电压传感器的制造方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】电压传感器
[0001]本发明涉及用于电网中的高压或中压的传感器。特别地，本发明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。本发明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。本发明还涉及电压传感器在缆线连接器上的布置方法。
[0002]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。
[0003]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EP 0882989 Al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。
[0004]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CN 102543427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EP 0172634 Al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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]本发明试图解决这一问题。本发明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
[0008]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，
[0009]b)径向外电极，其用作感测电容器的第二感测电极，
[0010]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。
[0011]根据本发明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。
[0012]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。本发明也试图解决这一问题。在一个方面，本发明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。
[0013]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。
[0014]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。本发明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，本发明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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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°C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电介质形成的感测电容器的电容的变化，继而导致传感器输出的变化。这一温度影响从而将导致传感器的准确度降低。本发明也试图解决这一问题。在一个方面，本发明提供了如上所述的电压感测装置，其中载体元件包含20°C下热膨胀系数小于5 X 10—61/K的材料，诸如陶瓷材料。
[0020]载体元件包含具有较低热膨胀系数的材料，例如20°C下热膨胀系数小于5X 10—61/K的材料，并且特别是包含陶瓷材料的载体元件，减小温度对传感器的几何形状进而对传感器输出的影响。这是因为电极之间的径向距离随温度的变化极小。因此，感测电容器的电容对于温度变化更稳定。这将导致传感器提供更准确的输出。
[0021]—般来讲，温度变化对感测电容器的电容的影响还可通过选择在温度变化时比电容变化极小的材料(即，具有较低电容温度系数的材料)制备载体元件得以降低。
[0022]在本发明的一个方面，载体元件可包含选自瓷、云母和氮化硅的一种或多种材料。在其他方面，载体元件可包含“IEC/EN 60384 I级”电介质材料，诸如MgNb206、ZnNb206、MgTa2O6、ZnTa2O6、(Zn，Mg)T13、(ZrSn)T14、CaZrO3或Ba2Ti9O2Q。ffiC/EN 60384 I级是指国际电工委员会IEC在IEC/EN 60384-1和IEC/EN 60384-8/9/21/22中的分类。特别地，材料可选自COG(NPO)陶瓷。
[0023]在本发明的一个方面，载体元件可包含选自在+10°C和+130°C之间的温度范围内具有低于20 X 10—6 1/K的电容温度系数的聚合物的一种或多种材料，诸如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚乙烯亚胺、聚甲基戊烯、环烯烃共聚物、聚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚或聚萘二甲酸乙二酯。在本发明的其他方面，载体元件可包含聚苯硫醚。在另外的方面，载体元件可包含聚萘二甲酸乙二醇酯。这些聚合物中的某些聚合物不仅具有较低的电容温度系数，而且可提供高稳定性和可靠性、高电击穿强度、自修复特性和/或低介电损耗。
