CN102866277B - 陶瓷电子电压互感器的结构及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷电子电压互感器的结构，其包括带盲孔的圆柱形陶瓷本体、导电金属圆棒和信号电缆，盲孔内涂敷有导电釉层，陶瓷本体外壁上依次设有导电釉层、导电漆层，且外壁上的导电釉层的中部留有一块无导电釉空白区域，所述空白区域中心涂敷有一点导电釉作为测试点，导电金属圆棒固定安装在圆柱形陶瓷体的盲孔内，且其与盲孔内壁上的内柱形电极电连接，信号电缆一端与测试点连接，另一端为测试点电压的输出端，所述导电漆层外套设有高压绝缘胶带。本发明耐压强度好，测量精度高，成本低廉。

Description

陶瓷电子电压互感器的结构及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种在6～40KV工频交流电力系统中的互感器的结构和其应用方法，尤其涉及一种6～40KV工频交流电力系统中的陶瓷电子电压互感器的结构和该装置的应用制造方法。

背景技术

电压互感器是电力系统中常用的重要电气设备。它的主要功能是把一次侧高电压与二次侧低电压安全隔离开来并将一次侧高电压转变成正比例的二次侧低电压，给后续仪器仪表提供测量、计量和继电保护等实际应用。目前在6～40KV的工频交流电路中仍普遍使用传统的电磁式互感器。它结构复杂，体积大、重量重，对产品工艺要求较高，成本也高，易于与线路中的容性设备形成铁磁谐振，给电力系统带来危害，所以电磁式电压互感器已逐步为其他形式的电压互感器所取代。现有的电子式互感器或因材料的固有特性，或因工艺上的要求难以达到设计的标准，在实际使用中也不尽如人意。电压互感器还会因绝缘介质自身固有的理化性质而带来天生的缺陷，如绝缘油易燃、SF6绝缘气体不利于环保、树脂绝缘会因加工方法和使用时间长而老化，导致局部放电水平增加。工作环境温度变化还会引起互感器参数的变化，从而导致互感器误差增大。

基于现有技术的诸多不足，提出一种涉及在6～40KV的工频交流电力系统中，应用“处于同轴圆柱形电容器两极间的点的电压与该同轴圆柱形电容器两极间的电压成正比例关系”这一原理来测量高电压的新方法以及利用陶瓷作为绝缘介质来制造的、包含有这种测量新方法所必须的同轴圆柱形电容器及两极间的点的基本结构、并把在该点获得的低电压信号经电子电路处理后测量出高电压的陶瓷电子电压互感器。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种在6～40KV工频交流电力系统中实用的、结构简单、没有铁芯、绝缘性能好、安全可靠、线性度好、测量精度高且成本低廉的电压互感器。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种电压互感器包括以下部件：

圆柱形陶瓷体，所述圆柱形陶瓷体一端设有一与其同轴心的盲孔，盲孔的内壁上涂敷有导电釉层，且所述导电釉层的高度小于盲孔的深度，圆柱形陶瓷体的外壁对应盲孔内壁的导电釉层也涂敷有导电釉层，且外壁上的导电釉层的中部留有一块凹陷深度为b的无导电釉空白区域，所述空白区域中心涂敷有一点导电釉作为测试点，一信号电缆的内芯的一端与测试点电连接，所述空白区域、测试点、与测试点电连接的信号电缆内芯连接线段的表面均涂敷有一层陶瓷绝缘物质层，即该陶瓷绝缘物质层覆盖住所述空白区域和位于该空白区域内的测试点、以及和测试点相连的信号电缆内芯连接线段的表面，所述陶瓷绝缘物质层的上表面和圆柱形陶瓷体外壁上涂敷的导电釉层上还涂敷有导电漆层，所述圆柱形陶瓷体外壁上的导电釉层和该导电漆层与盲孔内壁上的导电釉层构成同轴圆柱形电容器结构，外壁上的导电釉层和导电漆层即是该同轴圆柱形电容器的外柱形电极，盲孔内壁上的导电釉层即是该同轴圆柱形电容器的内柱形电极，所述凹陷的无导电釉空白区域内的测试点处于同轴圆柱形电容器的内、外导电釉层形成的两个柱形电极之间，所述圆柱形陶瓷体除同轴圆柱形电容器外的表面均涂敷有绝缘陶瓷釉，所述陶瓷绝缘物质层的材料是用烧制后不合格的陶瓷互感器经破碎磨制成细粉后加入绝缘胶水调制成稠糊状做成的。

导电金属圆棒；

所述导电金属圆棒固定安装在圆柱形陶瓷体的盲孔内，且其与盲孔内壁上的内柱形电极电连接，所述与测试点连接的信号电缆的另一端为测试点电压的输出端，把该信号电缆内芯与测试点相连的一端的屏蔽层和外柱形电极的导电漆层用多股软铜线绑在一起并缠绕几圈予以固定并实现电连接，所述同轴圆柱形电容器的外柱形电极接地，所述同轴圆柱形电容器的外柱形电极的导电漆层外套设有高压绝缘胶带。

