CN220961653U - 一种高压电压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高压电压传感器，包括被测母排和接地金属管；接地金属管的一端封闭，封闭端平面平行于被测母排，封闭端平面的中心具有圆孔；接地金属管的另一端开口并接地；封闭端平面内表面设有一玻璃片，玻璃片远离圆孔的一侧设一金属圆片，金属圆片正对圆孔的中心位置并与封闭端平面平行，金属圆片的直径小于圆孔的直径；金属圆片连接第一单芯屏蔽电缆线的一端，第一单芯屏蔽电缆线的另一端连接一电阻的一端和第二单芯屏蔽电缆线的一端；第二单芯屏蔽电缆线的另一端连接信号输出端，电阻的另一端以及第一和第二单芯屏蔽电缆线的屏蔽层接地；被测母排和封闭端平面之间设有绝缘体。本实用新型体积小、重量轻、无气无油、安装便捷、无需维护。

Description

一种高压电压传感器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种高压电压传感器。

背景技术

输电线路的电压测量关系到电力调度的准确性与电力系统的稳定性，电压中蕴含的信息有助于实现输电线路故障诊断、状态监测及电力计量。现有技术中，对于输电线路的电压可以采用高压电压互感器或电压传感器对高压输电线路电压进行测量，然而，目前在电力系统中使用的高压电压互感器或电压传感器基本上设备体积大、成本高，油多、气多，制造复杂、价格高昂，安装困难、维护不便，不适合大规模信息监测的使用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高压电压传感器。

本实用新型采用的技术方案是：

一种高压电压传感器，其包括接地金属管；接地金属管的一端封闭是封闭端，封闭端平面平行于被测母排的平面，被测母排是一段直型的母排，接地金属管的另一端开口是开口端，开口端接地；接地金属管的封闭端平面中心具有一圆孔，在圆孔向着接地金属管开口端一侧的内表面上设置有一玻璃片，玻璃片朝向接地金属管开口端的一面设置一片金属圆片，金属圆片平行于接地金属管的封闭端平面设置且金属圆片的中心正对圆孔的中心位置，金属圆片的直径小于圆孔的直径；金属圆片与第一单芯屏蔽电缆线的一端电气连接，第一单芯屏蔽电缆线的另一端连接一电阻的一端和第二单芯屏蔽电缆线的一端，电阻的另一端接地；第二单芯屏蔽电缆线的另一端连接信号输出端，第一单芯屏蔽电缆线和第二单芯屏蔽电缆线的屏蔽层接地。

进一步地，接地金属管的横截面为圆形或者矩形。

进一步地，信号输出端连接有电子信号处理电路；电子信号处理电路为公知的电子信号处理电路；电子信号处理电路处理、放大信号输出端的输出信号，即得到与被测母排上的电压成比例的二次电压信号。

进一步地，被测母排和接地金属管的封闭端平面之间设有绝缘体，绝缘体要靠向封闭端平面一侧设置且绝缘体不与被测母排接触，使被测母排和接地金属管实现安全隔离。

进一步地，绝缘体为一绝缘层板，绝缘层板平行于接地金属管的封闭端平面和被测母排平面，且绝缘层板的长、宽尺寸要大于接地金属管的封闭端平面相应的长、宽尺寸，绝缘层板的厚度不少于5mm，符合应用场景下的绝缘强度、爬电距离以及安装强度要求。

进一步地，绝缘层板为玻璃板、电木板、陶瓷板或者聚乙烯塑料板。

进一步地，绝缘体为一陶瓷套管，陶瓷套管的一端封闭，对应接地金属管的封闭端，陶瓷套管的另一端开口，对应接地金属管的开口端，接地金属管套设在陶瓷套管内。

进一步地，陶瓷套管的绝缘等级大于10KV绝缘等级。

进一步地，被测母排与接地金属管的封闭端平面中央的圆孔之间的相对位置以及处于两者之间的绝缘体的位置在高压传感器的准确度调整之后保持固定不变。

进一步地，接地金属管的封闭端平面到被测母排的距离、绝缘体到被测母排的距离以及圆孔的直径大小应能满足被测母排上的电压产生的电场在接地金属管的封闭端平面圆孔附近的电场处在设定的电场强度范围内。

