CN105092932A - 非接触式电压感测装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种配置成测量导体的电压值的非接触式电压感测装置。非接触式电压感测装置包括具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中第一阻抗元件配置成操作上耦合到导体。此外，非接触式电压感测装置包括：天线，在操作上耦合到第一阻抗元件；具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中第二阻抗元件部分通过天线和寄生阻抗元件来形成，并且寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及测量和通信电路，耦合到第一阻抗元件，以测量导体的电压值。
Description
技术领域
本说明书的实施例涉及感测装置，以及更具体来说涉及电压感测装置。
背景技术
近来，电力供应市场的解除管制引起了电力提供商之间的增加竞争。现在比较常见的是公司和家庭在决定供应其电力需要的电力提供商时具有若干不同电力提供商的选择。这引起不同提供商之间对包括供应的定价和质量的问题的竞争。此外，电力提供商有时需要为其消费者供应比较便宜的电力，同时仍然确保对其消费者的供应的相同或改进质量。为了实现这些目标，电力提供商必须改进电力网络或配电系统的效率。此外，由于解除管制，网络损耗以及对电力供应的中断现在受到处罚。
通常发现，甚至在高度发达国家，所生成的全部电力的大约10%在电网网络本身中损失。例如，通过电力网络的载流电缆(又称作“电力线”)所传送的电力的一部分因传输损耗而可损失。表示电力网络中的电力损耗的这个指标在不太发达的国家上升到几乎25%。电力网络中的这种功率损耗可归因于未检测故障。此外，这些故障可在长时期未被检测。此外，甚至当检测到故障时，对广泛的电力网络定位故障通常也是棘手的。通过准确地提供电力网络中的电性质的信息(例如通过监测电力网络)，电力提供商也许能够显著降低电力网络中损失的电量，并且产生生成电力的成本的显著节省。此外，通过密切监测电力网络，电力提供商将处于更好的地位以对其消费者最小的不便迅速地校正电力网络中的故障，由此向其消费者提供改进的供应质量。
研制了多种传感器，以用于测量载流电缆、例如高压配电系统中的载流电缆中的电流。例如，光学电流传感器用来测量载流电缆中的电流。光学电流传感器一般基于法拉第效应。一些光学电流传感器使用块状玻璃或光纤电缆，其围绕载流电缆。虽然光学电流传感器具有很高的动态范围，但是光学电流传感器要求在安装时开启载流电缆，这也许是昂贵的过程。
用于测量电力网络中的电压的其他种类的传感器可采用绕载流电缆所设置的金属外壳。这些传感器使用金属外壳作为载流电缆与底下的地之间的分容器。在其他因素之中，外壳与载流电缆之间的电容取决于外壳与载流电缆之间的距离。相应地，由于对外壳与载流电缆之间的间隙的极限，金属外壳可具有载流电缆与外壳本身之间的有限电容。此外，由于有限电容，传感器可受到周围导体、例如测量电路的变化影响。此外，外壳面积的增加以增加外壳与载流电缆之间的电容通常引起传感器的寄生电容的增加。增加的寄生电容使传感器相对更易受到周围导体中的波动。
此外，在配置成测量电力线中的电压值的传感器的情况下，电压测量需要将电压测量装置物理地连接到电压线路和地。要求电压测量装置与地之间的这个物理连接，以防止被监测值不合需要地受到可存在于地与电压测量装置之间的任何物体的存在影响。作为举例，在电压测量装置与地之间的物理连接不存在的情况下，有意或无意地设置在地和/或电压测量装置邻近的经过车辆、树木、动物、鸟儿或者任何其他物体可引起电压测量装置的测量值的不合需要的变化。可以指出，提供电压测量装置与地之间的这种物理连接要求复杂安装过程。例如，这类安装过程既费时又是人工密集的，从而引起安装电压测量装置的成本的增加。此外，到地的物理连接可需要维护并且周期的检查。
发明内容
按照本说明书的方面，提供一种配置成测量导体相对于参考表面的电压值的非接触式电压感测装置。非接触式电压感测装置包括具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中第一阻抗元件配置成操作上耦合到导体。此外，非接触式电压感测装置包括：天线，在操作上耦合到第一阻抗元件；以及具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中第二阻抗元件部分通过天线和寄生阻抗元件来形成，并且寄生阻抗元件包括寄生阻抗。非接触式电压感测装置还包括测量和通信电路，其耦合到第一阻抗元件，并且配置成测量导体的电压。
按照本说明书的另一方面，提供一种配置成测量导体相对于参考表面的电压值的非接触式电压感测装置。非接触式电压感测装置包括具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中第一阻抗元件配置成操作上耦合到导体。此外，非接触式电压感测装置包括：天线，在操作上耦合到第一阻抗元件；以及具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中第二阻抗元件部分通过天线和寄生阻抗元件来形成，并且寄生阻抗元件包括寄生阻抗。非接触式电压感测装置还包括测量和通信电路，其耦合到第一阻抗元件，并且配置成测量导体的电压值。此外，测量和通信电路耦合到第一阻抗元件以测量导体的电压，其中测量和控制电路包括处理器、监测器、数据获取通信装置(DAC)或者其组合。
