CN103748643A - 用于互感器的静电屏蔽 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制在仪用互感器中的高电压导体与低电压导体之间的静电屏蔽的静电屏蔽。仪用互感器具有电流互感器和电压互感器。电流互感器具有包括第一芯段和第二芯段的分裂芯部。在第一芯段邻接第二芯段时，形成具有由第一和第二芯段形成的芯的电流互感器。高电压导体在电流互感器的第一和第二芯段之间伸展。第一芯段封装于聚合物树脂中并且在封装时形成第一包封。第二芯段具有装配于其上的低电压绕组。静电屏蔽设置于低电压绕组与高电压导体之间。通过在聚合物树脂中封装静电屏蔽、低电压绕组和第二芯段来形成第二包封。

Description

用于互感器的静电屏蔽

技术领域

本申请涉及一种用于控制分裂芯仪用互感器中的静电场应力的静电屏蔽。

背景技术

本发明涉及仪用互感器并且更具体地涉及一种用于控制分裂芯仪用互感器中的静电场的静电屏蔽。

仪用互感器包括电流互感器和电压互感器，并且用来测量流过导体的电力的特性。电流和电压互感器与比如计量器和继电器的设备一起使用于测量和保护应用中。这样的互感器“逐步降低”系统的电流和/或电压至关联设备可以处理的标准化值。例如电流互感器可以逐步降低范围为10至2,500安培的电流至范围为1至5安培的电流，而电压互感器可以逐步降低范围为12,000至40,000伏特的电压至范围为100至120伏特的电压。电流和电压互感器可以用来分别测量比如高架电力线中的细长的高电压导体中的电流和电压。

用于测量高电压导体中的电流的常规电流互感器通常具有一体式主体，该主体具有导体延伸经过的开口。这样的常规电流互感器具有形状为圆形或者环形并且具有中心开口的一体式芯，该中心开口与主体中的开口至少部分重合。利用这样的构造，通过切割、然后拼接导体将电流互感器装配到导体。如可以理解的那样，这样的切割和拼接是不希望的。因而已经提出具有两件式或者分裂芯的电流互感器。在McCollum的美国专利号4,048,605、Fernandes的美国专利号4,709,339和Gunn等人的US20060279910中示出具有分裂芯的电流互感器的示例。

静电场应力的控制是分裂芯电流互感器中的问题，该分裂芯电流互感器具有设置于分裂芯段之间的高电压导体，这些芯段之一具有缠绕于其上的低电压导体。在高和低电压导体之间的失控静电场应力可能引起部分放电，这些部分放电将最终侵蚀在高和低电压导体以及分裂芯段之间的绝缘材料。尽管静电屏蔽可用于减少在高和低电压导体之间经历的静电场应力，但是静电屏蔽仍有改进空间。

因而，本发明涉及一种用于控制电流互感器中的静电场的静电屏蔽。

发明内容

一种用于测量在细长的导体中流动的电的特性的仪用互感器包括第一芯段和第二芯段，每个芯段具有至少一个端表面。由聚合物树脂组成的第一包封封装除了至少一个端表面之外的第一芯段。第二芯段具有缠绕于其上的低电压绕组。提供用于到细长的导体的连接的静电屏蔽。由聚合物树脂组成的第二包封封装静电屏蔽、低电压绕组和除了至少一个端表面之外的第二芯段。静电屏蔽嵌入于第二包封的第二聚合物树脂中并且略微设置于第二包封的外平面表面以下。

一种制作仪用互感器的方法包括提供第一芯段并且在聚合物树脂中封装第一芯段以形成第一包封。该制作仪用互感器的方法还包括提供第二芯段、将低电压绕组装配到第二芯段、在高电压导体与低电压绕组之间提供静电屏蔽，并且将静电屏蔽定位于低电压绕组以上并且与低电压绕组脱离接触。通过在聚合物树脂中封装第二芯段、低电压绕组和静电屏蔽来形成第二包封。

附图说明

在附图中图示结构实施例，这些实施例与以下提供的具体描述一起描述用于互感器的静电屏蔽的示例实施例。本领域普通技术人员将理解可以设计部件为多个部件或者可以设计多个部件为单个部件。