所述圆柱形陶瓷体设有盲孔的一端设有双伞裙结构，且盲孔内壁上涂敷的导电釉层的高度小于盲孔底部到伞裙结构的距离。采用此种结构能有效增加爬电距离，防止闪络，同时还能节约材料，缩小安装空间，伞裙可采用两种形式，硅橡胶增爬伞裙可套装在圆柱形陶瓷体上(这种硅橡胶增爬伞裙现已大量生产与应用)，若采用陶瓷伞裙，则要与陶瓷圆柱体一起制作成为一个陶瓷整体。

所述同轴圆柱形电容器的外柱形电极的导电漆层与高压绝缘胶带之间设有带导电胶的铜带层。

所述高压绝缘胶带外套设有高压热缩管。

所述凹陷深度为b的无导电釉空白区域的凹陷深度b小于1毫米。

所述导电金属圆棒通过螺纹固定在圆柱形陶瓷体的盲孔内，其与盲孔内壁上的导电釉层即内柱形电极的电连接结构为：其导电金属圆棒下端铆接有一对金属弹性触片，金属弹性触片与盲孔内壁上的导电釉层保持紧密的电连接接触。

所述测试点上用导电胶粘贴有一片薄的圆铜片，铜片与所述信号电缆的内芯的一端电连接，铜片的直径应小于测试点的直径。

一种陶瓷电子电压互感器的测量方法，该互感器是应用“处于同轴圆柱形电容器两极间的点的电压与该同轴圆柱形电容器两极间的电压成正比例关系”这一原理来测量同轴圆柱形电容器两极之间的点的电压，即应用公式从而得出其输入端的电压的测量方法，其中U_P为测试点电压，U_AB为同轴圆柱形电容器两极间的电压，R_B为同轴圆柱形电容器的外柱形导体半径，R_A为同轴圆柱形电容器的内柱形导体半径，r为测试点到同轴圆柱形电容器中心轴的距离。

根据“静电场中的导体和电介质”的知识(参考《电磁学》上册赵凯华陈熙谋P1—165人民教育出版社1978年4月)和在同轴圆柱形电容器两极间求电位差的方法可知：如图1中所示，同轴圆柱形电容器由两个同轴柱形导体A、B组成，R_A为内柱形导体A的半径，R_B为外柱形导体B的半径，R_A＜R_B，长度为L，P是处于电容器中部两个同轴柱形导体A、B间、与轴距离为r的点(以下简称测试点P)。

当L＞＞(R_B－R_A)时，两端的边缘效应可忽略。利用高斯定理可知：

同轴柱形电容器的两柱形电极A、B间的电位差U_AB为：

$U_{\mathrm{AB}}={\∫}_A^{B}E\·\mathrm{dl}={\∫}_{R_A}^{R_B}\frac{1}{{2\mathrm{\π\ϵ}}_0}\frac{\mathrm{\λ}}{r}\mathrm{dr}=\frac{\mathrm{\λ}}{{2\mathrm{\π\ϵ}}_0}\ln \frac{R_B}{R_A}$ ——公式①

在这个同轴柱形电容器中，以电容器轴心为轴，r为半径(即通过P点)的无数个点组成的是一个圆柱面，在该同轴柱形电容器两极间的电场中，它也是一个等位面，其电位差是因为P点在这个等位面上，所以P点的电位差与这个等位面的电位差相等，即处于同轴柱形电容器两柱形电极A、B间、与轴距离为r处的测试点P点电位差U_P为：

$U_P=U_r=\frac{\mathrm{\λ}}{{2\mathrm{\π\ϵ}}_0}\ln \frac{R_B}{r}$ ———公式②

把公式②除以公式①，则有———公式③

在实际运用中常常以大地或电器外壳的电位为零，把该同轴圆柱形电容器的柱形电极B接地，两柱形电极A、B间的电位差和P点电位差也称为“对地电压”、“电压”。当上式中的R_A、R_B及r的尺寸、位置都已确定时，测试点P点电压与两柱形电极A、B间的电压成正比例关系。

当同轴柱形电容器两柱形电极A、B间充满陶瓷介质且在两柱形电极A、B间施加电压时，(1)当r＝R_A时，r处在柱形电极A的表面，该表面带有所施加电压，该处场强最大，与介质无关，r处的P点电压即是该表面施加的电压，即公式①所示；(2)当r处于柱形电极A、B间的电介质陶瓷之中，即R_A＜r＜R_B时，r处的P点电压还与介质有关，这时P点电压应由公式②改成：

$U_P=\frac{\mathrm{\λ}}{{2\mathrm{\π\ϵ\ϵ}}_0}\ln \frac{R_B}{r}$ ------------④

其中，ε为陶瓷的介电常数。相应的，公式③也应改成：

$U_P=\frac{U_{\mathrm{AB}}}{\mathrm{\ϵ}}\×\frac{\ln \frac{R_B}{r}}{\ln \frac{R_B}{R_A}}$ -------------公式⑤

