BR112022008363B1

BR112022008363B1 - Sensor de tensão, dispositivo divisor de tensão e arranjo de um dispositivo divisor de tensão

Info

Publication number: BR112022008363B1
Application number: BR112022008363-7A
Authority: BR
Inventors: Norbert Juschicz; Willibald Bacher
Original assignee: Greenwood-Power GmbH
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2023-01-24
Also published as: CN114761813A; AT523120B1; EP4058815A1; CN114761813B; US11821921B2; WO2021094166A1; AT523120A1; AU2020384719B2; US20230280374A1; CA3156884C; BR112022008363A2; HUE066139T2; EP4058815B1; CA3156884A1; AU2020384719A1

Abstract

SENSOR DE TENSÃO, DISPOSITIVO DIVISOR DE TENSÃO E ARRANJO DE UM DISPOSITIVO DIVISOR DE TENSÃO. A invenção refere-se a sensor de tensão com terminal de alta tensão 5, conexão de sinal e terminal de aterramento (7), em que o sensor de tensão (1) compreende uma região do núcleo (2) com um resistor elétrico (3) nela disposto e um arranjo de capacitor nela disposto, em que o arranjo de capacitor possui um primeiro eletrodo (4), que é conectado ao terminal de alta tensão (5), um segundo eletrodo (6), que é conectado à conexão de sinal, em que o primeiro eletrodo (4) e o segundo eletrodo (6) são conectados eletricamente de forma condutora através do resistor elétrico (3), e em que o arranjo do capacitor possui um terceiro eletrodo (8), que é conectado ao terminal de aterramento (7), em que o primeiro eletrodo (4), o segundo eletrodo (6) e o terceiro eletrodo (8) compreendem, cada um, uma pluralidade de elementos de modulação eletricamente condutores, substancialmente em forma de dedo ou em forma de haste (9, 9', 9") que, de preferência, se estendem em paralelo ao eixo longitudinal (13) do sensor de tensão.

Description

[001] Sensores de tensão são usados em distribuidores de redes elétricas ao medir a tensão elétrica. É conhecido da técnica anterior a utilização de uma resistência de alta impedância como um sensor de tensão e a utilização desta resistência em um divisor de tensão resistivo. Estes têm pelo menos duas resistências elétricas ligadas em série, pelo que a tensão do circuito primário de alta tensão a ser medida é dividida de acordo com a relação das resistências. No entanto, divisores de tensão puramente resistivos têm a desvantagem de que capacitâncias erráticas e/ou capacitâncias parasitas originadas, por exemplo, do cabo de conexão ou de outros componentes, têm uma grande influência no valor real medido e, portanto, na precisão da medição.

[002] Para a medição de altas tensões de CA, são conhecidos divisores de tensão capacitivos ôhmicos, que possuem pelo menos um resistor elétrico no circuito secundário como um sensor de tensão e um capacitor elétrico conectado em paralelo a ele com uma capacitância predefinida. Os divisores de tensão capacitivos ôhmicos são usados regularmente em distribuidores de média tensão entre 10 kV e 30 kV. Eles dividem a alta tensão da CA do lado primário em uma tensão de CA equivalente mais baixa no lado secundário para medição. Os divisores de tensão capacitivos ôhmicos compreendem um primeiro circuito paralelo de resistor e capacitor e, como um sensor de tensão, um segundo circuito paralelo de resistor e capacitor, com os dois circuitos paralelos de resistor e capacitor conectados eletricamente em série. A resistência elétrica do primeiro circuito paralelo é muito maior do que a do segundo circuito paralelo, de modo que a queda de tensão no segundo circuito paralelo, o sensor de tensão real, fica em uma baixa relação com a alta tensão.

