不对称地布置，和/或其中所述电极在所述参考平面(16 ; 160，161)的任一侧上嵌入绝缘体材料中，所述绝缘体材料包括不同的介电常数。14.如权利要求6到13中任一项所述的高压传感器，其中，对于至少一个感测腔(7；70，71)，电极的所述第一组Eli形成第一电容(C1, C3)并且电极的所述第二组E2i形成第二电容(C2，C4)o15.如权利要求14所述的高压传感器，其中使所述第一电容(C1,C3)和所述第二电容(C2jC4)比在所述高压传感器的安装状态中存在的任何杂散电容更大，和/或其中所述第一和第二电容的比(C1Zt2, C3ZC4)是在1.1至1. 5的范围中。16.如权利要求14到15中任一项所述的高压传感器，其中为了使所述第一电容(C1,C3)增加超过所述第二电容(C2，C4) 电极的所述第一组Eli包括第i电极Eli或由第i电极Eli组成，所述第i电极Eli具有比所述第二组的第i电极￡21更长的轴向长度；和/或电极的所述第一组Eli包括与电极的所述第二组E2i不同数量的电极；和/或电极的所述第一组Eli与电极的所述第二组E2i相比包括所述电极Eli之间的不同间隔(P);和/或在所述第一和/或所述第二组中选...

【专利技术属性】
技术研发人员：S维尔德姆特，K博纳特，N科赫，J齐泽夫斯基，SV马歇泽，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：
国别省市：