CN212275826U - 一种智能化电缆电压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化电缆电压传感器，其特点是传感器外壳的外部设置有半导体胶套，半导体胶套与接地系统相连接；所述的传感器外壳内部设置有一次电容，一次电容由并联的相序电容、零序电容、取能电容组成，一次电容的下方设置有阻容分压器，阻容分压器与相序电容、零序电容相连接，并在阻容分压器外部包覆有环氧树脂层；阻容分压器下方设置有取能装置，取能装置与取能电容相连接；阻容分压器与取能装置通过光纤与合并单元相连接；合并单元可直接与配网终端、故障指示终端、环网柜DTU接口，实现计量、取能、测量、保护的功能。优点是体积小，便于安装、更换，工作效率高，成本低；绝缘性能高，且模拟量输出能满足数字化变电站的要求。

Description

一种智能化电缆电压传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器的领域，尤其涉及一种智能化电缆电压传感器。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，微机型继电保护装置逐步占据了主导地位，在继电保护和测量中，控制部分的能量流和信息流分离，因而监测设备不再需要高功率输出的传感器采样；同时由于电力工业的快速发展、电网情况也更加复杂，提高功率因数，改善电网质量的智能电流电压互感器被广泛应用；现有技术的传感器为独立结构的单相零序电压互感器、单相电压互感器、独立结构的单相电压放电线圈，在抗过压冲击、抗过流冲击、抗谐波冲击方面性能一般；而且功能单一，体积大，安装、更换不方便；影响工作效率；成本高，绝缘性能很难达到很高，且模拟量输出不能满足数字化变电站的要求。

发明内容

本实用新型目的是提供一种智能化电缆电压传感器，体积小，工作效率高，成本低；解决了以上技术问题。

为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本实用新型所采用的技术方案是：一种智能化电缆电压传感器，包括阶梯式传感器外壳；其特征在于：传感器外壳的外部设置有半导体胶套，半导体胶套与接地系统相连接；半导体胶套由混有炭黑和极细金属微粒的高分子材料XLPE组成，保持着地电位，用于降低损耗、防止局部放电以及均衡电场作用；所述的传感器外壳内部设置有一次电容，一次电容由并联的相序电容、零序电容、取能电容组成，一次电容的下方设置有阻容分压器，阻容分压器与相序电容、零序电容相连接，并在阻容分压器外部包覆有环氧树脂层；阻容分压器下方设置有取能装置，取能装置与取能电容相连接；阻容分压器与取能装置通过光纤与合并单元相连接，光纤用于传递电压信号；合并单元可直接与配网终端、故障指示终端、环网柜DTU接口，实现计量、取能、测量、保护的功能。

优选的：所述的相序电容、零序电容、取能电容均采用聚丙烯电容，具有承受高电流的能力，耐压高，介质损耗小，能在120℃下长期工作的功能。

优选的：所述的阻容分压器包括并联设置的接地电容与电阻。

优选的：所述的取能装置包括串联设置的耦合电容器和阻波器。

优选的：所述的合并单元包括信号集中模块、数据处理模块、数据合并模块，用于对各相远端传来的信号做同步合并处理，处理后便于计量、保护、取能。

本实用新型的有益效果；一种智能化电缆电压传感器，与传统结构相比：本实用新型体积小，便于安装、更换，工作效率高，成本低；绝缘性能高，且模拟量输出能满足数字化变电站的要求；采用高精度创斯普聚丙烯薄膜电容，是的传感器的精度等级更高，达到0.2/0.5级； 半导体胶套套在本传感器外壳上，由混有炭黑和极细金属微粒的高分子材料XLPE组成，它与接地系统相连，保持着地电位，有降低损耗、防止局部放电以及均衡电场作用，损耗低、局放低；传感器分压比高:可直接获得所需小信号电压,便于EVT、OVT和数字式电压表接口；既无铁磁谐振困扰，也无电磁兼容问题；无“电荷陷井”：可以解决电网暂态过程滞留电荷带来的问题；可测量相电压和零序电压；可测量取能电压，也可以同时测量相电压和零序电压；可供测量谐波之用；材料成本、制造成本低，比传统电子式电压互感器低50％以上；运行维护成本低，能规避常规电子式电压互感器中电子部件寿命达不到20年等问题。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为阻容分压型电压传感器；

图3为电缆式电压互感器取能部分的原理图；

图4为实施例1的示意图；

在图中：1.传感器外壳；2.半导体胶套；3.电容；31.相序电容；32.零序电容；33.取能电容；4.阻容分压器；41.接地电容；42.电阻；5.取能装置； 6.光纤；7.合并单元；71.信号集中模块；72.数据处理模块；73.数据合并模块。

A：测量和保护设备；81.电容分压器；82.电磁单元；83.高压端子；84.高压电容器；85.中压端子；86.中压电容器；87.低压端子；88.中压变压器；89.阻尼器；91.补偿电抗器；92.接地端子；111.电源盒；112.配网终端；113.故障指示器终端；114.环网柜DTU。

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明；

在附图1中：一种智能化电缆电压传感器，包括阶梯式传感器外壳1；其特点是传感器外壳1的外部设置有半导体胶套2，半导体胶套2与接地系统相连接；所述的传感器外壳1内部设置有一次电容3，一次电容3由并联的相序电容31、零序电容32、取能电容33组成，一次电容3的下方设置有阻容分压器4，阻容分压器4与相序电容31、零序电容32相连接，并在阻容分压器4外部包覆有环氧树脂层；阻容分压器4下方设置有取能装置5，取能装置5与取能电容33相连接；阻容分压器4与取能装置5输出端通过光纤6与合并单元7相连接。 所述的相序电容31、零序电容32、取能电容33均采用聚丙烯电容；所述的阻容分压器4包括并联设置的接地电容41与电阻42。所述的取能装置5包括串联设置的耦合电容器和阻波器；所述的合并单元7包括信号集中模块71、数据处理模块72、数据合并模块73。