[003] Um problema principal de tais divisores de tensão capacitivos ôhmicos é que a capacitância do arranjo do capacitor deve permanecer o mais constante possível por longos períodos de tempo - geralmente vários anos ou mesmo décadas - de modo a evitar desvios do valor real medido. Além disso, é necessário manter a capacitância do capacitor constante quando a temperatura externa muda ou a frequência da corrente muda levemente. Além disso, a absorção de umidade no dielétrico localizado entre os elementos do capacitor pode causar uma mudança na capacitância durante a vida útil do divisor de tensão.

[004] Um dispositivo genérico de divisão de tensão é mostrado na EP 3 211 435 A1. Aqui, os eletrodos são em forma de taça. Outro dispositivo divisor de tensão, que, no entanto, é um dispositivo puramente capacitivo e possui apenas dois eletrodos, é mostrado no documento WO 2019/186607 A1.

[005] O objetivo da presente invenção é superar as desvantagens da técnica anterior e fornecer um sensor de tensão e um dispositivo divisor de tensão que tenham uma capacitância constante por um longo período de tempo, em particular por vários anos ou décadas, e manter a rigidez dielétrica durante toda a vida útil do dispositivo divisor de tensão.

[006] O objetivo da invenção é resolvido pelas características de caracterização das reivindicações de patentes independentes.

[007] O sensor de tensão de acordo com a invenção compreende um terminal elétrico de alta tensão, uma conexão de sinal elétrico e um terminal de aterramento. A tensão a ser medida é aplicada ao terminal de alta tensão durante a operação. O sensor de tensão compreende uma região de núcleo com um resistor elétrico disposto no mesmo e um arranjo de capacitor disposto no mesmo. Esta região de núcleo é de preferência hermeticamente fechada e preenchida com um material isolante.

[008] De acordo com a invenção, o arranjo do capacitor na região de núcleo compreende um primeiro eletrodo, que é conectado ao terminal de alta tensão, e um segundo eletrodo, que é conectado à conexão de sinal. O primeiro eletrodo e o segundo eletrodo são espaçados e conectados eletricamente apenas através do resistor elétrico, formando um circuito paralelo de resistor e capacitor para formar um divisor de tensão capacitivo ôhmico.

[009] De acordo com a invenção, o arranjo de capacitor possui um terceiro eletrodo, que é conectado ao terminal de aterramento. O primeiro eletrodo, o segundo eletrodo e o terceiro eletrodo compreendem cada um uma pluralidade de elementos de modulação eletricamente condutores, substancialmente em forma de dedo ou em forma de haste. Os elementos de modulação estendem-se em paralelo ao eixo longitudinal do sensor de tensão.

[0010] As cavidades cheias de gás aumentam o potencial de centelhas de tensão e evitam a descarga completa do dispositivo divisor de tensão, o que é indesejável para uma operação confiável. Isso é particularmente importante quando o arranjo do capacitor está embutido em um dielétrico sólido, respectivamente quando a região do núcleo é preenchida por um dielétrico sólido. Opcionalmente, um polímero preenchendo a região do núcleo pode ser fornecido para esta finalidade.

[0011] O desenho em forma de dedo ou em forma de haste dos elementos de modulação reduz a possibilidade de formação de distanciamentos e, portanto, a presença de cavidades cheias de gás, por exemplo, devido ao encolhimento do dielétrico durante o processo de fabricação do dispositivo divisor de tensão.

[0012] Além disso, os elementos de modulação em forma de haste podem se adaptar mais facilmente às variações de temperatura, o que não é o caso dos arranjos de eletrodos em forma de anel. Os elementos de modulação em forma de dedo ou em forma de haste podem substancialmente "viajar" com o meio dielétrico durante o processo de fabricação e variações de temperatura.

[0013] Opcionalmente, é provido que os elementos de modulação sejam dispostos, cada um, em forma circular. Em particular, os elementos de modulação podem ser dispostos substancialmente de forma concêntrica um em relação ao outro. Isso permite a maior área possível do capacitor com um pequeno requisito de espaço. Dispondo- os em círculos concêntricos, a distância entre os elementos do capacitor pode, adicionalmente, permanecer constante.