[0024]在本发明的另外的方面，载体元件可包含陶瓷填料/聚合物基体复合材料。换句话讲，载体元件可包含可填充有陶瓷填料的主体聚合物基体。此类陶瓷填料可以为例如瓷、云母、Si3N4、基于(Mg，Zn)Ti03、Ba2Ti902Q或CaZrO3的C0G/NP0制剂或这些物质的混合物。主体聚合物基体可包含具有负电容温度系数的聚合物诸如EPR，并且陶瓷填料可包含具有正电容温度系数的材料。或者，主体聚合物基体可包含具有正电容温度系数的聚合物，并且陶瓷填料可包含具有负电容温度系数的材料。从而总体陶瓷填料/聚合物基体复合材料可具有极低的电容温度系数。具有包含此类复合材料的载体元件的电压感测装置可以比其他装置高的准确度感测载电导体的电压。
[0025]一般来讲，并且独立于上述内容，载体元件可包含具有正电容温度系数的第一陶瓷材料和具有负电容温度系数的第二陶瓷材料。载体元件可包含在10°c和130°C之间的温度范围内的一个特定温度下具有正电容温度系数的第一陶瓷材料和具有负电容温度系数的第二陶瓷材料。具有此类载体元件的电压感测装置可以比其他装置高的准确度感测载电导体的电压。
[0026]为了使传感器感测载电导体的电压，需要在载电导体和传感器电极中的一个之间建立电连接。相似地，为了使传感器感测连接至内导体的缆线连接器的电压，需要在缆线连接器和传感器电极中的一个之间建立电连接。这些电连接在理想情况下应当是机械可靠的，并且应当承受传感器相对于载电导体例如相对于缆线连接器的相对移动可能产生的机械力。其还应当承受可能由一方面传感器和另一方面载电导体的不同热膨胀所引起的机械力。此类接触元件还应当占据尽可能小的空间，使得传感器可具有较小的尺寸。本发明试图解决这些要求。在另外的方面，本发明提供了如上所述电压感测装置，其中压感测装置包括导电接触元件，其电连接至内电极或外电极，并延伸至通道中，以用于以机械方式和电的方式接触接收于通道中的载电导体。
[0027]此类接触元件可在载电导体和内电极或外电极之间提供特别简单的连接。在其中内电极布置在通道中的实施方案中，接触元件可在载电导体和内电极之间提供极短的电路径。较短的电路径可减小欧姆损耗并可提高压传感器的准确度。另外，延伸至传感器的通道中的导电接触元件可以为特别节省空间的装置，用于在电极中的一个和载电导体之间提供电连接，或根据具体情况，在接收于传感器的通道中的电极的一个和缆线连接器之间提供电连接。接触元件的布置方式使得其延伸至通道中可以为电极中的一个和载电导体之间提供特别简单、短和耐用的电连接。接触元件可淘汰对电线的使用，否则将需要使用电线将传感器电极中的一个电连接至诸如缆线的内导体等载电导体或连接至缆线连接器。
[0028]—般来讲，导电接触元件可延伸到通道中。与所有其他特征无关，接触元件可包括弹性部分。将载电导体插入通道中时，弹性部分可提供载电导体与内电极或外电极之间的自动接触。具有弹性部分的接触元件还可提供足够的接触压力，以实现导体和电极之间可靠的机械和电接触。接触元件或其一部分的弹性对于可靠地补偿内电极和导体之间的间隙的宽度变化也是有利的，该宽度变化是由载体元件和导体的温度变化引起的。相同的效应可通过受到弹性支撑的接触元件得以实现。
[0029]接触元件可包含弹性体材料。弹性体材料可以为导电的或者可具有导电表面。弹性体材料可布置在缆线连接器的外表面或内电极的表面上，使得导电弹性体材料和/或其导电表面提供内电极的表面上的载电导体之间的电连接。
[0030 ]对于在内电极或外电极和载电导体之间建立的电接触的接触元件，载电导体可具有暴露部分，其中载电导体的表面允许在接触元件和载电导体之间建立机械和电接触。
[0031]—般来讲，根据本发明的电压感测装置可包括在电容式电压传感器组件中。内电极、外电极和载体元件的第一部分可用作感测电容器。因此，感测电容器可包括在电压传感器组件中。电压传感器组件还可包括次级电容器。感测电容器和次级电容器可串联连接以形成电容式分压器。电容式分压器可用于感测载电导体诸如电力缆线的内导体或缆线连接器的电压。
[0032]载电导体可以为中压或高压电力缆线的内导体。高压或中压电力缆线通常包括中心内导体、布置在内导体周围和/或内导体上的缆线绝缘物以及布置在缆线绝缘物周围和/或缆线绝缘物上的半导体层。绝缘缆线外壳通常构成缆线的最外层。电压感测装置的通道可接收内导体的一部分。其可接收裸露的内导体的部分，即，未由缆线的其他层包围的内导体的一部分。接收于导体中的内导体的部分可包括内导体的暴露表面部分。其他表面部分可覆盖有绝缘材料。
[0033]与其他特征无关，为使通道接收内导体的一部分，内导体的末端部分可以在通道的轴向上被推到通道中。内导体可以在第一轴向上被推到通道中。其可以被推到通道中足够远的距离，使得内导体在第一轴向上延伸超出内电极边缘。
[0034]另选地，并且与其他特征无关，为使通道容纳内导体的一部分，电压感测装置和/或载体元件可包括两个或更多个外壳部分，如上所述。外壳部分可适于围绕载电导体的圆周的一部分。两个或更多个外壳部分可以彼此接合以形成根据本发明所述的具有管状形状和轴向通道的电压感测装置。两个外壳部分可机械连接或通过铰链彼此连接。两个外壳部分可通过弹性元件彼此机械连接。一般来讲，外壳部分可包括径向内电极和/或径向外电极。包括两个或更多个外壳部分的电压感测装置和/或载体元件可以使电压感测装置围绕载电导体进行布置且与载电导体的端部具有较远的距离，诸如围绕不间断或未切割的载电导体布置。
[0035]载电导体可以为缆线连接器，诸如用于中压或高压电力缆线的缆线连接器。缆线连接器可适于接收电力缆线的内导体。缆线连接器可适于(例如可释放地或永久性地)配合缆线，即，配合缆线的内导体，或者其可适于配合缆线转接器。然后，缆线转接器可适于配合缆线，即，配合缆线的内导体。缆线连接器可为导电的。它可包括导电表面或导电表面部分。缆线连接器可具有圆柱形状。一般来讲，缆线连接器的形状或外形可适于使得缆线连接器的至少一部分可接收于通道中。在根据本发明所述的电压感测装置与缆线连接器的组合中，缆线连接器的形状或外形和通道的形状和外形适于在缆线连接器被接收于通道中时限制电压感测装置相对于缆线连接器在一个或多个方向上的移动。
[0036]载电导体可以为汇流条。汇流条可具有矩形横截面。电压感测装置的轴向通道可具有矩形横截面。
