电压传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电网的高压或中压载电导体的电压传感器(1)，该载电导体诸如电力缆线的内导体或缆线连接器或汇流条。电压传感器具有管状形状和轴向通道(40)，该轴向通道可接收导体。电压感测装置包括a)径向内电极(20)，能够用作感测载电导体的电压的感测电容器的第一感测电极，b)径向外电极(30)，能够用作感测电容器的第二感测电极，以及c)实心载体元件(10)，该实心载体元件的至少第一部分被布置在内电极和外电极之间，该第一部分能够用作感测电容器的电介质。传感器可被容纳于缆线附件中。载体元件可包含陶瓷材料以提高准确度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于电网中的高压或中压的传感器。特别地，本专利技术涉及用于感测高压或中压载电导体中的电压的传感器，该载电导体诸如电力配送网络如国家电网中的电力缆线。本专利技术还涉及可与传感器一起使用的缆线连接器，包括传感器的缆线附件，以及传感器与缆线连接器或与电力缆线的组合。本专利技术还涉及电压传感器在缆线连接器上的布置方法。电力网的操作者使用电压和电流传感器在传感器的安装位置和各个缆线上监测电力网的状态。在英国专利GB1058890中描述了一种用于高压和中压电力缆线的电压传感器的示例，其中缆线的绝缘导体和场感测探针电极由保护电极围绕，并且其中保护电极和探针电极连接到高增益放大器的输入端子。电容式电压传感器特别适用于高压应用，因为它们能够避免缆线的内导体或连接至该内导体的连接器与传感器的元件之间的流电耦接。欧洲专利申请EP0882989A1描述了一种高压电容传感器，其中隔离室由均匀电介质诸如玻璃或玻璃状陶瓷制成。隔离段厚度决定了分压器的分离因子。电压传感器应当有利地较小。小尺寸可以使传感器放置于缆线附件内，例如，置于电缆端子内、可分离连接器内或缆线接头内。置于缆线附件内的传感器免于受到附件外壳环境的影响。中国未经审查的专利申请CN102543427示出了具有陶瓷电介质和中间通孔的环形电容器。然而，电极的交错布置方式不见得节省空间。欧洲专利申请EP0172634A1讨论了适用于测量架空电力线的电压的高压电容器。电容器电介质被直接安装于电力线导体上，其用作电容器的一个电极。然而，传感器看起来过大而无法装配到典型的缆线附件中。特别地，传感器的形状应当使载电导体诸如缆线或缆线连接器与传感器相结合，以相对于导体具有较小的直径。小直径一般可以是有利的，例如，当导体和传感器的组合容纳于缆线附件时，如上所述，而且当缆线连接至开关设备的衬套时，因为开关设备上的衬套彼此被置于一定的距离处。如果例如第一电力缆线与传感器结合的直径较大，则第二缆线可能由于空间不足而无法连接到相邻衬套。为避免处于电接地的传感器的元件和处于高压或中压的其他元件之间发生电击穿和放电，已知传感器采用相对较厚的电绝缘材料层。已知传感器在感测电容器的电极之间使用厚的电介质层。由于这一原因，许多已知的电容式电压传感器过大而无法装配在缆线附件内。特别地，它们过大而无法重新装配在大多数现有缆线附件内。本专利技术试图解决这一问题。本专利技术提供了一种用于电网的高压或中压载电导体诸如电力缆线的内导体或缆线连接器或汇流条的电压感测装置，该电压感测装置具有管状形状以及限定轴向和径向的轴向通道，该通道能够接收载电导体，该电压感测装置包括a)径向内电极，其用作用于感测载电导体的电压的感测电容器的第一感测电极，b)径向外电极，其用作感测电容器的第二感测电极，c)实心载体元件，其至少第一部分被布置在内电极和外电极之间，该第一部分用作感测电容器的电介质。根据本专利技术的电压感测装置具有管状形状并且包括径向内(“内”)电极和径向外(“外”)电极以及轴向通道。该通道能够接收载电导体，诸如电缆缆线的内导体或缆线连接器。这可以形成节省空间的传感器元件布置方式，使得传感器足够小以布置在缆线附件中。该电压感测装置可包括两个或更多个外壳，这些外壳可彼此接合以形成具有管状形状的电压感测装置。这可使电压感测装置围绕载电导体布置在与载电导体的一端距离较远处。在高压或中压电容传感器中，一个电极通常处于高压，而其他电极则处于低压或电接地。高压电极和低压电极保持足够好的电隔离对于避免电极之间发生电击穿非常重要。电极之间的此类击穿可通过布置在电极之间的材料发生，即，通过感测电容器的电介质发生。电极之间的击穿还可沿电介质的表面发生(“表面击穿”)。特别是对于几何尺寸较小的传感器，难以提供足够的强度以避免表面击穿，即，电极之间沿表面的电击穿。本专利技术也试图解决这一问题。在一个方面，本专利技术提供了如上所述的电压感测装置，其中内电极在第一轴向上向上延伸至内电极边缘，其中外电极在第一轴向上向上延伸至外电极边缘，并且其中载体元件被成形为使得沿载体元件的表面在外电极边缘和内电极边缘之间的几何最短路径具有至少3毫米的长度。载体元件被成形为使得电极的边缘之间沿载体元件表面的最短表面击穿路径或表面放电路径为3mm或更长，提供更高的表面击穿强度，并有助于确保足够大的电阻，以免沿载体元件表面发生电击穿。对于中压和高压感测，利用3mm或更大的路径长度降低了表面击穿的风险。已显示，较短的路径长度在某些情况下将增加表面击穿的风险。为保持较小的传感器几何尺寸，期望最大程度缩短内电极和外电极之间的几何径向距离，即，最大程度减小电介质的厚度。然而，厚度必须足以最大程度降低电极之间通过电介质的电击穿风险。本专利技术试图在保持传感器的电阻足以避免通过电介质发生电击穿的同时最大程度减小传感器的几何尺寸。为此，在一个方面，本专利技术提供了如上所述的电压感测装置，其中外电极在电压感测装置的轴向纵切面视图中具有弯曲的外形，使得外电极的中心部分比外电极边缘在径向上更靠近通道的中心轴线。弯曲的外形可为有利的，以便降低内电极和外电极之间发生电击穿的风险。