公式⑤说明了在同轴圆柱形陶瓷介质的电容器中，当电容器的R_A、R_B及r都确定不变时，P点电压与两柱形电极A、B间的电压成正比例关系。

上述说明的原理和有关公式是应用在稳恒电场中的。由于工频交流电路可看作似稳电路，且电路中只具有集中参量，在这种情况下可以认为，上述有关公式也可以运用在工频交流电路中(参考《电磁学》下册赵凯华陈熙谋P332—334人民教育出版社1978年7月)。这说明可以用公式⑤作为理论依据来制造交流电压互感器，并可以把U_AB看作一次侧高电压，U_P看作二次侧低电压，且该互感器一、二次电压的电压变比只与ε、R_A、R_B、r有关。

由于在测试点获得的信号U_P较弱且该电压信号越前于被测量电压信号的相位，在生产中各环节引起的产品尺寸误差也会导致测试点电压信号U_P产生偏差，从而引起互感器最终输出信号的偏差，严重时会无法与后续的电子式或数字式的仪器仪表有效连接，因此需要把测试点的信号U_P输入到一个由公知的信号测量放大器(参考《MCS-51系列单片机实用接口技术》李华主编P293北京航空航天大学出版社1993年8月)和一个公知的相位调整即模拟移相电路(参考《压电陶瓷式电子电压互感器的信号处理方法》许韦华鲍海杨以涵魏孝铭华北电力大学电气与电子工程学院电力系统保护与控制第38卷第10期第50页2010年5月16日)构成的电子电路20中，经过信号放大处理，调整比差和角差，使得最终输出的电压信号符合互感器的IEC60044-2所列额定二次电压标准值以及互感器的准确度等级要求。接入金属盒的电缆屏蔽层与金属盒外壳紧密连接并一起可靠接地，屏蔽信号电缆的内芯与金属盒内的电子电路的信号输入端V₂相连接，金属盒内的电子线路是由一个公知的测量放大器电路再接入一个公知的模拟移相电路构成的，使用±15V工作电源，其中+15V接入单运放的第七脚正电源输入端，-15V接入单运放的第四脚负电源输入端，电子电路的地接金属盒外壳。测量放大器电路主要是由三个单运放A₁、A₂、A₃组成的测量放大器电路，还有两个高阻值输入电阻R₁、R₂和一个隔直电容C₁，一个与C₁相连的电阻R₅；另外由一个精密可调电阻R_WJ和电容C₂组成公知的模拟移相电路，见图5。图5中，R₁＝R₂，R₃＝R₄，R_f1＝R_f2，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅以及R_f、R_f1、R_f2均为精密电阻；A₁、A₂、A₃、A₄是单运算放大器，其中A₁、A₂要求性能对称；R_WB和R_WJ是精密多圈可调电阻；V₂、V₁是测量放大器的信号输入端，其中信号输入端V₁通过电阻R₁接地，V_O是测量放大器的信号输出端。隔直电容C₁和电阻R₅组成的电路用于滤除V_O信号中的直流成分，因为U_P的相位越前于U_AB，由R_WJC₂组成模拟移相电路用来调整这两者的相位差即角差，接在R₅和C₁的联结点处，经移相后的信号输入电压跟随器A₄的同相端，最后信号由输出端V₀₁输出。

本发明的有益效果是：本发明应用在圆柱形陶瓷体上设置的同轴圆柱形电容器，和通过测量同轴圆柱形电容器内部的测试点的电压来测量出输入端的电压的方法和装置，实现了本电压互感器的结构简单，没有铁芯和线圈等感性设备，消除了铁磁谐振的危害；本装置的线性度好、测量精准(这一效果将在具体实施例中详细说明)；工作稳定、受环境温度影响小；防火、防爆、安全、环保；生产工艺简单，成本低；使用可靠，无需经常性的维护等优点；尤其它可以安装在6～40KV的工频交流高压线路上、变压器高压侧、开关柜、环网柜中，也可以应用在110KV及以上的电力系统中代替电磁式电压互感器，把电力系统中的工频高电压转换为成比例的低电压模拟信号输出，接入后续的电子式或数字式仪器仪表和保护装置，提供测量、计量、保护和监测等应用，取代传统的或现在流行的电子电压互感器。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为同轴圆柱形电容器的原理结构示意图；