[0037]根据本发明所述的电压感测装置具有管状形状。换句话讲，它具有延伸穿过电压感测装置的通道。管状电压感测装置可具有空心圆柱形状。它可具有环状，即短管状。传感器可具有弯曲或变形管状形状。电压感测装置可具有矩形管状形状，即，在横截面上，其外形可具有矩形形状。通道可例如具有圆形横截面、椭圆形或卵形横截面或矩形或三角形或任意有角度的或不规则的横截面。在具体实施方案中，电压感测装置的外形具有圆柱形状，并且通道具有圆形横截面并沿圆柱的对称轴延伸穿过圆柱。
[0038]根据本发明所述的传感器具有轴向通道，换句话讲，其具有轴向通孔。通道限定轴向，即沿通孔的方向，以及径向，即垂直于通孔的方向。通道可适于接收载电导体，诸如电力缆线的内导体或内导体的轴向部分。通道可适于接收缆线连接器或缆线连接器的轴向部分。通道可适于接收汇流条或汇流条的轴向部分。
[0039 ]内电极可以被布置为沿外电极径向向内。内电极可以被布置在载体元件的径向内表面上，例如，布置在界定通道的表面上。或者，它可以被布置在载体元件内部，即，布置在载体元件主体内。内电极可以沿通道的全长或沿通道的纵向部分在轴向上延伸。内电极可以围绕通道的整个圆周或围绕通道的圆周的一部分延伸。在特定的轴向上，内电极向上延伸至边缘(“内电极边缘”)。当导体被接收于通道中时，内电极用作感测载电导体的电压的感测电容器的第一感测电极。感测电容器可包括作为第二感测电极的外电极和作为电介质的载体元件的一部分。内电极可电连接到接收于通道中的载电导体。
[0040]内电极可包含导电金属，诸如铜、银、金、镍、铝或包含任意此类材料的合金。内电极可包含导电聚合物。与其他特征无关，内电极的径向厚度可以在I微米和I毫米之间。内电极可包含非铁磁性材料，以传输由载电导体生成的磁场。它可以例如包含镍-磷或含镍-磷的合金。
[0041]类似地，外电极可包含导电金属，诸如铜、银、金、镍、铝或包含任意此类材料的合金。或者，外电极可包含导电聚合物。与其他特征无关，外电极的径向厚度可以在I微米和I毫米之间。外电极可包含非铁磁性材料，以传输磁场。它可以例如包含镍-磷或含镍-磷的合金。
[0042]在具体实施方案中，内电极具有薄壁圆柱形状，并且被布置在载体元件的表面上，该表面界定通道，并且与通道同轴。该形状和布置方式能够使内电极和接收于通道中的载电导体之间实现特别容易的电连接。
[0043 ]外电极可布置在内电极的至少一部分的径向外侧。外电极可布置在载体元件的径向外表面上，例如，布置在表面上。或者，它可以被布置在载体元件内部，即，布置在载体元件主体内。外电极可以沿通道的全长或沿通道的纵向部分在轴向上延伸。外电极可以围绕载体元件的整个圆周或围绕载体元件的圆周的一部分延伸。
[0044]—般来讲，外电极和内电极可以被布置为同轴，S卩，彼此同轴。同轴布置提供了在内电极和外电极之间实现高效电容耦合的优势，可能导致感测电容器的输出信号更强和/或载电导体的电压感测结果更准确。一般来讲，同轴布置可能与相应电极的轴向延伸或周边延伸无关，并且与相应电极在轴向纵切面视图中的外形无关。
[0045]外电极和内电极可以在轴向上共延伸。或者，外电极可以在轴向上短于或长于内电极。在具体实施方案中，外电极具有薄圆柱形状，并且被布置在载体元件的外表面上，并与通道和内电极同轴，并与内电极共延伸。
[0046]当导体被接收于通道中时，外电极用作感测载电导体的电压的感测电容器的第二感测电极。感测电容器可包括作为第一感测电极的内电极和作为电介质的载体元件的一部分。外电极可电连接到接收于通道中的载电导体。外电极可电连接到次级电容器。次级电容器和感测电容器可形成电容式分压器以用于感测载电导体的电压。
[0047]通道限定电压感测装置的中心轴线。外电极与中心轴线在任意轴向位置处的最大径向距离可小于50毫米。外电极与中心轴线的径向距离与电压感测装置的总径向尺寸有关，因为电压感测装置不需要远大于50毫米。小于50毫米的距离使电压感测装置具有相对较小的径向尺寸。这样可以使电压感测装置更易于整合到缆线附件中。许多缆线附件，例如，许多拼接装置，在其内部提供足够大的空间以容纳其中外电极与中心轴线在任意轴向位置处的最大径向距离可小于50毫米的电压传感器。在具体实施方案中，外电极与中心轴线在任意轴向位置处的径向距离小于30毫米。在一些实施方案中，该径向距离具体地可以为25毫米或更小。
[0048]在一个径向的任意轴向位置处测量的内电极和外电极之间的径向距离可以为54毫米或更小。具有径向间隔54毫米或更小的电极的电压感测装置可以在径向上特别小，同时仍可提供可接受的电阻以免电极之间发生电击穿。较小的尺寸可以使电压感测装置更易于整合到缆线附件中。在具体实施方案中，内电极和外电极被布置为彼此同心，使得内电极和外电极之间在任意轴向位置处的径向距离小于20毫米，具体地，该径向距离为9毫米。
[0049]载体元件为实心元件。载体元件的第一部分被布置在内电极和外电极之间。载体元件的第一部分用作感测电容器的电介质。第一部分可以是不导电的。第一部分可包含电介质材料。载体元件可以是单件。
[0050]与其他特征无关，载体元件可具有径向内表面，该径向内表面限定电压感测装置的通道的至少一部分。径向内表面可适于支撑内电极。载体元件可具有径向外表面，该径向外表面限定电压感测装置的外表面的至少一部分。径向外表面可适于支撑外电极。径向内表面和径向外表面可以被布置为彼此同轴并且与通道同轴。
[0051]与其他特征无关，载体元件可包括在至少一个轴向纵切面视图中的突出部，使得该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。此类突出部可增加电极边缘之间的路径长度，从而提高抗表面击穿的电阻，而不会增加电压感测装置在径向上的总尺寸。在轴向上突出的突出部增加了路径长度，而不会使感测装置在径向上增大。类似地，在径向上突出的突出部增加了路径长度，而不会使感测装置在轴向上增大。
