CN108761165B - 一种无源同轴感应电子式电压互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源同轴感应电子式电压互感器，尤其涉及适用于10KV及35KV中低压电压等级场合的电压互感器，属于基本电气元件的技术领域。该电压互感器包括：三个单相互感器，每个单相互感器都包括：空芯绝缘骨架、金属棒、金属化膜、同轴电缆、无源电路，所述金属棒插入绝缘骨架的空芯中，金属化膜绕在空芯绝缘骨架的外壁上，同轴电缆一端的线芯焊接在金属化膜上，同轴电缆另一端的线芯接无源电路输入端的正极性端子，同轴电缆的屏蔽层与无源电路输入端的负极性端子共同接地，有效延长了电压互感器的使用寿命，接线简单可靠，对系统无不良影响。

Description

一种无源同轴感应电子式电压互感器
技术领域
本发明公开了一种无源同轴感应电子式电压互感器，尤其涉及适用于10KV及35KV中低压电压等级场合的电压互感器，属于基本电气元件的技术领域。
背景技术
在电力行业中，互感器起着电力系统电能计量和继电保护的重要作用，其测量精度及可靠性对电力系统的安全、稳定和经济运行有着重要的影响。
目前，市场上广泛采用的电压互感器为电磁式互感器，其体积、重量和功耗都较大。随着电力系统配电自动化的发展，中低压电压等级电子式电压互感器的需要逐步增大。电子式互感器技术是推进配电设备一二次融合工作的关键技术，也是配电设备一二次融合工作的难点技术。电子式互感器技术已成为制约一二次融合技术发展的关键因素，亟需通过专项技术研究解决相关技术难题。现有的电子式电压互感器多为采用电阻分压和电容分压方式取得二次电压的分压式电子互感器，或者，用场强感应小信号通过有源电子放大器输出二次电压的供能式电子互感器，但它们往往存在以下问题：(1)电阻和电容分压式电子互感器的特殊结构决定了电阻击穿或电容芯击穿或电阻沿面闪落将造成高电压直接进入二次装置，对二次装置和人身构成直接威胁；(2)电阻长期运行存在的发热问题易加速绝缘件的老化进而造成绝缘击穿；(3)电容分压式互感器的大量使用会人为地增大线路中的电容电流，无形中增大了变电站断路器的折断容量，不利于断路器的运行；(4)供能式电子互感器运行时需要供能，当互感器的采集元件和供能模块出现了异常或经检修需更换时，需要切断一次系统的供电，不利于系统运行。(5)现有的电子式电压互感器挂网时不能直接对一次设备进行耐压测试，必须解除电子互感器一次接线才能测试，运维困难。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种无源同轴感应电子式电压互感器，无需外接电源和放大器等有源器件，通过对采集的微分电荷进行无源积分实现了一次侧交流电压的准确测量，解决了现有电压互感器易绝缘击穿、检修维护时需切断一次侧供电、挂网时不能直接对一次设备进行耐压测试的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种无源同轴感应电子式电压互感器，包括：三个单相互感器，每个单相互感器都三个单体互感器，每个单体互感器包括：空芯绝缘骨架、金属棒、金属化膜、同轴电缆、无源电路，所述金属棒插入绝缘骨架的空芯中，金属化膜绕在空芯绝缘骨架的外壁上，同轴电缆一端的线芯焊接在金属化膜上，同轴电缆另一端的线芯接无源电路输入端的正极性端子，同轴电缆的屏蔽层与无源电路输入端的负极性端子共同接地。
进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器的空芯绝缘骨架为“工”字型结构的空芯绝缘骨架。
进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器的无源电路为RC积分电路。
进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器中，每个单相互感器的三个单体互感器排列在同一圆周上且相邻两个单体互感器到圆周中心连线的夹角为120°,同一单相互感器中三个单体互感器的金属化膜并联。
再进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器还包括与各单相互感器导电体连接的连接板，各单相互感器在排列在连接板上的同一圆周上，同一单相互感器中三个单体互感器的金属棒焊接在三个单体相互感器所围圆周内的连接板上。
更进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器的金属棒焊接在连接板上的均压圆环内。
更进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器的连接板开有通孔，嵌入式压花螺母穿过该通孔后与外部高压设备紧固连接。
更进一步的，无源同轴感应电子式电压互感器的三个单相互感器通过抽真空环氧树脂的方式浇筑而成。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明公开的无源同轴感应电子式电压互感器，工作时无需外部电源，电荷采集层金属化膜和金属棒之间的绝缘骨架为固态绝缘体，RC无源积分装置对金属棒带交流高压电时产生的微分电荷进行积分得到与金属棒所带交流电同相位等比例的检测电压，与相比于绝缘气体，骨架的电导率在互感器成型后就已确定，经测试，本发明公开的电压互感器打耐压45kV时无击穿，80kV雷电冲击时无闪络，克服了电阻和电容分压式电子互感器电阻易击穿或沿面闪落以及电容芯易击穿的缺陷，有效延长了电压互感器的使用寿命，接线简单可靠，对系统无不良影响延长；
(2)本发明公开的电子式电压互感器无发热元件，避免了绝缘件因发热元件的散热老化，结构稳定；
(3)本发明公开的电子式电压互感器可直接与小信号采集的保护测控装置连接，无需中间环节即可实现一二次融合，该电压互感器挂网时能够直接对一次设备进行耐压测试，无需解除互感器的一次接线，克服了现有电压互感器运维困难的缺陷；
(4)本发明采用三轴结构三个单体互感器构成单相电压互感器，有效提高抗干扰能力和输出功率，将三个单体互感器的电荷采集层并联起来以使每个单相电压互感器周围的电场分布均匀，提高抵御周围及邻相电磁场干扰的能力；
(5)本发明公开的电子式电压互感器，结构合理、易于制造、重量轻、安装方便且免维护，制造成本和维护成本低，可为制造和运行部门带来可观的经济利益，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明电压互感器核心单元的结构图。
图2为本发明电压互感器组合单元的结构图。
图3为本发明电压互感器组合单元连接板的结构图。
图4为本发明电压互感器的整体结构图。
图中标号说明：1、骨架，2、金属棒，3、金属化膜，4、同轴电缆，5、电阻，6、电容，7、同轴电缆的屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明公开了一种用于配电自动化一二次融合的无源同轴感应电子式电压互感器设备，该设备包含三个单相传感器，每个单相传感器包括三个如图1所示的核心单元——单相互感器，单相互感器包括：用特殊电绝缘性能材料加工成空芯“工”字型结构的骨架1、金属棒2、金属化膜3、同轴电缆4、电阻5、电容6。将具有良好导电性能的金属棒2插入骨架1的空芯中，将单面柔性金属化膜3圈绕在骨架1上，将同轴电缆4一端的线芯焊接在金属化膜3上，将同轴电缆4另一端的线芯引入由电阻5和电容6构成的无源电路中，将同轴电缆的屏蔽层7与电容6的接地端并接。电容6的两端可取得需要的电压信号Uo。
单相电压互感器的工作原理是当金属棒2带交流高压电时，金属棒2的周围产生交变电场，金属化膜3在交变电场中感应出微分电荷，同轴电缆4将微分电荷引入由电阻5和电容6构成的无源积分装置中，调整电阻5和电容6的参数即可在电容6的两极上得到与金属棒2上交流电同相位等比例的电压信号Uo。金属棒2和金属化膜3之间的骨架1起到绝缘和耐压的作用。
为了提高抗干扰能力和输出功率，将三个核心单元排列成夹角120°“品”字型结构得到如图2所示的组合单元，并将电荷采集层金属化膜3并联，其目的是使核心单元周围的电场分布均匀，提高抵御周围及邻相电磁场干扰的能力。
为了将三个核心单元的金属棒2连接在一起，本发明还设计了如图3所示的组合单元连接板，该组合单元连接板由双面印制板制成。板面同一圆周上的三个圆环起到均匀电场分布的作用，将三相电压互感器的金属棒焊接在三个圆环内的连接板上时，金属棒所带交流高压电产生的电场分布均匀，板面中间的大孔与嵌入式压花螺母连接，用于与外部高压设备紧固连接。
本发明公开的电压互感器的整体结构如图4所示，经抽真空环氧树脂的方式浇筑而成的三个单相电压互感器通过嵌入组合连接板中间大孔的压花螺母固定在支架上，支架上开有引出二次出线的开孔。