[0014] Opcionalmente, os elementos de modulação do primeiro eletrodo e os elementos de modulação do segundo eletrodo são substancialmente dispostos no mesmo raio, preferencialmente em um raio de cerca de 8 mm a cerca de 22 mm.

[0015] De acordo com a invenção, os elementos de modulação do terceiro eletrodo podem ser dispostos em um raio fora dos elementos de modulação do primeiro e do segundo eletrodos, preferencialmente em um raio na faixa de cerca de 15 mm a cerca de 40 mm. Isso possui a vantagem de que o potencial de terra do terceiro eletrodo protege o primeiro e o segundo eletrodos subjacentes de influências externas.

[0016] O raio da disposição circular dos elementos de modulação do terceiro eletrodo pode ser maior em cerca de 50% do que o raio da disposição circular dos elementos de modulação do primeiro e do segundo eletrodos.

[0017] Cada um dos elementos de modulação pode ter um comprimento de cerca de 10 mm a cerca de 60 mm e um diâmetro de cerca de 1,5 mm a cerca de 10 mm.

[0018] Ao dimensionar os elementos de modulação, sua distância radial pode ser levada em consideração. Se a distância entre os elementos de modulação for grande o suficiente, o risco de centelhas de tensão entre os elementos de modulação e qualquer dano associado ao dielétrico pode ser evitado. Um ajuste da distância pode ser feito em relação às condições de operação, em particular em relação à tensão de entrada.

[0019] De acordo com a invenção, pode ser provido que os elementos de modulação do primeiro eletrodo e os elementos de modulação do segundo eletrodo não tenham uma área de sobreposição ao longo de sua direção de extensão longitudinal. As pontas dos elementos de modulação podem ser espaçadas em cerca de 3 mm a cerca de 25 mm. Assim, o valor de capacitância pretendido entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo pode ser alcançado.

[0020] De acordo com a invenção, pode ser provido que cada um dos elementos de modulação tenha um corpo de base substancialmente isolante eletricamente e um revestimento condutor eletricamente. De acordo com a invenção, pode ser provido que cada um dos elementos de modulação compreenda um aditivo eletricamente condutor e um composto de base substancialmente isolante eletricamente, o aditivo, de preferência, compreendendo ou consistindo em nanopartículas de carbono.

[0021] Pelo uso de um corpo de base eletricamente isolante, respectivamente, pela adição de um aditivo eletricamente condutor a um composto de base substancialmente isolante eletricamente, os coeficientes de expansão do dielétrico e do elemento de modulação podem ser aproximados. Isso reduz ainda mais o distanciamento dos elementos de modulação e a formação indesejada de cavidades associada. De preferência, uma resina de epóxi é usada como corpo de base, respectivamente, como composto de base. Em particular em comparação com elementos de modulação de metal completo, a formação de cavidades pode ser bastante reduzida dessa maneira.

[0022] Opcionalmente, é provido que a direção da extensão longitudinal dos elementos de modulação seja substancialmente paralela. Deste modo, pode ser obtida uma distância constante de forma substancialmente contínua entre os elementos de modulação. Isso pode favorecer, em particular, uma capacitância constante do arranjo de capacitor.

[0023] Opcionalmente, é provido que os elementos de modulação do terceiro eletrodo se sobreponham, pelo menos parcialmente, de preferência completamente, aos elementos de modulação do primeiro e do segundo eletrodos em uma direção paralela à sua direção de extensão longitudinal. A largura da área de sobreposição pode melhorar a blindagem do primeiro e do segundo eletrodos contra a interferência externa.

[0024] Opcionalmente, é provido que o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo tenham cada um seis a catorze, de preferência oito a doze, elementos de modulação. O terceiro eletrodo geralmente possui uma circunferência maior e pode ter 14 a 26, de preferência, 18 a 22 elementos de modulação.