按照本说明书的又一方面，提供一种监测系统。监测系统包括一个或多个非接触式电压感测装置，其配置成测量导体相对于参考表面的电压值。此外，非接触式电压感测装置包括具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中第一阻抗元件配置成操作上耦合到导体。此外，非接触式电压感测装置包括：天线，在操作上耦合到第一阻抗元件；具有第二阻抗的第二阻抗元件；以及测量和通信电路，耦合到第一阻抗元件，以测量导体的电压。此外，第二阻抗元件部分由天线和寄生阻抗元件来形成，其中寄生阻抗元件包括寄生阻抗。此外，监测系统包括在通信上耦合到一个或多个非接触式电压感测装置的控制单元，其中控制单元配置成从一个或多个非接触式感测装置接收表示导体的电压值的数据。
技术方案1：一种配置成测量导体相对于参考表面的电压值的非接触式电压感测装置，包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述导体；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成测量所述导体的所述电压值。
技术方案2：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，包括配置成在所述第一阻抗元件的一侧或多侧提供屏蔽的导电元件。
技术方案3：如技术方案2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件包括导电壳体、一个或多个导电屏蔽或者它们两者。
技术方案4：如技术方案2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件设置在所述第一阻抗元件与所述导体之间。
技术方案5：如技术方案2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件保持在与所述导体相同的电压。
技术方案6：如技术方案2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件在操作上耦合到所述导体。
技术方案7：如技术方案2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述天线包括第一部分和第二部分，并且所述参考表面和所述天线的第二部分设置在所述导电元件的同一侧。
技术方案8：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述天线包括第一部分和第二部分，并且电绝缘体设置在所述天线的第一部分上。
技术方案9：如技术方案8所述的非接触式电压感测装置，其中，所述天线的第二部分小于大约10cm。
技术方案10：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述第二阻抗是天线阻抗和寄生阻抗的组合。
技术方案11：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述寄生阻抗比所述第一阻抗高至少大约50倍。
技术方案12：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述第一阻抗元件包括电容器、电感器、电阻器或者其组合。
技术方案13：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述非接触式电压感测装置没有直接地物理耦合到所述参考表面。
技术方案14：如技术方案1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述测量和通信电路包括处理器、监测器、数据获取通信装置(DAC)或者其组合。
技术方案15：一种配置成测量导体相对于参考表面的电压值的非接触式电压感测装置，包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述导体；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成测量所述导体的所述电压值，其中所述测量和控制电路包括处理器、监测器、数据获取通信装置(DAC)或者其组合。
技术方案16：一种监测系统，包括：
配置成测量导体相对于参考表面的电压值的一个或多个非接触式电压感测装置，包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述导体；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；以及
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成测量所述导体相对于所述参考表面的电压值；以及