进一步地，接地金属管的封闭端平面圆孔附近的电场强度范围设定在1KV以下的电场。

本实用新型采用以上技术方案，应用封闭端平面中央带孔的接地金属管及一些附件来制作的高压电压传感器，其体积小、重量轻、无气无油、安装便捷、无需维护。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1为本实用新型一种高压电压传感器的原理示意图；

图2为本实用新型一种高压电压传感器的结构示意图之一；

图3为本实用新型一种高压电压传感器的结构示意图之二；

附图标记：1.金属圆片；2.电阻；3.信号输出端；4.一根单芯屏蔽电缆线；5.另一根单芯屏蔽电缆线；6.玻璃片；7.绝缘材料层板；8.陶瓷绝缘套管；9.接地金属管封闭端平面中央的圆孔；10.电子信号处理电路；11.母排或导线；12.接地金属管。

实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至3之一所示，本实用新型公开了一种高压电压传感器，用于探测被测母排的高压电压，传感器包括接地金属管12；接地金属管12的一端封闭是封闭端，封闭端平面平行于被测母排11的平面，被测母排11是一段直型的母排；接地金属管12的另一端开口是开口端，开口端接地；接地金属管12的封闭端平面中心具有一圆孔9，在圆孔9向着接地金属管12开口端一侧的内表面上设置有一玻璃片6，玻璃片6朝向接地金属管12开口端的一面设置一片金属圆片1，金属圆片1平行于接地金属管12的封闭端平面设置且金属圆片1的中心正对圆孔9的中心位置，金属圆片1的直径小于圆孔9的直径；金属圆片1与第一单芯屏蔽电缆线4的一端电气连接，第一单芯屏蔽电缆线4的另一端连接一电阻2的一端和第二单芯屏蔽电缆线5的一端，电阻2的另一端接地；第二单芯屏蔽电缆线5的另一端连接信号输出端3，第一单芯屏蔽电缆线4和第二单芯屏蔽电缆线5的屏蔽层接地；被测母排11和接地金属管12的封闭端平面之间设有绝缘体，绝缘体要靠向封闭端平面一侧设置且绝缘体不与被测母排接触，使被测母排11和接地金属管12实现安全隔离。

进一步地，接地金属管12的横截面为圆形或者矩形。

进一步地，信号输出端3连接有电子信号处理电路10；电子信号处理电路10为公知的电子信号处理电路；电子信号处理电路10处理、放大信号输出端3的输出信号，即得到与被测母排11上的电压成比例的二次电压信号。

进一步地，绝缘体为一绝缘层板7，绝缘层板7平行于接地金属管12的封闭端平面和被测母排11的平面，且绝缘层板7的长、宽尺寸要大于接地金属管12的封闭端平面相应的长、宽尺寸，绝缘层板的厚度不少于5mm，符合应用场景下的绝缘强度、爬电距离以及安装强度要求。

进一步地，绝缘层板7为玻璃板、电木板、陶瓷板或者聚乙烯塑料板。

进一步地，绝缘体为一陶瓷套管8，陶瓷套管8的一端封闭，对应接地金属管12的封闭端，陶瓷套管8的另一端开口，对应接地金属管12的开口端。接地金属管12套设在陶瓷套管8内。

进一步地，陶瓷套管8具有10KV及以上的绝缘等级。

进一步地，被测母排11与接地金属管12的封闭端平面中央的圆孔9之间的相对位置以及处于两者之间的绝缘体的位置在高压传感器的准确度调整之后保持固定不变。

进一步地，接地金属管12的封闭端平面到被测母排11的距离、绝缘体到被测母排11的距离以及圆孔9的直径大小应能满足被测母排11上的电压产生的电场在接地金属管12的封闭端平面圆孔附近的电场处在设定的电场强度范围内。