另外，在附图和以下描述中，贯穿附图和书面描述分别用相同附图标记指示相似部分。附图未按比例绘制，并且为了便于图示而已经夸大某些部分的比例。

图1是根据本发明实施的仪用互感器的前视图；

图2是仪用互感器沿着图1中的线A-A的示意截面图；

图3a是根据本发明实施的静电屏蔽的俯视图；

图3b是静电屏蔽的等距图；

图3c是静电屏蔽的前视图；

图3d是静电屏蔽的右侧视图；

图4是根据本发明实施的电流互感器的截面俯视图；并且

图5是具有备选低电压绕组配置的电流互感器的截面侧视图。

具体实施方式

应当注意，在以下具体描述中，相同部件无论是否在本发明的不同实施例中示出它们都具有相同附图标记。也应当注意，为了清楚和简洁地公开本发明，附图可以未必按比例，并且可以用有些示意的形式示出本发明的某些特征。

如这里所用，缩写词“CT”将意味着“电流互感器”。

现在参照图1和2，示出根据本发明实施的仪用互感器10的视图。仪用互感器10包括电流互感器12和电压互感器14。本领域普通技术人员将认识到可以实施仪用互感器10仅为电流互感器12。电流互感器12和电压互感器14布置于可释放地固着在一起的盖部分18和基部部分20中。电压互感器14完全设置于基部部分20中，而电流互感器12部分设置于盖部分18中并且部分设置于基部部分20中。电流互感器12可操作用于测量高电压导体（比如高电压导体38）中的电流，而电压互感器14可操作用于测量高电压导体38中的电压。电压互感器14也向用于仪用互感器10的电子装置供应功率。

盖部分18包括在盖铸造过程中由一种或者多种聚合物树脂形成的顶部或者第一包封26中封装的顶部或者第一芯段24。第一芯段24大体上为U形并且包括铁磁金属、比如颗粒定向硅钢或者非晶钢。第一芯段24可以由金属条层或者金属板堆形成。静电屏蔽28设置于第一芯段24之上并且除了其末端之外覆盖第一芯段24。静电屏蔽28可以由在包围第一芯段24的封闭单元泡沫填充之上缠绕的一个或者多个半导体带层形成。第一包封26除了第一芯段24的在第一包封26的底表面处暴露的末端之外完全覆盖第一芯段24。第一包封26的底表面的至少部分基本上平坦（平面）以便允许底表面与基部部分20的第二包封46的顶表面平齐设置。

在图3a-3d中描绘并且在高电压导体38与低电压绕组54之间设置根据本发明实施的静电屏蔽55。静电屏蔽55嵌入于第二包封46的聚合物树脂内并且略微位于第二包封46的基本上平面表面以下。例如静电屏蔽55可以位于从第二包封46的基本上平面表面起的约3.175mm至约19.05mm的深度处。此外，静电屏蔽55可以位于从低电压绕组54或者接地部件起的约12.7mm至约25.4mm的距离处。

静电屏蔽55大体上形状为椭圆，并且经过第二包封横向延伸从而从高电压导体38屏蔽低电压绕组54。可以实施静电屏蔽55为实心、穿孔或者网状片，该实心、穿孔或者网状片由半导体或者导电材料如铝、黄铜、铜、用导电或者半导体材料浸渍的纤维素或者具有相似性质的任何材料形成。在一个实施例中，穿孔或者网状片允许聚合物树脂在铸造过程期间经过静电屏蔽55中的开口渗透，以下将进一步具体描述铸造过程。

现在参照图3a、3b和4，静电屏蔽55具有间隙59，该间隙59防止围绕第一和第二芯段24、44的连续导电路径。静电屏蔽55具有从静电屏蔽55的第一侧向静电屏蔽55的相反的第二侧伸展的大体上弓形凹陷66。高电压导体38略微设置于凹陷66以上。高电压导体38未触及静电屏蔽55。静电屏蔽具有第二芯段44略微延伸经过的一个或者多个开孔43。静电屏蔽具有用于螺栓的一个或者多个开口49。

静电屏蔽55经过从静电屏蔽55向金属插入件（未示出）伸展的引线电连接到高电压导体38。金属插入件嵌入于聚合物树脂中并且还附着到与高电压导体38直接接触的夹具。静电屏蔽55在与高电压导体38大约相同的电势。