监测单元，在通信上耦合到所述一个或多个非接触式电压感测装置，其中所述控制单元配置成从所述一个或多个非接触式电压感测装置接收表示所述导体的所述电压值的数据。
技术方案17：如技术方案16所述的监测系统，其中，所述一个或多个非接触式电压感测装置包括DAC，其中所述导体的所述电压的值使用全球移动通信系统(GSM)链路从所述DAC传送给所述控制单元。
技术方案18：如技术方案16所述的监测系统，包括多个监测单元，其中所述多个监测单元的各监测单元配置成充当所述多个监测单元的另一个监测单元的转发器。
技术方案19：如技术方案16所述的监测系统，其中，导体是电力线，并且所述一个或多个非接触式电压感测装置配置成直接从其上安装所述一个或多个非接触式电压感测装置的相应电力线来供电。
技术方案20：如技术方案19所述的监测系统，其中，所述一个或多个非接触式电压感测装置配置成直接从所述电力线的磁场来吸取操作电力。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本说明书的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是按照本说明书的方面、具有导电壳体的示范非接触式电压感测装置的示意表示；
图2是按照本说明书的方面、具有导电屏蔽的示范非接触式电压感测装置的示意表示；
图3是按照本说明书的方面、具有天线的示范非接触式电压感测装置的示意图，其中天线的至少一部分是电绝缘的；以及
图4是按照本说明书的方面、采用非接触式电压感测装置的示范监测系统的示意表示。
具体实施方式
本说明书的实施例提供一种非接触式电压感测装置，其配置成测量导体相对于参考表面的电压值。此外，非接触式电压感测装置可配置成在物理上和操作上耦合到导体。如本说明书中通篇所使用，术语“导体”表示电导体。在某些实施例中，非接触式电压感测装置可配置成从导体感测一个或多个电参数，并且基于所感测电参数来测量导体相对于参考表面的电压值。在一些实施例中，导体可以是电力网络中的电力线。在一些其他实施例中，导体可以是汇流条。例如，导体可以是设置在封闭开关设备中的汇流条。
如本文所使用的术语“非接触式”表示非接触式电压感测装置与参考表面之间不存在直接物理接触。可以指出，在一些实施例中，参考表面可以是地，但是，在一些其他实施例中，参考表面可以是除了地之外的任何其他表面，其中参考表面具有已经电位、称作“参考电位”。在具体示例中，本说明书的非接触式电压感测装置没有直接地物理耦合到参考表面(例如，地)以提供参考电位。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置可用于监测电力网络的电力线中的电压。在这些实施例的一部分中，非接触式电压感测装置可以是线路安装装置或者电杆安装装置。在非接触式电压感测装置是线路安装装置的一个示例中，非接触式电压感测装置可安装在电力线上，非限制性地例如高压电力线或中压电力线。在非限制性示例中，其上设置非接触式电压感测装置的电力线的电压可在从大约415伏特至大约440千伏特或以上的范围中。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置可包括具有第一阻抗的第一阻抗元件以及具有第二阻抗的第二阻抗元件。第一和第二阻抗可用来测量导体的电压。第一阻抗元件的非限制性示例可包括一个或多个电阻器、一个或多个电容器、一个或多个电感器或者其组合。在一个示例中，非接触式电压感测装置可包括作为第一阻抗元件的电容器。在操作中，第一阻抗元件配置成感测电参数、例如导体的电压。
此外，非接触式电压感测装置包括天线，其操作上耦合到第一阻抗元件。天线配置成与寄生阻抗元件结合形成第二阻抗元件。具体来说，第二阻抗元件通过天线和寄生阻抗元件来形成，其中寄生阻抗元件在天线与参考表面之间形成。第二阻抗元件的阻抗(又称作“第二阻抗”)是寄生阻抗元件的阻抗(又称作“寄生阻抗”)和天线的阻抗的组合。此外，由于非接触式电压感测装置的设计，所以在一些实施例中，天线的阻抗与寄生阻抗相比可以是可忽略的。在这些实施例中，第二阻抗的值可与寄生阻抗的值基本上相似。相应地，第二阻抗基本上可以是出现在天线与参考表面之间的寄生阻抗。在非限制性示例中，寄生阻抗主要可包括寄生电容。
此外，在某些实施例中，非接触式电压感测装置包括测量和通信电路，其中测量和通论电路配置成基于在第一阻抗元件两端所感测的电压值来测量导体的电压。此外，在某些实施例中，第一阻抗元件可设置在第一结点与第二结点之间。类似地，天线可设置在另一个第一结点与另一个第二结点之间。此外，第一阻抗元件的第二结点可操作上耦合到天线的第一结点。在具体示例中，第一阻抗元件的第二结点和天线的第一结点可以是第一阻抗元件与天线之间的公共结点。在操作中，第一阻抗元件的第一结点可保持在与导体相同的电位。通过使与导体对应的电压能够出现在第一阻抗元件两端，将第一阻抗元件的第一结点保持在与导体相同的电位使非接触式电压感测装置能够测量导体的电压。此外，天线的第二结点可配置成形成与导体的电压不同的电压。出现在天线的第二结点的电压可因流经寄生阻抗元件的电流而引起。因此，非接触式电压感测装置的结构使第一和第二阻抗元件的组合能够充当导体与参考表面之间的分压器。由于第一与第二阻抗元件之间的这种分压，可在第一阻抗元件两端创建电压差。此外，测量和通信电路可配置成测量出现于第一阻抗元件两端的这个电压差。在一些实施例中，测量和通信电路可配置成基于第一阻抗、第二阻抗的值以及出现在第一阻抗元件两端的电压差来测量导体的电压。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置包括导电元件，其配置成保护第一阻抗元件免受从导体、例如载流电力线发出的电磁辐射。此外，在一些实施例中，导电元件可保持在与导体相同的电压。
