改善光学电压互感器内电场分布的介质包裹法的制作方法

本发明涉及一种改善光学电压互感器内电场分布的介质包裹法。

背景技术：

光学电压互感器能够有效地克服传统电磁式电压互感器的缺点，适应电力系统智能化的发展，具有广阔的应用前景。光学电压互感器的核心是基于Pockels效应的电光晶体，其内电场分布的均匀性对测量结果影响很大。在实际应用中，光学电压互感器不可避免地受到震动、元器件连接的老化与热胀冷缩等问题的影响，导致光学器件的相互位置产生偏移或光路产生偏移，进而影响电光晶体内电场的分布。如ABB公司提出的一种五片锗酸铋晶体叠加结构的光学电压互感器，光路或电光晶体发生微小偏移时导致电光晶体的内电场分布不均匀，引入约0.5%的电压积分误差，无法满足0.2%的准确度要求。造成晶体内电场不均匀的主要原因是与电光晶体直接接触的介质（通常是SF6气体）的介电常数（1.002）远小电光晶体（如锗酸铋）的介电常数（16.3），使晶体内的电场强度小、电势下降慢，晶体外的电场强度大、电势下降快，在电光晶体边缘处产生电场突变。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改善光学电压互感器内电场分布的介质包裹法，有效降低了电压互感器的电压积分误差，提高了测量准确度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种改善光学电压互感器内电场分布的介质包裹法，其特征在于：在高压电极和地电极间依次设置第一石英玻璃、电光晶体、第二石英玻璃；所述电光晶体的周侧包设有氧化铝陶瓷。

进一步的，所述第一石英玻璃、电光晶体、第二石英玻璃均为圆柱形。

进一步的，所述电光晶体与氧化铝陶瓷的纵向高度相同。

进一步的，所述电光晶体为锗酸铋电光晶体。

进一步的，在光路发生偏移时，所述氧化铝陶瓷的厚度满足以下条件：

其中，ε₁为光路发生偏移时引入的误差，d为氧化铝陶瓷的厚度。

进一步的，在电光晶体发生偏移时，所述氧化铝陶瓷的厚度满足以下条件

其中，ε₂为电光晶体发生偏移时引入的误差，d为氧化铝陶瓷的厚度。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明利用介电常数相近的氧化铝陶瓷包裹电光晶体，避免了电光晶体因与介电常数相差较大的绝缘气体直接接触引起电场突变，使晶体内电场分布的均匀性得到改善。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是本发明光路偏移示意图。

图3是本发明晶体偏移示意图。

图中：1-高压电极；2-第一石英玻璃；3-电光晶体；4-第二石英玻璃；5-地电极；6-氧化铝陶瓷；7、8、9-光路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种改善光学电压互感器内电场分布的介质包裹法，其特征在于：在高压电极1和地电极5间沿电场方向依次设置第一石英玻璃2、电光晶体3、第二石英玻璃4；所述电光晶体3的周侧包设有介电常数与电光晶体相近的氧化铝陶瓷6。优选的，所述第一石英玻璃2、电光晶体3、第二石英玻璃4为处于同一直线上的圆柱形，且截面半径相同。所述电光晶体3与氧化铝陶瓷6的纵向高度（沿着电场方向上的长度）相同，避免了电光晶体与电压互感器内的SF₆绝缘气体直接接触，减小了因不同材料的介电常数相差过大而引起的电场突变，使晶体内电场分布的均匀性得到改善。其中氧化铝陶瓷在光路7之外，对光路不产生影响。图2中，7为正常状态下的光路，8为左偏的光路，9为右偏的光路。

于本实施例中，所述电光晶体为锗酸铋（Bi₄Ge₃O₁₂）电光晶体。

实施例一：

以110kV电压等级的光学电压互感器为例，选择电光晶体为锗酸铋晶体，其长度为50mm，直径为10mm，介电常数为16.3；石英玻璃（包括第一石英玻璃和第二石英玻璃）每片长度为34.575mm，直径为10mm，介电常数为3.8；包裹介质为氧化铝陶瓷，其介电常数为10。

请参照图2，以光路发生偏移时引入的误差ε₁作为目标函数，包裹在电光晶体周侧的氧化铝陶瓷的厚度d（垂直于电场方向）作为变量进行拟合，得到此时的误差表达式为：

请参照图3，同理，以晶体发生偏移时引入的误差ε₂和氧化铝陶瓷的厚度d进行拟合，也可得到误差的表达式：

在以上条件下，包裹介质的厚度d选择为3.6mm时，晶体或者光路发生小角度偏移时产生的电压积分误差低于0.01%，能够保证互感器0.2%的准确级要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。