RU2635831C1 - Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels - Google Patents

Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels Download PDF

Info

Publication number
RU2635831C1
RU2635831C1 RU2016148918A RU2016148918A RU2635831C1 RU 2635831 C1 RU2635831 C1 RU 2635831C1 RU 2016148918 A RU2016148918 A RU 2016148918A RU 2016148918 A RU2016148918 A RU 2016148918A RU 2635831 C1 RU2635831 C1 RU 2635831C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crystal
insulator
end part
cavity
tube
Prior art date
Application number
RU2016148918A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Георгиевич Сипилкин
Александр Зиновьевич Славинский
Юрий Викторович Никитин
Павел Викторович Кирюхин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Масса"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Масса" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Масса"
Priority to RU2016148918A priority Critical patent/RU2635831C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2635831C1 publication Critical patent/RU2635831C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Landscapes

  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: measuring column of an optical voltage transformer contains a cylindrical insulator with a discriminating element in the form crystal located in its cavity. The crystal has the shape of a rod made of quartz glass, and is installed longitudinally in the cavity of the insulator by means of holding crystals, as well as electric modules electrically contacting with it. The first module comprises the first hollow part having a tube shape fixed from the side of the first end part on the first end cover of the insulator and from the side of the second end part containing the first multi-plate contact to the first end part of the crystal. The second electrical module comprises the second hollow part having a tube shape fixed from the side of the first end part on the second end cover of the insulator by means of the second multi-plate contact providing an electrical connection between them, and from the second end part to the second end part of the crystal by means of the third multi-plate contact. The cavity around the crystal is filled with a compression electrical insulating gel whose electrical strength exceeds the electrical strength of the air medium, and the polymer microspheres are filled with an inert gas.
EFFECT: increase the accuracy of measurements and linearity of its transformation.
7 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к области электрических измерений, и может быть использовано в качестве измерительного средства высокого напряжения на высоковольтных линиях электропередач.The present invention relates to the field of electricity, in particular to the field of electrical measurements, and can be used as a measuring tool for high voltage on high voltage power lines.

Из уровня техники известно устройство для измерения напряжения на высоковольтных линиях электропередач (см. RU 111680, кл. G01R 15/00, опубл. 2011 г.).The prior art device for measuring voltage on high voltage power lines (see RU 111680, CL G01R 15/00, publ. 2011).

Известное устройство используется в измерительной техники высоких напряжений в области релейной защиты и автоматики.The known device is used in high voltage measurement technology in the field of relay protection and automation.

Известное устройство для измерения напряжения на высоковольтных линиях электропередач содержит трубчатый опорный изолятор с ребристой гидрофобной внешней поверхностью, внутри которого размещен датчик электрического поля.A known device for measuring voltage on high-voltage power lines contains a tubular support insulator with a ribbed hydrophobic outer surface, inside which is placed an electric field sensor.

Во внутренней области изолятора размещается электростатический экран, внутри которого устанавливается датчик электрического поля.An electrostatic screen is placed in the inner region of the insulator, inside of which an electric field sensor is installed.

В качестве среды заполнения внутренней области изолятора известного устройства, в различных вариантах исполнения, применяется инертный газ, окружающий воздух, вспененный изолирующий материал, а также изоляционный гель.As a medium for filling the inner region of the insulator of the known device, in various embodiments, an inert gas, ambient air, foamed insulating material, and an insulating gel are used.

Применение инертного газа или окружающего воздуха во внутренней области изолятора не выдерживает неблагоприятное воздействие электрического перенапряжения и не обеспечивает устойчивых противопожарных и противовзрывных свойств, при эксплуатации, применение вспененного изолирующего материала повышает противопожарные и противовзрывные характеристики, но не обеспечивает надежную защиту чувствительного элемента от внешнего механического воздействия, а применение изоляционного геля повышает защиту чувствительного элемента от внешнего механического воздействия, однако в этом случае существует вероятность утечки геля, что может отрицательно отразиться на точности измерений напряжения.The use of inert gas or ambient air in the inner region of the insulator does not withstand the adverse effects of electrical overvoltage and does not provide stable fire and explosion-proof properties, during operation, the use of foamed insulating material increases fire and explosion-proof characteristics, but does not provide reliable protection of the sensitive element from external mechanical stress, and the use of an insulating gel increases the protection of the sensitive element from external its mechanical action, but in this case there exists the possibility of leakage of the gel, which could adversely affect the accuracy of voltage measurement.

Помимо этого чувствительный элемент, в виде датчика электрического поля, крепится в изоляторе механически с помощью некого держателя либо адгезивно внутри экранированной области, что не создает условий для проведения корректных измерений, поскольку данное крепление допускает незначительные смещения чувствительного элемента, тогда как для проведения неискаженных точных измерений высокого напряжения требуется неподвижная осевая фиксация чувствительного элемента.In addition, the sensitive element, in the form of an electric field sensor, is mounted mechanically in the insulator using a holder or adhesive inside the shielded area, which does not create conditions for correct measurements, since this mount allows slight displacements of the sensitive element, while for accurate measurements to be undistorted high voltage requires fixed axial fixation of the sensing element.

Из уровня техники известен измеритель напряжения на основе эффекта Поккельса (см. RU 2579541, кл. G01R 15/00, опубл. 2016 г.).The prior art voltage meter based on the Pockels effect (see RU 2579541, CL G01R 15/00, publ. 2016).