沿传感器的轴向纵向截面上截取的外电极的弯曲外形可用于控制几何应力。弯曲形状可降低外电极边缘处的场浓度。从而，降低电极之间通过电介质发生电击穿的风险。利用该措施弯曲外电极轮廓可减小电极之间的间距。继而可节省空间并可使传感器的尺寸更小。在一个具体实施方案中，弯曲的外形可具有直段和与直段相邻的一个或两个或更多个弯曲段。弯曲段可在背向中心通道的方向上弯曲。或者，外电极可在电压感测装置的轴向纵切面视图中具有直的外形，使得外电极的所有部分在径向上与通道的中心轴线具有相等的距离。直的外形对于保持电压感测装置的总体尺寸较小可能是有利的，并且其可对于制造过程特别经济有效。在特定的轴向上，内电极向上延伸至边缘(“外电极边缘”)。内电极边缘和外电极边缘可以被布置在相同轴向位置中。根据通过载电导体的负载电流不同，载电导体的温度可为环境温度或远高于环境温度。一些高压缆线在80℃或更高温度下工作。被布置成靠近缆线的内导体的传感器或在其通道中接收内导体的传感器的温度将随缆线的温度变化而变化，即，将随内导体变冷或变热而变冷或变热。从而，传感器尺寸，特别是内电极和外电极之间的径向距离，将随缆线的温度变化而变化。这一几何变化导致由两个电极和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电网的高压或中压载电导体(230,231,245)诸如电力缆线(240)的内导体(245)或缆线连接器(230,231)或汇流条的电压感测装置(1,2,3,4)，所述电压感测装置具有管状形状和限定轴向和径向(110,120)的轴向通道(40)，所述通道能够接收所述载电导体，所述电压感测装置包括a)径向内电极(20)，所述径向内电极能够用作用于感测所述载电导体的电压的感测电容器(800)的第一感测电极，b)径向外电极(30,31,34)，所述径向外电极能够用作所述感测电容器的第二感测电极，c)实心载体元件(10,11,12)，所述实心载体元件的至少第一部分(160)布置在所述内电极和所述外电极之间，所述第一部分能够用作所述感测电容器的电介质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 EP 13198139.11.一种用于电网的高压或中压载电导体(230,231,245)诸如电力缆线
(240)的内导体(245)或缆线连接器(230,231)或汇流条的电压
感测装置(1,2,3,4)，所述电压感测装置具有管状形状和限定轴向
和径向(110,120)的轴向通道(40)，所述通道能够接收所述载电
导体，
所述电压感测装置包括
a)径向内电极(20)，所述径向内电极能够用作用于感测所述载电
导体的电压的感测电容器(800)的第一感测电极，
b)径向外电极(30,31,34)，所述径向外电极能够用作所述感测电
容器的第二感测电极，
c)实心载体元件(10,11,12)，所述实心载体元件的至少第一部分
(160)布置在所述内电极和所述外电极之间，所述第一部分能
够用作所述感测电容器的电介质。
2.根据权利要求1所述的电压感测装置，其中所述通道限定中心轴线
(100)，并且其中所述外电极与所述中心轴线在任何轴向位置处的
最大径向距离小于50毫米。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测装置，其中在任意轴向
位置处的一个径向上测量的所述内电极和所述外电极之间的所述径
向距离为54毫米或更小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测装置，其中所述径向内
电极在第一轴向(110a)上向上延伸至内电极边缘(140)，其中所
述径向外电极在所述第一轴向(110a)上向上延伸至外电极边缘
(150)，并且其中所述载体元件被成形为使得所述外电极边缘和所
述内电极边缘之间沿所述载体元件的表面的几何最短路径(90)具
有至少3毫米的长度。
5.根据权利要求4所述的电压感测装置，其中所述载体元件包括在至
少一个轴向纵切面视图中的突出部(70,80)，使得所述载体元件被

\t成形为使得所述外电极边缘和所述内电极边缘之间沿所述载体元件
的表面的所述几何最短路径具有至少3毫米的长度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测装置，其中所述外电极
(31)在所述电压感测装置的轴向纵切面视图中具有弯曲的外形，
使得所述外电极的中心部分(32)比所述外电极边缘(150)在径向
上更靠近所述通道的中心轴线(100)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测装置，其中所述载体元
件包含在20℃下热膨胀系数小于5×10-61/K的材料，诸如陶瓷材
料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测装置，其中所述电压感
测装置包括导电接触元件(300,330,400)，所述导电接触元件电连
接到所述内电极或所述外电极，以用于以机械的方式和电的方式接
触接收于所述通道中的载电导体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电压感测装置，其中所述载体元
件包含选自以下的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·格雷弗曼，塞巴斯蒂安·埃格特，迈克尔·佩特里，维尔纳·勒林，弗里德里希·布泽曼，贝恩德·舒伯特，格哈德·洛迈尔，迈克尔·H·斯塔尔德，延斯·魏克霍尔德，雷纳·雷肯，安德烈亚·萨博，克里斯蒂安·魏因曼，迪潘克尔·高希，姜明灿，克里斯托弗·D·谢贝斯塔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US