CN104620114B - 具有绝缘体的电压测量装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方面，本发明涉及一种用于在中压或高压设备或开关装置中使用的具有绝缘体的电压测量装置，其具有包括串联的至少一个高压阻抗和至少一个低压阻抗的阻抗分压器，并且具有屏蔽电极。为了优化对于给定应用的电压测量设计，防止该装置在其它的应用或在严峻环境或操作条件中使用的情况下的故障风险，至少一个高压屏蔽电极和/或至少一个低压屏蔽电极的尺寸被应用于阻抗的物理长度，并且所述屏蔽电极围绕提供所需分压比的高压和/或低压阻抗，并位于绝缘体的内部或外部，以便以最佳方式分配电场，从而减少所述设备的内部或外部的电场应力，并且该阻抗分压器的输出端被连接到屏蔽电缆，该屏蔽电缆也是该装置的一部分。

Description

具有绝缘体的电压测量装置
技术领域
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种用于在中压或高压设备或开关装置中使用的具有绝缘体的电压测量装置，其具有包括串联的至少一个高压阻抗和至少一个低压阻抗的阻抗分压器，并且具有屏蔽电极。
背景技术
用于中压和高压应用的电压测量装置使用阻性和/或容性分压器用于电压测量和/或用于例如开关装置结构的保护目的。这种运行在中压或高压水平的装置，可能暴露于很强的电场，该电场被放置在非常近的附近，主要在低功率输出或在绝缘材料上或这样的设备的表面上引入高介电应力的情况下，可能会影响测量的量。在室外安装的情况下，在潮湿的状况中，可以观察到进一步的影响，这些情况可能改变电场分布，由此造成测量的电压水平上的误差，或者引起装置表面上的电晕或者引起装置内增加的局部放电水平。
在现有技术中使用的分压器样式示于图2。分压器包括绝缘体，其容纳一端被连接到高压而另一端连接到低压阻抗的高压阻抗。低压阻抗需要被连接到地。这种阻抗分压器的输出通过两条导线和/或电缆来完成。
这种公知布置的缺点是，对于寄生电容的较高易感性，和倘若为保护和/或测量的目的不准确的值发生时可能改变测得的电压的准确度。
发明内容
因此本发明的目的在于，电压传感器设计需要对于给定的应用进行优化，防止相同的装置在其它应用或在严峻的环境或操作条件中使用的情况下的故障风险。
由本发明实现了该目的，本发明包括其尺寸被应用到阻抗的物理长度的至少一个高压屏蔽电极和/或至少一个低压屏蔽电极，并且该屏蔽电极围绕提供所需的分压比的高压和/或低压阻抗，并分别位于绝缘体的内部或外部，以便以最佳方式分配电场，从而减少所述装置的内部或外部的电场应力，并且该阻抗分压器的输出被连接到屏蔽电缆，该屏蔽电缆也是该装置的一部分。
所以重要的是，上述提到的问题的解决方案是特征的组合，其中，功能性协作使得在中压和/或高压使用中电压测量达到更好的准确度。
在一有利的实施方式中，屏蔽电极是环形或钟形，在边缘具有半径至少为0.5mm的圆角。
进一步有利的实施方式是，内部屏蔽电极比其保护的阻抗的物理长度更长。
在进一步有利的实施方式中，内部屏蔽电极位于离所述绝缘体的表面最少1mm处。这是屏蔽电极在绝缘体内的位置的情况。
重要的和有利的是，在实施方式中，屏蔽电极离阻抗分压器的距离比所用绝缘材料对于给定阻抗工作电压水平的介电耐受更大。
进一步重要的实施方式是，两个屏蔽电极之间的距离比所用绝缘材料对于在所述电极之间的区域中出现的给定电压水平的介电耐受更大。
在进一步的实施方式中给出分别有利的选项，即，阻抗分压器是阻性分压器，或容性分压器，或两者的组合。
作为有利的实施方式给出，屏蔽电缆是双绞线和/或双层屏蔽电缆，以便对于从装置的输出电缆达到最佳的电场和磁场的抗扰性。
作为有利的替代被应用，该屏蔽电缆是具有足够性能的同轴电缆，以降低整个装置的成本。
在进一步的有利的实施方式中，容纳容性电极的绝缘体通过由电压检测系统使用的常规绝缘体而创建，并且在这种情况下仅使用外部屏蔽电极。
进一步有利的实施方式是，所述绝缘体具有支柱绝缘子或套管或电缆插头的形状和/或功能，或者可被设计为被集成到其他设备的独立电压测量模块。
附图说明
本发明的实施方式如下所示。
图1：新的传感器设计
图2：标准分压器
图3：电极设计
图4：具有外部电极的电压传感器概念
具体实施方式
本发明提出了使用主要适用于阻性分压器的特定形状的屏蔽电极，但给定规则和原则可以适用于容性分压器以及容性-阻性分压器。
图1描述了一般的阻抗分压器。绝缘体2容纳高压阻抗3，高压阻抗3一端通过连接4连接到高压而另一端连接到低压阻抗5。高压阻抗3和低压阻抗5两者构成具有给定分压比的分压器。分压器通过连接9接地，并且输出导线6和7穿过电缆8，该电缆8通过被屏蔽以减少外场对经过导线6和7的低压信号的影响。
为了减少来自外部电压源或场的电容拾取，可以使用屏蔽电极。图1示出了保护高压阻抗3不受外部影响的上部屏蔽电极10，和保护低压阻抗5不受外部影响的下部屏蔽电极11。
除了外部影响，屏蔽电极10和11改进了在绝缘体2表面或该绝缘体内的电场分布，从而实现装置的更高介电耐受。
屏蔽电极的使用使得分压器对到高压或到连接到高电位的其他周边装置的外部连接的敏感性最小化。
最小化对测量阻抗的外部影响的最好结果是，在绝缘体内并且还在其表面上提供改进的电场分布，以及最小化所连接设备、其位置和形状的影响，可以通过以下针对屏蔽电极的某些定位和尺寸规则来实现：
-上部屏蔽电极10的长度G必须比高压阻抗3的长度F更大，以充分屏蔽整个高压阻抗免受外部影响。
-下部屏蔽电极11的长度I必须比低压阻抗5的尺寸H更大，以充分屏蔽整个低压阻抗免受外部影响。
-上部屏蔽电极10离高压阻抗3的距离A必须比所用绝缘材料对于根据相关标准的装置的给定工作电压水平或者测试电压水平的介电耐受更大。
-下部屏蔽电极11离低压阻抗5的距离D必须比所用绝缘材料对于在低压阻抗侧的给定电压水平的介电耐受更大。
-上部屏蔽电极10离下部屏蔽电极11的距离B必须比所用绝缘材料对于根据相关标准的装置的给定操作电压水平或者测试电压水平的介电耐受更大。这个距离也可能影响测得的信号的相移，并由此改善整个装置的相位误差。
-为了提供高压电极10和低压电极11之间的最佳电场分布，所述电极的端部的半径R需要比0.5mm更大。
-从屏蔽电极10和11到绝缘体2的距离E和C必须比所用绝缘材料对于电极连接到的给定电压水平的介电耐受更大。所述距离优选地需要高于1mm。
-尺寸B、R、E和C越大，绝缘体的表面上的电场分布越好。
-尺寸A和D越大，阻抗分压器元件上的电场分布越好，从而减少局部放电及介质击穿的危险。
这一选项提供了独立于其中在哪里/如何使用这一装置的应用的最佳结果。在具有降低的外部影响的可能性的应用中的简单布置或者较不复杂结构的情况下，可以使用屏蔽电极的简化结构。
参照图4，在设备1被安装在尺寸比绝缘体2的直径J更大的导电材料(例如金属片)上时的情况中，可以不需要下部屏蔽电极11。如果绝缘体2的高度K比距离J的两倍更小，并且在离绝缘体2的距离小于距离K的距离中不存在其它电压源，则可容易的不使用下部屏蔽电极11而由该装置被安装其上的基板12所取代。这种布置可以实现基板12通常连接到的高压部分和地面内的良好的介电场分布。
进一步简化可在上部屏蔽电极10中完成。在通过母线完成到高压的连接的情况下，不需要内部电极10，其中母线的宽度比绝缘体2的外部直径L更大。在这一情况中，所连接的母线能够适当地分布电场，并且其还可以在相同程度提供对外部影响的屏蔽。在到高压的连接不是由母线而是由其它方式(例如通过一些类型的柔性连接)实现的情况下，上部屏蔽电极可能是需要的。为了避免使用内部上部电极10，可以使用位于绝缘体顶部的外部电极13。为了最小化来自这一电极的尖锐边缘的介电应力，提供电极13的边缘的圆角14是有利的。圆角14的半径应至少为0.5mm。