现在参照图1和2，多个孔插入件30经过第一包封26从其顶部向底部延伸。孔插入件30被布置于第一芯段24周围并且被适配为接收螺栓34用于将盖部分18固着到基部部分20，如以下将进一步描述的那样。主通道36经过第一包封26横向延伸并且被适配为容纳高电压导体38、比如高架电力线。高电压导体38可以输送电压从约1kV至约52kV的电力。在安装仪用互感器并且高电压导体38经过主通道36延伸时，连接器40将未绝缘高电压导体38电连接到第一芯段24和第二芯段，从而第一芯段24、第二芯段44、连接器40和螺栓34在与高电压导体38大约相同的电势。连接器40可以连接到在第一包封26的外侧上装配的端子41，并且端子41然后可以由内部导体电连接到第一芯段24。连接器40可以由夹具42连接到高电压导体38。

基部部分20包括在基部铸造过程中由一种或者多种聚合物树脂形成的底部或者第二包封46中封装的底部或者第二芯段44。第二包封46具有多个沿圆周延伸的裙部47。第二芯段44也大体上为U形并且具有与第一芯段24相同的构造。在一个实施例中，通过构造单个芯、然后对半切割芯来生产第一和第二芯段24、44。第二包封46除了第二芯段44的在第二包封46的顶表面处暴露的末端之外完全覆盖第二芯段44。第二包封46的顶表面的至少部分基本上平坦（平面）以便允许顶表面与盖部分12的第一包封26的底表面平齐设置。在盖部分12固着到基部部分20时，第一和第二芯段24、44的暴露末端相互邻接、由此形成（或者重新形成）电流互感器12的芯。

在具有C形中间部分和相对的外围法兰的支架48上支撑第二芯段44。支架48由环氧树脂或者具有相似性质的任何材料形成。底座50固着到法兰并且具有用于可螺纹地接收经过孔插入件30延伸的螺栓34的末端的有螺纹的内部。封闭单元泡沫填充层、绝缘管52和低电压绕组54设置于第二芯段44和支架48的中间部分之上，而封闭单元泡沫填充设置于第二芯段44之上并且绝缘管52设置于封闭单元泡沫填充层与低电压绕组54之间。绝缘管52由电介质材料组成并且从第二芯段44电绝缘低电压绕组54。绝缘管52可以由电介质树脂（比如环氧树脂）、绝缘带层或者酚醛牛皮纸管（即用酚醛树脂浸渍的牛皮纸管）组成。低电压绕组54缠绕于绝缘管52周围并且由如铜的金属组成的导体的多匝组成。静电屏蔽56设置于低电压绕组54之上并且覆盖低电压绕组54。静电屏蔽56可以由在低电压绕组54之上缠绕的一个或者多个半导体带层形成。支架48、绝缘管52和低电压绕组54都封装于第二包封46中。

低电压绕组54可以具有单个CT比率或者多个CT比率。就这一点而言，应当注意CT比率是额定初级电流（在高电压导体38中）与额定次级电流（在低电压绕组54中）之比。如果低电压绕组54具有多比率构造，则不同抽头组合可以提供比如从50：5到600：5或者从500：5到4000：5的CT比率范围。抽头沿着低电压绕组54的导体的行程连接于不同点处。例如，如果有五个抽头，则抽头中的两个抽头可以连接于低电压绕组54的相反末端，而其它三个抽头可以以隔开方式在两个末端抽头之间连接到低电压绕组54。因此，低电压绕组54的匝数在不同抽头对之间不同、由此产生不同CT比率。在低电压绕组54上的抽头由导体连接到在固着到基部部分20的接线箱58中密封的端子57。

电压互感器14包括装配到芯62的绕组结构60，该芯由比如颗粒定向硅钢或者非晶钢的铁磁金属组成。如图所示，芯62可以由两个邻接环组成，每个环由金属条层或者金属板堆形成。绕组结构60装配到环的邻接支路。绝缘管64在芯62与绕组结构60之间装配到芯62。绝缘管64可以由电介质树脂（比如环氧树脂）、绝缘带层或者酚醛牛皮纸管组成。

