CN108872678A - 一种交流电压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电压传感器，包括：至少一个高压臂和低压臂，高压臂包括并联连接的第一电阻和第一电容；低压臂包括并联连接的第二电阻和第二电容；高压臂的第一端与铁道接触网线路连接；交流电压传感器的输出端与高压臂和低压臂的公共端以及低压臂的第二端连接；低压臂的第二端与交流电压传感器的输出端通过信号屏蔽线电连接；并联连接的接地电阻和接地电容，接地电阻和接地电容的第一公共端与低压臂的第二端连接，第二公共端接地；接地电阻和接地电容组成阻容滤波电路。本发明提供的交流电压传感器的体积、重量都大大减小，制造工艺简单，降低成本；接地电阻和接地电容组成的阻容滤波电路，使输出信号中的谐波信号减少。

Description

一种交流电压传感器

技术领域

本发明实施例涉及电压传感器技术领域，尤其涉及一种交流电压传感器。

背景技术

交流电压传感器大量应用于轨道交通领域，其安装在电力机车车顶上，与铁道接触网连接，进而从铁道接触网取电。

现有铁道接触网上使用的交流电压传感器多为电磁式电压互感器，其结构是在闭合铁心磁路上用绝缘导线绕制互相绝缘的一次绕组和二次绕组，通过电磁感应把一次交流电压变换成与二次绕组匝数和一次绕组匝数成正比的二次交流电压，进而提供给电力机车使用。

然而，上述电磁式电压互感器的体积大，较为笨重，造成其不容易装入电力机车的车顶或柜内；且制造工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明提供一种交流电压传感器，以实现减小交流电压传感器的体积和重量，使其容易装入电力机车车顶或柜内，并简化制造工艺，降低成本。

本发明实施例提供了一种交流电压传感器，包括：

至少一个高压臂和至少一个低压臂，高压臂包括第一电阻和第一电容，第一电阻与第一电容并联连接；低压臂包括第二电阻和第二电容，第二电阻和第二电容并联连接；第一电阻和第一电容的两个公共端分别作为高压臂的第一端和第二端，第二电阻和第二电容的两个公共端作为低压臂的第一端和第二端；

高压臂的第一端作为交流电压传感器的输入端，与铁道接触网线路连接，第二端与低压臂的第一端连接；

交流电压传感器的输出端与高压臂和低压臂的公共端以及低压臂的第二端连接；低压臂的第二端与交流电压传感器的输出端通过信号屏蔽线电连接；还包括：接地电阻和接地电容，接地电阻和接地电容并联，接地电阻和接地电容的第一公共端与低压臂的第二端连接，接地电阻和接地电容的第二公共端接地；接地电阻和接地电容组成阻容滤波电路。

其中，该交流电压传感器还包括：

气体放电管，气体放电管与接地电阻以及接地电容并联。

其中，气体放电管的额定放电电压小于或等于150V，放电电流小于或等于5kA。

其中，接地电阻的阻值大于或等于50欧且小于或等于100欧，接地电容的电容值大于或等于0.2微法且小于或等于1微法。

其中，交流电压传感器的输出电压值大于或等于0V且小于或等于5V。

其中，如果交流电压传感器包括的高压臂以及低压臂大于一个，每个高压臂与其对应的低压臂串联，交流电压传感器的不同输出端输出电压大小不同。

其中，第一电阻的阻值为100兆欧，第一电容的电容值大小为470皮法；第二电阻的阻值为49千欧，第二电容的电容值大小为960纳法。

其中，第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容的电阻值或电容值的一致性偏差小于或者等于1％。

