CN202583294U - 直测电容电流型一次电压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直测电容电流型一次电压传感器，由电容器与电流变电压转换器输入端串接构成，电流变电压运算放大器输入端与TVS管并接作为电流变电压转换器的输入端，运算放大器的输出电压端作为直测电容电流型一次电压传感器的输出端。将直测电容电流型一次电压传感器牢靠接入电网相电压和大地之间，在其输出电压端连接采集器、光纤通信设备和合并单元，可以制造电力系统各个电压等级满足IEC60044-7标准的电子式电压互感器。本实用新型的直测电容电流型一次电压传感器具有结构简单、成本低、抗干扰能力强、暂态性能好、测量精度高、消除铁磁谐振、无引线压降、工作安全、稳定、可靠的特点。

Description

直测电容电流型一次电压传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电子式电压互感器，尤其是涉及一种用于电力系统中各种电压等级电压测量的直测电容电流型一次电压传感器。

背景技术

现有的电子式电压互感器的一次电压传感器主要是电磁式和电容或电阻分压式传感器。近年来国内外也出现了较为先进的光学(OVT)一次电压传感器，也有专利和文献报导电容或电阻串接空心线圈和电容或电阻串接小电流互感器TA构成一次电压传感器的电子式电压互感器。

电磁式电子式电压互感器结构复杂、体大质重、造价高，可能发生铁磁谐振，对小信号测量精度低。

电容或电阻分压式一次电压传感器的传感原理是基于电容或电阻分压原理，被测高压直接加于高压臂电容或电阻上，在低压臂上分出与一次高压成正比的小电压。这种电容或电阻分压式一次电压传感器的缺陷是电容器及低压引线存在杂散电容，分压比随电压等级不同可高达数万至数十万倍，在低压端传输小二次电压信号，负载能力有限，存在引线压降，影响传感器精度，且易受外界干扰；大电容与高阻并联存在滞留电荷，增大了暂态误差，大电容与小电阻并联使得参数设计与器件选取复杂且影响一次传感器的精度。

电容或电阻与空心线圈或小TA串联构成的一次电压传感器，在电容器回路串接电感以及TA二次阻抗均可能引起稳态误差和暂态误差。

光学一次电压传感器是利用光学材料的物理效应，如泡克尔斯(Pockels)效应、电光克尔(Kerr)效应以及逆压电效应等进行电压测量。但由于光学材料受温度和机械振动等因素的影响较大，稳定性和可靠性不高，而且价格昂贵，还有相角测量等许多关键问题尚待解决。

实用新型内容

为解决上述电子式电压互感器存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、体积小、抗干扰能力强、测量精度高、暂态特性好、无铁磁谐振的直测电容电流型一次电压传感器，可以用于制做电网各个电压等级的电子式电压互感器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：由电容器串接电流变电压转换器之后，牢靠接入电网相电压和大地之间，即构成了单相直测电容电流型一次电压传感器。所谓直测电容电流是采用电流变电压运算放大器串接入电容器回路，直接测量电容电流并将其变为与之线性变化的电压信号。

上述直测电容电流型一次电压传感器的电容器采用正温度系数和负温度系数数值相近容量各半的多个电容器串联组成，或加入温度传感器进行温度补偿。

上述电流变电压转换器由电流变电压运算放大器并接TVS管(瞬变电压抑制二极管)作为电流变电压转换器的输入端，而运算放大器的输出端作为直测电容电流型一次电压传感器的输出电压端。

上述电流变电压转换器的输入端牢靠串接在相电压与电容器顶端之间，由高压端电源给电流变电压运算放大器供电，构成直测电容电流型高压端一次电压传感器。

上述电流变电压转换器输入端牢靠串接在电容器末端与大地之间，由低压端电源给电流变电压运算放大器供电，构成直测电容电流型低压端一次电压传感器。

本实用新型的技术效果：

1)各个电压等级的直测电容电流型一次电压传感器，选取合适的电容器，使额定电容电流为十毫安左右，直接接入电流变电压运算放大器，由于运算放大器的输入电阻极小近似为零欧，消除了串联空心线圈或小电流互感器等效到电容回路的等效电感和等效电阻以及本身误差引起的一次电压传感器的复合数值误差和相角误差增大，从而提高了直测电容电流型一次电压传感器的测量精度。