图2为本发明的实施例1的结构示意图；

图3为本发明的实施例2的结构示意图；

图4为本发明中的测试点的局部结构部分的剖视结构放大示意图；

图5为现有公知的信号测量放大器和模拟移相电路构成的电子电路。

具体实施方式

如图1-5之一所示，本发明一种电压测量装置包括以下部件：

圆柱形陶瓷体1，所述圆柱形陶瓷体1一端设有一与其同轴心的盲孔11，盲孔11的内壁上涂敷有导电釉层12，且所述导电釉层12的高度小于盲孔11的深度，陶瓷体1的外壁对应盲孔11内壁的导电釉层12也涂敷有导电釉层13，且外壁上的导电釉层13的中部留有一块凹陷深度为b的无导电釉空白区域14，所述空白区域14中心涂敷一点导电釉作为测试点15，一信号电缆2的内芯21的一端与测试点15电连接，所述空白区域14、测试点15、与测试点15电连接的信号电缆2的内芯21连接线段的表面均涂敷有一层陶瓷绝缘物质层3，即该陶瓷绝缘物质层3覆盖住所述空白区域14和位于该空白区域14内的测试点15、以及和测试点15相连的信号电缆2的内芯21连接线段的表面，所述陶瓷绝缘物质层3的上表面和圆柱形陶瓷体1外壁上涂敷的导电釉层13上还涂敷有导电漆层4，即圆柱形陶瓷体1外壁上的导电釉层13和该导电漆层4与盲孔11内壁上的导电釉层12构成同轴圆柱形电容器结构5，外壁上的导电釉层13和导电漆层4即是该同轴圆柱形电容器的外柱形电极，盲孔11内壁上的导电釉层12即是该同轴圆柱形电容器5的内柱形电极，所述空白区域14内的测试点15是处于同轴圆柱形电容器5的内、外两个柱形电极之间，所述圆柱形陶瓷体1除同轴圆柱形电容器5外的表面均涂敷有绝缘陶瓷釉层6，所述陶瓷绝缘物质层3的材料是用烧制后不合格的陶瓷互感器经破碎磨制成细粉后加入绝缘胶水调制成稠糊状做成的；

导电金属圆棒7；

所述导电金属圆棒7固定安装在圆柱形陶瓷体1的盲孔11内，且其7与盲孔11内壁上的导电釉层12电连接，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极的导电漆层4外套设有高压绝缘胶带8，所述与测试点15连接的信号电缆2的另一端为测试点15电压的输出端，该信号电缆2的内芯21与测试点15相连的一端的屏蔽层22和外柱形电极的导电漆层4用多股软铜线23绑在一起并缠绕几圈予以固定并实现电连接，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极接地。

所述圆柱形陶瓷体1设有盲孔11的一端为双伞裙结构16，且盲孔11内壁上涂敷的导电釉层12的高度小于盲孔11底部到伞裙结构16的距离。

所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极的导电漆层4与高压绝缘胶带8之间设有铜带层9。

所述高压绝缘胶带8外套设有高压热缩管10。

所述凹陷的无导电釉空白区域的深度b小于1毫米。

所述导电金属圆棒7螺纹固定在圆柱形陶瓷体1的盲孔11内，其与盲孔11内壁上的导电釉层12的电连接结构为：其导电金属圆棒7下端铆接有一对金属弹性触片71，金属弹性触片71与盲孔11内壁上的导电釉层12保持紧密的电连接接触。

所述测试点15上用导电胶粘贴有一片薄的圆铜片17，铜片17与所述信号电缆2的内芯21的一端电连接，铜片的直径应小于测试点的直径。

一种电压互感器的测量方法，该方法是应用“处于同轴圆柱形电容器两极间的点的电压与该同轴圆柱形电容器两极间的电压成正比例关系”这一原理来测量同轴圆柱形电容器5两极之间的点15的电压，即应用公式从而得出其输入端的电压的测量方法。

实施例1

如图2、4或5所示，一种电压互感器包括以下部件：

圆柱形陶瓷体1，所述圆柱形陶瓷体1一端设有一与其同轴心的盲孔11，盲孔11的内壁上涂敷有导电釉层12，且所述导电釉层12的高度小于盲孔11的深度，陶瓷体1的外壁对应盲孔11内壁的导电釉层12也涂敷有导电釉层13，且外壁上的导电釉层13的中部留有一块凹陷深度为b的无导电釉空白区域14，该空白区域14的面积约为1.5*1.5cm²，所述空白区域14中心涂敷一点导电釉作为测试点15，此测试点15导电釉的直径小于5毫米，一信号电缆2的内芯21的一端与测试点15电连接，所述空白区域14、测试点15、与测试点15电连接的信号电缆2的内芯21连接线段的表面均涂敷有一层陶瓷绝缘物质层3，即该陶瓷绝缘物质层3覆盖住所述空白区域14和位于该空白区域内14的测试点15、以及和测试点15相连的信号电缆2的内芯21连接线段的表面，并使得该陶瓷绝缘物质层3的上表面与外柱形电极的表面形成完整的圆弧面,使该陶瓷绝缘物质层3的表面到轴中心的距离也等于外柱形电极的半径,所述陶瓷绝缘物质层3的上表面和圆柱形陶瓷体1外壁上涂敷的导电釉层13上还涂敷有导电漆层4，即圆柱形陶瓷体1外壁上的导电釉层13和该导电漆层4与盲孔11内壁上的导电釉层12构成同轴圆柱形电容器结构5，盲孔11内壁上的导电釉层12构成同轴圆柱形电容器5的内柱形电极，外壁上涂敷的导电釉层13和导电漆层4一起构成同轴圆柱形电容器5的外柱形电极，且测试点15内置在了该同轴圆柱形电容器5的内柱形电极和外柱形电极之间，所述圆柱形陶瓷体1除同轴圆柱形电容器5外的表面均涂敷有绝缘陶瓷釉层6；

