CN102483990B - 真空电容式电压互感器 - Google Patents

Abstract

提供一种能够更精确地测定电流和电压的真空电容式电压互感器。真空电容式电压互感器具有容纳在接地真空容器中的主电容器单元(8)和分压电容器单元(10)，并且还具有：主接地电路(30)，主接地电路(30)将泄漏电流(I₂)从一次线路侧的真空容器的表面流到地(E)；以及分压接地电路(31)，分压接地电路(31)将分压绝缘筒形(11)的泄漏电流(I₁₁)流到地(E)，分压绝缘筒形(11)设置在主电容器单元(8)和分压电容器单元(10)的链接点和地(E)之间。

Description

真空电容式电压互感器

技术领域

本发明涉及一种真空电容式仪表用电压互感器，其包括作为主电容器的真空电容器、真空分压电容器、电容式仪表用电压互感器和变换设备，所述真空电容器布置在一次线路侧端子与分压点之间，所述真空分压电容器布置在分压点与接地侧端子之间，所述电容式仪表用电压互感器与真空分压电容器并联布置，所述变换设备将电容式仪表用电压互感器的输出变换为期望输出形式。

背景技术

一般来讲，根据非专利文献1，电容式仪表用电压互感器(以下将被称为CVT)具有以下构造。

也就是说，CVT被定义为利用电容器分压功能的仪表用电压互感器，并被构造为通过使用CVT的互感器(以下将被称为CVT互感器)、主电容器和分压电容器从CVT获得分压，所述主电容器布置在一次线路侧端子与分压点之间，所述分压电容器布置在分压点与接地侧端子之间，所述互感器与分压电容器直接连接、或者通过谐振电抗器与分压电容器连接。

更具体地讲，非专利文献2中所述的套管式CVT更为常见。在套管式CVT中，用于互感器的一次线路侧端子的经过树脂浸渍的绝缘纸诸如环氧树脂等的固体绝缘体、或者绝缘油所制作的电容器套管的电容用作主电容器。此外，描述了套管式CVT对于使得能够制作套管式CVT的二次负荷和精度等级有不小的限制。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：[Voltage Transformer-2^nd part：VoltageTransformer(电压互感器-第2部：电压互感器)]JIS C1731-2：1998，财团法人日本标准协会(Incorporated Foundation NipponKikaku Kyoukai)，1998年，第1页

非专利文献2：[Voltage Transformer(电压互感器)]JEC-1201-2007，电气书院株式会社(Denki Shoin Co.，Ltd.)，2007年，第75到76页

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述CVT具有以下缺点。

1、当温度、湿度和/或气压改变时，形成电容的介电材料(诸如经过树脂浸渍的绝缘纸、诸如环氧树脂等的固体绝缘体或者绝缘油)的介电常数有所改变。如果介电常数不稳定，则CVT的分压不稳定，因此，作为电压互感器的系统的精度等级降低，由此正确的保护和测定是不可能的。

2、通过将高绝缘介电材料置于一次线路侧与接地侧的相互面对的电极表面之间，提供用于CVT的主电容器的电容和分压电容器的电容，所述高绝缘介电材料诸如经过树脂浸渍的绝缘纸、诸如环氧树脂等的固体绝缘体、或者绝缘油。在CVT中，通过缩短两个电极表面之间的距离来获得所需的电容。

然而，所述两个电极表面之间的距离的缩短致使耐压特性和寿命特性这二者的劣化。可从市场上购买到的CVT是考虑它们的平衡而构造的CVT。结果，当CVT具有较高性能时，故障的发生率增加。

3、此外，一旦电极之间的绝缘油和/或绝缘材料遭受介电击穿，绝缘恢复就不可能，从而CVT具有损失其功能及其爆炸/着火这样的可能性。

由于上述原因，通过主电容器与分压电容器之间的关系提供的测定电流易于改变，从而难以通过变换设备变换电流来获得高精度电压。

4、为了通过使用绝缘材料作为介电材料来获得电容，利用以下布置，即，一次线路侧和接地侧的两个电极被布置为彼此面对，诸如环氧树脂的绝缘材料被设置在这两个电极之间，诸如陶瓷或环氧树脂的绝缘材料被布置为覆盖包括这两个电极和绝缘材料的单元，以支持这两个电极并使这两个电极绝缘。然而，只要诸如环氧树脂等的绝缘材料存在于互相面对的两个电极之间，就允许泄漏微电流流过绝缘材料的外表面。此外，由于施加于绝缘材料的湿气/水和污斑，不可避免地发生泄漏微电流流过实现支承和绝缘的绝缘材料的外表面。