本实用新型的具体实施：具体实施时，相序电容、零序电容、取能电容作为本实用新型传感器的高压电容，以聚丙烯为原材料，具有承受高电流的能力，耐压高，介质损耗小，能在120℃下长期工作的功能；半导体胶套套在本传感器外壳上，由混有炭黑和极细金属微粒的高分子材料XLPE组成，它与接地系统相连，保持着地电位，用于降低损耗、防止局部放电以及均衡电场作用；阻容分压器设置在一次电容的下部，被环氧树脂包覆着，用于测定和显示二次电压；取能装置设置在传感器的底部，用于测定传感器的取能电压，并传递到光纤。光纤连接电缆式传感器和合并单元，用于传递电压信号；合并单元安装在电缆式传感器的尾部，通过光纤与电缆式传感器连接，用于对各相远端传来的信号做同步合并处理。

具体来说，阻容分压器通过在电容分压的基本测量原理的等效接地电容上并联一个小电阻R，构成新的电压测量电路，即阻容分压，电阻上的电压Uo即为电压传感头的输出信号： e(t)= RC1du/dt，R<<1/(ωC2)。

取能装置以串联谐振为设计原理，利用串联电容进行分压，用耦合电容器和阻波器将高电压变成低电压，可以得到标准规定的取能电压值，如220V，110V等。

实施例1：本实用新型的智能化电缆式电压传感器可通过电源盒111直接与配网终端112、故障指示终端113、环网柜DTU114相接口，实现计量、取能、测量、保护的功能。

本实用新型的工作原理：如附图2所示，阻容分压型传感器在电容分压型传感器的基础上，对低压电容C2并联一个电阻R，使线路出现短路或断路故障时，存储在分压电容中的能量可以通过该电阻来快速释放，从而实现了对输电线路上的电压变化快速响应跟踪测量。这种传感头的设计方案是对目前已生产的电容式电压互感器所进行的局部改进，设计选型要遵从电容分压型电压互感器的构架，不但可以继承电容分压器的原有优点，而且降低了研发的成本。

本发明的智能化电缆式电压互感器相零序部分采用了阻容分压的原理，电容分压是通过将柱状电容环套在导电线路外面来实现的，柱状电容环及其等效接地电容构成了电容分压的基本回路，考虑到系统短路后，若电容环的等效接地电容上积聚的电荷在重合闸时还未完全释放，将在系统工作电压上叠加一个误差分量，严重时会影响到测量结果的正确性以及继电保护装置的正确动作，长期工作时等效接地电容也会因温度等因素的影响而变得不够稳定，所以对电容分压的基本测量原理进行了改进，在等效接地电容上并联一个小电阻R 以消除上述影响，从而构成新的电压测量电路（阻容分压），电阻上的电压Uo即为电压传感头的输出信号：e(t)= RC1du/dt，R<<1/(ωC2) ，电压传感器将电压通过一次电压传感器后，在传感器主体内进行一次电压转换器，经过光纤的传输系统后进行二次转换器，二次输出符合T/CES 018-2018《配电网10kV及20kV交流传感器技术条件》标准的额定二次输出电压。

本发明的智能化电缆式电压互感器取能部分采用了串联谐振的原理，传感器由电容分压器和电磁单元组成，如附图3所示。

电容分压器81由电容器元件、电容器单元、电容器叠柱组成，对于电容分压器，总电容CN=C1NC2N/（C1N+C2N）。电磁单元82由一台微型中压变压器88和一个补偿电抗器91组成，变压器将中间电压降到二次电压要求值。在额定频率下，补偿电抗器91的电抗值近似等于电容分压器两部分电容84、86并联（C1+C2）的容抗值。补偿电感可以全部或部分并入变压器之88中。电磁单元82还需要和二次负荷并联一种阻尼器装置81，主要作用是限制过电压、及抑制铁磁谐振及改善暂态响应特性。经过转换得到的取能电压值经过光纤的传输系统后进行转换，取能输出值符合T/CES 018-2018《配电网10kV及20kV交流传感器技术条件》标准的额定取能电压。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种智能化电缆电压传感器，包括阶梯式传感器外壳（1）；其特征在于：传感器外壳（1）的外部设置有半导体胶套（2），半导体胶套（2）与接地系统相连接；所述的传感器外壳（1）内部设置有一次电容（3），一次电容（3）由并联的相序电容（31）、零序电容（32）、取能电容（33）组成，一次电容（3）的下方设置有阻容分压器（4），阻容分压器（4）与相序电容（31）、零序电容（32）相连接，并在阻容分压器（4）外部包覆有环氧树脂层；阻容分压器（4）下方设置有取能装置（5），取能装置（5）与取能电容（33）相连接；阻容分压器（4）与取能装置（5）输出端通过光纤（6）与合并单元（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化电缆电压传感器，其特征在于：所述的相序电容（31）、零序电容（32）、取能电容（33）均采用聚丙烯电容。

3.根据权利要求1所述的一种智能化电缆电压传感器，其特征在于：所述的阻容分压器（4）包括并联设置的等效接地电容（41）与电阻（42）。

4.根据权利要求1所述的一种智能化电缆电压传感器，其特征在于：所述的取能装置（5）包括串联设置的耦合电容器和阻波器。

5.根据权利要求1所述的一种智能化电缆电压传感器，其特征在于：所述的合并单元（7）包括信号集中模块（71）、数据处理模块（72）、数据合并模块（73）。

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