此外，可以指出，天线可以是导电体，其具有第一部分和第二部分。此外，电绝缘体可设置在天线的第一部分，以防止天线的导电体与导电元件的电短接。另外，天线的第二部分可设置在电绝缘体以及导电元件的外部。设置在电绝缘体以及导电元件的外部的天线的第二部分可暴露于参考表面。此外，天线的第二部分与参考表面相结合可促成第二阻抗和/或寄生阻抗的形成。在某些实施例中，天线的第二部分的尺寸可选择成促进天线阻抗与寄生阻抗相比的较小值。天线的第二部分充当天线的第二结点。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置可配置成将所测量电压值传递到所确定位置，非限制性地例如控制单元、监测单元、显示单元或者其组合。此外，非接触式电压感测装置可配置成使用测量和通信电路来传递所测量电压值。有利地，非接触式电压感测装置可配置成实现导体、非限制性地例如电力线的电压值的实时监测。
有利地，在非接触式电压感测装置正感测和测量电力线(非接触式电压感测装置设置在其上)的电压值的同时，非接触式电压感测装置的测量值不会不合需要或者不利地受到导电或非导电物体(其可有意或无意地设置在非接触式电压感测装置与参考表面之间)的是否存在影响。作为举例，由非接触式电压感测装置所测量的电力线的所测量电压值可以没有因导电体(非限制性地例如电力线附近的静止或运动车辆)的存在而不利地受到影响。此外，与要求测量装置与地之间的直接物理连接的常规测量装置相比，非接触式电压感测装置比较易于安装。具体来说，非接触式电压感测装置配置成安装在电力线上，而没有对非接触式电压感测装置物理地耦合到地的任何进一步需要。
另外，一个或多个非接触式电压感测装置可配置成用于监测系统中，其中监测系统可包括控制单元和/或监测单元。一个或多个非接触式电压感测装置可配置成将导体的所测量电压值传递给控制单元和/或监测单元。在一些实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置可包括多个数据获取通信装置(DAC)。在一些实施例中，DAC可形成测量和通信电路的组成部分。在某些实施例中，表示电力线的电压的数据由DAC通过全球移动通信系统(GSM)链路来传递给控制单元、例如控制中心计算机。这是将数据发送给控制单元、监测单元或者任何其他控制中心计算机或装置的廉价和安全方式。
此外，在一些实施例中，监测系统可形成电力网络的一部分。此外，电力网络可采用一个或多个监测系统。在这些实施例的一部分中，电力网络可采用多个电力线、多个非接触式电压感测装置和一个或多个监测系统。此外，多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式感测装置可在操作上耦合到一个或多个监测系统。在一个示例中，监测系统可配置成将所测量电压值传递给电力网络中的控制单元。在某些实施例中，非接触式电压感测装置可配置成按照节省成本的方式、通过宽地理区域来提供表示电力网络的对应电力线的电压值的信号。在一个实施例中，多个DAC的每个DAC可具有与其关联的一个或多个非接触式电压感测装置，使得表示电力线的电压值的信号可从非接触式电压感测装置传送给另一个非接触式电压感测装置或者相同或其他监测系统的控制单元。在一个示例中，从一个DAC传送给控制单元的电性质可在传递给控制单元之前传送给另一个DAC。通过具有多个DAC，处理可在DAC或者在控制单元中执行。在一个示例中，信号可在DAC中放大，并且数据的暂时存储可在每个DAC中执行。
此外，本说明书的非接触式电压感测装置可易于可适合不同动态范围、带宽和灵敏度值。在一个实施例中，第一阻抗元件可修改成适配用于不同动态范围、带宽和灵敏度值的非接触式电压传感器。作为举例，在第一阻抗元件是电容器的情况下，具有较高电容的电容器可用来得到较低带宽，反过来也是一样。在一个实施例中，第一阻抗元件的第一电容的值可等于或大于大约1nF。在相同或不同实施例中，来自第二阻抗元件的寄生电容的值可小于或等于大约0.01pF。
图1示出示范非接触式电压感测装置100。非接触式电压感测装置100可配置成测量导体、非限制性地例如电力线102相对于参考表面120的电压值。电力线102可以是高压线、中压线或者任何其他电力线或者任何其他电导体(其配置成携带电流)。在某些实施例中，非接触式电压感测装置100包括采取导电壳体104的形式的导电元件。导电壳体104可配置成保护非接触式电压感测装置100的一个或多个组件免受电力线102的电磁辐射。此外，导电壳体104可对非接触式电压感测装置100的一侧或多侧提供屏蔽。在一些实施例中，导电壳体104可保持在与电力线102相同的电压。在一个实施例中，导电壳体104可使用导电连接器106来旁路到电力线102。将导电壳体104保持在与电力线102相同的电位可促进原本因非接触式电压感测装置100的电子组件周围的电场的存在而引起的干扰的降低。此外，将导电壳体104保持在与电力线102相同的电位增强非接触式电压感测装置100的测量精度。
