CN213181730U - 具有三路输出的电子式电压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有三路输出的电子式电压传感器，包括依次连接在供电线路与接地端之间的高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组，所述取样分压互感器的输入绕组连接在所述取样分压电容组的两端，所述取能分压互感器的输入绕组连接在所述取能分压电容器组的两端，所述取样分压电容组的第一输出绕组与取能分压电容器组的第一输出绕组串联后连接至第一信号输出线，所述取样分压电容组的第二输出绕组与取能分压电容器组的第二输出绕组串联后至第二信号输出线，所述变压器输出工作电源。一个产品能同时提供高精度的采样信号和足够的工作电源，体积小，结构简单，重量轻，安装方便。

Description

具有三路输出的电子式电压传感器

技术领域

本实用新型涉及到计量取能器件技术领域，具体涉及一种具有三路输出的电子式电压传感器。

背景技术

在各种高电压应用场景比如户外高压线路、环网柜、开关柜等都需要对高电压信号进行采样用于电压测量，电量的计量和保护。同时对于采得的信号必需后继的信号处理才有意义，这就同时需要用到工作电源。

当前解决同时提供采样信号和工作电源的方案有以下几种：

一是采用传统的电磁式电压传感器，但是它有体积大，重量重，存在铁磁谐振等缺点，而且很多应用场合无法安装；

二是采用单独的电子式电压互感器加外置电源(传统取能电压互感器或者电子式取能电压互感器)的解决办法，但无论是采用上述哪一种取能电源，同样是存在很多空间狭小的应用场合(比如环网柜)无法安装的问题。

三是在电子式取能PT的基础上增加了取样的单元，能解决上述两种方案很多场合无法安装的问题，但是采样信号会随着工作电源接入的负载的波动而波动，采样信号的精度无法保证，对于测量精度有要求的应用场合均不能采用。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种具有三路输出的电子式电压传感器，能同时提供两路采样信号和工作电源，采样精度高，结构简单、安装紧凑且性能稳定可靠、使用寿命长。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种具有三路输出的电子式电压传感器，其关键在于：包括高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组、取样分压互感器、变压器与取能分压互感器，所述高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组依次连接在供电线路与接地端之间，所述取样分压互感器的输入绕组连接在所述取样分压电容组的两端，所述取能分压互感器的输入绕组连接在所述取能分压电容器组的两端，所述取样分压电容组的第一输出绕组与取能分压电容器组的第一输出绕组串联后连接至第一信号输出线，所述取样分压电容组的第二输出绕组与取能分压电容器组的第二输出绕组串联后至第二信号输出线，所述变压器的初级线圈的一端连接在所述取样分压电容组与取能主电容组之间，另一端连接在所述取能分压电容组与接地端之间，所述变压器的次级线圈连接有工作电源输出线。

进一步的，所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例固定，所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例固定。

进一步的，所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例与所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例一致。

进一步的，所述取样分压互感器的输入绕组与其第一输出绕组的匝数比和所述取能分压器的输入绕组与其第一输出绕组的匝数比一致，所述取样分压互感器的输入绕组与其第二输出绕组的匝数比和所述取能分压器的输入绕组与其第二输出绕组的匝数比一致。

进一步的，在所述变压器的次级线圈与所述工作电源输出线之间还连接有交直流转换电路和过压保护电路。

进一步的，所述取能分压互感器的输入绕组的正向输入端上连接有阻抗匹配电路。

进一步的，所述高压电容器采用多个耐压大于10kV的电容串接而成。

进一步的，所述取样分压电容组采用多个耐压大于400V的低压CBB电容并联而成；所述的取能主电容组由多个耐压大于400V的低压CBB电容串联而成；所述取能分压电容组采用多个耐压为大于50V的低压CBB电容并联而成。

本实用新型的显著效果是：

1.一个产品能同时提供高精度的采样信号和足够的工作电源，取代现有方案中的两个以上的产品，降低产品的成本。

2.体积小，结构简单。适合于更多的应用场所；特别是用传统方案无法解决的场所，比如环网柜的电压检测或者计量改造等。

3.重量轻，安装方便。无需出动大型的吊装设备，节约安装施工成本与人工。

4.所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例与所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例一致，使得工作电源上接的负载无论多大，都不会引起误差的变化的，从而有效提高了两路取样信号的精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的电路原理图；

