CN116802505A - 电压传感器 - Google Patents

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Abstract

一种电压传感器，包括分压器配置，所述分压器配置具有提供第一阻抗和第二阻抗的第一电路部分和第二电路部分。所述第一电路部分和所述第二电路部分被配置为使得所述第二阻抗的温度依赖性在操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性匹配。所述第二电路部分的阻抗部件和所述第一电路部分的阻抗部件彼此协同定位，或以其他方式位于在使用中经历基本上相同的温度的一个或多个位置。所述电压传感器与没有温度补偿的电压传感器相比表现出提高的精度，并且相较于依赖于温度测量的温度补偿型电压传感器也可表现出提高的精度，因为温度测量可能是误差来源。

Description

电压传感器
发明领域
本发明涉及电压传感器。本发明尤其但不排他地涉及用于开关设备的电压传感器。
发明背景
电压传感器可包括操作依赖于温度的部件，并且因此电压传感器的性能也可依赖于温度。对于一些应用，温度对电压传感器性能的影响并不明显，并且可忽略不计。然而，对于包括重合器、断路器和电力系统的其他开关设备的其他应用，电压传感器的操作在一定的操作温度范围内准确无误是重要的。
对电压传感器的温度补偿可通过以下方式来执行：测量使用期间的操作温度并且使用适当编程的控制器来基于测量到的温度和相关传感器部件的温度特性而调整传感器输出。然而，这是相对复杂且昂贵的解决方案，尤其是因为它需要在有温度依赖性部件的每个位置处使用温度传感器。
期望缓解以上概括的问题。
发明内容
从第一方面来看，本发明提供了一种电压传感器，所述电压传感器包括：电压输入端；电压输出端；电压参考端；第一电路部分，所述第一电路部分连接在所述电压输入端与所述电压输出端之间，所述第一电路部分包括提供依赖于温度的第一阻抗的至少一个阻抗部件；以及第二电路部分，所述第二电路部分连接在所述电压输出端与所述电压参考端之间，所述第二电路部分包括提供依赖于温度的第二阻抗的至少一个阻抗部件，其中所述第一电路部分和所述第二电路部分被配置为使得所述第二阻抗的温度依赖性至少在操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性匹配，并且其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件和所述第一电路部分的所述至少一个阻抗位于在使用中经历基本上相同的温度的一个或多个位置。
优选地，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电容器，并且所述第一阻抗是由所述电容器提供的第一电容，或者其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电阻器，并且所述第一阻抗是由所述电阻器提供的第一电阻。
可选地，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括形状被设定且尺寸用于安装在电导体上的电容器，或其他阻抗部件。
可选地，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件是套筒状形状。
可选地，所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电容器，并且所述第二阻抗是由所述电容器提供的第二电容，或者其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电阻器，并且所述第二阻抗是由所述电阻器提供的第二电阻。
可选地，所述第二电路部分的所述电容器，或其他阻抗部件至少在所述操作温度范围内具有与所述第一电路部分的所述电容器或其他阻抗部件的温度依赖性电容或阻抗特性匹配的温度依赖性电容或阻抗特性。
可选地，所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件包括电容器网络，所述电容器网络被配置为提供所述第二电容，或者其中所述至少一个阻抗部件包括被配置为提供所述第二阻抗的其他阻抗部件的网络。
可选地，所述电容器网络包括至少一个以及典型地多个电容器，每个电容器具有相应的温度依赖性电容特性，所述网络被配置为使得所述网络的所得的温度依赖性电容特性至少在所述操作温度范围内与所述第一电容的温度依赖性电容特性匹配，或者其中所述其他阻抗部件的网络包括至少一个以及典型地多个阻抗部件，所述网络被配置为使得所述网络的所得的温度依赖性阻抗特性至少在所述操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性阻抗特性匹配。
可选地，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括电容器网络，所述电容器网络被配置为提供所述第一电容，或者其中所述至少一个阻抗部件包括被配置为提供所述第一阻抗的其他阻抗部件的网络。