导电金属圆棒7；

所述导电金属圆棒7固定安装在圆柱形陶瓷体1的盲孔11内，且其7与盲孔11内壁上的导电釉层12电连接(即同轴圆柱形电容器5的内柱形电极)，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极的导电漆层4外套设有高压绝缘胶带8，所述与测试点15连接的信号电缆2的另一端为测试点15电压的输出端，其将测试点15的信号输入到一个由公知的信号测量放大器和一个公知的相位调整即模拟移相电路构成的电子电路20(其对应参考北京航空航天大学出版社1993年8月出版的由李华主编的《MCS-51系列单片机实用接口技术》的第293页和由徐卫华、鲍海、杨以涵、魏孝铭2010年5月16日在电力系统保护与控制的第38卷第10期第50页发表的《压电陶瓷式电子电压互感器的信号处理办法》)，该信号电缆2的内芯21与测试点15相连的一端的屏蔽层22和外柱形电极的导电漆层4用多股软铜线23绑在一起并缠绕几圈予以固定并实现电连接，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极接地，信号电缆2的另一端输入到公知的电子电路20时，其电缆的屏蔽层22应同电子电路20的地线以及安装该电子电路的金属盒的外壳紧密连接并可靠接地。

实施例2

如图3、4或5所示，一种电压测量装置包括以下部件：

圆柱形陶瓷体1，所述圆柱形陶瓷体1上部为双伞裙结构16，伞裙结构16的中心设有一同轴心的盲孔11，盲孔11的深度大于伞裙结构16的高度，盲孔11下部的内壁上涂敷有导电釉层12，盲孔11内壁上涂敷的导电釉层12的高度小于盲孔11底部到伞裙结构16的距离，陶瓷体1的外壁对应盲孔11内壁的导电釉层12也涂敷有导电釉层13，且外壁上的导电釉层13的中部留有一块凹陷深度为b的无导电釉空白区域14，该空白区域14的面积约为1.5*1.5cm²，深度b小于1毫米，所述空白区域14中心涂敷一点导电釉作为测试点15，此测试点15导电釉的直径小于5毫米，在此测试点15上用导电胶粘贴有一片薄的圆铜片17，铜片17直径小于该测试点15导电釉的直径，一信号电缆2的内芯21的一端与铜片17电连接，且信号电缆2位于所述空白区域14内的电缆外护皮、屏蔽层22被剥离掉，所述空白区域14、测试点15、铜片17、与铜片17相连的信号电缆2的内芯21连接线段的表面涂敷有一层陶瓷绝缘物质层3，即该陶瓷绝缘物质层3覆盖住所述空白区域14和位于该空白区域14内的测试点15、铜片17、与铜片17相连的信号电缆2的内芯21连接线段的表面，使得该陶瓷绝缘物质层3的上表面与外柱形电极的表面形成完整的圆弧面,使该陶瓷绝缘物质层3的表面到轴中心的距离也等于外柱形电极的半径,在所述陶瓷绝缘物质层3的上表面和圆柱形陶瓷体1外壁上涂敷的导电釉层13上再涂敷一层导电漆层4，即圆柱形陶瓷体1外壁上的导电釉层13和该导电漆层4与盲孔11内壁上的导电釉层12构成同轴圆柱形电容器5，盲孔11内壁上的导电釉层12为同轴圆柱形电容器5的内柱形电极，外壁上涂敷的导电釉层13和导电漆层4一起构成为同轴圆柱形电容器5的外柱形电极，且测试点15内置在了该同轴圆柱形电容器5的内柱形电极和外柱形电极之间，所述圆柱形陶瓷体1上除同轴圆柱形电容器5部分外的外表面均涂敷有绝缘陶瓷釉层6；

导电金属圆棒7；

所述导电金属圆棒7螺纹固定安装在圆柱形陶瓷体1的盲孔11内，导电金属圆棒7下端铆接有一对金属弹性触片71，金属弹性触片71与盲孔11内壁上的导电釉层12保持紧密的电连接接触(即同轴圆柱形电容器5的内柱形电极)，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极的导电漆层4外套设有高压绝缘胶带8，所述高压绝缘胶带8外套设有高压热缩管10，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极的导电漆层4与高压绝缘胶带8之间设有铜带层9，所述与测试点15连接的信号电缆2的另一端为测试点15电压的输出端，其将测试点15的信号输入到一个由公知的信号测量放大器和一个公知的相位调整即模拟移相电路构成的电子电路20(其对应参考北京航空航天大学出版社1993年8月出版的由李华主编的《MCS-51系列单片机实用接口技术》的第293页和由徐卫华、鲍海、杨以涵、魏孝铭2010年5月16日在电力系统保护与控制的第38卷第10期第50页发表的《压电陶瓷式电子电压互感器的信号处理办法》)，该信号电缆2的内芯21与测试点15相连的一端的屏蔽层22和外柱形电极的导电漆层4用多股软铜线23绑在一起并缠绕几圈予以固定并实现电连接，所述同轴圆柱形电容器5的外柱形电极接地，信号电缆2的另一端输入到公知的电子电路20时，其电缆的屏蔽层22应同电子电路20的地线以及安装该电子电路的金属盒的外壳紧密连接并可靠接地。