本发明实施例提供的交流电压传感器，包括第一电阻和第一电容并联组成的高压臂，以及第二电阻和第二电容并联组成的低压臂，通过高压臂与铁道接触网线路连接，低压臂两端输出低电压信号以实时检测铁道接触网电压是否正常，相较于传统的电磁式电压传感器，该阻容分压式的交流电压传感器的体积、重量都大大减小，使其容易装入电力机车车顶；并且制造工艺简单，降低成本，解决了电力机车因使用电磁式电压互感器带来的体积大，较为笨重，造成其不容易装入电力机车的车顶或柜内；且制造工艺复杂，成本高的问题。另外，本发明实施例提供的交流电压传感器，通过在低压臂第二端与大地之间设置并联的接地电阻和接地电容，组成阻容滤波电路，可以平衡与各低压臂第二端信号屏蔽线之间的接地电位差，并对交流电压传感器的输出信号进行滤波，使输出信号中的谐波信号减少，进而提高交流电压传感器输出信号的准确性，进而使得该交流电压传感器可以准确监视铁道接触网的电压。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种交流电压传感器的结构示意图。

图2是本发明实施例二提供的一种交流电压传感器的结构示意图。

图3是本发明实施例二提供的将交流电压传感器置于测试台上调校的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种交流电压传感器的结构示意图。该交流电压传感器包括：

至少一个高压臂110和至少一个低压臂120，高压臂110包括第一电阻111和第一电容112，第一电阻111与第一电容112并联连接；低压臂120包括第二电阻121和第二电容122，第二电阻121和第二电容122并联连接；第一电阻111和第一电容112的两个公共端分别作为高压臂110的第一端和第二端，第二电阻121和第二电容122的两个公共端作为低压臂120的第一端和第二端；

高压臂110的第一端作为交流电压传感器的输入端，与铁道接触网线路101连接，第二端与低压臂120的第一端连接；

交流电压传感器的输出端与高压臂110和低压臂120的公共端以及低压臂120的第二端连接；低压臂120的第二端与交流电压传感器的输出端通过信号屏蔽线130电连接；

交流电压传感器还包括：接地电阻141和接地电容142，接地电阻141和接地电容142并联，接地电阻141和接地电容142的第一公共端F与低压臂120的第二端连接，接地电阻141和接地电容142的第二公共端N接地；接地电阻141和接地电容142组成阻容滤波电路140。其中，其二公共端N作为交流电压传感器的接地端。

交流电压传感器大量应用于25kV铁道接触网，以实时检测铁道接触网线路101中的电压是否正常。因传统电磁式电压传感器体积大，过于笨重，使其不易装入电力机车的车顶，带来诸多不便，基于上述情况，本实施例提供一种非传统交流电压传感器，图1以交流电压传感器包括两个高压臂110和两个低压臂120为例进行说明，其中A1为第一个高压臂110接入铁路接触网线路101的接入点，其中A2为第一个高压臂110接入铁路接触网线路101的接入点。A1，N和A2，N作为该交流电压传感器的两个一次侧，a1，n1和a2，n2作为该交流电压传感器的两个二次侧。两个高压臂110的第一端分别为B1和B2，两个低压臂120的第一端和第二端分别为D1和E1，输出端分别为a1,n1和a2,n2。具体的，该交流电压传感器为阻容分压式电压传感器，分别通过两个高压臂110的第一端A1和A3与铁道接触网线路101连接，将铁道接触网线路101中的电压信号引入电压传感器，该电压信号经高压臂110和与高压臂110连接的低压臂120分压后，从交流电压传感器的输出端a1,n1和a2，n2输出，通过检测输出电压的大小，结合第一电阻111和第二电阻121的阻值大小，便可计算出铁道接触网线路101的电压，从而判断铁道接触网线路101的电压是否正常。通过将交流传感器设置成包括高压臂110和低压臂120的阻容分压式结构，减小了交流电压传感器的体积、重量都大大减小，使其容易装入电力机车车顶；并且制造工艺简单，降低成本。另外，当该交流电压传感器包括多个高压臂110和对应的多个低压臂120时，每个高压臂110和与其连接的低压臂120对应两个输出端，可将一个高压臂110和与其连接的低压臂120对应两个输出端作为交流电压传感器的电压检测端，通过检测该两个输出端输出的电压来检测铁路接触网线路的电压是否正常，其他输出端连接电流计或功率检测装置等，通过交流电压传感器输出端输出的电压为电流检测装置或功率检测装置等供电，电流检测装置和功率检测装置可以用来检测铁路接触网线路的电流和功率是否正常稳定。例如对于图1中包括两个高压臂110和两个低压臂120时，输出端a1，n1即可作为交流电压传感器的电压检测端，a2，n2可作为为其他检测装置的供电端口。