在所示实施例中，非接触式电压感测装置100还包括第一阻抗元件108，其设置在第一结点107与第二结点109之间。在一些实施例中，第一阻抗元件108可包括电容器、电阻器、电感器或者其组合。此外，第一阻抗元件108可具有以下称作“第一阻抗”的阻抗。第一阻抗元件108配置成感测电力线102的至少一个电参数。作为举例，出现在第一阻抗元件108两端的电压表示电力线102的所感测电参数。第一阻抗元件108在第一结点107连接到电力线102。
此外，第一阻抗元件108在第二结点109操作上耦合到天线110。第二结点109是在第一阻抗元件108与天线110之间共享的公共结点。此外，出现在第一阻抗元件108两端的电压表示电力线102与第二结点109之间存在的电压差。在导电壳体104保持在与电力线102相同的电压的实施例中，电力线102与第二结点109之间的电压差与导电壳体104和第二结点109之间的电压差是相同的。相应地，在第一阻抗元件108两端的电压差可通过将电压感测装置、例如伏特计设置在结点114与116之间来测量。
此外，天线110包括第一部分130和第二部分131。可以指出，天线110的第一和第二部分130、131可以不是物理上不同的实体。天线110的第一部分130可以是天线110中使用电绝缘体128与导电壳体104绝缘的部分。此外，天线110的第二部分131可以是设置在电绝缘体128外部的部分。此外，天线110的第二部分131可设置在导电壳体104外部。此外，天线110的第二部分131可暴露于参考表面120，一般通过结点124表示。在某些实施例中，天线110的结点122在天线110的第二部分131上形成。具体来说，天线110设置在结点109(其是天线110的第一结点)与结点122(其是天线110的第二结点)之间。此外，天线110的第二部分131在电绝缘体128外部外露。
在所示实施例中，非接触式电压感测装置100包括第二阻抗元件133，其通过天线110的至少一部分和寄生阻抗元件118来形成。具体来说，第二阻抗元件133通过天线110的第二部分131和寄生阻抗元件118来形成。此外，寄生阻抗元件118设置在天线110与参考表面120之间。具体来说，寄生阻抗元件118存在于天线110的结点122与表示参考表面120的结点124之间。第二阻抗元件133的阻抗值可称作第二阻抗。可以指出，第二阻抗是寄生阻抗和天线的阻抗的组合。此外，可以指出，第二阻抗可与寄生阻抗基本上相似，因为天线的阻抗的值与寄生阻抗的值相比可以基本上更低。
此外，在参考表面为地的实施例中，寄生阻抗可定义为天线110与地之间的寄生电容。但是，在参考表面120是与地不同的表面的其他实施例中，寄生电容可定义为天线110与参考电位之间的阻抗，其中参考电位是参考表面120的电位。
另外，在天线110的至少一部分设置在电绝缘体128中的实施例中，天线110的总体尺寸可能不成问题，但是，只有天线的第二部分131(其设置在电绝缘体128外部)可促成寄生阻抗。在一些实施例中，第二部分131的长度可高达大约10cm。相应地，可期望提供具有第二部分131的较小尺寸的天线110，以便提供寄生阻抗元件的较高寄生阻抗。可以指出，高寄生阻抗或者低寄生电容使非接触式电压感测装置能够不会不合需要地受到周围导体的变化影响。因此，增加的寄生阻抗使非接触式电压感测装置100相对更易受到周围导体中的波动，同时仍然保持非接触式电压感测装置100与参考表面120之间的物理分隔。此外，在一些实施例中，天线110可以是电缆、导线、板、形成图案的延长结构、阻抗元件或者其组合。在一个实施例中，天线110可包括集总阻抗元件。作为举例，天线110可以是集总电容器，其中电容器的第一端子设置在电绝缘体128中，以及集总电容器的第二端子暴露于参考表面120。
此外，可以指出，主要由于因第一阻抗元件108与参考表面120之间的天线110的存在引起的阻抗分压器动作，第一阻抗元件108的结点107与109之间的电压差(V1)可出现。具体来说，天线110的存在引起第二阻抗元件133的形成，由此提供分割的阻抗。在假定天线阻抗与寄生阻抗相比是可忽略的并且第一阻抗元件108是电容器的一个示例中，天线110可引起寄生电容器的形成。此外，在这个示例中，第一阻抗元件108或者电容器可充当电力线102与参考表面120之间的分压器。
在一个实施例中，第二阻抗可比第一阻抗的值高至少大约50倍。在另一个实施例中，第二阻抗可比第一阻抗的值高至少大约100倍。在又一实施例中，第二阻抗可比第一阻抗的值高大约100至10000倍。在一些实施例中，通过具有高寄生阻抗、高天线阻抗或者它们两者，第二阻抗可具有较高值。在一些其他实施例中，通过具有高寄生阻抗，第二阻抗可具有较高值。虽然第一阻抗的值主要通过用作第一阻抗元件的装置的类型来支配，但是寄生阻抗主要由天线110的尺寸来支配。此外，天线阻抗的值可由用来形成天线110的阻抗元件来支配。为了具有第一阻抗的较低值，在一些实施例中，集总电容器可用作第一阻抗元件108。