Известный измеритель напряжения на основе эффекта Поккельса содержит модуль обработки, связанный через оптоволоконную линию с чувствительным элементом, содержащим, по меньшей мере, одну пару монокристаллических цилиндров.The known voltage meter based on the Pockels effect contains a processing module coupled through a fiber optic line with a sensor element containing at least one pair of single-crystal cylinders.

Данный измеритель напряжения производит точные измерения благодаря тому, что в нем скомпенсированы собственные двупреломления как электрооптического элемента, так и оптоволоконной линии.This voltage meter makes accurate measurements due to the fact that it compensates for the intrinsic birefringence of both the electro-optical element and the fiber optic line.

Однако используемый эффект двупреломления связан с определенными недостатками, заключающимися в возникновении задержек между поляризационными модами, а также в появлении эллиптичности поляризации.However, the birefringence effect used is associated with certain drawbacks consisting in the occurrence of delays between polarization modes, as well as in the appearance of polarization ellipticity.

Кроме того, недостатком данного измерителя можно отметить то, что его изготовление потребует повышенного расхода трудовых и материальных затрат, поскольку его компоновка достаточно сложная и содержит существенное количество дорогостоящих компонентов, что требует повышения времени на изготовление единицы продукции и соответственно повышает ее себестоимость.In addition, the disadvantage of this meter can be noted that its manufacture will require an increased consumption of labor and material costs, since its layout is quite complex and contains a significant amount of expensive components, which requires an increase in time to produce a unit of production and, accordingly, increases its cost.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения можно считать оптический измеритель высокого напряжения (см. CN 202330527, кл. G01R 15/24, опубл. 2012 г.).The closest analogue of the invention can be considered an optical high voltage meter (see CN 202330527, class G01R 15/24, publ. 2012).

Известный оптический измеритель высокого напряжения содержит полый цилиндрический изолятор с ребристой внешней поверхностью, в центральную часть полости которого помещен чувствительный элемент в виде оптического датчика электрического поля.Known optical high voltage meter contains a hollow cylindrical insulator with a ribbed outer surface, in the Central part of the cavity of which is placed a sensing element in the form of an optical electric field sensor.

Упомянутый оптический датчик электрического поля содержит два связанных между собой оптических кристалла, выполняющих отличающиеся друг от друга измерения, что способствует образованию вихревых токов, потерь на гистерезис и помех, которые могут искажать результаты измерений напряжения, понижая тем самым надежность работы изделия.The said optical electric field sensor contains two interconnected optical crystals that perform different measurements, which contributes to the formation of eddy currents, hysteresis losses and interference, which can distort the voltage measurement results, thereby reducing the reliability of the product.

Технической проблемой (задачей) предлагаемого изобретения является создание измерительной колонны оптического трансформатора напряжения, обладающей высокими технико-эксплуатационными характеристиками, в частности такими, как высокая безопасность и надежность при эксплуатации.The technical problem (task) of the present invention is the creation of a measuring column of an optical voltage transformer with high technical and operational characteristics, in particular such as high safety and reliability during operation.

Техническим результатом предлагаемого изобретения, который объективно проявляется в ходе его использования, является повышение точности измерений и линейности их преобразования, за счет отсутствия влияния помех, приводящих к искажению информации, а также за счет отсутствия вихревых токов и потерь на гистерезис.The technical result of the invention, which is objectively manifested during its use, is to increase the accuracy of measurements and the linearity of their transformation, due to the absence of interference, leading to distortion of information, and also due to the absence of eddy currents and hysteresis losses.

Указанный технический результат, решающий поставленную задачу (техническую проблему), достигается благодаря тому, что измерительная колонна оптического трансформатора напряжения содержит цилиндрический изолятор в полости, которого размещен чувствительный элемент, частью которого является кристалл, при этом кристалл имеет форму стержня, выполненного из кварцевого стекла и установлен продольно в полости изолятора посредством удерживающих кристалл, а также электрически контактирующих с ним электрических модулей, первый из которых содержит первую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на первой торцевой крышке изолятора, а со стороны второй концевой части, содержащей первый мультиконтакт с первой концевой частью кристалла, осуществляющий заземление кристалла, второй электрический модуль содержит вторую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на второй торцевой крышке изолятора посредством второго мультиконтакта, обеспечивающего электрическое соединение между ними, а со стороны второй концевой части со второй концевой частью кристалла посредством третьего мультиконтакта, при этом полость вокруг кристалла заполнена компрессионным электроизоляционным гелем, содержащим полимерные микросферы, заполненные инертным газом, а электрическая прочность геля превышает электрическую прочность воздушной среды.The specified technical result, which solves the problem (technical problem), is achieved due to the fact that the measuring column of the optical voltage transformer contains a cylindrical insulator in the cavity, which contains a sensitive element, of which the crystal is a part, and the crystal has the shape of a rod made of quartz glass and mounted longitudinally in the cavity of the insulator by means of holding the crystal, as well as electrical modules electrically in contact with it, the first of which holds the first hollow part, having the shape of a tube, mounted on the side of the first end part on the first end cover of the insulator, and on the side of the second end part, containing the first multicontact with the first end part of the crystal, grounding the crystal, the second electrical module contains a second hollow part having a tube shape fixed from the side of the first end portion to the second end cap of the insulator by means of a second multicontact, providing electrical connection between them, and from the side the second end part with the second end part of the crystal through the third multi-contact, while the cavity around the crystal is filled with a compression insulating gel containing polymer microspheres filled with an inert gas, and the electric strength of the gel exceeds the electric strength of the air.