[0025] Opcionalmente, é provido que o arranjo do capacitor tenha uma capacitância de 0,1 pF a 30 pF, de preferência de 0,5 pF a 15 pF, a uma temperatura de 20°C, uma umidade relativa de 50%, uma pressão de 100 kPa (1.000 mbar) e uma frequência de corrente de 50Hz. Uma capacitância suficientemente grande do arranjo de capacitor torna possível desprezar capacitâncias erráticas e capacitâncias parasitas durante a medição de tensão. Como resultado, as capacitâncias residuais mencionadas tornam-se tão pequenas em comparação com a capacitância principal do capacitor que elas não têm mais uma influência significativa na precisão da medição.

[0026] Opcionalmente, é fornecido que a região de núcleo compreenda um dielétrico compreendendo ou consistindo em um polímero à base de siloxano. Polímeros à base de siloxano, em particular polímeros de siloxano sólido, também conhecidos como polímeros de silicone, possuem propriedades inibidoras de difusão. Tais polímeros como dielétricos são amplamente insensíveis à difusão de vapor de água, e nenhuma mudança significativa na constante dielétrica é observada quando exposta à umidade atmosférica. Além disso, o comportamento de transmissão de frequência dos polímeros de silicone é melhor em comparação com os dielétricos conhecidos, o que significa que os requisitos em conformidade com a norma podem ser atendidos, em particular no que diz respeito à norma internacional IEC 61869-11. Além disso, até 150 kHz podem ser transmitidos dentro dos limites especificados.

[0027] Polímeros à base de siloxano, em particular polímeros de siloxano sólido, também conhecidos como polímeros de silicone, possuem propriedades elásticas. Em um sensor de tensão de acordo com a invenção, o polímero pode assim adaptar-se bem à estrutura do arranjo dos eletrodos. No caso de materiais inelásticos, por exemplo, podem ocorrer rachaduras no material no caso de flutuações de temperatura, ou o material do arranjo de capacitor pode se desprender pelo menos parcialmente do dielétrico. Isso pode levar à formação de cavidades cheias de gás, que por um lado impedem que a capacitância do arranjo do capacitor permaneça constante e, por outro lado, pode levar a centelhas de tensão e apenas descarga incompleta do sensor de tensão. Esses problemas podem ser evitados com um polímero à base de siloxano, desde que seja garantida uma boa conexão com os elementos do arranjo do capacitor.

[0028] Opcionalmente, pode ser provido que a região de núcleo seja de desenho substancialmente troncocônico ou substancialmente cilíndrico.

[0029] Opcionalmente, pode ser provido que uma região de revestimento, de preferência uma região de revestimento de polímero à base de epóxi, seja fornecida que pelo menos parcialmente, de preferência completamente, envolva a região do núcleo.

[0030] Devido às propriedades elásticas típicas dos polímeros de siloxano, pode ser vantajoso cercar a região do núcleo formada a partir do polímero de siloxano por uma região de revestimento mecanicamente mais estável e, assim, protegê-la da deformação e destruição.

[0031] Opcionalmente, pode ser provido que o dielétrico da região do núcleo tenha uma constante dielétrica relativa de 2 a 8. Opcionalmente, pode ser fornecido que a constante dielétrica relativa do dielétrico da região do núcleo mude em no máximo 3%, de preferência por no máximo 0,75%, em uma faixa de temperatura de - 40°C a 80°C em comparação com a constante dielétrica relativa do dielétrico a 20°C.

[0032] Uma vez que o campo de aplicação do sensor de tensão de acordo com a invenção é geralmente em áreas não climatizadas ou aquecidas, é vantajoso que a constante dielétrica do dielétrico seja a mais constante possível em uma condição de temperatura que ocorre tipicamente sob condições ambientais normais. Isso garante uma capacitância uniforme do arranjo do capacitor, o que é vantajoso para a medição de tensão mais precisa possível.