Claims (8)

1.一种用于在中压或高压设备或开关装置中使用的具有绝缘体的电压测量装置，所述电压测量装置具有包括串联的至少一个高压阻抗和至少一个低压阻抗的阻抗分压器，并且具有屏蔽电极，其中所述电压测量装置具有至少一个高压屏蔽电极和/或至少一个低压屏蔽电极，所述屏蔽电极的尺寸适用于阻抗的物理长度，并且所述屏蔽电极围绕提供所需分压比的高压和/或低压阻抗，并位于绝缘体的内部或外部，以便以最佳方式分布电场，从而减少所述电压测量装置内部或外部的电场应力，并且所述阻抗分压器的输出端被连接到屏蔽电缆，所述屏蔽电缆也是所述电压测量装置的固定部分或可分离部分，
所述电压测量装置的特征在于，内部屏蔽电极比其保护的阻抗的物理长度更长，因而上部屏蔽电极(10)的长度(G)必须比高压阻抗(3)的长度(F)更大，并且下部屏蔽电极(11)的长度(I)必须比低压阻抗(5)的尺寸(H)更大，以充分屏蔽整个低压阻抗免受外部影响，并且，上部屏蔽电极(10)至下部屏蔽电极(11)的距离必须比所使用的绝缘材料对于所述电极之间的区域中出现的给定电压水平的介电耐受距离更大，并且所述屏蔽电极(10，11)的半径大于0.5mm，并且从屏蔽电极到绝缘体(2)的距离(E，C)大于1mm。
2.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于，
所述屏蔽电极是环形或钟形，在边缘具有圆角。
3.根据权利要求1或2所述的电压测量装置，其特征在于，
所述屏蔽电极离阻抗分压器的距离比所使用的绝缘材料对于所述阻抗所工作的给定电压水平的介电耐受距离更大。
4.根据权利要求1或2所述的电压测量装置，其特征在于，
所述阻抗分压器是电阻性分压器或电容性分压器，或两者的组合。
5.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于，
所述屏蔽电缆是双绞线的双层屏蔽电缆，以便对于所述装置的输出电缆实现最佳的电场和磁场抵抗。
6.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于，
所述屏蔽电缆是具有充分性能的同轴电缆，以降低整个装置的成本。
7.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于，
容纳电容性电极的绝缘体由电压检测系统所使用的常规绝缘子创建，并且在这种情况下仅使用外部屏蔽电极。
8.根据权利要求1所述的电压测量装置，其特征在于，
所述绝缘体具有支柱绝缘子或套管或电缆插头的形状和/或功能，或者能够被设计为被集成到其它装置的独立电压测量模块。
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