Является наиболее предпочтительным, когда чувствительный элемент размещается в центральной части полости изолятора.It is most preferred when the sensing element is located in the central part of the insulator cavity.

Целесообразно если цилиндрический изолятор выполнен из фарфорового или композитного материала.It is advisable if the cylindrical insulator is made of porcelain or composite material.

Предпочтительным вариантом исполнения изобретения является, если в полости изолятора вокруг кристалла размещена защитная диэлектрическая трубка торцевые стенки, которой выполнены с по меньшей мере одним сквозным отверстием для прохода электроизоляционного геля и закреплены на первой и второй полых деталях электрических модулей.A preferred embodiment of the invention is if end walls are placed in the insulator cavity around the crystal and have end walls which are made with at least one through hole for the passage of the electrically insulating gel and are fixed to the first and second hollow parts of the electrical modules.

Эффективно и целесообразно, если защитная диэлектрическая трубка размещена коаксиально по отношению к кристаллу.Effective and appropriate if the protective dielectric tube is placed coaxial with respect to the crystal.

По одному из наиболее предпочтительных вариантов исполнения изобретения на второй торцевой крышке расположен стяжной узел, обеспечивающий дополнительную стяжку первого и второго электрических модулей и кристалла посредством пружинных систем. Такой стяжной узел необходим для дополнительной компенсации температурных линейных расширений элементов измерительной колонны в продольном направлении. Тем самым, с одной стороны стяжной узел дополнительно обеспечит контролируемую стяжку электрических модулей, а с другой стороны, в случае изменения температуры гарантирует, что на кристалл не будет воздействовать механическое усилие больше допустимого.According to one of the most preferred embodiments of the invention, a coupling assembly is located on the second end cover, which provides additional coupling of the first and second electrical modules and the crystal by means of spring systems. Such a clamping unit is necessary for additional compensation of the linear temperature expansion of the elements of the measuring column in the longitudinal direction. Thus, on the one hand, the clamping unit will additionally provide a controlled screed of electrical modules, and on the other hand, in the event of a temperature change, it ensures that the crystal will not be affected by a mechanical force greater than the allowable one.

Является целесообразным, если первая и вторая полые детали, имеющие форму трубки, дополнительно закреплены в цилиндрическом изоляторе при помощи охватывающих их дистанцирующих поперечно ориентированных колец, имеющих конические поверхности, из диэлектрика с выполненными технологическими отверстиями для прохода компрессионного электроизоляционного геля.It is advisable if the first and second hollow parts, having the shape of a tube, are additionally fixed in a cylindrical insulator with the help of spacing transversely oriented rings having conical surfaces, made of dielectric and made with technological holes for the passage of the compression insulating gel.

Замысел предлагаемого изобретения основан на линейном электрооптическом эффекте Поккельса. Оптический трансформатор напряжения измеряет изменение эллиптичности поляризации оптического сигнала в чувствительном элементе измерительной колонны под действием электрического поля, которое создается напряжением, подаваемым на высоковольтный вывод.The idea of the invention is based on the linear electro-optical Pockels effect. The optical voltage transformer measures the change in the ellipticity of the polarization of the optical signal in the sensing element of the measuring column under the influence of an electric field, which is created by the voltage supplied to the high-voltage output.

Предлагаемая измерительная колонна оптического трансформатора напряжения представляет собой цилиндрический изолятор, закрытый с верхнего и нижнего торца герметичными крышками.The proposed measuring column of the optical voltage transformer is a cylindrical insulator, closed from the upper and lower ends by sealed covers.

Габаритные размеры самой колонны изолятора определяются разрядными напряжениями по воздушной части изолятора.The overall dimensions of the insulator column itself are determined by discharge voltages along the air part of the insulator.

Чувствительный элемент, содержащий цилиндрический кристалл из кварцевого стекла, согласно изобретению, располагается на достаточном расстоянии от верхней и нижней крышки изолятора, обеспечивая проведение точных измерений.A sensing element comprising a cylindrical crystal of quartz glass according to the invention is located at a sufficient distance from the upper and lower covers of the insulator, ensuring accurate measurements.

Для компенсации температурных изменений линейных размеров диэлектрической среды в компрессионный электроизоляционный гель, заполняющий полость изолятора, внедрены полимерные микросферы, заполненные инертным газом, находящимся в микросферах под небольшим избыточным давлением при температуре окружающей среды 20°С. Поскольку компрессионный электроизоляционный гель имеет низкую плотность, порядка 0,5 кг/дм3 и высокую вязкость вероятность его протекания из полости сводится к минимуму, поскольку даже в случае механического повреждения целостности изолятора или появления трещин в теле изолятора утечки геля не произойдет, кроме того, применяемый гель препятствует проникновению влаги внутрь изолятора, что повышает надежность и безопасность эксплуатации изделия.To compensate for temperature changes in the linear dimensions of the dielectric medium, polymer microspheres filled with an inert gas located in the microspheres under a slight overpressure at an ambient temperature of 20 ° C were introduced into the compression insulating gel filling the insulator cavity. Since the compression insulating gel has a low density, of the order of 0.5 kg / dm 3 and a high viscosity, the probability of its leakage from the cavity is minimized, since even in the case of mechanical damage to the integrity of the insulator or the appearance of cracks in the insulator body, the gel will not leak; the gel used prevents the penetration of moisture into the insulator, which increases the reliability and safety of operation of the product.