[0052]在根据本发明所述的某些电压感测装置中，并且与其他特征无关，凹陷部可实现类似的效果。因此，载体元件可包括在至少一个轴向纵切面视图中的凹陷部，使得该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。凹陷部可以是特别有利的，因为其增加了路径长度，而不会使感测装置在任意方向上增大。
[0053]与其他特征无关，载体元件可包含在20°C下具有小于5X10—6 1/K的热膨胀系数的材料。载体元件可以例如包含陶瓷材料。许多陶瓷材料在200C下具有小于5 X 10—6 1/K的热膨胀系数。较低的热膨胀系数可以在载体元件的温度变化时使内电极和外电极之间的径向距离几乎恒定不变。这样继而可导致由内电极、外电极和载体元件的第一部分形成的感测电容器的电容随温度的变化较小。从而提高了电压传感器的总体准确度，和/或降低或甚至取消了补偿传感器输出随温度变化的要求。一般来讲，陶瓷材料还在机械稳定性和电绝缘性能方面提供了优势。
[0054]与其他特征无关，载体元件可包含介电常数在-20°C和+60°C之间的温度范围内随温度的变化小于平均介电常数的0.1%的材料。此类材料可减小感测电容器的电容随温度的变化。同样，从而提高了电压传感器的总体准确度，和/或降低或甚至取消了补偿传感器输出随温度变化的要求。
[0055]接触元件可包括在电压感测装置中，如上所述。或者，接触元件可包括在缆线连接器中，缆线连接器可接收于电压感测装置的通道中。因此，在另一方面，本发明提供了能够与如上所述电压感测装置配合使用的缆线连接器。具体地，提供了用于配合缆线转接器或中压或高压电力缆线的内导体的缆线连接器，该缆线连接器包括导电接触元件，其适于在缆线连接器的一部分被接收于通道的至少一部分时将缆线连接器电连接至如上所述的电压感测装置的内电极或外电极。
[0056]接触元件具有如上所述的相同功能，它将缆线连接器与内电极或外电极电连接，使得可感测缆线连接器的电压。
[0057]对于在内电极或外电极和载电导体之间建立的电接触的接触元件，内电极或外电极分别可具有暴露部分，其中电极的表面允许在接触元件和电极之间建立机械和电接触。一般来讲，内电极可具有暴露部分，其中内电极的表面允许在接触元件和电极之间建立机械和电接触。
[0058]包括接触元件的缆线连接器能够与如上所述不具有接触元件的电压感测装置配合使用。一般来讲，在某些情况下，接触元件在缆线连接器中可以是有利的，因为制造具有接触元件的缆线连接器比制造具有接触元件的电压感测装置可能更容易且更经济有效。
[0059]包括在缆线连接器中的接触元件可具有弹性部分。出于如上所述的相同原因，这可以是有利的。类似地，接触元件可以为刚性的，并由缆线连接器提供弹性支撑。
[0060]在某些实施方案中，其中接触元件包括在如上所述的缆线连接器中，接触元件可包括弹性部分。另外，接触元件可适于在缆线连接器的一部分接收于电压感测装置的通道的至少一部分中时，将缆线连接器电连接至电压感测装置的内电极。
[0061]本发明还提供了如上所述电压感测装置与用于电网的高压或中压载电导体的组合，其中通道接收载电导体的至少一部分。
[0062]本发明还提供了如上所述电压感测装置与缆线连接器的组合，其中缆线连接器适于配合缆线转接器或电力缆线的内导体，其中通道接收缆线连接器的至少一部分。内电极或外电极可电连接至缆线连接器。这样可感测缆线连接器的电压，如上所述。
[0063]本发明还提供了如上所述电压感测装置与高压或中压电力缆线的组合，其中缆线包括内导体，其中通道接收内导体的至少轴向部分。内电极或外电极可电连接至缆线的内导体。这样可感测缆线的内导体的电压，如上所述。
[0064]本发明还提供了与用于电网的高压或中压电力缆线一起使用的缆线附件，该缆线附件包括如上所述的电压感测装置。在缆线附件诸如拼接装置、接线端或可分离连接器中，缆线的内导体易于触及。因此，使电压感测装置包括在缆线附件中特别有效，因为该缆线无需剥离更多位置以安装电压感测装置。缆线附件可以为拼接装置、缆线端子或可分离连接器。缆线附件可形成腔。电压感测装置可以被布置在腔中。该腔可包含非导电性聚合物材料。缆线附件可包含导电包层。
[0065]根据本发明所述的电压感测装置可以被布置在缆线附件内，即布置在缆线附件的外壳或壳体内的空间或腔中。这一布置方式特别有利，因为缆线附件可保护电压传感器免受环境影响，其可以延长电压感测装置的可用寿命并提高其准确度。
[0066]本发明还提供了将电压感测装置布置到用于电网的载电导体诸如缆线连接器或中压或高压电力缆线的内导体或汇流条上的方法，该方法包括按如下序列的步骤:
[0067]a)提供如上所述电压感测装置，并且提供载电导体，该载电导体适于使得载电导体的至少一部分可被接收于通道的至少一部分中；
[0068]b)使电压感测装置和载电导体相对于彼此移动，使得通道的至少一部分接收载电导体的至少一部分。
[0069]现在将参考以下示出本发明具体实施方案的附图来更详细地描述本发明:
[0070]图1根据本发明所述的电压感测装置的纵切面；
[0071]图2根据本发明所述的另一种电压感测装置的纵切面，其具有弯曲的外电极；
[0072]图3根据本发明所述的另一种电压感测装置的纵切面，其包括PCB;
[0073]图4图2的电压感测装置的纵切面，其具有Rogowski线圈；
[0074]图5图2的电压感测装置的纵切面，其围绕缆线连接器进行布置；
[0075]图6A-E根据本发明所述的各种类型接触元件的透视图；
[0076]图7根据本发明所述的电压感测装置的电子电路图；
[0077]图8根据本发明所述的另一种电压感测装置的纵切面，其具有伸长的形状；
[0078]图9包括如图5所示的电压感测装置2的缆线附件的示意性纵切面；
[0079]图10根据本发明所述的另一种电压感测装置的电子电路图；以及
[0080]图11根据本发明所述的又一种电压感测装置的电子电路图。
[0081]本发明的各种实施方案在本文下面有所描述并在所述附图中示出，其中类似的元件具有相同的附图标记。附图中示出的一些元件未按比例绘制，并且为清楚起见，一些尺寸被放大。