[0033] Opcionalmente, pode ser fornecido que a constante dielétrica relativa do dielétrico da região do núcleo mude em no máximo 0,6%, de preferência em no máximo 0,4%, em uma faixa de frequência de 50 Hz a 150.000 Hz em comparação com a constante dielétrica relativa do dielétrico a 50 Hz.

[0034] Devido à alimentação de diferentes tipos de fontes de energia, pode ocorrer uma variação na frequência da rede nas redes elétricas modernas. Portanto, é vantajoso que a constante dielétrica do dielétrico também seja constante em uma faixa de frequência típica para redes elétricas para garantir uma medição precisa da tensão.

[0035] Opcionalmente, pode ser fornecido que a constante dielétrica relativa do dielétrico da região do núcleo mude em no máximo 3%, de preferência em no máximo 2,9%, a um teor de água do dielétrico de 5 ^ a 30 ^ em comparação com a constante dielétrica relativa do dielétrico a um teor de água de 30 ^.

[0036] Uma vez que o sensor de tensão de acordo com a invenção é normalmente utilizado em condições ambientais normais, ele também pode ser exposto à umidade elevada. Polímeros à base de siloxano geralmente têm uma baixa capacidade de absorção de água. No entanto, é vantajoso que a constante dielétrica do dielétrico seja tão constante quanto possível em uma certa faixa de teor de água a fim de obter resultados de medição constantes para a tensão mesmo durante longos períodos de tempo. Em particular, uma forte dependência da constante dielétrica no teor de água do dielétrico levaria a um desvio indesejável do valor medido ao longo do tempo se mais e mais água se difundir no dielétrico com o tempo de operação do sensor de tensão.

[0037] Opcionalmente, pode ser provido que a região do núcleo seja moldada a partir de um sistema de siloxano de dois componentes.

[0038] Opcionalmente, pode ser provido que a capacidade máxima de absorção de água a uma temperatura de 20°C seja 30 ^ do peso inerente da composição de polímero. A capacidade máxima de absorção de água pode ser determinada, por exemplo, armazenando o polímero de silicone por cerca de 1000 dias em uma câmara climática.

[0039] A invenção refere-se ainda a um dispositivo divisor de tensão compreendendo um sensor de tensão de acordo com a invenção e ao arranjo de um dispositivo divisor de tensão de acordo com a invenção em um elemento de conexão de um distribuidor de uma rede elétrica.

[0040] Outras características da invenção serão evidentes a partir das reivindicações da patente, das modalidades exemplares e das figuras.

[0041] A seguir, a invenção é explicada em detalhes por meio de uma modalidade exemplificativa não exclusiva. Nas figuras:

[0042] A figura 1 mostra uma vista em corte lateral de um sensor de tensão de acordo com a invenção;

[0043] A figura 2 mostra uma vista em corte de um sensor de tensão de acordo com a invenção ao longo do eixo A-A da figura 1;

[0044] A figura 3 mostra um diagrama de circuito esquemático de um dispositivo divisor de tensão de acordo com a invenção para medir uma alta tensão usando um sensor de tensão de acordo com a invenção.

[0045] A figura 1 mostra uma vista em corte de uma modalidade de um sensor de tensão 1 de acordo com a invenção ao longo de um plano que atravessa um eixo longitudinal 13 do sensor de tensão 1. O sensor de tensão 1 é substancialmente cônico e simétrico ao eixo longitudinal 13. O sensor de tensão 1 compreende uma região de núcleo 2 com um arranjo de capacitor, que possui um primeiro eletrodo 4, um segundo eletrodo 6 e um terceiro eletrodo 8. O primeiro eletrodo 4 e o segundo eletrodo 6 são fornecidos em extremidades opostas do sensor de tensão 1.