此外，在CVT的分压和待测定的电流通过其被馈给CVT的连接线中，发生泄漏微电流流动。

流过主电容器和分压电容器的电流也是微电流。如果被这样的微电流致动的CVT和将输出变换为期望输出形式的变换设备施加有上述两种类型的泄漏电流，则由于泄漏电流而导致测定误差增大。由于这个原因，仪表用电压互感器的精度等级降低，因此，高精度的保护和测定是不可能的。

因此，本发明的目的是提供一种真空电容式仪表用电压互感器，其能够抑制将测定的电压的波动、实现电压的精确测定并表现出高安全性。

解决问题的手段

在本发明的第一方面，提供一种系统，该系统包括：主电容器，该主电容器布置在一次线路侧端子与分压点之间；分压电容器，该分压电容器布置在分压点与接地侧端子之间；和变换设备，该变换设备测定通过主电容器与分压电容器之间的电容比率提供的电流，并输出对应的电压，所述系统的特征在于，通过真空绝缘至少实现主电容器的绝缘。

在本发明的第二方面，提供一种系统，该系统包括：真空容器，该真空容器包括接地绝缘管和导电端板，所述导电端板以提供绝缘管中的真空状态的方式封闭绝缘管的开口端；和安装在真空容器中的系统，其包括一次线路侧主电容器部分、接地侧分压电容器部分和变换设备，所述变换设备测定通过主电容器部分与分压电容器部分之间的电容比率提供的电流，并输出对应的电压；

其特征在于，还包括：

主接地电路，通过所述主接地电路，泄漏电流从一次线路侧真空容器的外表面流到地；和

分压接地电路，通过所述分压接地电路，泄漏电流通过分压绝缘筒形部件流到地，所述分压绝缘筒形部件设置在接地部分与主电容器部分和分压电容器部分中的每个之间。

在本发明的第三方面，提供一种系统，其特征在于，具有：支承板，该支承板具有分压绝缘筒形部件，支承板安装在真空容器中并由导电端板之一支承；分压板，测定电流流过所述分压板，所述分压板与支承板连接；容器腔室，该容器腔室被具有与其连接的分压绝缘筒形部件的支承板、导电端板之一、和分压板密封；和变换设备，该变换设备布置在容器腔室中，并具有与分压板连接的一次侧导电部件。

在本发明的第四方面，提供一种通过上述第二方面限定的系统，其特征还在于容器腔室配备有用于使容器腔室保持干燥状态的干燥装置。

在本发明的第五方面，提供一种包括变换设备的系统，所述变换设备将通过一次线路侧主电容器部分与接地侧分压电容器部分之间的电容比率提供的测定电流输出为电压，

其特征在于，主电容器部分和分压电容器部分安装在接地真空容器中；

设置主接地电路，通过所述主接地电路，泄漏电流从一次线路侧真空容器的外表面流到地；并且

设置分压接地电路，通过所述分压接地电路，泄漏电流通过分压绝缘筒形部件流到地，所述分压绝缘筒形部件设置在接地部分与主电容器部分和分压电容器部分中的每个之间，

其中，代替分压电容器部分，使用即使当温度改变时也表现出恒定电阻的电阻器部件。

发明的效果

在本发明的真空电容式仪表用电压互感器中，由于实际上使用真空相对于温度、水和大气压力的电阻稳定性、在电气短路时真空的不爆炸性质以及真空的快速绝缘恢复的电容器部分的真空绝缘，而可获得稳定的、安全的电阻，并使由CVT提供的分压稳定。因此，仪表用电压互感器的精度等级提高，并实现了精确的保护和测定。

此外，在本发明的真空电容式仪表用电压互感器中，由于真空容器的内部没有被灰尘污染，所以可使泄漏电流最小。此外，通过利用主接地电路和分压接地电路可使泄漏电流减小由分压绝缘筒形部件布置在真空容器中而引致的程度，通过所述主接地电路泄漏电流从一次线路侧真空容器的外表面流到地，通过所述分压接地电路泄漏电流通过分压绝缘筒形部件流到地，所述分压绝缘筒形部件被设置在接地部分与主电容器部分和分压电容器部分中的每个之间。通过这些优点，减小CVT的分压的波动，因此，获得稳定的输出。因此，使通过主电容器部分与分压电容器部分之间的电容比率提供的测定电流稳定，并使通过变换设备变换的测定电压稳定，从而能够以由从测定电流和测定电压去除泄漏电流而引致的程度精确地实现测定。