进一步地，接地金属管12的封闭端平面圆孔9附近的电场强度范围设定在1KV以下的电场。

下面就本实用新型的具体原理做详细说明：

当带电体系中各个导体的形状、大小、相对位置和电位或带电量确定了之后，它们上面的电荷分布以及空间各点的电场分布都会唯一地确定下来(静电边值问题的唯一性定理)。因此可以说，导体对电场的分布能够起到调整和控制的作用。在生产和科学实验的许多领域中，常常需要实现一定的电场分布，在这里导体电极起着突出的作用。因为电极的配置和其上的电位可以人为地安排和控制，从而可以得到所需的电场分布。比如在下图1中，平面电极K的电位为120伏，在它的前面放置一块中央带有圆孔9的平行金属板G，并将它的电位控制在30伏。这样一来，圆孔9空间附近各处等位面的形状被这控制电极调整后如图1所示，在圆孔9上等位面向右侧凸起(图中的等位面可用实验方法测得)。图1中右侧所示的图形，正是与圆孔9空间附近的90、60、54、48……32、31、30.1等数字所表示的各个电位面的相应的形状。通过实验得知，如果把图1中的这一块中央带有圆孔9的平行金属板G接地，圆孔9空间附近各处等位面的形状也基本不变。进一步的，在圆孔9中心点右侧附近设置一片直径小于圆孔9直径的金属圆片1，则可以获取该金属圆片1所处的等位面上的电位或者电压。通过实验也证实，当平面电极K与它前面放置的一块中央带有圆孔9的接地平行金属板G的相对距离位置不变时，在圆孔9中心点右侧附近设置的金属圆片1所处的等位面上的电位或者电压的变化与平面电极K的电位的变化成比例。

可见，利用平面电极和一块中央带孔的、接地的平行金属板可以人为的安排和控制并得到所需的电场分布；并且在金属板中央的圆孔9的中心的右侧附近设置一金属圆片1、电阻2及玻璃片6等一些附件即可获得该点等位面或电场的电位,如图1所示。参考人民教育出版社1978年4月的赵凯华、陈熙谋的《电磁学》上册的P99及该书中的图2-3。

此外，带电的导线在周围空间会产生电场，根据公知的理论，距离一根带电压U的长直导线r远处的电场强度或者说是对地电压Ur与r成反比，即离该带电长直导线的距离越近则Ur越高，反之，Ur越低，即：

上式中，Ur为距离一根带电压U的长直导线r远处的电场强度或者说是对地电压，U是一根长直导线上的电压，r是离一根带电压U的长直导线的距离，k是系数，它依据实验取得。

综合以上这些知识可以做到，第一，可以在带孔的接地金属板G与平面电极K之间，通过调整两者的相对位置、距离并对其固定，以及通过适当调整接地金属板上圆孔9的大小，可以人为的安排和控制得到所需的电场分布；第二，在接地的平行金属板G中央的圆孔9的中心的右侧附近固定设置一片直径小于金属板上圆孔9直径的金属圆片1，用一根单芯屏蔽电缆线4的一端与金属圆片1连接，一根单芯屏蔽电缆线4的另一端和一个电阻2的一端连接，一个电阻2的另一端接地，一个电阻2的一端还和另一根单芯屏蔽电缆线5的一端连接，另一根单芯屏蔽电缆线5的另一端把金属圆片上的电气信号送到信号输出端3，便可以在该输出端获取金属圆片所处等位面或电场的电位或者电压，两根单芯屏蔽电缆线4和5的屏蔽层接地。当被测的平面电极K的电位或者电压发生变化的时候，信号输出端3的输出电压也随之变化且与被测的电压成比例；第三，根据上述公知的理论，平面电极K的电位越高，在它的前面放置的中央带有圆孔的接地平行金属板G与平面电极K之间的距离就应该越远，这样，通过人为地安排和控制，可以得到所需的一定电位的电场分布，以保持固定设置在接地的平行金属板G中央的圆孔的中心的右侧附近的一片金属圆片1能在平面电极K带有稳定的高电位时始终处在一个合适的对地电压的电场中，便于金属圆片对电压的采样；第四，为更加有效地防止平面电极K在遭遇雷击时向带孔的接地平行金属板G放电、或绝缘击穿造成操作或设备安全事故，在平面电极K和带孔的接地金属板G之间、靠近接地金属板G一侧固定设置一绝缘体，可以有效提升设备的绝缘水平。绝缘体是玻璃板、电木板、陶瓷板或聚乙烯塑料板以及陶瓷绝缘套管等。