[0046] O primeiro eletrodo 4 é conectado a um terminal de alta tensão 5. Em operação, a tensão a ser medida é aplicada a este primeiro terminal elétrico 5.

[0047] O segundo eletrodo 6 é conectado a uma conexão de sinal, que serve como uma linha de medição. O segundo eletrodo 6 é conectado a um terminal de aterramento 7 por meio de um resistor de precisão R2 não mostrado e um capacitor de precisão C2 não mostrado. O resistor de precisão e o capacitor de precisão podem ser dispostos em uma placa de circuito dentro do sensor de tensão 1.

[0048] Entre o terminal de alta tensão 5 e a conexão de sinal, é fornecido um resistor elétrico alto 3, que se estende ao longo do eixo longitudinal 13 no centro do sensor de tensão 1. Juntamente com o arranjo de capacitor, uma combinação de resistor e capacitor R1/ C1 é formada pelo resistor 3, conforme mostrado na figura 3.

[0049] O arranjo do capacitor compreende ainda um terceiro eletrodo 8, que é conectado ao terminal de aterramento 7. O terceiro eletrodo 8 é disposto fora do primeiro e do segundo eletrodos 4, 6 para protegê-los contra influências disruptivas de fora do sensor de tensão 1.

[0050] O primeiro eletrodo 4, o segundo eletrodo 6 e o terceiro eletrodo 8 têm cada um elementos de modulação 9, 9', 9" dispostos em círculos concêntricos, os elementos de modulação sendo de desenho em forma de dedo e estendendo-se substancialmente em paralelo ao eixo longitudinal 13 do sensor de tensão.

[0051] Os elementos de modulação 9 do primeiro eletrodo 4 e os elementos de modulação 9' do segundo eletrodo 6 são dispostos em um círculo com um raio de cerca de 15 mm. Os elementos de modulação 9'' do terceiro eletrodo 8 também são dispostos em um círculo e concentricamente fora dos elementos de modulação 9, 9' em um raio de cerca de 25 mm.

[0052] Os elementos de modulação 9 do primeiro eletrodo 4 e os elementos de modulação 9' do segundo eletrodo 6 projetam-se um em direção ao outro em direções opostas na região do núcleo 2 e não possuem uma área de sobreposição ao longo de sua direção de extensão longitudinal. As pontas dos elementos de modulação 9, 9' são espaçadas em cerca de 3 mm. Por outro lado, os elementos de modulação mais externos 9" do terceiro eletrodo 8 se sobrepõem parcialmente aos elementos de modulação 9 do primeiro eletrodo 4 em sua direção de expansão longitudinal, ou seja, por uma área de sobreposição de cerca de 15 mm, e sobrepõem completamente os elementos de modulação 9' do segundo eletrodo 6.

[0053] Nesta modalidade exemplar, o arranjo do capacitor e o resistor 3 são cercados por uma região do núcleo 2 formada por um material elástico à base de polímero de siloxano. Uma vez que o polímero de siloxano nesta modalidade exemplar é um material elástico macio, a região do núcleo 2 é cercada por uma região de revestimento 12 formada por um polímero à base de epóxi para aumentar a estabilidade mecânica nesta modalidade exemplar. O polímero de siloxano nesta modalidade exemplar exibe baixa difusão de água em comparação com materiais plásticos normalmente usados, como polímeros de epóxi.

[0054] A figura 2 mostra uma vista em corte do sensor de tensão 1 mostrado na figura 1 ao longo do eixo A-A. A figura 2 mostra a estrutura substancialmente concêntrica dos elementos do sensor de tensão 1. O resistor elétrico 3 é disposto no centro que se estende ao longo do eixo central 13. Os elementos de modulação 9 do primeiro eletrodo 4 e os elementos de modulação 9' do segundo eletrodo 6 são dispostos em um círculo interno concentricamente ao resistor 3. Os elementos de modulação 9" do terceiro eletrodo 8 são dispostos concentricamente a ele em um círculo externo.