附图说明

图1是被提供用于说明作为本发明实施例的真空电容式仪表用电压互感器的垂直截面图。

图2是图1所示的本发明的真空电容式仪表用电压互感器的等效电路。

具体实施方式

[实施例1]

以下，将参照图1对本发明的实施例进行描述，图1显示真空电容式仪表用电压互感器(以下将称为VCVT)。

绝缘管2由管状陶瓷构成。绝缘管2的相对开口端设有相应的筒形部分3A和3B。通过将筒形部分3A和3B的相应开口端钎焊(brazing)到一次线路侧凸缘4A和接地侧凸缘4B，形成真空容器5，筒形部分3A和3B的开口端这二者与一次线路侧凸缘4A和接地侧凸缘4B这二者之间所限定的空间被真空容器5密封，从而使得绝缘管2的内部可具有真空状态。一次线路侧凸缘4A和接地侧凸缘4B中的每一个均由导电材料端板制成。如果需要，一次线路侧凸缘4A和接地侧凸缘4B可与绝缘管2直接连接，以用于产生真空容器5。

在真空容器5的中间部分中，布置了分压板6。分压板6在筒形支承板12上受到支承，筒形支承板12被钎焊到接地侧凸缘4B的中心部分，并在该中心部分上受到支承。接地侧凸缘4B在E处接地。与高压系统连接的一次侧端子7与一次线路侧凸缘4A的中心部分连接。

主电容器部分8布置在一次线路侧凸缘4A与分压板6之间。分压板6是待测定的电流流过的部件。主电容器部分8具有多个第一电极9A，该多个第一电极9A设在绝缘管2与一次侧端子7之间的一次线路侧凸缘4A上。每个第一电极9A具有朝向分压板6延伸的部分。第一电极9A是按直径次序同中心地布置的多个筒形部件。

多个第二电极9B被布置为朝向一次线路侧凸缘4A延伸通过第一电极9A与第一电极9A之间限定的空间，并在分压板6上受到支承，在每个第一电极9A与对应的第二电极9B之间保持为主电容器部分8提供给定耐受电压的绝缘距离。在每个第一电极9A与对应的第二电极9B的互相面对的表面之间，产生用于电容的电荷。

要指出的是，即使互相面对的第一电极和第二电极具有它们的最小数，它们也能够用作真空型主电容器部分8。

分压电容器部分10被安装在分压板6与接地侧凸缘4B之间。分压电容器部分10具有布置在分压板6与接地侧凸缘4B之间的分压绝缘筒形部件11。分压绝缘筒形部件11通过支承板12与它们连接。由于存在分压板6、分压绝缘筒形部件11、支承板12、接地侧凸缘4A和绝缘管2，所以限定了真空腔室5A。在真空腔室5A内，布置了主电容器部分8和分压电容器部分10这二者。

分压电容器部分10包括由分压板6支承的多个第一分压电极13A和与接地侧凸缘4B连接的多个第二分压电极13B。每个第一分压电极13A与对应的第二分压电极13B之间的绝缘距离根据施加于分压电容器部分10的给定耐受电压来确定。每个第一分压电极13A和对应的第二分压电极13B被布置为：以在它们之间形成给定电容的方式彼此面对，并分别朝向接地侧凸缘4B和分压板6延伸。

主电容器部分8中的每个第一电极9A和对应的第二电极9B之间的距离大于分压电容器部分10中的第一分压电极13A与对应的第二分压电极13B之间的距离，并且分压电容器部分10具有比主电容器部分8大的电容产生效率。为了为主电容器部分8提供所需的电容，这样进行布置，即，使得部分8的轴向长度L8长于分压电容器部分10的轴向长度L10。如果需要，主电容器部分8的表面可大于分压电容器部分10的表面。也就是说，主电容器部分8和分压电容器部分10被设置为在满足相应耐受电压的同时分别具有所需的电容值。