图2是本实用新型实施例2的电路原理图；

图3是本实用新型实施例3的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种具有三路输出的电子式电压传感器，包括高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组、取样分压互感器、变压器与取能分压互感器，所述高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组依次连接在供电线路与接地端之间，所述取样分压互感器的输入绕组连接在所述取样分压电容组的两端，所述取能分压互感器的输入绕组连接在所述取能分压电容器组的两端，所述取样分压电容组的第一输出绕组与取能分压电容器组的第一输出绕组串联后连接至第一信号输出线，所述取样分压电容组的第二输出绕组与取能分压电容器组的第二输出绕组串联后至第二信号输出线，所述变压器的初级线圈的一端连接在所述取样分压电容组与取能主电容组之间，另一端连接在所述取能分压电容组与接地端之间，所述变压器的次级线圈连接有工作电源输出线。

优选的，所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例固定，所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例固定，所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例与所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例一致。使得工作电源上接的负载无论多大，都不会引起误差的变化的，从而有效提高了两路取样信号的精度。

所述取样分压互感器的输入绕组与其第一输出绕组的匝数比和所述取能分压器的输入绕组与其第一输出绕组的匝数比一致，所述取样分压互感器的输入绕组与其第二输出绕组的匝数比和所述取能分压器的输入绕组与其第二输出绕组的匝数比一致。

具体的，所述高压电容器采用一个耐压大于10kV电容或由多个所述电容串接而成；所述取样分压电容组采用一组并联的耐压大于400V的低压CBB电容，其容值与所述高压电容器的容值比例(Kc)固定(例如100倍)，误差要求<0.05％；所述的取能主电容组由多个耐压大于400V的低压CBB电容串联而成，其容值与所述高压电容器4的容值比例Kqc固定(例如10倍)，误差要求<5％；所述取能分压电容组是一组并联的耐压为大于50V的低压CBB电容，其容值与所述的取能主电容组的容值比例和所述取样分压电容组与高压电容器的容值比例一致，误差要求<0.05％。所述取样分压互感器、取能分压互感器均采用具有两个输出绕组且两组一二次匝比完全一致的高精度互感器。

优选的，在所述变压器的次级线圈与所述工作电源输出线之间还连接有交直流转换电路和过压保护电路，以输出稳定可靠的直流工作电源。

本例中，所述取能分压互感器的输入绕组的正向输入端上连接有阻抗匹配电路，用于匹配两个分压电容组与互感器之间的差异，来提高输出精度。

本实施例所述的环网柜电压传感器结构的原理为：

参见附图1，由于高压电容器Cg和取样分压电容组Cc之间的容值比例Kc固定，取能主电容组Cq和取能分压电容组Cqc之间的容值比例Kqc固定，且Kc＝Kqc，而取样分压互感器、取能分压互感器的Kt1和Kt2是互感器两个绕组的变比，也是固定值。

因此，根据电学知识可知：

取样分压互感器的输入电压为：VCc＝V1/(Kc+1)，

取能分压互感器的输入电压为：VCqc＝V2/(Kqc+1)，

则，取样分压互感器的第一输出绕组的输出电压为Vo1'＝VCc/Kt1，取能分压互感器的第一输出绕组的输出电压为Vo1”＝VCqc/Kt1，

可以推导出第一路采样信号的电压为：

Vo1＝Vo1'+Vo1”＝(VCc+VCqc)/Kt1＝(V1+V2)/(Kc+1)/Kt1＝(V1+V2)/((Kc+1)*Kt1)，

从上式可以看出，无论V1和V2怎样变化，均有Vi＝V1+V2，所以Vo1＝Vi/((Kc+1)*Kt1)；

同理，也可以推导出无论V1、V2如何变化，第一路采样信号的电压满足公式Vo2＝Vi/((Kc+1)*Kt2)。

综上，本实施例可以根据不同的工作电压，调整两个电容比例Kc和Kqc的具体取值，来适应不同的工作电压。

同时，本实施例还还提出了一种基于该电子式电压传感器的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：采用镀银铜线将多个耐压大于10kv的第一电容器串接制成所述高压电容器，在高压电容器的两端焊接引线，并将其安装在高压电容腔体内；