本实施例中的导电金属圆棒7的半径为R_C，其中R_C＝7mm，盲孔11的半径即也就是同轴圆柱形电容器5内柱形电极的半径R_A，一般选择R_A为R_C的1—1.6倍，本实施例中R_A＝10mm，同轴圆柱形电容器5外柱形电极的半径为R_B，(R_B-R_A)是同轴圆柱形电容器5两柱形电极间的距离，

本实施例互感器的额定绝缘水平参照GB/T11022—1999第10页表1中额定电压为40.5KV的相关数据，选取的额定短时工频耐受电压为95KV(有效值)，额定雷电冲击耐受电压为185KV(峰值)；

本实施例互感器电瓷的介电强度为6～20千伏/毫米，本实例选取9.5千伏/毫米；

本实施例互感器安全系数是根据GB4064-83电气设备安全设计导则中关于“设备必须有良好的电气绝缘；绝缘材料要具有足够的绝缘性能；绝缘要有一定的安全系数，以承受各种原因所造成的过电压”的要求，本发明产品的安全系数一般大于2，本实施例取2.5，相当于把24KV的额定绝缘水平提高了一个电压等级，达到了40.5KV的额定绝缘水平，这对于其他绝缘形式的电压互感器来说，无疑是一个很大的成本付出。

综合以上考虑，本实施例中取R_B＝35mm，同轴圆柱形电容器5的高度也就是盲孔11的内壁的导电釉层12的高度为L2，通常其高度L₂≥10(R_B-R_A)，本实施例中取L₂＝250mm,盲孔11底部到圆柱形陶瓷体1底部的距离为L₁，其L₁一般选择取(R_B-R_A)的1.3—1.6倍，本实施例中选L₁＝40mm，同轴圆柱形电容器5的顶部到圆柱形陶瓷体1双伞裙底部的距离为L₃，本实施例中取L₃＝20mm，两个伞裙16的高度分别为L₄和L₆，本实施例中取L₄＝L₆＝40mm，两个伞裙16之间的距离为L₅，本实施例中取L₅＝20mm，两个伞裙16的半径相等，均为R_D，本实施例中取R_D＝85mm，测试点15所在的无导电釉空白区域相对于外柱形电极表面的凹陷深度b小于1毫米，本实施例取b＝0.5mm，故测试点15的半径r为R_B-b，即：

测试点15的半径r＝R_B-b＝34.5mm。

下面详细介绍下本实施例的制作即加工和测量使用方法：

本实施例为工频交流20KV电压下使用的户内型电压互感器。根据“静电场中的导体和电介质”的知识(参考《电磁学》上册赵凯华陈熙谋P1—165人民教育出版社1978年4月)及前述的公式⑤和依据电工陶瓷的介电强度、所使用的额定工作电压、额定绝缘水平(这些数据可查相关的电瓷资料和国家电力标准规定)及实际使用要求计算互感器的有关尺寸和选取伞裙16的形状。导电金属圆棒7的半径R_C为7mm(不包含螺纹部分)，导电金属圆棒7下端部有铆钉固定的一对金属弹性触片71，金属圆棒7及金属弹性触片71长度相等,各为100mm，二者铆接后总长度约185mm。电压互感器的盲孔11内半径R_A(也即是同轴圆柱形电容器5的内柱形电极的半径)为10mm；圆柱形陶瓷体1的外半径R_B为35mm(也即是同轴圆柱形电容器5的外柱形电极的半径)，(R_B-R_A)为同轴圆柱形电容器5两个柱形电极之间的距离，(R_B-R_A)应有充足的安全余量，为25mm，同轴圆柱形电容器5的高度L₂取L₂≥10(R_B-R_A)，取L₂为250mm。为了提高底端部的耐压强度，电压互感器的陶瓷体1中盲孔11下部到陶瓷体1下端部的距离L₁取(R_B-R_A)的1.3～1.6倍，取L₁为40mm。在陶瓷体1的上部，本实施例的伞裙16设计为双伞裙(参照相近电压的高压针式绝缘子伞裙结构及数据)，第一伞裙16高度L₆为40mm；第二伞裙16高度L₄也为40mm；第二伞裙16的底部与同轴圆柱形电容器5的上端距离L₃为20mm；两个伞裙16半径R_D都为85mm；两个伞裙16之间的距离L₅为20mm。本实施例中，双伞裙16的轴向剖面上的曲线长度(即双伞裙16的盲孔11的顶端外沿至同轴圆柱形电容器5的顶部之间剖面的直线和弧线的总长度)即爬电距离不小于280mm(根据IEC60044-7电子电压互感器第6.1.3.1污秽一节的注2所述，在极轻的污秽地区，根据运行经验可采用标称爬电比距低于16mm/KV，但最低似为12mm/KV。根据电力行业DL404的有关规定，其凝露型的爬电比距为：纯瓷绝缘不小于14mm/KV)。