可选地，相应的其他阻抗部件的网络包括电阻器网络，或至少一个电阻器和至少一个电容器的网络。
相应的网络可包括并联的阻抗部件的网络。
在一些实施方案中，所述电压传感器被配置为作为电容分压器进行操作。替代地，所述电压传感器可被配置为作为电阻分压器进行操作。替代地，所述电压传感器可被配置为作为电阻-电容(RC)电压传感器进行操作。
典型地，所述第二电路部分的至少一个阻抗部件设于基板，例如印刷电路板(PCB)上。
优选地，所述第二电路部分的所述电容器或其他阻抗部件位于与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件相邻之处。
在一些实施方案中，所述第二电路部分的所述电容器或其他阻抗部件的网络的至少一部分位于与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件相邻之处。
所述第二阻抗的所述温度依赖性在所述操作温度范围内可与所述第一阻抗的所述温度依赖性相同或基本上相同。
优选地，所述第二电路部分阻抗的温度依赖性变化与所述第一电路部分的对应的温度依赖性变化相差一定量，所述量小于所述第一电路部分的所述对应的温度依赖性变化。
所述第一阻抗的所述温度依赖性可为所述第一阻抗的值响应于温度变化而相对于标称第一阻抗值变化，并且所述第二阻抗的所述温度依赖性是所述第二阻抗的值响应于温度变化而相对于标称第二阻抗值变化。
在优选的实施方案中，所述第一阻抗的值相对于所述标称第一阻抗的所述变化和所述第二阻抗的所述值相对于所述标称第二阻抗值的所述变化在所述操作温度范围内在标称温度下为零，所述标称温度优选地对应于正常气候条件。
在优选的实施方案中，所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗协同定位。
从第二方面来看，本发明提供了一种电气开关装置，所述电气开关装置包括根据本发明的第一方面的至少一个电压传感器。
典型地，所述至少一个电压传感器的所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件连接到所述电气开关装置的电压端子。优选地，所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件位于与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件相邻之处。
所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件可安装在所述电压端子上，或所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件上，或所述开关装置的位于与所述电压端子相邻之处的一部分上，或也支撑所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件的支撑结构上。
可选地，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件位于所述电压端子周围。
可选地，电流传感器联接到所述电压传感器，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件与所述电流传感器相邻并且所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件安装在所述电流传感器上。
从第三方面来看，本发明提供了一种使用电压传感器测量电压的方法，所述电压传感器包括：电压输入端；电压输出端；电压参考端；第一电路部分，所述第一电路部分连接在所述电压输入端与所述电压输出端之间，所述第一电路部分包括提供依赖于温度的第一阻抗的至少一个阻抗部件；以及第二电路部分，所述第二电路部分连接在所述电压输出端与所述电压参考端之间，所述第二电路部分包括提供依赖于温度的第二阻抗的至少一个阻抗部件，所述方法包括：将所述第一电路部分和所述第二电路部分配置为使得所述第二阻抗的温度依赖性至少在操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性匹配；以及对所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件和所述第一电路部分的所述至少一个阻抗进行定位，使得所述阻抗部件在使用中经历基本上相同的温度。
在优选的实施方案中，电压传感器以电容分压器的形式实现，并且所述分压器的第二臂的电容器物理地位于第一臂的电容器旁边。此外，所述电容器被选择为使得所述分压器的每个臂的温度依赖性特性至少在相关操作温度范围内相同或基本上相同。
更一般地，在优选的实施方案中，所述第二臂的所述电容器(或其他阻抗，在适用时)被选择为使得其在相关操作温度范围内的温度依赖性与所述第一臂的所述电容器(或其他阻抗，在适用时)的对应的温度依赖性相差一定量，所述量小于所述第一臂的所述电容器(或其他阻抗，在适用时)在所述操作温度范围内的所述对应的温度依赖性。例如，如果所述第一臂的所述电容器(或其他阻抗，在适用时)在所述操作温度范围内的所述温度依赖性为10％，则所述第二臂的所述电容器(或其他阻抗，在适用时)的所述温度依赖性与所述第一臂的所述电容器(或其他阻抗，在适用时)的所述温度依赖性在所述相关操作温度范围内相差不到10％。这种布置导致了电压传感器操作中基于温度的误差的减少。例如，如果差异为5％，则与常规传感器相比，误差会减小两倍。
