[发明专利]具有轴向重叠电极和局部场传感器的高压传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量第一和第二接触点之间的电压的电压传感器，特别地涉及具有在这些接触点之间延伸的例如绝缘材料主体的绝缘体以及具有布置在所述主体中的电极的电压传感器。本发明还涉及串联布置的若干这样的电压传感器的组装件。

背景技术

光学高压传感器通常依赖例如Bi₄Ge₃O₁₂（BGO）的晶状材料中的电光效应（Pockels效应）[1]。施加的电压在传播通过晶体的两个正交线性偏振光波之间引入差分光学相移。该相移与电压成比例。在晶体末端处，光波通常在偏振器处干涉。所得的光强度起到相移并且从而电压的测量的作用。

US 4,904,931[2]和US 5,715,058[3]公开了传感器，其中在单个BGO晶体的长度上施加全线路电压（多达若干个100kV）[1]。用于从所得的调制图样检索施加电压的方法在[4]中描述。优点是传感器信号对应于真实电压（即沿晶体的电场的线积分）。然而，晶体处的电场强度非常高。为了获得足够的介电强度，晶体安装在中空高压绝缘体中，其由用SF₆气体在压力下填充的光纤增强环氧树脂制成用于电绝缘。绝缘体直径足够大以使绝缘体外的空气中的场强度保持在临界极限以下。

在EP 0 316 635[5]中，在使用例如在EP 0 316 619[6]中更详细描述的那些的压电感测元件通过多个局部电场测量估算施加电压的方面描述传感器。利用压电晶体的正确的选择和取向，仅测量电场的一个分量并且从而对外部场扰动的灵敏度下降。相似的概念已经在US 6,140,810[7]中描述。然而，在这里，单独的压电感测元件配备有场转向电极并且与电导体连接使得执行电场的全积分。在若干晶体之间划分电压使峰值电场降低使得细长的绝缘体足以提供需要的介电强度。

US 6,252,388[8]和US 6,380,725[9]进一步描述了使用沿中空高压绝缘体的纵轴安装在选择位置处的若干小的电光晶体的电压传感器。这些晶体测量它们位点处的电场。这些局部场测量的总和起到施加于绝缘体的电压的近似的作用。这里，给定电压处的场强度明显低于具有[2]的设计的并且具有以大气压力的氮的绝缘是足够的。然而，因为传感器不测量场的线积分但从地与高压之间的一些选择点处的场强度得到信号，用于使电场分布稳定的额外的测量（介电常数屏蔽或电阻屏蔽）是必需的以避免过多的近似误差[9]。

上文的概念的缺点是需要昂贵的大型高压绝缘体。外部尺寸与对应的常规感应电压互感器或电容性分压器中的一些相似。从而，这样的光学传感器的吸引力受到限制。

参考文献[10]和[11]描述了如在[2，3]中的类型的电光电压传感器，但具有嵌入硅酮内的电光晶体。从而避免大型中空高压绝缘体和SF₆气体绝缘。如在[7]中的，电压可在若干晶体上分区。

当仅测量总电压的一部分时，可以使用更紧凑的集成传感器，例如参见US 5,029,273[12]。

用于从测量信号提取电光相位调制的各种技术是已知的：如上文描述的，在[4]中使用的技术依赖超过电光晶体的半波电压的施加电压。此外，需要正交信号或用于实现不模糊输出的一些其他手段。该技术的优点是可以使用标准单模（SM）或多模（MM）光纤将光从光源引导到传感器晶体－即，不需要保偏（PM）光纤。对测量获得线性偏振所需要的偏振器可以并入感测元件中。同样，到检测器的返回光纤可以是非PM光纤。

对于比晶体半波电压低得多的电压，另一个偏振测定技术在[13]中公布。该技术特别适合于使用局部场传感器的测量。这些传感器仅测量总线路电压的一部分，其比用全积分测量的电压小得多。

用于基于非互易相位调制检索电光相移的技术从光纤陀螺仪知道[14]并且对于光纤电流传感器也已经描述[15]。它已经适合于与压电和电光电压传感器一起使用[16，17]。它特别适合于小的相移，但对于安置在高压绝缘体中的感测元件和光学相位调制器（典型地位于光源和检测器附近）之间的链路一般需要使用PM光纤。

另一个概念从高压套管知道。在高压系统中通常需要使高压导体通过其他导电部件或在其他导电部件附近，这些导电部件处于地电势（例如在电力变压器处）。由于该目的，高压导体包含在馈通绝缘体内。该绝缘体包含与高压导体同轴并且互相绝缘的若干层金属箔。通过适当地选择金属箔的单独的圆柱的长度，电场在套管内和附近的分布可以采用从高压电势到地电势的相对均匀电压降沿套管的外表面出现这样的方式而控制[18，19]。

发明内容