由于电力交流系统的电源频率比较低，电磁波的波长远大于电路尺寸，电磁场的变化传布整个电路所需的时间远小于一个周期，它是一个似稳电路，电路的性质与稳恒电路相似。因此上述所说的高压电压传感器不仅可以被应用在直流电压的测量中，也可以被应用在交流电压的测量中。

参考图1、图2、图3，本实用新型传感器的具体的做法如下：

(1)把图1中所示的平面电极K更换成图2、图3中所示的母排或导线11；

(2)把图1中所示的一块中央带有圆孔的、带有30伏电位的平行金属板G替换成图2、图3中所示的一支截面为圆形、矩形或方形的接地金属管12，金属管12一端封闭为封闭端、其封闭端平面中央有一个圆孔9，接地金属管12的另一端开口为开口端、开口端接地。这样当母排或导线带电时，接地金属管12封闭端平面中央圆孔9的附近空间的等位面向右侧凸起，其凸起的等位面形状基本如图1所示。

(3)在接地金属管12封闭端平面中央的圆孔9内向着开口端一侧的内表面上设置有一玻璃片6，玻璃片6朝向接地金属管12开口端的一面设置一片金属圆片1，金属圆片1平行于接地金属管12的封闭端平面设置且金属圆片1的中心正对圆孔9的中心位置，金属圆片1的直径要比圆孔9的直径小。

(4)金属圆片1与一根单芯屏蔽电缆线4的一端连接，一根单芯屏蔽电缆线4的另一端与一个电阻2的一端连接，一个电阻2的另一端接地，用另一根单芯屏蔽电缆线5的一端与一个电阻2的一端连接，另一根单芯屏蔽电缆线5的另一端与信号输出端3连接，这个信号输出端3也是一个外接的电子信号处理电路10的信号输入端。两根单芯屏蔽电缆线4和5的屏蔽层都要接地。

(5)为保证设备的使用、操作及运行安全，应在被测带电母排或导线11与带有圆孔9的封闭端平面之间、靠近带有圆孔9的封闭端平面一侧设置一绝缘体，绝缘体可以是玻璃板、电木板、陶瓷板或者聚乙烯塑料板等绝缘层板7，也可以是一个一端封闭、一端开口的、能把接地的金属管12套装入内的、具有10KV及以上绝缘等级的陶瓷套管8。

(6)被测的带电母排或导线11与接地的金属管12的封闭端平面互成平行状态设置，金属管12封闭端平面中央的圆孔9应正对带电母排或导线11，带电母排或导线11与接地金属管12封闭端平面中央的圆孔9之间的相对位置以及处于两者之间的绝缘体的位置在该高压传感器的准确度调整之后必须固定不变；

(7)被测的带电母排或导线11上的电压越高，接地金属管12的封闭端平面以及靠近封闭端平面一侧设置的一绝缘体距离带电母排或导线11的相对位置也应该适当调整的越远，通过调整它们之间的相对距离、位置，以及通过适当调整接地金属管12的封闭端平面上圆孔9的大小，可以人为的安排和控制得到所需的电场分布，使得接地金属管12封闭端平面附近的电场处于带电母排或导线11产生的一个合适强度的电场中，比如处在1KV以下的电场中。通过示波器对信号输出端3的信号水平的检测来确定其相对位置距离的远近以及调整封闭端平面上圆孔9的大小可能是一种更简便、直观的方法。在接地金属管12及其带有圆孔9的封闭端平面与带电母排或导线11之间设置的绝缘体应符合应用场景下的绝缘强度、爬电距离以及安装强度要求，使设备能承受额定工作电压、雷击电压和环境污染条件下的放电闪络。