Кристалл из кварцевого стекла закреплен в полости изолятора между полых деталей, имеющих форму трубки, являющихся частью электрических модулей, установленных на нижней и соответственно верхней герметичных крышках изолятора, что обеспечивает однозначное позиционирование и четкое надежное крепление всех указанных элементов.A crystal made of quartz glass is fixed in the cavity of the insulator between hollow tube-shaped parts that are part of electrical modules mounted on the lower and, respectively, upper sealed covers of the insulator, which ensures unambiguous positioning and clear reliable fastening of all these elements.

Согласно изобретению кристалл из кварцевого стекла надежно удерживают и электрически контактируют с ним два электрических модуля, трубка первого из которых закреплена с одной стороны на первой торцевой крышке изолятора, а с другой стороны с концевой частью кристалла, при этом трубка второго электрического модуля закреплена с одной стороны на второй крышке изолятора, а с другой стороны с другой концевой частью кристалла, что позволяет реализовывать электрическую связь между элементами, заземлять, а также передавать высокий потенциал на кристалл, позволяет компенсировать температурные линейные расширения измерительной колонны и минимизировать тем самым возможные помехи и механические воздействия на кристалл, что в свою очередь улучшает линейность преобразования и повышает точность измерений напряжения.According to the invention, a quartz glass crystal is reliably held and electrically contacted by two electrical modules, the tube of the first of which is fixed on one side to the first end cover of the insulator, and on the other hand with the end part of the crystal, while the tube of the second electrical module is fixed on one side on the second cover of the insulator, and on the other hand with the other end part of the crystal, which allows for electrical communication between the elements, grounding, and also transmit high potential to the crystal, allows you to compensate for the linear temperature expansion of the measuring column and thereby minimize possible interference and mechanical stress on the crystal, which in turn improves the linearity of conversion and increases the accuracy of voltage measurements.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но при этом наглядным образом демонстрирует достижение существенными признаками указанного технического результата, решающего указанную техническую проблему (задачу).The present invention is illustrated by a specific example of implementation, which, however, is not the only possible, but at the same time demonstrates the achievement of the essential features of the specified technical result that solves the specified technical problem (task).

На фиг. 1 представлено продольное сечение предлагаемой измерительной колонны оптического трансформатора напряжения.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed measuring column of an optical voltage transformer.

На фиг. 1 показаны следующие элементы и части измерительной колонны оптического трансформатора напряжения:In FIG. 1 shows the following elements and parts of the measuring column of an optical voltage transformer:

1 - кристалл из кварцевого стекла;1 - crystal of quartz glass;

1а - первая концевая часть кристалла;1a - the first end part of the crystal;

1б - вторая концевая часть кристалла;1b - the second end part of the crystal;

2 - полый изолятор из композитного или фарфорового материала;2 - hollow insulator made of composite or porcelain material;

3 - первый мультиконтакт, выполненный многопластинчатым;3 - the first multicontact made multi-plate;

4 - нижний экран;4 - bottom screen;

5 - датчик температуры;5 - temperature sensor;

6 - первая полая деталь, имеющая форму трубки;6 - the first hollow part having the shape of a tube;

6а - первая концевая часть трубки;6a - the first end of the tube;

6б - вторая концевая часть трубки;6b - the second end of the tube;

7 - компрессионный электроизоляционный гель;7 - compression insulating gel;

8 - дистанцирующее кольцо;8 - distance ring;

9 - первая торцевая крышка изолятора;9 - the first end cap of the insulator;

10 - верхний экран;10 - top screen;

11 - третий мультиконтакт, выполненный многопластинчатым;11 - the third multicontact made multi-plate;

12 - вторая полая деталь, имеющая форму трубки;12 is a second hollow part having the shape of a tube;

12а - первая концевая часть трубки;12a - the first end of the tube;

12б - вторая концевая часть трубки;12b - the second end of the tube;

13 - вторая торцевая крышка изолятора;13 - the second end cap of the insulator;

14 - второй мультиконтакт, выполненный многопластинчатым;14 - the second multicontact made multi-plate;

15 - стяжной узел;15 - clamping unit;

16 - герметичный колпак второй торцевой крышки изолятора;16 - sealed cap of the second end cap of the insulator;

17 - защитная диэлектрическая трубка;17 - a protective dielectric tube;

18 - оптоволокно;18 - optical fiber;

19 - первый электрический модуль;19 is a first electrical module;

20 - второй электрический модуль.20 is a second electrical module.

Измерительная колонна оптического трансформатора напряжения содержит цилиндрический изолятор 2 в полости, которого размещен чувствительный элемент, содержащий кристалл 1 из кварцевого стекла.The measuring column of the optical voltage transformer contains a cylindrical insulator 2 in the cavity, which is a sensitive element containing a crystal 1 of quartz glass.