根据上述相关数据绘制出本发明的电压互感器的轴向剖面图，并制作切削模具。按传统电瓷生产方法，把已制成圆柱形的陶瓷棒料垂直置于旋转工作台上，用制好的切削模具旋制出陶瓷坯件，即是陶瓷体1，用带有限位装置的钻头沿着坯件轴线向下钻出深度为370mm的同轴心盲孔11，用丝锥在该盲孔11的顶端部攻出40mm长的内螺纹后将坯件晾干。随后在圆柱形陶瓷体1外壁和盲孔11的内壁上的柱形区域涂敷几十微米厚的导电釉层12、13，高度都为L₂。在陶瓷体1的外壁的导电釉层13的中部还要留下1.5×1.5cm²的不涂敷导电釉的空白区域14，用边长为1.5cm的正方形木块轻压该区域，使其形成凹陷深度为小于1毫米的区域，并在该空白区域14中心点再涂敷一小圆点导电釉作为测试点15，该测试点15的导电釉直径小于5毫米。陶瓷体1的外壁除了中部涂敷导电釉的部分和留下的空白区域14以外，都要涂敷绝缘陶瓷釉6，再将陶瓷坯件入窑烧制成电瓷成品。该成品经目检外观无误并进行耐压等相关试验后进行下一步安装(参照GB1000.1-88高压线路针式瓷绝缘子技术条件)。

把金属圆棒7旋入陶瓷体1上部双伞裙16的盲孔11中，通过金属圆棒7上的外螺纹与双伞裙16的盲孔11顶端的内螺纹固定；金属圆棒7的下端部用铆接有一对金属弹性触片71保持与盲孔11的内壁上的内柱形电极12紧密接触。把与一根信号电缆2内芯21相连接的铜片17用导电胶粘贴在陶瓷本体1外壁凹陷的空白区域14中心的测试点15的上面。信号电缆2内芯21和铜片17连接后，其内芯21露出信号电缆2的内塑料护套的长度应小于1毫米，其内塑料护套露出屏蔽层22的长度为5毫米左右，屏蔽层22露出外塑料护套的长度为10毫米以上。铜片17的直径要小于测试点15的直径。待粘牢固化后，在凹陷的空白区域14的范围内(包括测试点15的位置)直接涂敷一层陶瓷绝缘物质层3，要平整覆盖凹陷的空白区域14的范围，包括覆盖测试点15上的铜片17，覆盖到与外柱形电极的表面形成完整的圆弧面,使该陶瓷绝缘物质层3的表面到轴中心的距离也等于外柱形电极的半径即可。该绝缘物质层3的材料可由电工陶瓷品经粉碎后的细瓷粉与绝缘胶水调制成稠糊状做成(由于绝缘物质层3的材料也是用电工陶瓷细粉做成的，所以该层的介电常数可以认为与同轴圆柱形电容器5的陶瓷绝缘介质的介电常数一样，其介电强度也一样)。在陶瓷绝缘物质层3固化后，对圆柱形陶瓷体1中部外壁区域(导电釉层13和涂敷了陶瓷绝缘物质层的空白区域14)用导电漆均匀地刷涂。待导电漆层4干燥后，用多股软铜线23把信号电缆2的屏蔽层22与陶瓷体1中部外壁的导电漆层4(即同轴圆柱形电容器5的外柱形电极)均匀的缠绕捆绑多圈予以固定和电连接，并留取足够长度的多股软铜线23以作接地用。然后，用带有导电胶的铜带9将陶瓷体1中部外壁及外壁上多圈缠绕捆绑的多股软铜线23紧紧地包扎1～2层，再用绝缘塑料带8套设包裹住铜带层9，最后用高压热缩管10紧紧地把绝缘塑料带层8包扎起来。

把信号电缆2另一端内芯与现有公知的信号测量放大器和模拟移相电路构成的电子电路20的信号输入端V₂点相连接，同时其信号电缆2的电缆的屏蔽层22应同电子电路20的地线以及安装该电子电路的金属盒的外壳紧密连接并可靠接地。

对安装好的本发明的电压互感器进行校验。校验时，先把电压互感器的接地线和金属盒及安装在其中的电子电路20的接地线接好，把信号电缆2的另一端的内芯接到公知的电子电路20的信号输入端V₂，再给电子电路20接入±15V的工作电源，然后在电压互感器的导电金属棒7上接入额定的高压交流电压，用标准校验设备对电子电路20的V₀₁输出模拟信号进行比对，调整电子电路20中相应的精密可调电阻器，用R_WB来调整比差，用R_WJ来调整角差，使本发明的电压互感器的信号输出达到IEC60044-2所列额定二次电压标准值以及互感器的准确度等级要求。