2)电容分压型一次电压传感器采用小电容与大电容串联由抽头获取极小的二次分压值，分压比随电压等级不同可高达数万至数十万倍，而直测电容电流型一次电压传感器的各个电压等级电容电流均为十毫安左右，电容器没有抽头引出线，而且电容器均匀分布，从而减少了杂散电容对测量精度的影响，也大大降低了电容器的成本。

3)电容或电阻分压型一次电压传感器利用引线在低压端传输电压信号给采集器，存在引线压降，且易受外界干扰，而直测电容电流型一次电压传感器传输电流信号，无引线压降，抗干扰性能好；

4)由于直测电容电流型一次电压传感器没有滞留电荷的影响，当电容器与电源断开或一次电压短路，或在重合闸过程中，具有良好的暂态性能。

5)电容器采用正温度系数和负温度系数数值相近容量各半的多个电容器相串联，或采用温度传感器进行温度补偿。

6)结构简单、体积小、重量轻、成本低、安全性好。不消耗有功，可补偿无功，二次输出短路不会损坏互感器，且短路消除后能快速恢复输出电压。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型高压端直测电容电流型一次电压传感器的结构原理图。

图2为本实用新型低压端直测电容电流型一次电压传感器的结构原理图。

图3为本实用新型中电流变电压转换器的实施例结构图。

具体实施方式

参见图1、图3，用于高压、超高压和特高压电子式电压互感器的直测电容电流型一次电压传感器，1为高压接线端，直接接于高压母线上，2为电流变电压转换器，3为高压电容器，4为大地。电流变电压转换器由图3所示的电流变电压运算放大器和TVS管组成，运算放大器的输入阻抗极小近似为零欧，其输入端与TVS管并联再牢靠串接在相电压和电容器之间，TVS管起保护运算放大器的作用。

上述实施例中，电流变电压转换器与母线电压及电容器的接线和电容器与大地的连接线必须牢靠；电容器的设计与选取视所接入的电压等级而定，电容电流可设计在10mA左右，电容器可选正温度系数和负温度系数数值相近容量各半的多个电容器串联接入电路，电容电流

(u₁为输入一次电压，C为高压电容)，电流变电压运算放大器输出电压

(R_f运算放大器反馈电阻)，

滞后

90°。其90°相角差由高压端采集器中的数字积分器校正。采集器输出的数字信号通过光纤输入低压端合并单元，再通过以太网接口输出数据。电流变电压运算放大器和采集器由高压端电源供电，有关采集器、光纤通信设备和合并单元国内外均有符合标准的定型产品。

参见图2、图3，将电流变电压转换器牢靠安装在电容器末端和大地之间，电流变电压运算放大器、采集器、光纤通信系统与合并单元的功能及联接方式与上述实施例相同，不同之处是将电流变电压转换器、采集器和光纤通信设备安装于电容器底座中，并由低压侧电源供电，提高了供电电源的可靠性、电子式电压互感器的工作可靠性和稳定性。

Claims (5)

1.一种直测电容电流型一次电压传感器，其特征在于：由电容器牢靠串接电流变电压转换器，构成直测电容电流型一次电压传感器。

2.根据权利要求1所述的一种直测电容电流型一次电压传感器，其特征在于：电容器由50％电容量采用正温度系数的多个电容与另外50％电容量采用负温度系数的多个电容串联组成，电容的正负温度系数选取相近的数值，或加入温度传感器进行温度补偿。

3.根据权利要求1所述的直测电容电流型一次电压传感器，其特征在于：电流变电压转换器由电流变电压运算放大器输入端并接TVS管后作为电流变电压转换器的输入端，运算放大器的输出电压端作为直测电容电流型一次电压传感器的输出电压端。

4.根据权利要求1所述的直测电容电流型一次电压传感器，其特征在于：电流变电压转换器输入端牢靠串接在相电压和电容器顶端之间，构成高压端直测电容电流型一次电压传感器。

5.根据权利要求1所述的直测电容电流型一次电压传感器，其特征在于：电流变电压转换器输入端牢靠串接在电容器末端和大地之间，构成低压端直测电容电流型一次电压传感器。 

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