CN1162709C

CN1162709C - 一种电容分压式电压传感器

Info

Publication number: CN1162709C
Application number: CNB011297506A
Authority: CN
Inventors: 蒋豪贤; 张树华
Original assignee: Individual
Current assignee: Guangdong Sihui Abb Mutual Inductor Co Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: CN1412567A

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

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

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 \frac{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)；

E_max——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} {(\frac{R_{2}}{R_{1}})}^{\frac{U_{2}}{R_{A}}} - - - (2)

式中：U_A——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^{\frac{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、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。