可选地，所述第二臂可包括彼此并联地连接(或以其他方式互连来形成网络)的多个电容器(和/或其他阻抗)，所述多个电容器的相应的温度特性(它们可能彼此不同)被选择为使得所述电容器(和/或其他阻抗)网络以及因此所述第二臂的所得或复合的温度特性在所述操作温度范围内与第一臂电容器(和/或其他阻抗)的温度特性匹配或基本上匹配。第二臂复合电容器/阻抗的对温度没有依赖性或具有相对较低依赖性的任何部分(例如，任何电容器)不必位于第一臂电容器旁侧。可选地，第一臂可包括互连来形成网络的多个电容器(和/或其他阻抗)，而不是单个电容器。
体现本发明的电压传感器与没有温度补偿的电压传感器相比表现出提高的精度，并且相较于依赖于温度测量的温度补偿型电压传感器也可表现出提高的精度，因为温度测量可能是误差来源。此外，本发明的实施方案不需要主动温度补偿系统，这降低了复杂性和成本并且提高了可靠性和使用寿命。
有利地，体现本发明的一个或多个电压传感器可安装在重合器、断路器、真空断路器或其他开关设备上，以便测量相关装置的相应端子处的电压。由于测量到的端子电压可用于控制所述装置的操作，因此通过设于相应端子处的精度提高的电压传感器，改进了所述装置的性能。所述电压传感器或每个电压传感器可位于相关装置的外壳内(例如，在重合器的情况下)或位于外壳外，视方便而定。
有利地，体现本发明的电压传感器在比没有温度补偿的电压传感器更宽的温度范围和更宽的电流范围内准确地操作，并且因此适用于更广泛范围的应用。
附图说明
现将通过举例的方式并参考附图来描述本发明的实施方案，在附图中：
图1是体现本发明的第一方面的电压传感器的示意性电路图；
图2A示出了体现本发明的电压传感器，所述电压传感器具有协同定位的电容器；
图2B是示出图2A的电压传感器的电容器在一定温度范围内的性能的曲线图；并且
图3示出了体现本发明的第二方面的电气开关装置，所述开关装置包括体现本发明的第一方面的至少一个电压传感器。
具体实施方式
现在参考附图中的图1，示出了体现本发明的一个方面的电压传感器10的电路图。电压传感器10包括分压器，尤其是电容分压器。电压传感器10具有在电压输入端12与电压输出端14之间的第一电路部分或臂AHV，以及在电压输出端14与电压参考端V参考之间的第二电路部分或臂ALV，所述电压参考端方便地是电接地端，但可为任何其他合适的参考电压。电压输入端12、电压输出端14和电压参考端V参考可以任何常规的方式实现，例如通过相应的端子或其他电路连接或点来实现。
第一电路部分AHV和第二电路部分ALV包括相应的阻抗，使得输出端14处的电压LVpot取决于电压输入端12处的电压HVpot以及第一电路部分和第二电路部分的相对阻抗。在优选的实施方案中，第一电路部分AHV的阻抗是电容CHV，优选地由典型地为单个电容器的第一电容器16提供。第二电路部分ALV的优选阻抗是电容CLV，其可由(单个)
第二电容器18提供，或者可由如下文更详细描述的电容器网络提供。因此，输出电压LVpot取决于输入电压HVpot和相对电容CHV、CLV。在替代的实施方案中，电压传感器10不需要包括电容分压器，而是可包括例如电阻分压器，其中每个电路部分AHV、ALV包括一个或多个电阻器。仍然替代地，电压传感器10可为电阻-电容(RC)分压器，其中电路部分AHV、ALV中的一者包括一个或多个电阻器，而另一个电路部分包括一个或多个电容器，或者其中每个电路部分AHV、ALV包括一个或多个相应的RC电路。更一般地，分压器电路的每个电路部分AHV、ALV可包括单个阻抗部件或阻抗部件的网络。因此，虽然优选的实施方案在本文中是在电容分压器的上下文中描述的，但是应当理解，本发明不限于此，并且本文关于电容器或电容提供的任何描述还更普遍地适用于其他阻抗部件或阻抗值，如对于技术人员来说将显而易见的。
在典型的实施方案中，第二电路部分ALV的电容CLV高于第一电路部分AHV的电容CHV。在典型的实施方案中，第二电路部分ALV的电容CLV处于单个纳法拉到单个毫法拉的量级，并且第一电路部分AHV的电容CHV处于单个皮法拉到单个纳法拉的量级。
在典型的实施方案中，输入电压HVpot是相对较高的(例如，由高压(HV)或中压(MV)电气系统提供)，并且电容CLV、CHV的值被选择为使得输出电压LVpot处于与控制器(未示出)(例如，微控制器或PLC)接收的电压兼容的电平。举例来说，根据应用，输入端12处的典型的电压电平可处于10kV、24kV或36kV的量级，而在输出端14处，典型的电压电平可处于毫伏直至数百伏的量级。
在替代的实施方案(未示出)中，电压传感器10可包括替代形式的分压器，尤其是具有图1所示的电路拓扑结构的替代的电路拓扑结构的分压器。例如，电容CHV、CLV中的一者或两者可被实现为一个或多个电容器，例如实现为单个电容器或多于一个电容器的网络。例如，电容器16、18中的一者或两者可被实现为两个或更多个串联的电容器，和/或两个或更多个并联的电容器，或其他电容器网络。可选地，第二电路部分ALV可包括用于分压器的热补偿的网络一个或多个并联和/或串联的电容器(其可由图1中的电容器18表示)。可选地，一个或多个电阻器(未示出)可包括在分压器中。例如，可在第二电路部分中提供一个或多个电阻器以对相移进行补偿。