步骤2：将步骤1制成的结构件固定在真空灌封机的灌封区，进行抽真空灌封；

进行抽真空灌封时，灌封条件为：室温，真空度要求在500帕以内，保压不少于30分钟。

步骤3：待高压电容器灌封完成并固化后，对高压电容器的容值进行测量；

步骤4：根据高压电容器的电容值确定取能主电容组的理论电容值，并根据理论电容值选取若干耐压为大于400V的第二电容器串联后焊接在电子线路板上形成取能主电容组，待恢复至室温后采用高精度的电桥对该取能主电容组的实际电容值进行测量；

步骤5：根据高压电容器的电容值以及其和取样分压电容组的容值比例，计算出取样分压电容组的理论电容值，并选用若干耐压为大于400V的第三电容器采用电容并联工装并联后制成所述取样分压电容组，之后利用高精度的电桥测量其实际电容值；

步骤6：根据取能电容器的电容值及其和取能分压电容组的容值比例，计算出取能分压电容组的理论电容值，并选用若干耐压为大于100V的第四电容器采用电容并联工装并联后制成所述取能分压电容组，并利用高精度的电桥测量其实际电容值；

步骤7：将制成的取样分压电容组和取能分压电容组焊接在电子线路板对应的位置上，待恢复室温后再次测量所述取能主电容组、取样分压电容组和取能分压电容组三组电容的电容值，比较与理论电容值的差异并控制精度在0.05％以内；

步骤8：焊接电子线路板上剩余的器件，并按照设计电路将各个器件进行连接；将电子线路板与高压电容器、接地端良好连接；安装高压接线端子；安装工作电源输出电缆和信号输出电缆；

步骤9：将初步完成的电压互感器进行电子式电压互感器校验台检验，对于校验结果不符合要求的调整匹配电路后再次校验；

步骤10：将电子线路板安装在低压金属腔体内，并进行低压灌封；

步骤11：对低压灌封后的电压传感器进行工频耐压试验；

步骤12：成品检验，检验合格即得所需电压传感器产品。

本例中，步骤4-6中对所述取能主电容组、取样分压电容组、取能分压电容组的实际电容值进行测量后，均与其理论电容值进行比较，其中，所述取能主电容组的精度控制在5％以内，所述取样分压电容组、取能分压电容组的精度控制在0.05％以内。

另外，所述第一电容器、第二电容器、第三电容器或第四电容器为泛指，并不具体限定高压电容器、取能主电容组、取样分压电容组、取能分压电容组由同一规格电容串联或并联构成，且由本方案需要对各电容组的精度进行调节控制可知，所述第一电容器、第二电容器、第三电容器或第四电容器均可能为同一规格或不同规格。

在具体的实施过程中，在准备好高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组与取能分压电容组等四组电容器后，可以调整其中取样分压电容组、取能主电容组与取能分压电容组等三组电容器的相对位置，使取样分压电容组与取能分压电容组靠近，然后只用一个低压互感器接到取样分压电容组与取能分压电容组的两端，也能实现本申请的功能，是上述方案的一个简化方案，输出精度略差，具体参见实施例2与实施例3所述内容。

实施例2：

如图2所示，与实施例1的不同之处在于，所述高压电容器、取样分压电容组、取能分压电容组与取能主电容组依次连接在供电线路和接地端之间，且只使用了一个分压互感器，该分压互感器的输入绕组的两端分别连接在高压电容器与取样分压电容组之间的公共端、取能分压电容组与取能主电容组之间的公共端，所述分压互感器的第一输出绕组输出一路取样信号，其第二输出绕组输出另一路取样信号；所述变压器的初级线圈的一端与取样分压电容组和取能分压电容组之间的公共端，另一端与接地端相连，所述变压器的次级线圈通过交直流转换电路、过压保护电路后输出工作电源。

具体的：

参见附图2，由于高压电容器Cg和取样分压电容组Cc之间的容值比例Kc固定，即Cc＝Cg*Kc；取能主电容组Cq和取能分压电容组Cqc之间的容值比例Kqc固定，即Cqc＝Cq*Kqc；而取样分压互感器、取能分压互感器的Kt1和Kt2是互感器两个绕组的变比，也是固定值。