绕组结构600包括同心设置于高电压绕组以内的低电压绕组。低电压绕组和高电压绕组各自由如铜的金属组成的导体的多匝组成。当然，在两个绕组中的匝的数量不同。与电流互感器12一样，电压互感器14的芯62和绕组结构60各自由静电屏蔽覆盖，该静电屏蔽可以与静电屏蔽28、56具有相同构造/组成。绕组结构60的高电压绕组电连接到高电压导体38。连接可以经过端子41和第一芯段24。电压互感器14可操作用于逐步降低向高电压绕组供应的电压（例如约1-35kV）至在低电压绕组的输出处的更低电压。这一更低电压可以约为110-120伏特或者甚至更低、下至约10伏特的电压。低电压绕组的输出连接到接线箱58中的端子57。端子57包括用于来自电流互感器12的电流测量输出的端子和用于来自电压互感器14的低电压绕组的电压测量输出的端子。来自电压互感器14的更低电压功率也用于向在与仪用互感器10分离装配的控制箱100中的电子装置供电。

通过经过盖部分18的孔插入件30插入螺栓34并且在基部部分20的底座50中可螺纹地固着螺栓34的末端，将盖部分18固着到基部部分20。在盖部分18中的孔插入件30和基部部分20的底座被定位用于恰当对准第一芯段24与第二芯段44，以在盖部分18和基部部分20用螺栓34固着在一起时形成用于电流互感器12的邻接芯。第一包封26和第二包封46也可以用有助于恰当对准盖部分18和基部部分20的对应结构特征（比如脊和槽以及孔和杆）形成。

可以从基部部分20去除盖部分18以允许仪用互感器10安装到高电压导体38或者从高电压导体38拆卸、即使高电压导体38穿过电流互感器12或者从电流互感器12去除高电压导体38。通过从底座50穿出螺栓34并且从基部部分20分离盖部分18来简单地去除盖部分18。

分别在盖铸造过程和基部铸造过程中单独形成第一和第二包封26、46。第一和第二包封26、46中的每个包封可以由单种绝缘树脂形成，该绝缘树脂是环氧树脂。在一个实施例中，树脂是脂环族环氧树脂、更具体为疏水脂环族环氧树脂组成。这样的环氧树脂组成可以包括脂环族环氧树脂、固化剂、加速剂和填充物、比如硅烷化石英粉、熔融硅石粉或者硅烷化熔融硅石粉。在一个实施例中，环氧树脂组成包括约50-75%填充物。固化剂可以是酐、比如线性脂肪族聚合酸酐或者环状羧酸酐。加速剂可以是胺、酸性催化剂（比如辛酸锡）、咪唑或者季铵碱或者卤化物。

盖铸造过程和基部铸造过程可以各自是自动压强胶凝（AGP）过程。在这样的APG过程中，将树脂组成（液体形式）脱气并且在真空之下之时预热至40℃以上的温度。铸造的部分的内部部件（比如在盖部分18中的第一芯段24和孔插入件30）放置于模具的空腔中，该模具被加热至树脂的升高固化温度。然后在略微压强之下向包含内部部件的空腔中引入脱气和预热的树脂组成。在空腔以内，树脂组成快速开始胶凝。然而空腔中的树脂组成保持与从空腔以外引入的加压树脂接触。以这一方式，通过后续进一步添加在压强之下进入空腔的脱气和预热树脂组成来补偿空腔中的胶凝树脂组成的收缩。在树脂组成固化成固体之后，从模具空腔去除其中模制有内部部件的包封。然后允许包封完全固化。

应当理解，取代按照APG过程形成之外，可以使用开放铸造过程或者真空铸造过程来形成第一和第二包封26、46。在开放铸造过程中，将包含内部部件的开放模具中简单地倒入树脂组成、然后将树脂组成加热至树脂的升高固化温度。在真空铸造中，将内部部件设置在真空室或者套中装入的模具中。在真空之下混合树脂组成，并且向也在真空之下的真空室中的模具中引入树脂组成。将模具加热至树脂的升高固化温度。在向模具中分配树脂组成之后，将真空室中的压强升至大气压用于固化模具中的原型包封。可以在将原型包封脱模之后执行后固化。