在使用中，电压传感器10的电压输入端12电连接到电路的适当部分，典型地为电导体或电端子，以便电压传感器10可测量电路中的对应点处的电压。典型地，电压输入端12对应于电容器16的第一端子20，电容器16的另一端子22连接到电压输出端14。
在优选的实施方案中，电压传感器10特别适合与电气开关装置一起使用，例如断路器、真空断路器、重合器或其他开关设备，特别是用于AC电气系统，尤其是AC电力系统的开关装置。在此类应用中，电压输入端12电连接到电气开关的电压端子，使得电压端子提供输入电压HVpot。视方便而定，电压输入端12可直接连接到端子或连接到端子的导体。
图2A通过举例的方式示出了连接到电导体30的电压传感器10，所述电导体可为电气开关装置的一部分，例如电压端子或连接到电压端子的导体。在此实例中，第一电容器16是套筒状或环形形状并且位于导体30周围。套筒结构的内表面32用作电容器16的第一端子20并且因此用作电压传感器10的电压输入端12。因而，内表面32电连接到导体30。套筒结构的外表面34用作电容器16的另一个端子22并且通过电连接器36连接到电压输出端14，所述电连接器可包括导线、电缆或其他合适的电导体。电容器16的套筒状形式是优选的，因为它有助于将导体30用作电容器的支撑件。然而，应当理解，电容器16可替代地采用其他常规形式。更一般地，在典型的实施方案中，第一电路部分AHV的电容器或其他阻抗是高压(HV)部件，所述HV部件通常连接到高压端子并且典型地不适合于安装在PCB或类似基板上(通常是因为它们的尺寸)。
可提供电流传感器38以感测在导体30中流动的电流。电流传感器38包括围绕导体30提供的一个或多个电线圈40，所述线圈典型地包括电绝缘导体。电流传感器38可为任何常规类型，例如包括罗果夫斯基线圈或电流互感器。可选地，电容器16位于线圈40与导体30之间。在替代的实施方案中，可省略电流传感器38。
现在参考图2B，第一电路部分AHV的电容器16具有温度依赖性特性，由此其电容随温度(尤其是环境温度)而变化。图2B示出了电容器16(或电容CHV)的温度特性ΔCHV，尤其是在从T最小到T最大的操作温度范围内的电容的相对变化(ΔCHV)。举例来说，T最小的典型值为-60℃，而T最大的典型值为+100℃。ΔCHV在任何给定温度下的值对应于电容相对于标称或额定值的变化，方便地表示为百分比。
类似地，第二电路部分ALV的电容器18(或在电容CLV由多于一个电容器提供的情况下为多个电容器)具有温度依赖性特性ΔCLV，由此其电容随温度(尤其是环境温度)而变化。
电容值的温度依赖性变化可能会不利地影响电压传感器10的精度，在不同的电容器在使用期间可能经历不同的温度或温度变化曲线的情况下尤其如此。为了缓解这个问题，电压传感器10被配置为使得至少在传感器10的操作温度范围内，第二电路部分ALV的电容器使得电容CLV的温度依赖性变化与第一电路部分AHV的电容CHV的温度依赖性变化匹配。如果相应的温度依赖性变化相同或基本上相同，则可将它们说成匹配。优选的布置是使得第二电路部分电容CLV的温度依赖性变化值与第一电路部分电容CHV的对应的温度依赖性变化值相差一定量，所述量小于电容CHV在操作温度范围内的对应的温度依赖性变化值。在优选的实施方案中，相应的温度依赖性变化的差异的量为5％或更低，优选地0.5％或更低，例如至多0.05％。应当理解，相同的原理适用于第一电路部分和第二电路部分的阻抗不是电容性阻抗，或是部分电容性阻抗(例如，在电压传感器10包括电阻分压器或RC分压器的情况下)的实施方案。
在第一电路部分AHV包括电容器16并且第二电路部分ALV包括电容器18的实施方案中，使得相应的温度依赖性变化匹配可通过使用电容器来实现，所述电容器具有匹配的温度依赖性电容曲线，即，电容器18的温度依赖性电容曲线与电容器16的温度依赖性电容曲线匹配。替代地，在第二电路部分ALV包括电容器网络的实施方案中，网络的电容器和/或网络的配置可被选择为使得所得电容CLV的温度依赖性变化与电容CHV的温度依赖性变化匹配。优选地，在此类实施方案中，第二电路部分ALV的电容器彼此并联地连接。
图2B示出了电容器18(或电容CLV)的温度特性ΔCLV，尤其是在从T最小到T最大的操作温度范围内的电容的变化(ΔCLV)。举例来说，T最小的典型值为-60℃，而T最大的典型值为+100℃。ΔCLV在任何给定温度下的值对应于电容相对于标称或额定电容值的相对变化，方便地表示为百分比。可看到，第二电路部分ALV的温度依赖性电容曲线ΔCLV在操作温度范围内与第一电路部分AHV的温度依赖性电容曲线ΔCHV匹配，但是在此实例中，它们在整个操作范围内并不相同。优选地，曲线ΔCLV、ΔCHV在标称温度Tn下是相同的(并且优选地等于零)。曲线ΔCLV、ΔCHV优选地在T最小与T最大之间的温度的子范围(以Tn为中心)内也是相同的。典型地，曲线ΔCLV、ΔCHV基本上是相同的，但是在接近T最小到T最大范围的每一端处并不相同。更一般地，ΔCLV和ΔCHV的值至少在标称温度Tn下是相同的，并且在操作温度范围的其余部分上是相同的或基本上相同的。匹配的曲线ΔCLV、ΔCHV意指电容值ΔCLV、ΔCHV中的每一者随温度的相对变化是相同的或基本上相同的。