(8)最后，把信号输出端3接入后续的一个公知的电子信号处理电路10进行处理、放大，即可得到与被测带电母排或导线11上的电压成比例的二次电压信号，进行电压测量等实际应用。

具体的实施例：

(一)被测电压为10KV时，使用玻璃板作为绝缘层板的实例：

第一步，把带电10KV的母排或导线11与接地的金属管12的封闭端平面互成平行状态设置，金属管12封闭端平面中央的圆孔9应正对带电母排或导线11且带电母排或导线11与圆孔9之间具有一定的距离且两者之间的位置在准确度调整和安装之后必须固定不变；圆孔9直径为3cm左右，带电母排或导线11与圆孔9之间距离为3～10cm。

第二步，在母排或导线11与接地的金属管12封闭端平面中央的圆孔9之间、靠近封闭端平面一侧固定设置一块厚度为5～10mm、长宽各为30cm左右的玻璃板作为绝缘层板7。

第三步，在接地金属管12封闭端平面中央的圆孔9内向着开口端一侧的内表面上设置有一厚度至少为3mm的玻璃片6，玻璃片6朝向接地金属管12开口端的一面设置一片金属圆片1，金属圆片1要正对圆孔9的中心位置并且与接地金属管12的封闭端平面处于平行状态，金属圆片1的直径要比圆孔9的直径小。

第四步，金属圆片1与一根单芯屏蔽电缆线4的一端连接，一根单芯屏蔽电缆线4的另一端与一个电阻2的一端连接，一个电阻2的另一端接地，用另一根单芯屏蔽电缆线5的一端与一个电阻2的一端连接，另一根单芯屏蔽电缆线5的另一端与信号输出端3连接，这个信号输出端3也是一个外接的电子信号处理电路10的信号输入端。两根单芯屏蔽电缆线4和5的屏蔽层都要接地。

最后，在母排或导线11上施加6KV～10KV交流或直流电压，在信号输出端3上即可检测到与母排或导线11上的一次电压成比例的二次电压信号。后续连接的一个电子信号处理电路10在处理输入的交流或直流信号时，其内部的电子线路结构会因信号为交流或直流而有所不同，它属于公知电路。

(二)被测电压为35KV时，使用玻璃板作为绝缘层板的实例：

第一步，把带电35KV的母排或导线11与接地的金属管12的封闭端平面互成平行状态设置，金属管12封闭端平面中央的圆孔9应正对带电母排或导线11且带电母排或导线11与圆孔9之间具有一定的距离且两者之间的位置在准确度调整和安装之后必须固定不变；圆孔9直径为3cm左右，带电母排或导线11与圆孔9之间距离为10～20cm。

第二步，在母排或导线11与接地的金属管12封闭端平面中央的圆孔9之间、靠近封闭端平面一侧固定设置一块厚度为10mm、长宽各为40cm左右的玻璃板作为绝缘层板7。

第三步，在接地金属管12封闭端平面中央的圆孔9内向着开口端一侧的内表面上设置有一厚度至少为3mm的玻璃片6，玻璃片6朝向接地金属管12开口端的一面设置一片金属圆片1，金属圆片1要正对圆孔9的中心位置并且与接地金属管12的封闭端平面处于平行状态，金属圆片1的直径要比圆孔9的直径小。

第四步，金属圆片1与一根单芯屏蔽电缆线4的一端连接，一根单芯屏蔽电缆线4的另一端与一个电阻2的一端连接，一个电阻2的另一端接地，用另一根单芯屏蔽电缆线5的一端与一个电阻2的一端连接，另一根单芯屏蔽电缆线5的另一端与信号输出端3连接，这个信号输出端3也是一个外接的电子信号处理电路10的信号输入端。两根单芯屏蔽电缆线4和5的屏蔽层都要接地。