Кристалл 1 имеет форму стержня, выполненного из кварцевого стекла, и закреплен продольно в полости изолятора 2 с помощью двух электрических модулей 19 и 20 соответственно.The crystal 1 has the shape of a rod made of quartz glass and is fixed longitudinally in the cavity of the insulator 2 using two electrical modules 19 and 20, respectively.

Первый электрический модуль 19, в частности, содержит первую полую деталь 6, имеющую форму трубки, в зоне второй концевой части 6б, которой оборудован нижний экран 4 с первым многопластинчатым мультиконтактом 3 и датчиком температуры 5 для корректировки показаний трансформатора напряжения при изменении температуры. Все необходимые соединения первого электрического модуля 19 герметичны.The first electrical module 19, in particular, comprises a first tube-shaped hollow part 6 in the region of the second end portion 6b, which is equipped with a lower screen 4 with a first multi-plate multi-contact 3 and a temperature sensor 5 for adjusting the voltage transformer when temperature changes. All necessary connections of the first electrical module 19 are sealed.

Второй электрический модуль 20, в частности, содержит вторую полую деталь 12, имеющую форму трубки, верхний экран 10, оборудованный в зоне второй концевой части трубки 12б, содержащий третий многопластинчатый мультиконтакт 11, и второй многопластинчатый мультиконтакт 14 первой концевой части трубки 12а. Все необходимые соединения второго электрического модуля 20 также герметичны.The second electrical module 20, in particular, contains a second tube-shaped hollow part 12, an upper screen 10 equipped in the region of the second end portion of the tube 12b, comprising a third multi-plate multi-contact 11, and a second multi-plate multi-contact 14 of the first end of the tube 12a. All necessary connections of the second electrical module 20 are also sealed.

Электрические модули 19 и 20 электрически контактируют с чувствительным элементом, содержащим кристалл 1. Первая полая деталь 6, имеющая форму трубки первого электрического модуля 19 закреплена первой концевой частью 6а на первой торцевой крышке 9 изолятора 2, второй концевой частью 6б в зоне, которой содержится первый мультиконтакт 3, скреплена с первой концевой частью 1а кристалла. Первый многопластинчатый мультиконтакт 3 осуществляет заземление кристалла 1. Вторая полая деталь 12, имеющая форму трубки второго электрического модуля 20, закреплена первой концевой частью 12а на второй торцевой крышке 13 изолятора 2 посредством второго многопластинчатого мультиконтакта 14, обеспечивающего электрическое соединение между ними, а второй концевой частью 12б скреплена со второй концевой частью 1б кристалла посредством третьего многопластинчатого мультиконтакта 11.The electrical modules 19 and 20 are electrically in contact with the sensor element containing the crystal 1. The first hollow part 6, having the shape of a tube of the first electrical module 19, is fixed by the first end part 6a to the first end cover 9 of the insulator 2, the second end part 6b in the area that contains the first multi-contact 3, bonded to the first end portion 1A of the crystal. The first multi-plate multi-contact 3 carries out the grounding of the crystal 1. The second hollow part 12, which is in the form of a tube of the second electrical module 20, is fixed by the first end part 12a to the second end cover 13 of the insulator 2 by means of the second multi-plate multi-contact 14, which provides electrical connection between them, and the second end part 12b is bonded to the second end portion 1b of the crystal by means of a third multi-plate multi-contact 11.

Согласно изобретению полость вокруг кристалла 1 заполнена компрессионным электроизоляционным гелем, содержащим полимерные микросферы, заполненные инертным газом, а электрическая прочность геля превышает электрическую прочность воздушной среды.According to the invention, the cavity around the crystal 1 is filled with a compression insulating gel containing polymer microspheres filled with an inert gas, and the electric strength of the gel exceeds the electric strength of the air.

Первая полая деталь 6, имеющая форму трубки, выполнена из тонкостенной трубы достаточного внутреннего диаметра для прохождения в нее оптоволокна 18 от чувствительного элемента, содержащего кристалл 1 через ее полость для последующего вывода оптоволокна 18 через отверстие первой торцевой крышки 9 при помощи гермозажимов или кабельных вводов.The first hollow part 6, having the shape of a tube, is made of a thin-walled tube of sufficient internal diameter for the passage of optical fiber 18 from the sensing element containing the crystal 1 through its cavity for subsequent withdrawal of the optical fiber 18 through the opening of the first end cover 9 using tighteners or cable entries.