[0082]图1示出根据本发明的电压感测装置I的轴向纵切图。其包括载体元件10、内电极20和外电极30。载体元件10具有轴向通道40，该通道关于中心轴线100对称。通道40限定如箭头110所示的轴向，以及如箭头120所示的径向。在轴向110上，电压感测装置I相对较短，使得管状电压感测装置I具有环状。通道40可接收缆线连接器，如下图5所示。如图1所示的电压感测装置I在轴向110上延伸约50毫米。其外径，即径向120上的延伸量，为约65毫米。该尺寸使电压感测装置I能够整合到用于中压或高压缆线的典型缆线附件中。
[0083I载体元件1包括径向内(或内)表面50，内电极20布置在该内表面上，并包括径向夕卜(或外)表面60，夕卜电极30布置在该外表面上。内表面50的内径为约34晕米。内表面50和外表面60之间的径向距离为约10毫米。
[0084]载体元件10为实心、不导电的，并且包含陶瓷材料。该陶瓷材料为氮化硅(Si3N4)。该陶瓷材料在20°C的温度下的热膨胀系数为约2.5X10—6 1/K。当电压感测装置I和载体元件10被加热时，载体元件10仅膨胀极小的量，导致电极20，30在广泛温度范围内具有几乎相同的径向距离。
[0085]图1所示的载体元件10在纵切面上的外形包括，位于载体元件10的一侧的两个鼓包或突出部70，80，称作内(即径向内)突出部70和外突出部80。相同的突出部71，81布置在载体元件10的相对侧上。突出部70，71，80，81在载体元件10的侧表面上形成环状高度。它们的功能是增加内电极20和外电极30之间沿载体元件10的表面的路径90的最小长度。电极20和电极30之间的路径90越长，电压感测装置I防止电极20和电极30之间表面击穿的电阻越高。突出部70，71，80，81主要在轴向110上从载体元件1延伸。该布置方式可保持电压感测装置I的最大直径较小，同时降低电极20和电极30之间发生表面击穿的风险。在图1所示的电压感测装置I中，路径90具有约33毫米的长度。
[0086]内电极20在载体元件10的内表面50上包括镍-磷电镀层。除载体元件10的侧端部分130，131以外，内电极20完全围绕通道40。在箭头I1a指示的一个轴向上，内电极20向上延伸至内电极边缘140。
[0087]另外，外电极30包括镍-磷电镀层，该电镀层布置在载体元件10的外表面60上。镍_磷提供了足够的硬度并且不会快速腐蚀。它还有利于焊接，使得线材易于连接到外电极30。可提供附加的金镀层，以获得更出色的电导率。一般来讲，外电极可包含任何合适的导电材料，诸如铜、银或金。在箭头IlOa指示的轴向上，外电极30向上延伸至外电极边缘150。在图1所示的纵切面的平面内，内电极边缘140和外电极边缘150之间沿载体元件10的表面的路径90具有约30毫米的长度。当电极之间的电压差处于中压或高压范围时，即处于I千伏和110千伏之间时，该长度足以显著降低电极20和电极30之间发生表面击穿的风险。在图1的纵切面中，外电极30看起来为直线，S卩，外电极30的所有部分在径向上与中心轴线100的距离相等。在图1所示的实施方案中，外电极30是一维曲面。内电极20也是一维曲面。
[0088]载体元件10、内电极20和外电极30围绕轴线100旋转对称。内电极20和外电极30相对于彼此呈同心布置。电极20、电极30和载体元件10相对于彼此呈同心布置。电极20、电极30和载体元件10以轴线100为中心。内电极20和外电极30之间的径向距离为约10毫米。当电极20和电极30之间的电压差处于中压或高压范围时，该长度足以显著降低电极20和电极30之间通过载体元件1的材料发生电击穿的风险。
[0089]通道40可接收中压或高压电力缆线的缆线连接器，如下文所详述。因此，电压感测装置I可围绕缆线连接器进行布置。一般来讲，通道40还可接收其他类型的载电导体，诸如电力缆线的内导体或汇流条。
[0090]内电极20和外电极30可用作感测电容器的两个电极。载体元件10的中间部分160被布置在内电极20和外电极30之间。该中间部分160可用作该感测电容器的电介质。感测电容器可与次级电容器串联连接，使得感测电容器和次级电容器形成电容式分压器。内电极20可电连接到缆线连接器或中压或高压电力缆线的内导体，如下文所详述。然后，电容式分压器可用于感测缆线连接器或缆线的内导体的电压。图7示出了对应的电路图。
[0091]根据本发明所述的电压感测装置的外电极可为二维曲面。此类另选的电压感测装置2如图2所示。与图1的电压感测装置的差异在于，在图2所示的轴向纵切面视图中，载体元件11的外表面60被成形为使得外电极31具有弯曲的外形。在图2所示的轴向纵切面视图中，外电极31的中心部分32比边沿部分33在径向上更靠近通道40的中心轴线100。具体地，中心部分32比外电极边缘150在径向上更靠近中心轴线100。外电极31的弯曲外形降低了内电极20和外电极31之间通过载体元件11的材料发生电击穿的风险，因为外电极31的边缘例如外电极边缘150处的电场浓度较低。在具体的另选实施方案中，外电极31在轴向纵切面视图中具有弯曲的外形，并且该弯曲外形为Rogowski外形。
[0092]图3为根据本发明的第三电压感测装置3的轴向纵切图。图1、图2和图3的电压感测装置I，2，3的载体元件10，11，13包括在其相应外表面60s上的凹陷部170，该凹陷部170在其底部上容纳外电极30，31，36。在电压感测装置3中，外电极36在图3的轴向纵切面视图中具有弯曲的外形。弯曲的外形包括中心直的或平坦的节段以及在直段的各侧上与直段相邻的两个弯曲段。弯曲段在背向中心通道40的方向上弯曲。中心平坦段比外电极边缘150在径向上更靠近通道40的中心轴线100。