最后，在母排或导线11上施加35KV交流或直流电压，在信号输出端3上即可检测到与母排或导线11上的一次电压成比例的二次电压信号。后续连接的一个电子信号处理电路10在处理输入的交流或直流信号时，其内部的电子线路结构会因信号为交流或直流而有所不同，它属于公知电路。

本实用新型提出的这种应用截面为方形或矩形或圆形的接地金属管及其金属管封闭端平面中央的圆孔、玻璃片、金属圆片、电阻、单芯屏蔽电缆线、绝缘材料层板或陶瓷套管等材料来制作的高压电压传感器，具有体积小、重量轻、无气无油、安装快速便捷、无需维护、造价低廉，在电力系统中具有很广阔的应用前景，并因此产生显著的社会经济效益。

显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种高压电压传感器，其特征在于：其包括接地金属管；接地金属管的一端封闭是封闭端，封闭端平面平行于被测母排的平面，被测母排是一段直型的母排；接地金属管的另一端开口是开口端，开口端接地；接地金属管的封闭端平面中心具有一圆孔，在圆孔向着接地金属管开口端一侧的内表面上设置有一玻璃片，玻璃片朝向接地金属管开口端的一面设置一片金属圆片，金属圆片平行于接地金属管的封闭端平面设置且金属圆片的中心正对圆孔的中心位置，金属圆片的直径小于圆孔的直径；金属圆片与第一单芯屏蔽电缆线的一端电气连接，第一单芯屏蔽电缆线的另一端连接一电阻的一端和第二单芯屏蔽电缆线的一端，电阻的另一端接地；第二单芯屏蔽电缆线的另一端连接信号输出端，第一单芯屏蔽电缆线和第二单芯屏蔽电缆线的屏蔽层接地；被测母排和接地金属管的封闭端平面之间设有绝缘体，绝缘体靠向封闭端平面一侧设置且绝缘体不与被测母排接触，使被测母排和接地金属管实现安全隔离。

2.根据权利要求1所述的一种高压电压传感器，其特征在于：接地金属管的横截面为圆形或者矩形。

3.根据权利要求1所述的一种高压电压传感器，其特征在于：信号输出端连接有电子信号处理电路；电子信号处理电路对信号输出端的输出信号进行处理和放大，得到与被测母排上的电压成比例的二次电压信号。

4.根据权利要求1所述的一种高压电压传感器，其特征在于：绝缘体为一绝缘层板，绝缘层板平行于接地金属管的封闭端平面和被测母排平面，且绝缘层板的长、宽尺寸大于接地金属管的封闭端平面相应的长、宽尺寸，绝缘层板的厚度不少于5mm，符合应用场景下的绝缘强度、爬电距离以及安装强度要求。

5.根据权利要求4所述的一种高压电压传感器，其特征在于：绝缘层板为玻璃板、电木板、陶瓷板或者聚乙烯塑料板。

6.根据权利要求1所述的一种高压电压传感器，其特征在于：绝缘体为一陶瓷套管，陶瓷套管的一端封闭，对应接地金属管的封闭端，陶瓷套管的另一端开口，对应接地金属管的开口端，接地金属管套设在陶瓷套管内。

7.根据权利要求6所述的一种高压电压传感器，其特征在于：陶瓷套管的绝缘等级大于10KV绝缘等级。

8.根据权利要求1所述的一种高压电压传感器，其特征在于：接地金属管的封闭端平面到被测母排的距离、绝缘体到被测母排的距离以及圆孔的直径大小满足被测母排上的电压产生的电场在接地金属管的封闭端平面圆孔附近的电场处在设定的电场强度范围内。

9.根据权利要求8所述的一种高压电压传感器，其特征在于：接地金属管的封闭端平面圆孔附近的电场强度取值范围设定在1KV以下的电场。

10.根据权利要求1所述的一种高压电压传感器，其特征在于：被测母排与接地金属管的封闭端平面中央的圆孔之间的相对位置以及处于两者之间的绝缘体的位置在高压传感器的准确度调整之后保持固定不变。