Claims (8)

1.一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，包括：三个单相互感器，每个单相互感器都包括三个单体互感器，每个单体互感器包括：空芯绝缘骨架、金属棒、金属化膜、同轴电缆、无源电路，所述金属棒插入绝缘骨架的空芯中，金属化膜绕在空芯绝缘骨架的外壁上，同轴电缆一端的线芯焊接在金属化膜上，同轴电缆另一端的线芯接无源电路输入端的正极性端子，同轴电缆的屏蔽层与无源电路输入端的负极性端子共同接地。
2.根据权利要求1所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，所述空芯绝缘骨架为 “工”字型结构的空芯绝缘骨架。
3.根据权利要求1所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，所述无源电路为RC积分电路。
4.根据权利要求1所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，每个单相互感器的三个单体互感器排列在同一圆周上且相邻两个单体互感器到圆周中心连线的夹角为120°，同一单相互感器中三个单体互感器的金属化膜并联。
5.根据权利要求4所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，所述无源同轴感应电子式电压互感器还包括与各单相互感器导电体连接的连接板，各单相互感器排列在连接板上的同一圆周上，同一单相互感器中三个单体互感器的金属棒焊接在三个单体互感器所围圆周内的连接板上。
6.根据权利要求5所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，金属棒焊接在连接板上的均压圆环内。
7.根据权利要求5所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，所述连接板开有通孔，嵌入式压花螺母穿过该通孔后与外部高压设备紧固连接。
8.根据权利要求5所述一种无源同轴感应电子式电压互感器，其特征在于，三个单相互感器通过抽真空环氧树脂的方式浇筑而成。
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