通过配备有分压绝缘筒形部件11的支承板12、分压板6和接地侧凸缘4B，形成密封的柱形容器腔室。干燥的空气，例如，氮气、二氧化碳等，被馈送到容器腔室中。或者，如果需要，可使用干燥剂，例如，硅胶等。容器腔室21与由接地侧凸缘4B提供的开口部分14连通。在将变换设备15设置在容器腔室21中之前，将变换设备15处理为通过开口部分14。

变换设备15的一次侧导电部件16与分压板6连接。如众所周知的，在变换设备15的内部，提供以下构造，其中，与一次侧导电部件16连接的一次绕组围绕铁心缠绕，二次绕组围绕铁心缠绕，并且二次绕组的二次侧端子17被引出到外部。一次绕组和二次绕组被绝缘树脂等覆盖，在图中未示出。

变换设备15由设置在变换设备15的二次端子侧的绝缘基板18支承，通过连接螺杆19使绝缘基板18由环形金属座20支承。通过焊接使金属座20由接地侧凸缘4B支承。通过未显示的紧固装置使接地侧凸缘4B由电气部件的底盘22支承。如果需要，可在真空状态下使用容器腔室21。

如果用于支承变换设备15的金属座20和二次侧端子17设有密封部件(未显示)，则容器腔室21的密封状态的泄漏被更有效地抑制。如果需要，为了支承变换设备15，变换设备15可直接固定到接地侧凸缘4B。标号25所指定的是安装到绝缘基板的控制部分。

由于在本实施例中，布置在容器腔室21中的变换设备15被配备有分压绝缘筒形部件11的支承板12、分压板6和接地侧凸缘4B密封，所以来自外部的噪声攻击被抑制，因此，能够以由去除噪声引致的程度精确地测定电压。

当容器腔室21包含干燥的空气，例如，氮气、二氧化碳等，或者具有其中安装的硅胶等时，相邻的分压绝缘筒形部件11的吸水率降低，因此，泄漏电流I₁₁大量减小，引起恒定的、稳定的输出，因此，实现更精确的电压测定。

由于主电容器部分8和分压电容器部分10布置在真空容器5中，所以绝缘管2的外表面距离增大，因此，绝缘管2的外表面的耐压性能提高。

由于变换设备15被安装在形成在分压绝缘筒形部件11中的容器腔室21中，所以永远不会发生变换设备15的本体向外部突出，因此，VCVT的尺寸可降低。要指出的是，即使变换设备的本体被布置在真空容器的外部，也可测定电压。

由VCVT提供的电压的测定如下。当例如大约66KV的高电压施加于一次侧端子7时，该高电压通过主电容器部分8在分压板6处被分割为大约1KV到10KV，并且来自一次侧端子7的测定电流I₁通过主电容器部分8和分压板6流到一次侧导电部件16，并且在变换设备15的二次侧端子17处，测定电流，并将该电流转换为较低电压。

迄今为止，通过液体绝缘材料或固体绝缘材料使真空容器中绝缘。然而，在本发明的实施例中，这样的绝缘通过真空绝缘来实现。因此，即使当测定应用于由电容分压作业引起的较低电压时，也可稳定地测定该较低电压，而不受温度、湿度和大气压力的影响。

即使电极之间的距离短，真空状态也防止耐压特性的劣化，因此，VCVT的工作寿命可从具有短寿命的固体绝缘的水平延长到具有永恒寿命的真空绝缘的水平。如果真空绝缘遭受破坏，则真空绝缘可快速恢复，因此，VCVT可连续地工作，而不降低其功能。此外，即使真空绝缘遭受破坏，破坏也不会引起爆炸，因此，安全性提高。

将借助于图2的等效电路对电压的测定进行描述。图2是图1的等效电路。如果由于VCVT的长期使用而导致真空容器的外表面被灰尘污染，则泄漏电流I₂被迫通过真空容器的外表面流到地E，所述真空容器的外表面从与一次线路侧的高压系统K连接的一次侧端子7延伸。产生所谓的主接地电路30。也就是说，使得泄漏电流I₂可从主接地电路30流到地E，因此，与在电压受到泄漏电流I₂影响的情况下测定电压相比，能够以由去除泄漏电流I₂而引致的程度正确地测定电压。

在本发明的实施例中，为了更正确地测定电压，还形成分压接地电路31，通过分压接地电路31，泄漏电流I₁₁被迫从分压板6通过分压绝缘筒形部件11流到地E。泄漏电流I₁₁非常小。这是因为分压绝缘筒形部件11被安装在真空容器中，因此，筒形部件11不易于被灰尘污染。当如以上所述那样干燥容器腔室21时，泄漏电流I₁₁减小，因此，更加稳定地获得输出。