典型地，相关电容器的校准使得ΔCLV和ΔCHV中的每一者在电压传感器10的标称温度Tn下均为零，所述标称温度优选地是对应于正常气候条件(NCC)的温度，例如+25℃。在测试或设置期间，可在标称温度Tn下测量相关电容，并且可将所述测量用来表示ΔC＝0以用于校准目的。可基于这个测量而校准传感器10。因此，曲线ΔCLV、ΔCHV在Tn处相交。在操作范围内的其他温度下，匹配的曲线ΔCLV、ΔCHV意指电容值ΔCLV、ΔCHV中的每一者的相对变化是相同的或基本上相同的，从而维持传感器10的精度。
在包括开关设备应用的许多应用中，例如由于电流电平和/或环境温度的变化，给定装置(例如，开关装置)的不同部分可能会随时间推移而经历不同的温度和/或不同的温度变化。例如，在开关设备的情况下，尤其是对于MV和HV应用，输入端子和输出端子处的温度可能会由于任何给定时间处的电流电平而远远高于所述装置的其他部分处的温度。因此，可能由电容值的温度依赖性变化产生的问题的缓解还涉及对第一电路分支AHV和第二电路支路ALV的相关电容器进行定位，使得所述电容器在使用期间经历相同或基本上相同的温度。有利地，这通过协同定位相关电容器来实现。在优选的实施方案中，第二电路部分ALV的至少一个电容器与第一电路部分AHV的电容器16协同定位。在第二电路部分ALV包括电容器18的实施方案中，电容器18位于与第一电路部分AHV的电容器16相邻之处。替代地，在第二电路部分ALV包括电容器网络的实施方案中，至少网络的温度依赖性电容器位于与电容器16相邻之处。就这一点而言，应注意到，在一些实施方案中，第二电路部分ALV中的电容器网络的一个或多个电容器可具有不依赖于温度的电容并且因此不需要位于温度依赖性电容器旁边，但是这样做通常很方便。通过将第一电路部分AHV和第二电路部分ALV中的具有温度依赖性电容的所有电容器彼此相邻地定位，即定位在基本上相同的位置，所述电容器在使用期间经历相同或基本上相同的温度。电容器的协同定位连同匹配的温度依赖性电容曲线ΔCLV、ΔCHV一起维持电容值CHV、CLV之间的期望的关系，这进而维持了电压传感器10的精度。更一般地，第一电路部分AHV和第二电路部分ALV中的具有温度依赖性电容的所有电容器位于在使用期间经历相同或基本上相同的温度(包括任何温度变化)，尤其是环境温度(其可包括由电流流动引起的热效应)的一个或多个位置。这可通过如上文所描述将相关电容器彼此相邻地定位来方便地实现，但是期望的协同定位可能涉及将相关电容器定位成彼此足够靠近，使得所述电容器在使用期间经历相同或基本上相同的温度，而不必在彼此旁边。典型地，如果存在2℃或更小，优选地1℃或更小的差异，则可将温度说成基本上相同。在典型的实施方案中，相关电容器相隔0.2m或更小，优选地相隔0.05m或更小。
这个结果在图2B中示出，该图示出了在T最小到T最大的操作温度范围内在传感器输出端14处的输出电压的误差ΔU输出。ΔU输出在任何给定温度下的值对应于电压相对于标称值的百分比误差。从图2B可看到，当第一电路部分AHV的电容器16的温度THV与第二电路部分ALV的电容器的温度TLV相同时，ΔU输出的值相对较小，从而表明传感器10在准确地操作。还可看到，误差ΔU输出的值随温度变化相对较小的量，前提是相关电容器被选择为使得电容CHV、CLV对温度具有相同或相似的依赖性。在电容的温度依赖性相同，即ΔCHV/CHV＝ΔCLV/CLV的理想情况下，则有ΔU输出＝0。
通过对比，从图2B可看到，如果TLV和THV不同，则ΔCLV和ΔCHV的相应值可能会明显不同，从而导致相对较大的ΔU输出，这会不利地影响电压传感器10的精度。TLV和THV的值的此类差异在部件明显间隔开的常规电压传感器布置中是常见的。例如，在用于断路器或重合器的常规电压传感器中，一个电容器可位于电压端子处，而其他电容器可设于远程定位的控制器中。当电流流过端子时，电容器16上的温度升高，而控制器处的温度不会升高，以至于THV>TLV并且误差ΔU输出相对较高。类似地，如果电容CHV、CLV的温度依赖性明显不同，则这会导致ΔU输出的值相对较大。
第二电路部分ALV的相关电容器可设于允许它们位于电容器16旁边的任何合适的支撑结构上，并且此类支撑结构可因应用而异。可选地，第二电路部分ALV的相关电容器可由电容器16本身，或导体30经由任何合适的电绝缘安装部件(例如，绝缘套筒和/或基板)来支撑。更一般地，第一电路部分和第二电路部分的电容器可彼此相邻地设于任何合适的例如包括基板和/或壳体的共用支撑结构(所述共用支撑结构可为电压传感器的一部分)上，或者设于装置的连接或集成有电压传感器10的任何方便的部分上。作为电容器网络的一部分的电容器以任何方便的常规方式电连接以形成网络。在所示的实施方案中，第二电路部分ALV的电容器安装在电流传感器38的线圈40上。方便的是，将第二电路部分ALV的电容器放置在电流传感器38旁侧，这具有良好的热导率，因为所述电流传感器通常由铜和钢制成并且在它旁侧的温度基本上与电容器16处的温度相同。更一般地，实现CLV的电容器放置在任何位置，使得分压器电路的第一部分和第二部分两者具有相同或基本上相同的温度。