在一些实施例中，电力线102中的电压可使用第一阻抗、第二阻抗的值以及第一阻抗元件108两端的电压差来计算。电力线的电压可通过等式(1)来表示
等式(1)
其中，VL表示电力线102相对于参考表面120的电压，Vo表示第一阻抗元件两端的电压差，Z1表示第一阻抗值，以及Z2表示第二阻抗值。第一阻抗元件108两端的电压值可通过电力线102的电压来支配，但是，第二阻抗的值可通过设置在电绝缘体128外部的天线10的天线阻抗、尺寸以及天线110与参考表面120之间的距离来支配。期望具有寄生阻抗的值的最小变化。由于天线110的小尺寸，寄生阻抗的值比较高。因此，有利地，电力线102的电压(VL)的所估计值的变化为最小。相应地，非接触式电压感测装置100与地120之间的导体或其他物体的存在不会不利地影响电力线102中的电压值的测量。
在某些实施例中，伏特计112的输出可在操作上耦合到测量和通信电路132。在一些实施例中，测量和通信电路132可包括处理器134、监测器136和DAC138。测量和通信电路132配置成测量第一阻抗元件108两端的电压差。此外，测量和通信电路132的处理器134配置成基于第一阻抗的值、出现在第一阻抗元件108两端的电压的值和第二阻抗的值来确定电力线102的电压值。在非限制性示例中，校准因子可用来从所测量电压值来得出电力线102的实际电压值。作为举例，校准因子可使用第一阻抗元件108两端的电压降来得出。电力线102的实际电压的所确定值可使用监测器来监测。此外，电力线102的实际电压的所确定值可使用DAC138无线地传递给其他非接触式电压感测装置(未示出)或者控制单元。
另外，处理器134的功能可通过多种编程语言来实现，包括但不限于Ruby、超文本预处理器(PHP)、Perl、Delphi、Python、C、C++或Java。这种代码可存储或者适合于存储在可由基于处理器的系统来访问以运行所存储代码的一个或多个有形机器可读介质上，例如数据资料库芯片、本地或远程硬盘、光盘(即，CD或DVD)、固态驱动器或其他介质上。
在一个实施例中，测量和通信电路132可以是高输入阻抗电路。测量和通信电路132可配置成使用第一阻抗和寄生阻抗的值来确定电力线102的实际电压值。在所示实施例中，测量和通信电路132可设置在导电壳体104中。但是，在这里未示出的一备选实施例中，测量和通信电路132可设置在导电壳体104外部。
测量和通信电路132使用DAC138在通信上耦合到其他装置，例如控制单元(未示出)或者其他非接触式电压感测装置。在一个实施例中，控制单元可配置成从一个或多个非接触式感测装置100来接收表示电力线102的电压值的数据。
在一些实施例中，测量和通信电路132可配置成向控制单元提供电力线102的所确定电压值。在一个实施例中，测量和通信电路132可配置成使用DAC138或者无线电发射器/接收器与控制单元进行通信。在某些实施例中，非接触式电压感测装置100可以是远程感测装置。术语“远程感测装置”可用来表示一种感测装置，其在通信上耦合到监测单元和/或控制单元，同时相对监测单元和/或控制单元位于远程位置。在一个实施例中，远程感测装置可无线耦合到监测单元和/或控制单元。
此外，虽然未示出，但是非接触式电压感测装置100可包括保护盖或外壳，其绕导电壳体104的至少一部分设置。保护盖可由非导电材料来制成，非限制性地例如非导电聚合物或者非导电陶瓷。此外，在一个实施例中，保护盖可配置成向非接触式电压感测装置100提供机械强度和/或环境保护。
图2示出图1的非接触式电压感测装置的一备选实施例。在所示实施例中，非接触式电压感测装置200在操作上耦合到电力线208，并且配置成测量电力线208的电压。非接触式电压感测装置200包括第一阻抗元件202、天线204以及测量和通信电路206。非接触式电压感测装置200可配置成安装在电力线208上。此外，非接触式电压感测装置200可包括采取导电屏蔽210的形式的导电元件。导电屏蔽210包括第一部分(即，第一导电屏蔽212)和第二部分(即，第二电屏蔽214)。导电屏蔽210的第一导电屏蔽212设置在第一阻抗元件202与电力线208之间。相应地，第一导电屏蔽212配置成保护非接触式电压感测装置200免受来自电力线208的电磁辐射。此外，导电屏蔽210的第二导电屏蔽214设置在天线204与参考表面216之间。第二导电屏蔽214配置成防止参考表面216与第一阻抗元件202之间的任何电干扰。此外，第二导电屏蔽214可配置成实现第二阻抗元件225的形成。具体来说，第二阻抗元件225可部分通过天线204和寄生阻抗元件218来形成。此外，寄生阻抗元件218可设置在天线204与参考表面216之间。
此外，天线204包括第一部分220、第二部分224和电绝缘体222。天线204的第一部分220可设置在电绝缘体222中，而天线204的第二部分可设置在电绝缘体222外部。天线204的第二部分224可设置在第二导电屏蔽214中与参考表面216相同的一侧。天线204的第二部分224与参考表面216相结合可形成寄生阻抗元件218。
此外，第一和第二导电屏蔽212、214均可保持在与电力线208相同的电位。虽然某些实施例中未示出，但是导电屏蔽210可以仅包括第一或第二导电屏蔽212、214其中之一。在一个示例中，导电屏蔽210可以仅包括第一导电屏蔽212。