因此，根据电学知识可知：

VCc＝V1/(Kc+1)，VCqc＝V2/(Kqc+1)，

另由于Kc＝Kqc，

则V3＝VCc+VCqc＝V1/(Kc+1)+V2/(Kqc+1)；

从上式可以看出，无论V1和V2怎样变化，均有Vi＝V1+V2，所以Vo1＝Vi/((Kc+1)*Kt1)；

同理，也可以推导出无论V1、V2如何变化，Vo2＝Vi/((Kc+1)*Kt2)。

实施例3：

如图3所示，与实施例1的不同之处在于，所述高压电容器、取能主电容组、取能分压电容组与取样分压电容组依次连接在供电线路和接地端之间，且只使用了一个分压互感器，该分压互感器的输入绕组的两端分别连接在所述取能主电容组与取能分压电容组之间的公共端、以及接地端上，所述分压互感器的第一输出绕组输出一路取样信号，其第二输出绕组输出另一路取样信号；所述变压器的初级线圈的一端与高压电容器和取能主电容组之间的公共端，另一端与取能分压电容组和取样分压电容组之间的公共端相连，所述变压器的次级线圈通过交直流转换电路、过压保护电路后输出工作电源。

具体的：

参见附图3，由于高压电容器Cg和取样分压电容组Cc之间的容值比例Kc固定，即Cc＝Cg*Kc；取能主电容组Cq和取能分压电容组Cqc之间的容值比例Kqc固定，即Cqc＝Cq*Kqc；而取样分压互感器、取能分压互感器的Kt1和Kt2是互感器两个绕组的变比，也是固定值。

因此，根据电学知识可知：

VCqc＝V2/(Kqc+1)，V3＝(V1+V3)/(Kc+1)；

又Kc＝Kqc，

则V4＝VCqc+V3＝V2/(Kqc+1)+(V1+V3)/(Kc+1)；

从上式可以看出，无论V1和V2怎样变化，均有Vi＝V1+V2+V3，所以Vo1＝V4/Kt1＝Vi/((Kc+1)*Kt1)；Vo2＝V4/Kt2＝Vi/((Kc+1)*Kt2)。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：包括高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组、取样分压互感器、变压器与取能分压互感器，所述高压电容器、取样分压电容组、取能主电容组、取能分压电容组依次连接在供电线路与接地端之间，所述取样分压互感器的输入绕组连接在所述取样分压电容组的两端，所述取能分压互感器的输入绕组连接在所述取能分压电容组的两端，所述取样分压电容组的第一输出绕组与取能分压电容器组的第一输出绕组串联后连接至第一信号输出线，所述取样分压电容组的第二输出绕组与取能分压电容器组的第二输出绕组串联后至第二信号输出线，所述变压器的初级线圈的一端连接在所述取样分压电容组与取能主电容组之间，另一端连接在所述取能分压电容组与接地端之间，所述变压器的次级线圈连接有工作电源输出线。

2.根据权利要求1所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例固定，所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例固定。

3.根据权利要求2所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：所述高压电容器和取样分压电容组之间的容值比例与所述取能主电容组和取能分压电容组之间的容值比例一致。

4.根据权利要求1所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：所述取样分压互感器的输入绕组与其第一输出绕组的匝数比和所述取能分压互感器的输入绕组与其第一输出绕组的匝数比一致，所述取样分压互感器的输入绕组与其第二输出绕组的匝数比和所述取能分压器的输入绕组与其第二输出绕组的匝数比一致。

5.根据权利要求1所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：在所述变压器的次级线圈与所述工作电源输出线之间还连接有交直流转换电路和过压保护电路。

6.根据权利要求1所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：所述取能分压互感器的输入绕组的正向输入端上连接有阻抗匹配电路。

7.根据权利要求1～6任一项所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：所述高压电容器采用多个耐压大于10kV的电容串接而成。

8.根据权利要求1～6任一项所述的具有三路输出的电子式电压传感器，其特征在于：所述取样分压电容组采用多个耐压大于400V的低压CBB电容并联而成；所述的取能主电容组由多个耐压大于400V的低压CBB电容串联而成；所述取能分压电容组采用多个耐压为大于50V的低压CBB电容并联而成。

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