方便地，第二电路部分ALV的电容器(或至少温度依赖性电容器)设于包括电绝缘基板42，例如印刷电路板(PCB)的支撑件上。这有助于将电容器安装在与电容器16相邻之处，并且有助于在存在构成CLV的电容器网络的实施方案中协同定位第二电路部分的电容器。可使用任何合适的常规电容器来实现CLV，典型地为适合于安装在PCB等上的任何类型的电容器。
有利地，电压传感器10的一个或多个实例可用于电气开关装置，尤其是自动操作开关装置中。图3示出了通常表示为100的自动操作电气开关装置的实例。所示的开关装置100属于通常称为断路器的类型。开关装置100被配置为在故障条件(例如，电流过载或短路)下自动操作，以在使用期间保护并入有所述开关装置的电路(未示出)。所述开关装置通过响应于检测到故障而使电路断开，从而中断电流流动来实现这一点。如下文更详细描述的，开关装置100包括体现本发明的至少一个电压传感器，以用于监测所述开关装置的端子中的相应一者或两者处的电压。所述电压传感器或每个电压传感器可用于控制开关装置100的操作。在一些实施方案中，开关装置100可手动地操作(例如，通过手动激活用户控制件(未示出)来机械地或机电地操作)或自动地操作(典型地响应于开关装置100检测到已发生故障，和/或自激活以来，阈值时间段到期之后机电地操作)。自动地操作的开关装置通常被称为重合器。在图3的实施方案中，开关装置100是真空断路器。然而，应当理解，本发明不限于真空断路器，并且可替代地与其他类型的断路器、重合器或其他开关设备或电气开关装置一起使用，并且相同或相似的描述同样适用，如对于技术人员来说将显而易见的。开关装置100尤其意图与AC电气系统，特别是AC电力系统一起使用。根据应用，开关装置100可被配置为与低压(LV)、中压(MV)或高压(HV)一起使用。典型地，为由AC电力系统提供的AC电力的每一相或每一极提供开关装置100的相应实例。
开关装置100包括第一电端子A和第二电端子B，通过所述电端子，开关装置100可连接到外部电路(未示出)。在使用中，端子A、B中的任一者连接到电源电压或线路电压，而另一端子B、A连接到电气负载。
在此实例中，电压传感器10连接到端子B以便测量端子B处的电压。替代地或另外地，可提供也体现本发明的电压传感器10’以感测或测量第一端子A处的电压。电压传感器10’可与电压传感器10相同或相似，并且相同或相似的描述同样适用，如对于技术人员来说将显而易见的。在此实例中，传感器10’的第一电路部分的电容器16’设于电连接到第一端子A的导电支撑件56上并且电连接到所述导电支撑件。传感器10’的第二电路部分的电容器可设于基板42上，或者设于在相同位置或附近的单独基板上。电容器16’和传感器10’的第二电路部分的温度依赖性电容器彼此足够靠近，以至于所述电容器在使用期间经历相同或基本上相同的温度。
传感器10、10’的输出端14、14’被提供到控制器135，所述控制器被配置为测量或以其他方式检测或评估电压输出端14、14’。控制器135可包括用于确定输出端14、14’处的电压电平是否超过阈值，和/或电压信号的一个或多个其他特性是否满足一个或多个其他标准的器件，所述其他标准可根据实施方案而变化。控制器135可对来自传感器10、10’，即来自输出端14、14’，和/或来自电流传感器38的信号进行响应，以控制开关装置100的操作。特别地，控制器135可被配置为操作致动器125以使触点127、129断开。在一些实施方案中，控制器135可被配置为根据一个或多个其他标准(例如，确定输出端14’处的电压电平处于或低于阈值)，或在某一时间段到期之后(例如，在装置10是重合器的实施方案中)使致动器125闭合触点127、129。替代地或另外地(例如，在不同的操作模式中)，控制器135可使用电压输出端14、14’中的任一者或两者来测量流过开关装置100的电力和/或能量。
控制器135可采用任何方便的形式，例如包括一个或多个适当配置的电路和/或适当编程的微处理器、微控制器或其他处理器。可选地，控制器135的至少一部分以及可选地全部可包括在开关装置100中，例如在外壳131中或在基座单元133中。然而，在典型的实施方案中，控制器135与开关装置100分开提供并且可通过任何常规的光学、有线或无线手段与开关装置100通信以便执行本文描述的任何或所有操作。在所示的实例中，导管139将导线从电流传感器38携载到控制器135并且从电压传感器10、10’携载到控制器135。
可选地，开关装置100的至少一部分设于外壳131中。外壳131的至少一部分以及优选地全部由电绝缘材料形成，例如陶瓷、橡胶、塑料或树脂(例如，环氧树脂或聚酯树脂)。外壳131可包括嵌入了开关装置100的一些或所有部件的模制或其他实体结构，即使得断路器的一些或所有部件被模制到或嵌入绝缘材料内。在优选的实施方案中，电压传感器10、10’(或至少其温度依赖性电容器)设于外壳内。替代地或另外地，外壳131的全部或一部分可为中空的，从而限定用于接纳开关装置100的至少一些部件的一个或多个空腔。在外壳131是中空的情况下，所述外壳可涂覆有介电或电绝缘材料。替代地，开关装置100可设于金属或导电外壳(例如，属于有时称为箱体结构的类型)中，在所述外壳中，部件不嵌入绝缘材料中，绝缘根据需要通过其他绝缘手段(例如，空气和/或介电结构)来提供。