[0093]图1和图2的电压感测装置I，2的其他差别在于电压感测装置3包括印刷电路板(aPCB^)ISOoPCB 180为刚性的。其布置在载体元件13的凹陷部170中。PCB 180包括电气和电子部件200，其用于感测和处理外电极36的电压信号。PCB 180通过线材195电连接到外电极36，其一端焊接到外电极36，或其另一端接触PCB 180。可设想将外电极36与PCB 180进行电连接的替代方法，例如，方法包括导电粘合剂、超声波结合、机械夹持或激光焊接。在图3的感测装置3中，PCB 180通过电绝缘粘合剂带(未示出)附连到载体元件13，其围绕PCB 180并且在外电极36上方卷绕。
[0094]在另选的实施方案中，PCB180为柔性PCB。其围绕外电极36周向延伸至最多外电极36的圆周的约三分之一。PCB 180的后(S卩，径向内)表面形成暴露的导电区域190。这一暴露的导电区域190与外电极36发生电接触和机械接触，使得外电极36的电压信号可用于PCB180感测和处理，而无需使用线材。外电极36和PCB 180之间的直接电接触和机械接触可最大程度减小这些元件之间的任何电压降，从而进一步提高感测装置3的准确度。
[0095]图1，2，3中所示的电压感测装置I，2，3的凹陷部170还容纳电流感测装置，诸如Rogowski线圈210，如图4所示。Rogowski线圈210可用于通过接收于通道40中的载电导体来感测电流。Rogowski线圈210为柔性的并可弯曲以周向适形于外电极31。实际线圈的导电线匝容纳于不导电包层220中，该包层将导电线匝与外电极31电隔离。包层220由柔性聚合物材料制得。载体元件11中的凹陷部170容纳电流感测装置210，诸如Rogowski线圈，而不会使电压感测装置3的外径增加较多。这使电压感测装置3的尺寸较小，使得其可容纳于缆线附件中。
[0096]Rogowski线圈210接收通过通道40中的载电导体的电流所生成的磁场。有利地，因此外电极31由导电的非铁磁性材料组成。此类材料使磁场能够通过外电极31传输至Rogowski线圈210。在图4所示的实施方案中，外电极包括镍-磷电镀层，其为非铁磁性的。
[0097]在另选的实施方案中，凹陷部170容纳PCB 180与电流感测装置210。电流感测装置210通过例如线材电连接到PCB 180上的电气或电子元件200，使得来自电流感测装置210的信号被发射至PCB 180进行处理。
[0098]尽管凹陷部170提供了容纳PCB180和/或电流感测装置210的特别节省空间的方式，但凹陷部170为可选的。PCB 180和/或电流感测装置210可任选地布置在不包括凹陷部170的电压感测装置上。
[0099]图5示出围绕缆线连接器230布置的电压感测装置2的轴向纵切面。图5还示出了缆线转接器250和电力缆线240的末端部分。连接器230为用于中压或高压电力缆线的缆线连接器。高压电力缆线240的内导体245的末端部分通过缆线转接器250固定于连接器230。缆线转接器250为导电的，使得连接器230电连接到内导体245。因此，连接器230与内导体245处于相同的电压下。
[0100]连接器230由铝制成。因此，其主体和表面是导电的。传感器2接收轴向通道40中的连接器230。连接器230呈圆柱形状。其外径小于通道40的内径。这避免了机械应力，其可以由金属连接器230和陶瓷载体元件11在它们的温度升高时以不同速率膨胀引起。陶瓷材料通常比大多数金属具有明显更低的热膨胀系数。如果连接器230在室温下将与载体元件11和内电极20形成紧密配合，则温度升高将使连接器230比载体元件11膨胀得多。这可能致使载体元件11断裂。为此，载体元件11的通道40的内径被选择为使得连接器230的径向外表面和载体元件11的径向内表面之间径向间隙260的宽度为约0.5毫米。在这一具体实施方案中，内电极20远薄于0.5毫米，使得其厚度仅对间隙260的宽度具有可忽略的影响。
[0101]连接器230的第一末端部分232形成插孔，其中可插入缆线转接器250的栓270以实现配合。栓270可通过螺钉280固定到连接器230。一旦配合，缆线转接器250以电的方式和机械方式与连接器230连接。
[0102]缆线转接器250继而包括处于缆线末端部分252的插孔，与包括栓270的末端部分相对。缆线240的内导体245可以被插入插孔中。然后，内导体245可通过缆线紧固螺钉290固定到缆线转接器250。另选的缆线转接器250卷曲到内导体245上，无需使用紧固螺钉290。一旦固定，缆线内导体245以电的方式和机械方式连接到缆线转接器250，从而连接到连接器230。
[0103]传感器2感测连接器230的电压，从而以电容方式感测内导体245的电压。出于该目的，连接器230电连接到内电极20。该连接通过多个导电薄片300建立。这些薄片中的两个在图5中可见。各个薄片300被布置在连接器230和内电极20之间的间隙260中。各个薄片300具有第一接触部分310，其以机械和电的方式接触缆线连接器230的外表面，以及第二接触部分320，其以机械和电的方式接触内电极20。从而，各个薄片300在连接器230和内电极20之间建立电连接。因此，内电极20与连接器230处于相同的电压下。原则上，单个薄片300将足以在连接器230和内电极20之间建立电连接。然而，多个薄片300提供了更多的接触点，从而提供了更出色的电连接。另外，多个薄片300提供了一定程度的冗余，使得连接器230和内电极20之间的接触仍然存在，即使在一个薄片300断裂或失效时。
[0104]当传感器2和连接器230加热时，连接器230比传感器2的载体元件11的膨胀速率更高，使得内电极20和连接器230之间的间隙260在径向上变得更小。为了确保内电极20和连接器230之间在不同温度下实现可靠的电连接，薄片300为弹性的，使得它们跨接内电极20和连接器230之间的间隙260，而与间隙260的径向宽度无关。另选地，薄片300本身可为刚性的，并且它们的支撑可为弹性的。这使得薄片300随温度变化的一些移动以这种方式进行，使得薄片300跨接间隙260并在任何温度下提供电连接。
[0105]多个此类薄片300包括在薄片组件330中，在图6的上下文中进行更详细的解释。薄片组件330为导电的，并且在其中彼此连接所有薄片300。在薄片组件330中，薄片300以弹性方式悬浮，使得薄片300可弹性置换。这一置换能力有助于在温度变化时薄片300跨接间隙260。