为了使交流电压传感器的输出信号免受干扰，将交流电压传感器的低压臂120的第二端n1和n2与信号屏蔽线130电连接，信号屏蔽线130屏蔽信号线的屏蔽层接地，从而将外来的干扰信号导入大地，避免干扰信号进入交流电压传感器，同时降低传输信号的损耗。当信号屏蔽线130为双芯线时，低压臂120的第二端n1和n2与信号屏蔽线130的低电位引线连接，当信号屏蔽线130为单芯线时，低压臂120的第二端n1和n2与信号屏蔽线130的屏蔽外皮连接。

当交流电压传感器包括多个高压臂110和与高压臂110对应的低压臂120时，若每个低压臂120的第二端n1和n2直接接地，因各个低压臂120第二端，例如n1和n2之间有一定的距离导致各个低压臂120的第二端之间会存在接地电位差，对交流电压传感器的输出电压产生干扰。故该交流电压传感器还设置了接地电阻141和接地电容142，接地电阻141和接地电容142并联在低压臂120的第二端n1、n2和地之间，形成阻容滤波电路140。通过设置该阻容滤波电路140，使得交流电压传感器各低压臂120第二端之间的接地电位差被平衡掉，使得各低压臂120第二端之间的接地电位差为0，消除了接地各低压臂120第二端之间的接地电位差对交流电压传感器输出信号的干扰。并且，通过设置该阻容滤波电路140，可以滤除铁路接触网线路的电网谐波，使得交流电压传感器的输出信号更加准确，从而通过交流电压传感器的输出电压可更加准确地得出铁路接触网线路的电压，进而更好的检测和监控铁路接触网线路电压是否稳定可靠。

本发明实施例提供的交流电压传感器，包括第一电阻和第一电容并联组成的高压臂，以及第二电阻和第二电容并联组成的低压臂，通过高压臂与铁道接触网线路连接，低压臂两端输出低电压信号以实时检测铁道接触网电压是否正常，相较于传统的电磁式电压传感器，该阻容分压式的交流电压传感器的体积、重量都大大减小，使其容易装入电力机车车顶；并且制造工艺简单，降低成本，解决了电力机车因使用电磁式电压互感器带来的体积大，较为笨重，造成其不容易装入电力机车的车顶或柜内；且制造工艺复杂，成本高的问题。另外，本发明实施例提供的交流电压传感器，通过在低压臂第二端与大地之间设置并联的接地电阻和接地电容，组成阻容滤波电路，可以平衡与各低压臂第二端信号屏蔽线之间的接地电位差，并对交流电压传感器的输出信号进行滤波，使输出信号中的谐波信号减少，进而提高交流电压传感器输出信号的准确性，进而使得该交流电压传感器可以准确监视铁道接触网的电压。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种交流电压传感器的结构示意图，本实施例在上述实施例一的基础上，进一步提供了一种可选的交流电压传感器。

仍以交流电压传感器包括两个高压臂110和两个低压臂120为例进行说明，参考图2，可选的，该交流电压传感器还包括：气体放电管150，气体放电管150与接地电阻141以及接地电容142并联。