体现本发明的电压传感器不仅可用于在开关操作、继电保护和紧急控制系统的背景下进行电压测量，而且可用于测量流过开关100或者并入有电压传感器或所述电压传感器所连接的任何其他电气装置的电力和/或能量，例如以确保电能表的运行，这对于电压测量精度通常具有很高的要求。
在一些实施方案中，就像例如在图3中示出的那样，体现本发明的电压传感器可与电压即将被测量或监测的装置(例如，开关100)一体地形成。在其他实施方案(未示出)中，体现本发明的电压传感器可被提供为单独或独立的装置，所述装置可连接到电压即将被测量或监测的另一个装置(例如，开关100或功率表或母线)。
本发明不限于本文描述的实施方案，而是在不脱离本发明范围的情况下可加以修正或修改。

Claims (29)

1.一种电压传感器，所述电压传感器包括：
电压输入端；
电压输出端；
电压参考端；
第一电路部分，所述第一电路部分连接在所述电压输入端与所述电压输出端之间，所述第一电路部分包括提供依赖于温度的第一阻抗的至少一个阻抗部件；以及
第二电路部分，所述第二电路部分连接在所述电压输出端与所述电压参考端之间，所述第二电路部分包括提供依赖于温度的第二阻抗的至少一个阻抗部件，
其中所述第一电路部分和所述第二电路部分被配置为使得所述第二阻抗的温度依赖性至少在操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性匹配，
并且其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件和所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件位于在使用中经历基本上相同的温度的一个或多个位置。
2.如权利要求1所述的电压传感器，其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电容器，并且所述第一阻抗是由所述电容器提供的第一电容，或者其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电阻器，并且所述第一阻抗是由所述电阻器提供的第一电阻。
3.如权利要求1或2所述的电压传感器，其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括形状被设定且尺寸用于安装在电导体上的电容器，或其他阻抗部件。
4.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件是套筒状形状。
5.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电容器，并且所述第二阻抗是由所述电容器提供的第二电容，或者其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件包括单个电阻器，并且所述第二阻抗是由所述电阻器提供的第二电阻。
6.如权利要求5所述的电压传感器，当从属于权利要求2时，其中所述第二电路部分的所述电容器或其他阻抗部件至少在所述操作温度范围内具有与所述第一电路部分的所述电容器或其他阻抗部件的温度依赖性电容或阻抗特性匹配的温度依赖性电容或阻抗特性。
7.如权利要求1至4中任一项所述的电压传感器，其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件包括电容器网络，所述电容器网络被配置为提供所述第二电容，或者其中所述至少一个阻抗部件包括被配置为提供所述第二阻抗的其他阻抗部件的网络。
8.如权利要求7所述的电压传感器，其中所述电容器网络包括至少一个以及典型地多个电容器，每个电容器具有相应的温度依赖性电容特性，所述网络被配置为使得所述网络的所得的温度依赖性电容特性至少在所述操作温度范围内与所述第一电容的温度依赖性电容特性匹配，或者其中所述其他阻抗部件的网络包括至少一个以及典型地多个阻抗部件，所述网络被配置为使得所述网络的所得的温度依赖性阻抗特性至少在所述操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性阻抗特性匹配。
9.如权利要求1或3至8中任一项所述的电压传感器，其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件包括电容器网络，所述电容器网络被配置为提供所述第一电容，或者其中所述至少一个阻抗部件包括被配置为提供所述第一阻抗的其他阻抗部件的网络。
10.如权利要求7至9中任一项所述的电压传感器，其中相应的其他阻抗部件的网络包括电阻器网络，或至少一个电阻器和至少一个电容器的网络。
11.如权利要求1至9中任一项所述的电压传感器，所述电压传感器被配置为作为电容分压器进行操作。