如上所述，由于在本发明的实施例中，能够以由去除泄漏电流I₂和泄漏电流I₁₁而引致的程度使测定电流I₁和测定电压稳定，所以实现更精确的电压测定。此外，由于保护免受侵入噪声影响，所以能够以由去除侵入噪声而引致的程度精确地测定电压。

[实施例2]

代替上述分压电容器部分10，使用即使当温度改变时也表现出恒定电阻的金属作为电阻器部件。代替上述分压电容器部分10使用的电阻器部件包括第一分压电阻器电极和第二电阻器电极，所述第一分压电阻器电极被置于与放置上述由分压板6支承的第一分压电极13A的位置对应的位置处，所述第二电阻器电极被置于与放置上述与接地侧凸缘4B连接的第二分压电极13B的位置对应的位置处。第一分压电阻器电极和第二电阻器电极被布置为彼此面对以在它们之间形成给定电容，并分别朝向接地侧凸缘和分压板延伸。

由于在该第二实施例的构造中，即使当温度改变时电阻器部件也表现出恒定电阻，所以被迫在分压接地电路中流动的泄漏电流非常小并且稳定，并流到地中。因此，输出电压可更恒定和更稳定。

工业使用的可能性

如上所述，在本发明的VCVT中，真空绝缘的使用使得所述设备的尺寸小、寿命长，并导致即使发生电气短路，也保证不爆炸，从而表现出高安全性，并立即获得绝缘恢复。

此外，在本发明的VCVT中，稳定地实现电流I₁的测定和电压的测定，因此，可以更精确地获得变换设备处的电压。

标号描述：

1....VCVT(真空电容式仪表用电压互感器)，2....绝缘管，3A，3B....筒形部分，4A....一次线路侧凸缘，4B....接地侧凸缘，5....真空容器，6....分压板，7....一次侧端子，8....主电容器部分，9A....第一电极，9B....第二电极，10....分压电容器部分，11....分压绝缘筒形部件，12....支承板，13A....第一分压电极，13B....第二分压电极，14....开口部分，15....变换设备，16....一次侧导电部件，17....二次侧端子，18....绝缘基板，19....连接螺杆，20....金属座，21....容器腔室，30....主接地电路，31....分压接地电路。

Claims (2)

1.一种真空电容式仪表用电压互感器，包括真空容器和安装在所述真空容器中的系统，所述真空容器包括接地绝缘管和导电端板，所述导电端板以提供所述绝缘管中的真空状态的方式封闭所述绝缘管的开口端，所述系统包括一次线路侧主电容器部分、接地侧分压电容器部分和变换设备，所述变换设备测定通过所述主电容器部分与所述分压电容器部分之间的电容比率提供的电流，并输出对应的电压，

其特征在于，还包括：

主接地电路，通过所述主接地电路，第一泄漏电流从所述一次线路侧真空容器的外表面流到地；和

分压接地电路，通过所述分压接地电路，与第一泄漏电流不同的第二泄漏电流通过分压绝缘筒形部件流到地，所述分压绝缘筒形部件设置在所述主电容器部分和所述分压电容器部分的链接点与地之间。

2.一种真空电容式仪表用电压互感器，包括真空容器和安装在所述真空容器中的变换设备，所述真空容器包括接地绝缘管和导电端板，所述导电端板以提供所述绝缘管中的真空状态的方式封闭所述绝缘管的开口端，所述变换设备测定通过一次线路侧主电容器部分与接地侧分压电容器部分之间的电容比率提供的电流，并输出对应的电压，

其特征在于，还包括：

主接地电路，通过所述主接地电路，第一泄漏电流从所述一次线路侧真空容器的外表面流到地；和

分压接地电路，通过所述分压接地电路，与第一泄漏电流不同的第二泄漏电流通过分压绝缘筒形部件流到地，所述分压绝缘筒形部件设置在所述主电容器部分和所述分压电容器部分的链接点与地之间，

其中，代替所述分压电容器部分，使用即使当温度改变时也表现出恒定电阻的电阻器部件，所述电阻器部件包括被布置为彼此面对以在其间形成给定电容的第一分压电阻器电极和第二分压电阻器电极。