在本发明的另一实施例中，第一和第二包封26、46中的每一个包封分别具有由两种不同绝缘树脂形成的两层，并且根据通过引用而结合于此的PCT申请WO2008127575来构造。在这一实施例中，包封包括内层或者壳和外层或者壳。外壳设置于内壳之上并且与内壳同延。内壳比外壳更有柔性（更软），而内壳包括柔性第一树脂组成并且外壳包括硬性第二树脂组成。第一树脂组成（在完全固化时）为柔性从而在断裂处具有大于5%、更具体大于10%、进而更具体大于20%、又进而更具体为范围从约20%到约100%的拉伸伸长（按照ASTM D638测量）。第二树脂组成（在完全固化时）为硬性从而在断裂处具有小于5%、更具体为范围从约1%到约5%的拉伸伸长（按照ASTM D638测量）。内壳的第一树脂组成可以是柔性环氧组成、柔性芳族聚亚安酯组成、丁基橡胶或者热塑橡胶。外壳的第二树脂组成是比如以上描述的环脂肪族环氧组成。包封使用第一和第二铸造过程来形成于内部部件之上。在第一铸造过程中，内壳由第一模具中的第一树脂组成形成。在第二铸造过程中，包括内壳以内的内部部件的中间产品放置于第二模具中，然后向第二模具中引入第二树脂组成。在第二树脂组成（外壳）固化一段时间形成固体之后，从第二模具去除其中设置有内部部件的包封。然后允许外壳完全固化。

现在参照图5，电流互感器80被描绘，并且电流互感器80除了以下描述的内容之外具有与仪用互感器10相同的构造。在仪用互感器10中包括的电压互感器14不是电流互感器80的部分。此外，电流互感器80具有在与仪用互感器10的单个低电压绕组54不同的配置中布置的两个低电压绕组77。在电流互感器80中的低电压绕组77中的每个低电压绕组被装配到第二芯段的相反末端中的关联末端。低电压绕组77可以串联连接在一起并且进一步连接到端子（未示出）。

将理解前述示例实施例的描述旨在于仅举例说明而不是穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的实施例进行某些添加、删除和/或修改而未脱离如所附权利要求定义的本发明的精神实质或者它的范围。

Claims (11)

1.一种用于测量在细长的导体中流动的电力的特性的仪用互感器，所述仪用互感器包括：

具有至少一个端表面的第一芯段；

由聚合物树脂组成的第一包封，所述第一包封封装除了所述至少一个端表面之外的所述第一芯段；

具有至少一个端表面的第二芯段；

设置于所述第二芯段周围的低电压绕组；

用于连接到所述细长的导体的静电屏蔽；以及

由聚合物树脂组成的第二包封，所述第二包封封装所述静电屏蔽、所述低电压绕组和除了所述第二芯段的所述至少一个端表面之外的所述第二芯段，所述静电屏蔽嵌入于所述第二包封的所述聚合物树脂中并且设置于所述第二包封的外平面表面略微以下。

2.根据权利要求1所述的仪用互感器，其中所述第一芯段的所述至少一个端表面邻接所述第二芯段的所述至少一个端表面，因而形成具有由所述第一芯段和所述第二芯段形成的芯的电流互感器。

3.根据权利要求2所述的仪用互感器，其中电压互感器封装于所述第二包封中，所述电压互感器用于测量在所述细长的导体中流动的电力的电压。

4.根据权利要求2所述的仪用互感器，其中所述静电屏蔽形状为大体上椭圆并且具有所述第二芯段延伸经过的一个或者多个开孔。

5.根据权利要求4所述的仪用互感器，其中所述静电屏蔽还由与所述静电屏蔽的中心邻近设置的非导电间隙组成，所述非导电间隙用于阻止围绕所述芯的导电路径。

6.根据权利要求5所述的仪用互感器，其中所述静电屏蔽由半导体材料形成。

7.根据权利要求5所述的仪用互感器，其中所述静电屏蔽由导电材料形成。

8.根据权利要求5所述的仪用互感器，其中所述静电屏蔽由穿孔片形成。

9.根据权利要求5所述的仪用互感器，其中所述静电屏蔽由实心片形成。

10.一种制作仪用互感器的方法，包括：

a.提供第一芯段；

b.在聚合物树脂中封装所述第一芯段以形成第一包封；

c.提供第二芯段；

d.将低电压绕组装配到所述第二芯段；

e.在高电压导体与所述低电压绕组之间提供静电屏蔽；

f.将所述静电屏蔽定位于所述低电压绕组以上并且与所述低电压绕组没有接触；

g.在聚合物树脂中封装所述第二芯段、所述低电压绕组和所述静电屏蔽以形成第二包封。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：h.将所述静电屏蔽连接到高电压导体。

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