[0106]缆线连接器230包括围绕其圆周的固定凹陷部340，用于将薄片组件330附接到连接器230。在轴向纵切面中，如图5所示，固定凹陷部340具有凹口外形，其允许薄片组件330以机械方式与连接器230在凹陷部340中接合。可设想其他附接方法，例如，使用扣紧部件、焊接、钎焊或粘合剂方法。无论采用哪种附接方法，其必须保持连接器230和薄片300之间的电连接，使得薄片300可电连接连接器230和内电极20。在某些实施方案中，薄片组件330无需附接到连接器230，但是可以被载体元件10，11保持在适当的位置。
[0107]在图5所示的实施方案中，薄片组件330附接到连接器230。另选地，薄片组件330可附接到载体元件10，11。薄片组件330可附接到内电极20或附接到载体元件10，11。附接可通过如上所述的类似方式完成。另选地，附接可粘结性地完成。如果那样，在通道40接收连接器230之前，内电极20电连接到薄片300。与薄片组件330附接到连接器230或载体元件10，11无关，薄片300机械接触内电极20和缆线连接器230。从而，薄片将内电极20和缆线连接器230彼此电连接。
[0108]图5所示的缆线连接器230具有纵向圆柱形状。与第一末端部分232相对的第二末端部分可包括另外的插孔以容纳缆线转接器如缆线转接器250，或用于接收第二缆线的内导体的末端部分，类似于在其第一末端部分232处连接至连接器230的第一缆线240的内导体245 ο另选地，第二末端部分可包括耳状物或类似的附接装置，用于将缆线连接器230连接到电安装的另一元件。
[0109]图6A-E示出薄片组件330的不同实施方案即薄片组件330a，330b，330c，330d的透视图。这些薄片组件330适于在周边固定凹陷部340中附接到连接器230。薄片组件330a-d由导电金属制成。它们包括多个相应的薄片300a_d。薄片组件330a_d及其薄片300a_d均为弹性的。薄片300a_d以弹性方式悬浮于它们相应的薄片组件330a_d中。各个薄片组件330a_d被成形，以形成基部部分350a-d，它在连接器230中与固定凹陷部340的凹口外形接合。各个薄片300a_d突出远离基部部分350a_d，使得相应的薄片组件330a_d被布置在固定凹陷部340中时，它们径向向外突出固定凹陷部340并且可接触内电极20。
[0110]薄片组件330a_d被示出为平坦的。为了将它们与固定凹陷部340接合，它们可弯曲，使得其基部350a-d被布置在固定凹陷部340中，轴向围绕缆线连接器230或至少围绕缆线连接器230的圆周的一部分。
[0111]在图6A中，薄片组件330a的基部部分350a包括两个平坦的侧向导轨360，在导轨之间，平坦的杏仁形薄片300a处于弹性悬浮状态。每个薄片300a的下部(在图中)为用于接触缆线连接器230的外表面的第一接触部分310。上部为用于接触电压感测装置I，2的内电极20的第二接触部分320。
[0112]另外，如图6B所示的薄片组件330b具有包括两个平坦导轨370的基部部分350b，在导轨之间，大致呈矩形的圆体薄片300b处于弹性悬浮状态。
[0113]图6C的薄片组件330c没有侧向导轨，但是各个薄片300c提供了基部部分350c，用于接合连接器230中的固定凹陷部340的凹口外形。薄片300c并非平坦的，但是各个薄片具有细长导体的形状，其径向向外鼓包以接触内电极20。
[0114]图6D示出了薄片组件330d，其具有平坦的三角形薄片300d。薄片300d的基部形成薄片组件330d的基部350d，其能够接合连接器230中的固定凹陷部340的凹口外形。薄片300d的三角形的顶端用于接触内电极20。
[0115]一般来讲，薄片组件330在一方面接触用于接触缆线连接器230的组件，另一方面接触内电极20。出于该目的，另选的接触组件在图6E中示出:弹性扣环400 ο扣环400由导电金属制成。虽然形状一般为圆形，但它具有径向向外突出的鼓包410，以及周向布置在鼓包410之间径向向内突出的凹陷420。扣环400可在周向固定凹陷部340中围绕缆线连接器230的圆周布置，使得鼓包410从固定凹陷部340突出并且可接触内电极20，而凹陷420在固定凹陷部340中接触缆线连接器230的外表面。根据固定凹陷部340的宽度即其轴向延伸量的不同，一个或多个此类扣环400可布置在固定凹陷部340中。
[0116]作为包含弹性金属的接触元件的替代形式，接触元件可包含弹性体材料。弹性体材料可以为导电的或者可具有导电表面。弹性体材料可布置在缆线连接器230的外表面或内电极20的表面上，使得导电弹性体材料和/或其导电表面提供内电极20的表面上的缆线连接器230之间的电连接。
[0117]图7是示出了根据本发明的电容式电压传感器I，2，3的各个元件的电功能的电路图。感测电容器800具有第一电极和第二电极。第一电极为传感器I，2，3的内电极20，并且第二电极为传感器I，2，3的外电极30，31。感测电容器800与次级电容器810串联连接，使得感测电容器800和次级电容器810可用作电容式分压器。次级电容器810可以被布置在印刷电路板(PCB)元件上，例如布置在图3所示的PCB 180上。PCB 180可被布置为非常靠近传感器
1,2,3,甚至直接接触外电极31，如图3所示。如果那样，印刷电路板元件180和外电极30，31之间的电接触可通过PCB元件180的暴露的导电区域190实现。另选地，PCB 180可以被布置在距传感器I，2，3的一定距离处，并且通过线材电连接到外电极30，31。次级电容器810—方面电连接到感测电容器800，并且另一方面电连接到接地。由于缆线连接器230通过薄片300电连接到内电极20，测量内导体245的电压可通过测量内电极20的电压来完成。感测电容器200的内电极20相对于接地的电压是通过测量跨次级电容器810的电压而测量的。因此，次级电容器810通过传感器导线830和接地导线840电连接到测量装置820。测量装置820通过传感器导线830和接地导线840并联地电连接到次级电容器810。测量装置820测量传感器导线830和接地导线840之间的电压。接地导线840通过导电或半导体元件850电连接到地。