Первая полая деталь 6 первой концевой частью трубки 6а жестко и герметично соединена с первой торцевой крышкой 9, которая заземлена. Как было упомянуто, вторая концевая часть трубки 6б соединена с кристаллом 1 и потенциал земли на него передается с помощью первого многопластинчатого мультиконтакта 3, расположенного в нижнем экране 4, оборудованным в зоне второй концевой части 6б трубки. Внутри нижнего экрана 4 расположен датчик температуры 5, служащий для возможной корректировки показаний трансформатора напряжения при изменении температуры. Все соединения второй концевой части 6б трубки герметичны. Вторая полая деталь 12, имеющая форму трубки, также выполнена из тонкостенной трубы. Как было упомянуто ранее, вторая концевая часть трубки 12б соединена со второй концевой частью 1б кристалла 1 посредством третьего многопластинчатого мультиконтакта 11, размещенного в проточке верхнего экрана 10, оборудованного в зоне второй концевой части трубки 12б. Первая концевая часть трубки 12а проходит через отверстие, выполненное во второй торцевой крышке 13, в этом же отверстии имеется проточка, внутри которой размещен второй многопластинчатый мультиконтакт 14, закрепляющий первую концевую часть трубки 12а и создающий также электрическое соединение между второй торцевой крышкой 13, находящимся под высоким потенциалом и второй полой деталью 12, имеющей форму трубки. Указанные конструктивные особенности позволяют реализовывать электрическую связь между элементами, заземлять, а также передавать высокий потенциал на кристалл 1, позволяют компенсировать температурные линейные расширения всей конструкции и минимизировать тем самым возможные помехи и механические воздействия на чувствительный элемент, что, в свою очередь, улучшает линейность преобразования и повышает точность измерений напряжения.The first hollow part 6 of the first end part of the tube 6A is rigidly and hermetically connected to the first end cover 9, which is grounded. As mentioned, the second end part of the tube 6b is connected to the crystal 1 and the earth potential is transmitted to it using the first multi-plate multi-contact 3 located in the lower screen 4, equipped in the zone of the second end part 6b of the tube. Inside the lower screen 4 there is a temperature sensor 5, which serves for the possible adjustment of the voltage transformer when the temperature changes. All connections of the second end portion 6b of the tube are sealed. The second hollow part 12, having the shape of a tube, is also made of a thin-walled pipe. As mentioned earlier, the second end part of the tube 12b is connected to the second end part 1b of the crystal 1 by means of a third multi-plate multi-contact 11 located in the groove of the upper screen 10, equipped in the area of the second end part of the tube 12b. The first end part of the tube 12a passes through an opening made in the second end cap 13, in the same hole there is a groove, inside which a second multi-plate multi-contact 14 is placed, securing the first end part of the tube 12a and also creating an electrical connection between the second end cap 13 located under high potential and a second hollow tube-shaped part 12. These design features allow you to implement electrical communication between the elements, ground, and also transfer high potential to the crystal 1, allow you to compensate for the linear temperature expansion of the entire structure and thereby minimize possible interference and mechanical stress on the sensitive element, which, in turn, improves the linearity of conversion and improves the accuracy of voltage measurements.

Для придания конструкции колонны большей механической прочности вторая полая деталь 12, имеющая форму трубки, дополнительно закреплена в цилиндрическом изоляторе 2 при помощи охватывающего ее дистанцирующего поперечно ориентированного кольца 8, имеющего коническую поверхность из диэлектрика с выполненными технологическими отверстиями для прохода компрессионного электроизоляционного геля.To give the column structure more mechanical strength, the second hollow part 12, having the shape of a tube, is additionally fixed in a cylindrical insulator 2 by means of a spacing transversely oriented ring 8 that has a conical surface made of a dielectric with technological holes for the passage of the compression insulating gel.

На второй торцевой крышке 13 изолятора с внешней стороны в герметичном относительно атмосферы колпаке 16 расположен стяжной узел 15, обеспечивающий дополнительную стяжку первого 19 и второго 20 электрических модулей вместе с чувствительным элементом, содержащим кристалл 1 посредством пружинных систем.On the second end cap 13 of the insulator from the outside in the cap 16, which is sealed relative to the atmosphere, there is a clamping unit 15, which provides an additional coupler of the first 19 and second 20 electrical modules together with the sensing element containing the crystal 1 by means of spring systems.

Ввиду того, что кристалл 1 имеет низкую механическую прочность для его защиты от нежелательных механических воздействий (при перевозке, монтажных работах), он помещен в защитную диэлектрическую трубку 17, торцевые стенки которой выполнены с по меньшей мере одним сквозным отверстием для прохода электроизоляционного геля и закреплены на первой 6 и второй 12 полых деталях электрических модулей 19 и 20. Диаметр защитной диэлектрической трубы 17 подбирается таким образом, чтобы минимизировать электрические напряженности как на поверхности самой трубки 17, так и на поверхностях кристалла 1 и полого изолятора 2. Жесткое соединение с первой полой деталью 6 и второй полой деталью 12 позволяет механически разгрузить чувствительный элемент 1 в виде кристалла.Due to the fact that the crystal 1 has a low mechanical strength to protect it from unwanted mechanical influences (during transportation, installation works), it is placed in a protective dielectric tube 17, the end walls of which are made with at least one through hole for the passage of the electrically insulating gel and fixed on the first 6 and second 12 hollow parts of the electrical modules 19 and 20. The diameter of the protective dielectric pipe 17 is selected so as to minimize electrical stresses on the surface itself cuttings 17 and on the surfaces of the crystal 1 and the hollow insulator 2. The rigid connection with the first hollow part 6 and the second hollow part 12 allows to mechanically unload the sensor element 1 as a crystal.

Принцип работы предлагаемого оптического измерительного трансформатора напряжения основан на линейном электрооптическом эффекте Поккельса. Оптический трансформатор напряжения измеряет изменение эллиптичности поляризации оптического сигнала в чувствительном элементе, содержащем кристалл 1 измерительной колонны под действием электрического поля, которое создается напряжением, подаваемым на высоковольтный вывод.The principle of operation of the proposed optical measuring voltage transformer is based on the linear electro-optical Pockels effect. An optical voltage transformer measures the change in the ellipticity of the polarization of the optical signal in a sensing element containing a crystal 1 of the measuring column under the influence of an electric field, which is created by the voltage supplied to the high-voltage output.