该电压互感器使用时，先把电压互感器的接地线和金属盒及安装在其中的电子电路20的接地线接好，把信号电缆2的另一端的内芯接到公知的电子电路20的信号输入端V₂，把电子电路20的信号输出端V₀₁接到后续的电子式或数字式仪器仪表，再给电子电路20接入±15V的工作电源，最后在电压互感器的导电金属棒7上接入额定的高压交流电压，即可测出需要测量的高电压。

本实施例的陶瓷电子电压互感器经过实验测量，其实验数据如下表：

从以上的数据可以看出，本发明的互感器是一种宽量程、高精度、数据重复性好的电压互感器，其准确度超过了传统的电磁式电压互感器和现时的电子式电压互感器。本发明的互感器的耐压强度好，测量精度高，成本低廉。

Claims (10)

1.一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：其包括以下部件：

圆柱形陶瓷体，所述圆柱形陶瓷体一端设有一与其同轴心的盲孔，盲孔的内壁上涂敷有导电釉层，且所述导电釉层的高度小于盲孔的深度，陶瓷体的外壁对应盲孔内壁的导电釉层也涂敷有导电釉层，且外壁上的导电釉层的中部留有一块凹陷深度为b的无导电釉空白区域，所述空白区域中心涂敷有一点导电釉作为测试点，一信号电缆的内芯的一端与测试点电连接，所述空白区域、测试点、与测试点电连接的信号电缆内芯连接线段的表面均涂敷有一层陶瓷绝缘物质层，即该陶瓷绝缘物质层覆盖住所述凹陷的无导电釉空白区域和位于该区域内的测试点、以及和测试点相连的信号电缆内芯连接线段的表面，所述陶瓷绝缘物质层的上表面和圆柱形陶瓷体外壁上涂敷的导电釉层上还涂敷有导电漆层，所述圆柱形陶瓷体外壁上的导电釉层和该导电漆层与盲孔内壁上的导电釉层构成同轴圆柱形电容器结构，外壁上的导电釉层和导电漆层即是该同轴圆柱形电容器的外柱形电极，盲孔内壁上的导电釉层即是该同轴圆柱形电容器的内柱形电极，所述凹陷的无导电釉空白区域内的测试点处于同轴圆柱形电容器的内、外两个柱形电极之间，所述圆柱形陶瓷体除同轴圆柱形电容器外的表面均涂敷有绝缘陶瓷釉，所述陶瓷绝缘物质层的材料是用烧制后不合格的陶瓷互感器经破碎磨制成细粉后加入绝缘胶水调制成稠糊状做成的；

导电金属圆棒；

所述导电金属圆棒固定安装在圆柱形陶瓷体的盲孔内，且其与盲孔内壁上的内柱形电极电连接，所述与测试点连接的信号电缆的另一端为测试点电压的输出端，把该信号电缆内芯与测试点相连的一端的屏蔽层和外柱形电极上的导电漆层用多股软铜线绑在一起并缠绕几圈予以固定并实现电连接，所述同轴圆柱形电容器的外柱形电极接地，所述同轴圆柱形电容器的外柱形电极的导电漆层外套设有高压绝缘胶带。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述圆柱形陶瓷体设有盲孔的一端设有双伞裙结构。

3.根据权利要求2所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述双伞裙结构为硅橡胶增爬伞裙，其套装在圆柱形陶瓷体上。

4.根据权利要求2所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述双伞裙结构为陶瓷双伞裙，其与陶瓷圆柱体一起制成为一个陶瓷整体。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述同轴圆柱形电容器的外柱形电极的导电漆层与高压绝缘胶带之间设有带导电胶的铜带层。

6.根据权利要求1所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述高压绝缘胶带外套设有高压热缩管。

7.根据权利要求1所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述凹陷的无导电釉空白区域的凹陷深度小于1毫米。

8.根据权利要求1所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述导电金属圆棒通过螺纹固定在圆柱形陶瓷体的盲孔内，其与盲孔内壁上的导电釉层即内柱形电极的电连接结构为：其导电金属圆棒下端铆接有一对金属弹性触片，金属弹性触片与盲孔内壁上的导电釉层保持紧密的电连接接触。

9.根据权利要求1所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构，其特征在于：所述测试点上用导电胶粘贴有一片薄的圆铜片，铜片与所述信号电缆的内芯的一端电连接，铜片的直径应小于测试点的直径。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种陶瓷电子电压互感器的结构的测量方法，其特征在于：该互感器是应用“处于同轴圆柱形电容器两极间的点的电压与该同轴圆柱形电容器两极间的电压成正比例关系”这一原理来测量同轴圆柱形电容器两极之间的点的电压，即应用公式从而得出其输入端的电压的测量方法，其中U_P为测试点电压，U_AB为同轴圆柱形电容器两极间的电压，R_B为同轴圆柱形电容器的外柱形导体半径，R_A为同轴圆柱形电容器的内柱形导体半径，r为测试点到同轴圆柱形电容器中心轴的距离。