具体的，设置与接地电阻141和接地电容142并联的气体放电管150可以对整个交流电压传感器起到保护的作用，当交流电压传感器低压臂120的第二端n1和n2与地之间电压在正常范围之内时，气体放电管150不动作；当交流电压传感器低压臂120的第二端n1和n2与地之间电压过大时，气体放电管150导通放电，使得接地电阻141被短路，交流电压传感器各低压臂120的第二端直接接地，使得交流电压传感器免受损坏。

可选的，气体放电管150的额定放电电压小于或等于150V，放电电流小于或等于5kA。为了更好的对交流电压传感器进行保护，在选择气体放电管150时，其额定放电电压和额定放电电流不应选择过大，如可选为额定放电电压小于或等于150V，放电电流小于或等于5kA。

可选的，接地电阻141的阻值大于或等于50欧且小于或等于100欧，接地电容142的电容值大于或等于0.2微法且小于或等于1微法。接地电阻141和接地电容142并联组成的滤波电路，为了更好地滤除铁路接触网25kV线路的电网谐波，并配合交流传感器的高压臂110和低压臂120使用，可选接地电阻141的阻值大于或等于50欧且小于或等于100欧，接地电容142的电容值大于或等于0.2微法且小于或等于1微法。

可选的，交流电压传感器的输出电压值大于或等于0V且小于或等于5V。

交流电压传感器的主要作用是实时检测铁路接触网线路的电压。铁路接触网线路的电压通常为25kV，出于安全考虑，铁路接触网线路的电压经高压臂110和低压臂120分压后，使输出电压值大于或等于0V且小于或等于5V，以保证人员的安全。

可选的，如果交流电压传感器包括的高压臂110以及低压臂120大于一个，每个高压臂110与其对应的低压臂120串联，交流电压传感器的不同输出端输出电压大小不同。

因对铁路接触网线路电压的检测只需一个低压臂120对应的输出端即可实现，其他低压臂120对应的输出端可以连接电流检测装置，功率检测装置等，通过交流电压传感器的输出端为这些检测设备供电，根据不同检测设备的需求，可通过适当调整第一电阻111、第一电容112、第二电阻121和第二电容122的大小实现。

可选的，第一电阻111的阻值为100兆欧，第一电容112的电容值大小为470皮法；第二电阻121的阻值为49千欧，第二电容122的电容值大小为960纳法。第一电阻111、第一电容112、第二电阻121和第二电容122的大小选择以上数值，可保证铁路接触网25kV电压接入交流电压传感器高压臂110时，交流电压传感器输出电压值小于或等于5V，在保证交流电压传感器对铁路接触网线路电压进行监控的同时，保证人员安全。

可选的，第一电阻111、第一电容112、第二电阻121、第二电容122的电阻值或电容值的一致性偏差小于或者等于1％。为保证准确检测铁路接触网线路的电压，各高压臂110和各低压臂120中的电阻和电容值的一致性偏差在1％之内。

为了保证交流电压传感器的检测准确性，需要对交流电压传感器100在测试台上进行调校。图3是本发明实施例二提供的将交流电压传感器100置于测试台上调校的示意图。参考图3，该调校电路包括交流电源11，试验变压器12，准确度0.02级的电压比例标准器13，交流电位差计14，以及待调校的交流电压传感器100。其中，试验变压器12的一次绕组的两端a3和n3接入交流电源11，二次绕组侧可输出0-30Kv交流电压，二次绕组的两端A3和N3分别连接至电压比例标准器13的一次绕组A4和X，电压比例标准器13包括两个二次绕组，两个二次绕组的第一端a4和a0分别接入交流电位差计14的Up端子和D端子，其中一个二次绕组第二端x与交流电压传感器100的接地端N以及交流电位差计的0电位端连接，该二次绕组的两端a4，x之间的电压作为参考电压，另一个二次绕组的第二端x0与交流电压传感器的第二端n1连接，交流电压传感器100低压臂的第一端a1与交流电位差计14的端子K连接，以将电压比例标准器13的一个二次绕组的两端a0和x0与交流电压传感器100的输出端a1和n1按减极性串联连接，电压比例标准器13的二次绕组的两个a0和x0的电压与交流交流电压传感器100的输出端a1和n1之间的差值电压串联在交流电位差计14的K-D回路，即交流电位差计14的两个端子K,D之间的回路。交流电位差计14在K，D端子之间设置了工频检流计15和交流微差源16，差值电压、工频检流计15和交流微差源16组成闭合回路，调节交流微差源16使工频检流计15的指针指0，在回路电流为零状态下，交流微差源16的示值就表示差值电压对应的相对于参考电压的幅值百分数及相位角。若差值电压对应的相对于参考电压的幅值百分数及相位角过大，通过调校交流电压传感器100低压臂120的第二电阻121的阻值和第二电容122的大小，进而减小误差，使得总体误差控制在0.5％以内。