[0055] Nesta modalidade exemplar, os elementos de modulação 9, 9', 9" têm um corpo de base substancialmente isolante eletricamente 10, que é revestido com uma cobertura eletricamente condutora 11, em particular com uma laca condutora, a fim de ficar em conexão eletricamente condutora com o primeiro eletrodo 4, o segundo eletrodo 6 e o terceiro eletrodo 8, respectivamente.

[0056] Em outras modalidades exemplares, os elementos de modulação 9, 9', 9" também podem ser formados inteiramente de material eletricamente condutor ou de um isolante elétrico que é eletricamente condutor pela adição de aditivos.

[0057] Nesta modalidade exemplar, a distância entre os raios dos dois círculos que descrevem o arranjo dos elementos de modulação 9, 9' e 9'' é de cerca de 7,6 mm. Em outras modalidades exemplares, no entanto, a distância também pode assumir outros valores.

[0058] A figura 3 mostra um diagrama de circuito esquemático de um dispositivo divisor de tensão de acordo com a invenção para medir uma alta tensão usando o sensor de tensão 1 das figuras 1 e 2. O sensor de tensão 1 forma um divisor de tensão capacitivo ôhmico que consiste em uma conexão em série dos circuitos paralelos de resistor e capacitor com R1 e C1, bem como R2 e C2. Aqui, o resistor 3 descrito acima forma o resistor R1 e o arranjo do capacitor descrito acima forma o capacitor C1. O resistor de precisão real R2 e o capacitor de precisão C2 ficam localizados em uma placa de circuito não mostrada dentro do sensor de tensão 1. A baixa tensão U2 fica em uma relação conhecida com a alta tensão U1 a ser medida e é transmitida para um amplificador de medição através de um cabo de medição blindado à terra. O cabo de medição e o terminal de aterramento 7 do sensor de tensão 1, assim também os elementos de modulação 9", são aterrados.

[0059] O sensor de tensão 1 descrito nesta modalidade exemplar possui um valor máximo de isolamento de 24 kV. No entanto, em outras modalidades exemplares, o valor máximo de isolamento pode ser de 52 kV. Quaisquer outros valores máximos de isolamento também são possíveis, dependendo do campo de aplicação.

[0060] O sensor de tensão 1 de acordo com esta modalidade exemplar é projetado para uma alta tensão nominal U1 de no máximo 24000/^3 V a uma frequência de 50 Hz. A tensão secundária U2 nesta modalidade exemplar é de cerca de 3,25/\3 V, mas pode ser ajustada em outras modalidades exemplares dependendo da aplicação.

[0061] Nesta modalidade exemplar, o fator de resposta do sensor de tensão 1, em particular a capacitância do arranjo de capacitor, é constante em uma faixa de temperatura de -40°C a 80°C. Em particular, a capacitância do arranjo de capacitor, portanto, a capacitância C1 na figura 3, é de cerca de 6 pF nesta modalidade exemplar.

[0062] A invenção não está limitada à modalidade exemplificativa ilustrada, mas ao contrário compreende todos os outros sensores de tensão e de divisores de tensão dentro do escopo das seguintes reivindicações de patente. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 1 sensor de tensão 2 região do núcleo 3 Resistor 4 Primeiro eletrodo 5 Terminal de alta tensão 6 Segundo eletrodo 7 Conexão de sinal 8 Terceiro eletrodo 9 , 9', 9'' Elemento de modulação 10 Corpo base 11 Cobertura 12 Região de revestimento 13 Eixo longitudinal