В нижней части измерительной колонны под первой торцевой крышкой 9 полого изолятора 2 устанавливается коммутационная коробка, в которой происходит соединение оптоволокна 18 от чувствительного элемента, содержащего кристалл 1, и от датчика температуры 5 сигнал, по которому передается в электронный блок управления, в котором происходит прием и обработка сигнала и формирование потока данных, которые в свою очередь передаются далее как в цифровом, так и в аналоговом виде.In the lower part of the measuring column, under the first end cover 9 of the hollow insulator 2, a junction box is installed in which the fiber 18 is connected from the sensor element containing the crystal 1, and from the temperature sensor 5 a signal is transmitted through which to the electronic control unit in which the reception and signal processing and the formation of a data stream, which in turn are transmitted further in both digital and analog form.

Изобретение найдет широкое применение в области электроэнергетики в качестве измерительного средства высокого напряжения на высоковольтных линиях электропередач.The invention will find wide application in the field of electric power industry as a measuring means of high voltage on high-voltage power lines.

Claims (7)

1. Измерительная колонна оптического трансформатора напряжения, содержащая цилиндрический изолятор, в полости которого размещен чувствительный элемент, частью которого является кристалл, отличающаяся тем, что кристалл имеет форму стержня, выполненного из кварцевого стекла, и установлен продольно в полости изолятора посредством удерживающих кристалл, а также электрически контактирующих с ним электрических модулей, первый из которых содержит первую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на первой торцевой крышке изолятора, а со стороны второй концевой части, содержащей первый многопластинчатый контакт, с первой концевой частью кристалла, осуществляющий его заземление, второй электрический модуль содержит вторую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на второй торцевой крышке изолятора посредством второго многопластинчатого контакта, обеспечивающего электрическое соединение между ними, а со стороны второй концевой части со второй концевой частью кристалла посредством третьего многопластинчатого контакта, при этом полость вокруг кристалла заполнена компрессионным электроизоляционным гелем, электрическая прочность которого превышает электрическую прочность воздушной среды, а полимерные микросферы заполнены инертным газом.1. The measuring column of an optical voltage transformer, containing a cylindrical insulator, in the cavity of which is placed a sensing element, a part of which is a crystal, characterized in that the crystal has the shape of a rod made of quartz glass and is installed longitudinally in the cavity of the insulator by means of holding the crystal, and electrically contacting electrical modules, the first of which contains a first hollow part having a tube shape, fixed from the side of the first end part to the insulator end cap, and from the side of the second end part containing the first multi-plate contact, with the first end part of the crystal, grounding it, the second electrical module contains a second hollow part, having the form of a tube, mounted on the side of the first end part on the second end cap of the insulator by means of a second multi-plate contact, providing electrical connection between them, and from the side of the second end part to the second end part of the crystal by means of a third m ogoplastinchatogo contact, wherein the cavity is filled around the chip compression insulating gel, the dielectric strength of which exceeds the dielectric strength of air, and polymeric microspheres filled with inert gas. 2. Измерительная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что чувствительный элемент преимущественно размещен в центральной части полости изолятора.2. The measuring column according to claim 1, characterized in that the sensitive element is mainly located in the Central part of the cavity of the insulator. 3. Измерительная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрический изолятор выполнен из фарфорового или композитного материала.3. The measuring column according to claim 1, characterized in that the cylindrical insulator is made of porcelain or composite material. 4. Измерительная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что в полости изолятора вокруг кристалла размещена защитная диэлектрическая трубка, торцевые стенки которой выполнены с по меньшей мере одним сквозным отверстием для прохода электроизоляционного геля и закреплены на первой и второй полых деталях электрических модулей.4. The measuring column according to claim 1, characterized in that a protective dielectric tube is placed in the cavity of the insulator around the crystal, the end walls of which are made with at least one through hole for the passage of the electrical insulation gel and are mounted on the first and second hollow parts of the electrical modules. 5. Измерительная колонна по п. 4, отличающаяся тем, что защитная диэлектрическая трубка размещена коаксиально по отношению к кристаллу.5. The measuring column according to claim 4, characterized in that the protective dielectric tube is placed coaxially with respect to the crystal. 6. Измерительная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что на второй торцевой крышке расположен стяжной узел, обеспечивающий контролируемую стяжку первого и второго электрических модулей и кристалла посредством пружинных систем.6. The measuring column according to claim 1, characterized in that on the second end cover there is a clamping unit, which provides a controlled coupler of the first and second electrical modules and the crystal by means of spring systems. 7. Измерительная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что первая и вторая полые детали, имеющие форму трубки, дополнительно закреплены в цилиндрическом изоляторе при помощи охватывающих их дистанцирующих поперечно ориентированных колец, имеющих конические поверхности из диэлектрика с выполненными технологическими отверстиями для прохода компрессионного электроизоляционного геля.7. The measuring column according to claim 1, characterized in that the first and second hollow parts, having the shape of a tube, are additionally fixed in a cylindrical insulator by means of spacing transversely oriented rings having conical surfaces made of dielectric with technological holes for the passage of the compression insulating gel.
RU2016148918A 2016-12-13 2016-12-13 Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels RU2635831C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148918A RU2635831C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148918A RU2635831C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2635831C1 true RU2635831C1 (en) 2017-11-16

