CN1162709C - 一种电容分压式电压传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容分压式电压传感器,是一种适用于电力系统,特别是10kV级电力系统中,将一次侧的高电压线性地变换为二次侧低电压,作为测量、保护及控制系统信息输入的电量信息变换的技术,它主要由一次电极、二次电极、接地电极、绝缘材料、一次端子、二次端子、底板、接口继电器和金属屏蔽罩组成,既能克服传统电压互感器的缺陷,又能有效地实现高电压隔离和对弱电信号的电磁干扰进行屏蔽,与现有技术相比,具有精度较高(精度达到0.2级)、结构简单、损耗较小等优点。

Description

一种电容分压式电压传感器
技术领域:
本发明涉及一种电容分压式电压传感器,是一种适用于电力系统,特别是10kV级电力系统中,将一次侧的高电压线性地变换为二次侧低电压,作为测量、保护及控制系统信息输入的电量信息变换的技术。
背景技术:
目前,传统的电力系统电压变换器,都是铁芯线圈结构的电压传感器,这些电压传感器在高电压系统中作为电压信息变换器的优点,是它们利用了电磁感应原理,使一、二次电路在电气上是隔离的,信息通过磁场变化传递。因此,容易实现高电压的一次侧的低电压的二次侧的绝缘隔离,从而使二次设备和人身安全得到保障。
但它们也具有以下的缺陷:
1、由于铁磁饱和,互感器的一次测量值与二次信号关系是非线性的,为了得到一、二信号的线性关系,要么测量范围非常狭窄;要么将体积和重量增大到无法为设备所能允许的程度,同时令到电磁参数无法协调;
2、传统的互感器是向电磁式仪表和继电器提供信息的,由电磁仪表和继电器构成的测量,保护或控制系统是一个模拟量的无源系统,它要求模拟量的信息强、容量大(一般为100V、15VA以上),因此体积大、重量重。但现代的测量、保护和控制系统是基于电子与计算机技术的数字化有源系统,它要求模拟输入接口的信息是弱信息、小容量,往往还要求直流电平信号为输入量,因此传统的互感器难于直接满足现代的电力二次系统要求。而且高度集成的现代二次系统,也难于与又大、又重的传统互感器协调。
由于电子与计算机技术的促进,电力系统用高电压电压传感器的研究普遍受到重视,2000年下半年,欧洲跨国公司ABB推出10kV级的KEVCD组合式传感器,其电压传感元件采用电阻分压,额定电压比
Figure C0112975000041
精度1级;同时在空气绝缘开关设备中装置电压传感器KEVA,也是采用电阻分压,额定电压比
Figure C0112975000042
精度1级;在国内,西安高压电器研究所属西安天宇电气有限公司1999年推出的JDCZ1-10型电压传感器样机,也是采用电阻分压,额定电压10kV,额定电压比5000/1.156V,测量级准确级0.5,保护级3P。上述的国内、外电压传感器都采用电阻分压原理,精度都不高于0.5级,采用电阻分压还会造成以下问题:由于高、低压两侧有金属电阻直接相连,如果高压的接地端一旦开断,开路的二次侧将出现一次侧的高电压,可见高低压不能实现有效隔离;高压电阻的周围是一个辐射形的高压电场,既是一个电磁干扰源,又增加了绝缘结构的负担;通常电阻元件的半径很小,会做成局部放电量的增加。
发明内容:
本发明旨在提供一种电容分压式电压传感器,它能克服现有
技术的不足。
发明人发现,基于电感应原理的电容分压适合于作为高电压电压传感器元件,因为感应电场的传递媒质可以是绝缘介质,能有效地实现高电压隔离。
本发明是这样实现的:它主要由一次电极、二次电极、接地电极、绝缘材料、一次端子、二次端子、底板、接口继电器和金属屏蔽罩组成,其中,一次电极、二次电极和接地电极用壁厚为d的金属圆管制成,它们之间以绝缘材料隔离,一次电极处于中间,二次电极围绕着一次电极,接地电极套在二次电极的外面,一次端子连接一次电极,二次端子设置在接口继电器上,二次电极连接接口继电器,接地电极连接中性点或接地,接口继电器置于底板上,接口继电器用金属屏蔽罩屏蔽。
本发明既能克服传统电压互感器的缺陷,又能有效地实现高电压隔离和对弱电信号的电磁干扰进行屏蔽,与现有技术相比,具有精度较高(精度达到0.2级)、结构简单、损耗较小等优点。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明:
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明中接口继电器的电路原理图
具体实施方式:
如图1、图2所示,本发明主要由一次电极1、二次电极2、接地电极3、绝缘材料4、一次端子A、二次端子5、底板6、接口继电器7和金属屏蔽罩8组成,其中,一次电极1、二次电极2和接地电极3用壁厚为d的金属圆管制成,它们之间以绝缘材料4隔离,一次电极1处于中间,二次电极2围绕着一次电极1,接地电极3套在二次电极2的外面,一次端子A连接一次电极1,二次端子5设置在接口继电器7上,二次电极2连接接口继电器7,接地电极3连接中性点或接地,接口继电器7是一个由厚膜集成电路制成的电压二次信息放大与校正电路,置于底板6上,接口继电器7用金属屏蔽罩8屏蔽,有效地隔离外界电磁干扰。接口继电器7也可以分开单独安装。
在本实施例中,一次电极1外半径为R1,从一次端子A接输入高电压,二次电极2内半径为R2,输出二次低电压信息至接口继电器7,接地电极3为金属外层圆筒,可将工作的高压电场限制在传感元件之内部,并对外界电磁干扰起到有效的屏蔽作用。在上述电极间传递感应电场的绝缘材料4为耐受高电压性能优良的环氧树脂,实现可靠的高电压隔离。
一次电极1的外半径R1应满足如下不等式:
U s / R 1 ln R 2 R 1 < E max - - - ( 1 )
式中:Us——工频耐受试验电压(由国家标准或部标准取值);
Emax——极间环氧树脂的介电强度。
二次电极2的内半径R2,由下式计算:
R 2 = R 1 ( R 2 R 1 ) U 2 R A - - - ( 2 )
式中:UA——一次输入高电压;
      U2——二次输出电压。
接地电极3的内半径R0,由下式计算:
R 0 = R 1 e U s R 1 E max + d - - - ( 3 )
工作时,一次端子A接高压10kV回路,而接地电极3接零线,这时二次端子5的VS1将有二次电压输出,这些二次电压是将二次电极2输出的二次低电压信息,经接口继电器7放大与校正处理后获得,额定值为5V或其它值。二次电压输出将分别送到测量、保护或控制等装置的输入接口供使用。埋置在底板6之上的器身内,用金属屏蔽罩8屏蔽。

Claims (1)

1、一种电容分压式电压传感器,其特征是由一次电极(1)、二次电极(2)、接地电极(3)、绝缘材料(4)、一次端子(A)、二次端子(5)、底板(6)、接口继电器(7)和金属屏蔽罩(8)组成,其中,一次电极(1)、二次电极(2)和接地电极(3)用金属圆管制成,它们之间以绝缘材料(4)隔离,一次电极(1)处于中间,二次电极(2)围绕着一次电极(1),接地电极(3)套在二次电极(2)的外面,一次端子(A)连接一次电极(1),二次端子(5)设置在接口继电器(7)上,二次电极(2)连接接口继电器(7),接地电极(3)连接中性点或接地,接口继电器(7)置于底板(6)上,接口继电器(7)用金属屏蔽罩(8)屏蔽,接口继电器(7)是一个由厚膜集成电路制成的电压二次信息放大与校正电路。
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