Claims

1. Sensor de tensão (1) com um terminal elétrico de alta tensão (5), uma conexão de sinal elétrico e um terminal de aterramento (7), em que o sensor de tensão (1) compreende uma área do núcleo (2) com um resistor elétrico (3) disposto na mesma e um arranjo de capacitor disposto na mesma, em que o arranjo de capacitor está embutido em um dielétrico e - possui um primeiro eletrodo (4), que é conectado ao terminal de alta tensão (5), - possui um segundo eletrodo (6), que é conectado à conexão de sinal, - em que o primeiro eletrodo (4) e o segundo eletrodo (6) são conectados eletricamente de forma condutora através do resistor elétrico (3), - em que o arranjo do capacitor possui um terceiro eletrodo (8), que é conectado ao terminal de aterramento (7), caracterizado pelo fato de que - o primeiro eletrodo (4), o segundo eletrodo (6) e o terceiro eletrodo (8) compreendem, cada um, uma pluralidade de elementos de modulação eletricamente condutores em forma de haste (9, 9', 9") com uma seção transversal redonda, que se estendem em paralelo ao eixo longitudinal (13) do sensor de tensão (1), - os elementos de modulação (9, 9', 9") são projetados de forma que eles acompanhem o dielétrico durante o processo de fabricação e quando de variações de temperatura.

2. Sensor de tensão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9, 9', 9") são dispostos em um círculo e de preferência substancialmente concêntricos entre si.

3. Sensor de tensão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9) do primeiro eletrodo (4) e os elementos de modulação (9') do segundo eletrodo (6) são substancialmente dispostos no mesmo raio, de preferência em um raio de cerca de 8 mm a cerca de 22 mm.

4. Sensor de tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9'') do terceiro eletrodo (8) são dispostos em um raio fora dos elementos de modulação (9, 9') do primeiro e do segundo eletrodos (4, 6), de preferência em um raio na faixa de cerca de 15 mm a cerca de 40 mm.

5. Sensor de tensão de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o raio do arranjo circular dos elementos de modulação (9") do terceiro eletrodo (8) é maior em cerca de 50% do que o raio do arranjo circular dos elementos de modulação (9, 9') do primeiro e do segundo eletrodos (4, 6).

6. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9, 9', 9") têm, cada um, um comprimento de cerca de 10 mm a cerca de 60 mm e um diâmetro de cerca de 1,5 mm a cerca de 10 mm.

7. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9) do primeiro eletrodo (4) e os elementos de modulação (9') do segundo eletrodo (6) não têm uma zona de sobreposição ao longo de sua direção de extensão longitudinal.

8. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada um dos elementos de modulação (9, 9', 9") compreende um corpo de base substancialmente isolante eletricamente (10) e uma cobertura eletricamente condutora (11).

9. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9, 9', 9") compreendem, cada um, um aditivo eletricamente condutor e um composto de base substancialmente isolante eletricamente, o aditivo compreendendo de preferência ou consistindo em nanopartículas de carbono.

10. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que os elementos de modulação (9") do terceiro eletrodo (8) se sobrepõem pelo menos parcialmente, de preferência completamente, aos elementos de modulação (9, 9') do primeiro e do segundo eletrodos (4, 6) em sua direção de extensão longitudinal.

11. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo (4) e o segundo eletrodo (6) têm, cada um, seis a catorze, de preferência oito a doze, elementos de modulação (9, 9'), e em que o terceiro eletrodo (8) possui 14 a 26, de preferência 18 a 22, elementos de modulação (9").

12. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o arranjo de capacitor possui uma capacitância de 0,1 pF a 30 pF, de preferência de 0,5 pF a 15 pF, a uma temperatura de 20°C, uma umidade relativa de 50%, uma pressão de 100 kPa (1.000 mbar) e uma frequência de corrente de 50 Hz.

13. Sensor de tensão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a região do núcleo (2) compreende um dielétrico compreendendo ou consistindo em um polímero à base de siloxano.

14. Dispositivo divisor de tensão, caracterizado pelo fato de que compreende um sensor de tensão (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.

15. Arranjo de um dispositivo divisor de tensão, como definido na reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que está em um elemento de conexão de um distribuidor de uma rede elétrica.