本实施例提供的交流电压传感器，通过设置与接地电阻和接地电容并联连接的气体放电管，使得交流电压传感器低压臂的第二端与地之间电压过大时，气体放电管导通放电，接地电阻被短路，交流电压传感器各低压臂的第二端直接接地，进而对整个交流电压传感器起到保护，使得交流电压传感器免受损坏。并通过在交流电压传感器包括的高压臂以及低压臂大于一个时，使交流电压传感器的不同输出端输出不同电压以为不同的检测装置供电，使得交流电压传感器在实现检测和监控铁路接触网电压的基础上，实现对其他检测装置的供电功能。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种交流电压传感器，其特征在于，包括：

至少一个高压臂和至少一个低压臂，所述高压臂包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻与第一电容并联连接；所述低压臂包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻和第二电容并联连接；所述第一电阻和所述第一电容的两个公共端分别作为所述高压臂的第一端和第二端，所述第二电阻和所述第二电容的两个公共端作为所述低压臂的第一端和第二端；

所述高压臂的第一端作为所述交流电压传感器的输入端，与铁道接触网线路连接，第二端与所述低压臂的第一端连接；

所述交流电压传感器的输出端与所述高压臂和所述低压臂的公共端以及所述低压臂的第二端连接；所述低压臂的第二端与所述交流电压传感器的输出端通过信号屏蔽线电连接；

所述交流电压传感器还包括：接地电阻和接地电容，所述接地电阻和所述接地电容并联，所述接地电阻和所述接地电容的第一公共端与所述低压臂的第二端连接，所述接地电阻和所述接地电容的第二公共端接地；所述接地电阻和所述接地电容组成阻容滤波电路。

2.根据权利要求1所述的交流电压传感器，其特征在于，还包括：

气体放电管，所述气体放电管与所述接地电阻以及所述接地电容并联。

3.根据权利要求2所述的交流电压传感器，其特征在于，所述气体放电管的额定放电电压小于或等于150V，放电电流小于或等于5kA。

4.根据权利要求2所述的交流电压传感器，其特征在于，所述接地电阻的阻值大于或等于50欧且小于或等于100欧，所述接地电容的电容值大于或等于0.2微法且小于或等于1微法。

5.根据权利要求1所述的交流电压传感器，其特征在于，所述交流电压传感器的输出电压值大于或等于0V且小于或等于5V。

6.根据权利要求1所述的交流电压传感器，其特征在于，如果所述交流电压传感器包括的所述高压臂以及所述低压臂大于一个，每个所述高压臂与其对应的所述低压臂串联，所述交流电压传感器的不同输出端输出电压大小不同。

7.根据权利要求1所述的交流电压传感器，其特征在于，所述第一电阻的阻值为100兆欧，所述第一电容的电容值大小为470皮法；所述第二电阻的阻值为49千欧，所述第二电容的电容值大小为960纳法。

8.根据权利要求7所述的交流电压传感器，其特征在于，所述第一电阻、所述第一电容、所述第二电阻、所述第二电容的电阻值或电容值的一致性偏差小于或者等于1％。