[发明专利]高电压测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及高电压测量系统，更具体地涉及无接触、基于电缆的交流高电压测量系统。

背景技术

一般来说，测量高和中等电压传输和分配系统中的交流电压具有四种主要方法，即：磁方法，其中例如使用电位变压器；利用电位分压器或使用阻抗的抽头的方法；利用普克尔盒和液晶等光学方法；以及利用电场仪(field mills)的机械方法。另外，这些方法可组合以提供测量高和中等交流电压的进一步方法。

高电压系统中的电压测量传统地是使用电位变压器或电容耦合的电位变压器来作出的。这些设备不但大而且昂贵，使它们无法在许多场合中得到广泛使用。另外，由于这些类型的变压器均需要直接连接至高电压导体，因此需要在现场投入广泛的安全防范以确保提供必要的隔离需求。

电阻性或电容性的分压器是当较低的测量精度可接受时所使用的二等设备。电阻性分压器的缺点在于，需要与高电压导体的电流连接。然而，可将电容性分压器实现为使所需的与高电压的隔离通过已有的安装来提供。

测量高电压电缆上的电位的电容性方法是已知的。

在DE-A-3702735中，描述了一种在电缆上构造电容性元件和电容性分压器以使沿电缆系统的任何位置处的线电压可被测得的方法。在这种方法中，高电压电容器的介电强度是通过电缆本身的导体绝缘性确定的，并且随后可通过在电缆网络中的任何点采用特别形状的连接衬套或电缆终端来安装分压器，以允许在电缆网络中的任何数量的测试点处进行连续的电压测量。

然而，该方法的缺点在于，电缆中的电场可能因所添加的结构受到干扰，并由于没有现代技术水平的中等电压电缆中所存在的半导体层而使其使用年限打了折扣。如本领域内技术人员公知的，术语“半导体层”意指电阻性材料，通常指碳充聚合物。在一些情形下，它可以是非线性材料，其电阻率随着增加的电压而减小。现代高电压电缆使用这些层来防止电缆中的电场不连续性，并由此提高可靠性和允许使用较薄的电介质。此外，该方法基于完全电容性分压器，并因此提供基于电压的输出。此外，这些方法对湿气污染或对地面导电性的增加(即使非常少量)的任何其它影响极为敏感。这意味着，即使极少量的污染也会导致所进行的任何测量有显著的误差。这使机械构造的完整性对在设备的使用年限保持稳定而言是关键的。

在US-A-5051733中，描述了在已有电缆上构造一种电容性元件以感测高电压电路附近的杂散电场的方法。该电容性元件包括在已有电缆上增设的半导体层和加至半导体层的接触层。这种配置用于借助各绝缘导体而连接的矿区电力中心或开关室内的高电压电路。这些绝缘导体一般不被任何四周的导电层所屏蔽，其结果，与导体的高电压通电关联的电场延伸超出了电缆本身至电力中心围栏内的其它相导体和周围的接地表面。这里，这些杂散电场被用来提供高电压导体被通电的直观指示。效果上，电容器被构筑在绝缘导体周围并且这提供通过气体放电灯至地面的高阻抗电路。当高电压电路被通电时，通过电容器的电流足以使放电管发出辉光，由此向维护人员提供可视警告。

然而，这种方法的缺点在于，需要将半导体层和接触材料层加至之前已有的电缆。另外，没有接地的静电屏蔽被纳入到系统中。因此，由于邻近的设备和/或其它导体将存在干扰。另外，层的增加可能形成总体构造的精确性和稳定性的问题，这使该配置的长期稳定性变得不可预测。此外，所描述的配置旨在提供不是针对电压测量的指示设备。

US-A-5065142描述了一种在与US-A-5051733类似的已有电缆上构造电容性元件的方法。提供了导体的扩口分段以在边缘处产生柔和的电场分布。具有在预定电压下雪崩击穿的特征的电容器和氖灯泡或其它气体放电灯泡与整流器并联。可选择地，压电或其它类型的声音发生设备可与氖灯泡串联。当中央导线在1000伏AC或更高电压下被通电时，灯泡闪烁，并且可选用的声音发生器激活，这些均发生在与沿绝缘的外部包鞘的长度有关的频率处。

US-A-4241373描述一种开关装置组件，该开关装置组件包括真空中断器、电流转换器以及电容性电压传感器，它们全部嵌入在环氧树脂铸造的壳体内，该环氧树脂浇铸的壳体被安装至稳固接地的支承结构。这种技术的缺点是，它需要将该单元制造成设备包括具有其相关隔离的高电压导体的铸造本体的一部分，并且在之后的日子无法实现独立的电容性元件。