12.如权利要求1至10中任一项所述的电压传感器，所述电压传感器被配置为作为电阻分压器进行操作。
13.如权利要求1至10中任一项所述的电压传感器，所述电压传感器被配置为作为电阻-电容(RC)电压传感器进行操作。
14.如权利要求7至10中任一项所述的电压传感器，其中相应的网络是并联的阻抗部件的网络。
15.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第二电路部分的至少一个阻抗部件设于基板，例如印刷电路板(PCB)上。
16.如权利要求5所述的电压传感器，其中所述第二电路部分的所述电容器或其他阻抗部件位于与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件相邻之处。
17.如权利要求7至10或14中任一项所述的电压传感器，其中所述第二电路部分的所述电容器或其他阻抗部件的网络的至少一部分位于与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件相邻之处。
18.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第二阻抗的所述温度依赖性在所述操作温度范围内与所述第一阻抗的所述温度依赖性相同或基本上相同。
19.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第二电路部分阻抗的温度依赖性变化与所述第一电路部分的对应的温度依赖性变化相差一定量，所述量小于所述第一电路部分的所述对应的温度依赖性变化。
20.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第一阻抗的所述温度依赖性是所述第一阻抗的值响应于温度变化而相对于标称第一阻抗值变化，并且所述第二阻抗的所述温度依赖性是所述第二阻抗的值响应于温度变化而相对于标称第二阻抗值变化。
21.如权利要求20所述的电压传感器，其中所述第一阻抗的值相对于所述标称第一阻抗的所述变化和所述第二阻抗的所述值相对于所述标称第二阻抗值的所述变化在所述操作温度范围内在标称温度下为零，所述标称温度优选地对应于正常气候条件。
22.如任一前述权利要求所述的电压传感器，其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件协同定位。
23.一种电气开关装置，所述电气开关装置包括如任一前述权利要求所述的至少一个电压传感器。
24.如权利要求23所述的开关装置，其中所述至少一个电压传感器的所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件连接到所述电气开关装置的电压端子。
25.如权利要求24所述的开关装置，其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件位于与所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件相邻之处。
26.如权利要求24或25所述的开关装置，其中所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件安装在所述电压端子上，或所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件上，或所述开关装置的位于与所述电压端子相邻之处的一部分上，或也支撑所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件的支撑结构上。
27.如权利要求23至26中任一项所述的开关装置，当从属于权利要求4时，其中所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件位于所述电压端子周围。
28.如权利要求23至27中任一项所述的开关装置，其中电流传感器联接到所述电压传感器，所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件与所述电流传感器相邻并且所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件安装在所述电流传感器上。
29.一种使用电压传感器测量电压的方法，所述电压传感器包括：电压输入端；电压输出端；电压参考端；第一电路部分，所述第一电路部分连接在所述电压输入端与所述电压输出端之间，所述第一电路部分包括提供依赖于温度的第一阻抗的至少一个阻抗部件；以及第二电路部分，所述第二电路部分连接在所述电压输出端与所述电压参考端之间，所述第二电路部分包括提供依赖于温度的第二阻抗的至少一个阻抗部件，所述方法包括：将所述第一电路部分和所述第二电路部分配置为使得所述第二阻抗的温度依赖性至少在操作温度范围内与所述第一阻抗的温度依赖性匹配；以及对所述第二电路部分的所述至少一个阻抗部件和所述第一电路部分的所述至少一个阻抗部件进行定位，使得所述阻抗部件在使用中经历基本上相同的温度。
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