图3示出非接触式电压感测装置300，其配置成测量导体302相对于参考表面312的电压值。非接触式电压感测装置300包括第一阻抗元件(例如电容器304)、天线306以及测量和通信电路308。测量和通信电路308配置成基于由电容器304和第二阻抗元件320所感测的一个或多个电参数来测量电压值。在所示实施例中，假定天线阻抗基本上低于寄生电容。相应地，寄生电容与第二阻抗基本上相似。此外，可在天线306与参考表面312之间所形成的寄生电容器310两端来感测寄生电容。在所示实施例中，电容器304示为单个或集总电容器，但是在一备选实施例中，多个电容器可用来取代电容器304。在这些实施例的一部分中，多个电容器可电耦合，以有效地形成集总电容器。此外，天线306可包括设置在电绝缘体316中的部分314以及设置在电绝缘体316外部的部分318。设置在电绝缘体316外部的部分318与参考表面312结合形成寄生电容器310。
图4示出按照本说明书的方面、电力网络中采用的监测系统400的一示范实施例。在所示实施例中，电力线408、410和412可在操作上耦合到公共电极，以形成较大电力网络的组成部分。监测系统400包括3个非接触式电压感测装置402、404和406，其分别设置在其相应电力线408、410和412上。非接触式电压感测装置402、404和406可单独测量其相应电力线408、410和412上的电压。一旦测量了电压值，非接触式电压感测装置402、404和406可将所测量电压值传递给监测单元414、例如中央计算机。在非接触式电压感测装置402、404和406与监测单元414进行通信的情况下，监测单元414可配置成在需要时将数据传送给控制单元416，以执行所需步骤。作为举例，在监测一个或多个电力线408、410和412的电压值的波动或下降或上升的情况下，对应非接触式电压感测装置402、404和406可与监测单元414进行通信，以便将数据传送给控制单元416，以执行校正措施。
在某些实施例中，各非接触式感测装置402、404和406可包括对应处理器(图4中未示出)。在这些实施例中的一部分中，对应处理器可配置成相互通信。这样，所测量电压的处理可在非接触式电压感测装置402、404和406的每个来执行，这降低控制单元416的计算开销要求，并且还可增强监测系统400的效率。此外，除了非接触式电压感测装置402、404和406的单独处理器之外，监测系统400还可包括处理器单元(图4中未示出)，其设置在非接触式电压感测装置402、404、406的一个或多个与监测单元414或控制单元416之间。处理器单元可配置成在将数据传送给监测单元414或控制单元416之前处理从非接触式电压感测装置402、404和406所接收的数据。备选地，在一些其他实施例中，监测系统400可包括非接触式感测装置402、404和406之间的公共处理器单元，以用于处理来自一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406的所测量电信号，并且将经处理的数据传送给控制单元416。
在一些实施例中，监测单元414、控制单元416或者它们两者可配置成将所请求信息存储在存储资料库(未示出)中。在一个实施例中，存储资料库可包括诸如硬盘驱动器、软盘驱动器、致密光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字多功能光盘(DVD)驱动器、闪盘驱动器和/或固态存储装置之类的装置。
此外，在某些实施例中，监测系统400可包括显示单元418。在一些实施例中，显示单元418可形成监测单元414或控制单元416的一部分。在某些实施例中，两个或更多非接触式电压感测装置402、404和406可沿电力线408、410和412的长度来设置。
在非限制性示例中，设置在同一电力线上的任何两个相邻非接触式电压感测装置之间的距离可以为大约1公里。此外，任何两个相邻设置的非接触式电压感测装置402、404和406之间的距离对于同一电力线可以是相同或不同的。来自一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406、表示电力线的电压的数据可在将数据发送给控制单元416之前由一个或多个监测单元418来测量和/或处理。在一个实施例中，数据可经由DAC(未示出)从非接触式电压感测装置传送给一个或多个监测单元418，其中DAC可形成非接触式电压感测装置402、404和406的一部分。在一些实施例中，除了与非接触式电压感测装置402、404和406对应的单独DAC单元之外，监测系统400还可包括附加DAC单元。在这些实施例中，DAC单元可配置成对于从一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406所接收的数据运行计算，以估计沿电力线408、410和412的长度的电力线408、410的总体状态。在这些实施例的一部分中，DAC单元可形成单独处理器或公共处理器单元的一部分，以便在将数据向上传送给控制单元416之前处理表示电力线的电性质的数据。这样，通信可在DAC的每个中执行，这可帮助简化单独测量传感器的构造。取决于电力线408、410和412的线路条件以及线路上的支路和负载的分布，非接触式电压感测装置402、404和406的各种组合可用于电力线408、410和412上。