Family

ID=60328553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148918A RU2635831C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635831C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108828493A (en) * 2018-06-21 2018-11-16 清华大学 The method that elimination temperature and other phase electric fields influence optical voltage transformer precision
CN111089998A (en) * 2019-12-19 2020-05-01 北京航天时代光电科技有限公司 Novel compound interior cone-type optical voltage transformer
RU2752643C1 (en) * 2018-03-27 2021-07-29 Цзянсу Шимер Электрик Ко., Лтд. Support insulator and insulating support

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578639A (en) * 1984-03-02 1986-03-25 Westinghouse Electric Corp. Metering system for measuring parameters of high AC electric energy flowing in an electric conductor
US5715058A (en) * 1994-05-09 1998-02-03 Abb Research Ltd. Method and device for the optical determination of a physical quantity
US6016053A (en) * 1996-08-26 2000-01-18 Abb Patent Gmbh Gas-insulated switchgear with voltage transformer and optical measuring element
US6281672B1 (en) * 1996-08-30 2001-08-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical current transformer
RU111680U1 (en) * 2011-05-20 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Профессиональная линия" DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES
RU113587U1 (en) * 2011-07-07 2012-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ", Московский энергетический институт, МЭИ) THREE-PHASE AUTONOMOUS AUTOMATIC COMPLETE MEASURING DEVICE FOR CONTROL AND METERING OF ELECTRIC POWER IN HIGH VOLTAGE NETWORKS
RU2579541C1 (en) * 2015-02-25 2016-04-10 Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Voltage meter based on pockels effect

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578639A (en) * 1984-03-02 1986-03-25 Westinghouse Electric Corp. Metering system for measuring parameters of high AC electric energy flowing in an electric conductor
US5715058A (en) * 1994-05-09 1998-02-03 Abb Research Ltd. Method and device for the optical determination of a physical quantity
US6016053A (en) * 1996-08-26 2000-01-18 Abb Patent Gmbh Gas-insulated switchgear with voltage transformer and optical measuring element
US6281672B1 (en) * 1996-08-30 2001-08-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical current transformer
RU111680U1 (en) * 2011-05-20 2011-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Профессиональная линия" DEVICE FOR VOLTAGE MEASUREMENT ON HIGH VOLTAGE ELECTRIC TRANSMISSION LINES
RU113587U1 (en) * 2011-07-07 2012-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ", Московский энергетический институт, МЭИ) THREE-PHASE AUTONOMOUS AUTOMATIC COMPLETE MEASURING DEVICE FOR CONTROL AND METERING OF ELECTRIC POWER IN HIGH VOLTAGE NETWORKS
RU2579541C1 (en) * 2015-02-25 2016-04-10 Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Voltage meter based on pockels effect

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752643C1 (en) * 2018-03-27 2021-07-29 Цзянсу Шимер Электрик Ко., Лтд. Support insulator and insulating support
US11430586B2 (en) 2018-03-27 2022-08-30 Jiangsu Shemar Electric Co., Ltd. Post insulator and insulated support post
CN108828493A (en) * 2018-06-21 2018-11-16 清华大学 The method that elimination temperature and other phase electric fields influence optical voltage transformer precision
CN111089998A (en) * 2019-12-19 2020-05-01 北京航天时代光电科技有限公司 Novel compound interior cone-type optical voltage transformer
CN111089998B (en) * 2019-12-19 2022-08-12 北京航天时代光电科技有限公司 Novel compound interior cone-type optical voltage transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2567404C2 (en) High-voltage sensor with electrodes overlapping electrodes along axis
RU2635831C1 (en) Optical measuring voltage transformer based on electro-optical effect of pockels
US6252388B1 (en) Method and apparatus for measuring voltage using electric field sensors
Bohnert et al. Fiber-optic current and voltage sensors for high-voltage substations
US9759755B2 (en) High voltage measurement systems
US7467548B2 (en) Radar level gauge system and coupling
US6140810A (en) Fiber-optic voltage sensor for outdoor high-voltage installations
KR101489187B1 (en) Gas-insulated switchgear device with optical current sensor
EP3002594A1 (en) Voltage sensing device
WO2016146193A1 (en) Assembly of gas-tight compartment and optical voltage sensor
CA2398082C (en) Voltage sensor
US5359491A (en) Capacitive sensor comprising a conductive front surface for forming a capacitor plate, and a coaxial cable shielded by a mineral insulator
AU2008359890A1 (en) High voltage AC/DC or DC/AC converter station with fiberoptic current sensor
CN101680918B (en) Optical VT device
US3870951A (en) Moisture measuring probe
JP2011529675A (en) Generator circuit breaker with fiber optic current sensor
CN104360124A (en) Passive electronic current transformer used for integrated intelligent isolation circuit breaker
CN204314361U (en) A kind of passive electrical type current transformer for integrated-type intelligent isolation circuit breakers
CN102645286B (en) Built-in ring support temperature measuring device
KR100882562B1 (en) Electrical measuring insulator
CN110031789A (en) The gamut caliberating device and scaling method of high-voltage nanosecond pulse divider scale factor
EP4081809B1 (en) Photonic voltage transducer
RU198558U1 (en) ACOUSTIC CONVERTER
JP2010068665A (en) Optical voltage measuring apparatus
CN112835106A (en) Non-polarized receiving electrode structure