在某些实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406可配置成从非接触式电压感测装置安装于其上的电力线来直接供电。此外，在一个实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406可配置成直接从电力线的磁场来吸取操作电力。
此外，可以指出，单独非接触式电压感测装置402、404和406的DAC可以或者可以不处于与控制单元416或监测单元414的直接通信链路。此外，任何数量的转发器单元或其他监测单元可用来将信号从非接触式电压感测装置402、404和406在途中转发到控制单元416。
此外，非接触式电压感测装置402、404和406的每个的位置可例如在非接触式电压感测装置402、404和406的安装期间使用标准全球定位系统(GPS)来得到。这然后又可完整或部分地用作那个特定非接触式电压感测装置的地址。非接触式电压感测装置402、404和406的位置可用来将工程师引导到特定非接触式电压感测装置，以便进一步促进服务人员确定故障位置的能力。此外，从不同电力线所得到的测量可经过时间同步。在一些实施例中，GPS信号可用于对于跨非接触式电压感测装置402、404和406的测量进行时间同步。
在三相线路的情况下，非接触式电压感测装置可设置在三相线路的一个或多个上。在一示例实施例中，如非接触式电压感测装置所感测的来自三相线路的电压值可使用复数算术来求和。在某些实施例中，如果故障条件存在于电力线上，则电力线的电流和电压值可用来确定电力线上的故障的位置。在一些实施例中，本说明书的电压传感器可与电流传感器相集成。在这些实施例中，集成传感器可用来提供电流和电压值，以确定电力线上的故障的位置。
一旦识别故障位置或故障条件，在一些实施例中，可使用移动通信装置(非限制性地例如蜂窝电话、寻呼机)来警告维修人员，并且将会理解，可使用例如通过GSM网络来警告维修人员的各种其他方法。
此外，可以指出，在一些实施例中，各非接触式电压感测装置可与参考表面(例如地)电隔离，并且因此可以比较简单地安装在电力线上。可通过添加其他测量设备，从高架电力线进行各种不同测量。
另外，在某些实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置可配置成从非接触式电压感测装置安装于其上的电力线来直接供电。作为举例，一个或多个非接触式电压感测装置可配置成直接从电力线的磁场来吸取操作电力。
有利地，本申请的非接触式电压感测装置配置成执行高压线的电压测量，而无需非接触式电压感测装置到地或者线路之间的物理连接，从而使传感器的安装和操作更简易。此外，非接触式电压感测装置提供非接触式电压感测装置的周围的变化对所测量值的不合需要影响的问题的解决方案。
虽然本公开仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求书预计涵盖落入本公开的真实精神之内的所有这类修改和变更。
Claims (10)
1.一种配置成测量导体相对于参考表面的电压值的非接触式电压感测装置，包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述导体；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成测量所述导体的所述电压值。
2.如权利要求1所述的非接触式电压感测装置，包括配置成在所述第一阻抗元件的一侧或多侧提供屏蔽的导电元件。
3.如权利要求2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件包括导电壳体、一个或多个导电屏蔽或者它们两者。
4.如权利要求2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件设置在所述第一阻抗元件与所述导体之间。
5.如权利要求2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件保持在与所述导体相同的电压。
6.如权利要求2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述导电元件在操作上耦合到所述导体。
7.如权利要求2所述的非接触式电压感测装置，其中，所述天线包括第一部分和第二部分，并且所述参考表面和所述天线的第二部分设置在所述导电元件的同一侧。
8.如权利要求1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述天线包括第一部分和第二部分，并且电绝缘体设置在所述天线的第一部分上。
9.如权利要求8所述的非接触式电压感测装置，其中，所述天线的第二部分小于大约10cm。
10.如权利要求1所述的非接触式电压感测装置，其中，所述第二阻抗是天线阻抗和寄生阻抗的组合。
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