[0118]在上述电容式分压器中，内导体245的电压通过测量跨次级电容器810的电压进行感测。或者，内导体245的电压可通过测量通过感测电容器800的电流进行感测。
[0119]图8示出了根据本发明所述的另一种电压感测装置4的纵切面。其具有管状形状。其轴向延伸量大于其径向延伸量。该电压传感器4在其通道40中接收电力缆线240的内导体245。内电极20通过薄片300直接与导体245电连接。图8中可见的两个薄片300中的每个薄片在一方面接触内电极20，在另一方面接触内导体245，从而跨接这两个元件之间的间隙260。
[0120]通过将内导体245的末端部分(图中未示出，位于缆线240的左手侧)在轴向110上推入通道40，使电压感测装置4围绕内导体245进行布置。
[0121]与具有一个外电极30，31相反，本实施方案中的感测装置4具有两个外电极，即第一外电极34和第二外电极35。第一外电极34在轴向上宽于第二外电极35。这些外电极34,35被布置在载体元件12的外表面60上，彼此轴向偏移并被不导电的间隙分开。第一外电极34可使用上述电容式分压器方法感测内导体245的电压，其中载体元件12的一部分用作感测电容器的电介质，电容器还包括内电极20和第一外电极34作为其电极。
[0122]第二外电极35可用于不同目的。它可例如用于另一种用于感测内导体245的电压的第二感测电容器的感测电极。该第二感测电容器包括作为电极的第二外电极35和内电极20以及作为电介质的载体元件12的一部分。两种感测电容器，一种带有第一外电极，另一种带有第二外电极35，可平行使用。它们的输出信号可用于生成差分输出信号。与差分输入放大器相结合，该系统可能产生较小的常见模式效应。它对传感器和处理传感器4的输出信号的信号放大器之间的交流回路和接地电势差较不敏感。有利地，两个外电极34，35各自的几何尺寸不同，使得在内导体245处于给定电压时，第一外电极34和第二外电极35处于不同的电压下。外电极34和外电极35之间的电压差与内导体245的电压有关。经过适当的校准后，电压差可用于测定内导体245的电压。
[0123]载体元件12以及内电极20和第一外电极34与前述传感器I，2，3中的对应元件类似。外电极34,35仅覆盖载体元件12表面的约一半并使轴向部分在载体元件12的两端未被覆盖。然而，内电极20轴向向上延伸至载体元件的边缘。这一向上延伸至边缘的结构降低了缆线240的内导体245和载体元件12之间的电应力，因为内电极20使间隙260即内电极20和内导体245之间不存在电场。由于传感器4的管状形状，内电极边缘140和外电极边缘150沿载体元件12表面的几何最短路径90的长度为35毫米。电极20和电极30之间的径向距离为10毫米。
[0124]图9为包括图5所示的传感器2的缆线附件的示意性纵切面。缆线附件为拼接装置500，其保护通过缆线连接器231彼此连接的两根中压或高压缆线的末端部分(未示出)。拼接装置500的外径为约100毫米，其轴向延伸量为约250毫米。拼接装置500包括如图2所示的电压感测装置2。电压感测装置2被布置在拼接装置500的内部。
[0125]电压传感器2在其通道40中接收缆线连接器231，与图5的连接器230类似，不同之处在于其两个末端部分均有可接收相应的缆线转接器250的插孔510,511。一个此类缆线转接器251以虚线示出。连接器231为自配合连接器:插入插孔510,511之一的缆线转接器251仅由将缆线转接器250推入插孔510，511足够深的动作来配合和固定。无需使用螺钉将缆线转接器251固定到连接器231。与图5所示的实施方案相似，多个薄片300提供导电连接器231和传感器2的内电极20之间的电连接。
[0126]传感器2的外电极31通过传感器线490连接到印刷电路板(PCB，未示出)，使得外电极31的电压可用于PCBICB位于拼接装置500之外。
[0127]拼接装置500呈大致圆柱形。它包括拼接主体520和导电包层530。拼接主体520包括可收缩的电隔离硅氧烷材料，其在传感器2和连接器231组装后已经被模制到传感器2和连接器231周围。所选择的硅氧烷材料对载体元件11的表面具有良好的粘附性。硅氧烷材料和载体元件11的表面的紧密接触有助于避免在靠近载体元件11的表面处产生气隙。此类气隙继而可提高内电极20和外电极31之间发生表面击穿的风险。硅氧烷材料在处于液态时，围绕传感器2、连接器231和薄片300流动。从而使传感器2和连接器231嵌入拼接主体520。
[0128]拼接主体520在其轴向末端部分包括开口 540，541。这些开口 540，541使连接器231的插孔510，511可从轴向上触及，使得缆线转接器251可穿过开口 540，541被插入相应的插孔510，511以配合连接器231。通过配合，缆线转接器251以及连接到其上的缆线被固定到连接器231。配合后，拼接主体520可在缆线转接器251和缆线的一部分的周围缩小，由此实现密封效果。管状插件550使开口 540，541可收缩的拼接主体520保持在径向膨胀状态下。为清楚起见，仅在附图的左手侧示出管状插件550。相同的管状插件550使附图右手侧的开口 541保持在径向膨胀状态下。一旦缆线转接器251与缆线连接器231配合，连接器231相应侧的管状插件550即可取出，使得拼接主体520在缆线转接器251和缆线的一部分周围径向缩小。
[0129]导电包层530形成拼接主体520外表面上的导电层。导电包层530包含导电或半导体硅氧烷，其为弹性且可收缩的。除用于使传感器线穿过的宽开口 560以及允许在拼接主体缩小之前触及缆线连接器231的开口 540，541以外，包层530完全包围拼接主体520。导电包层530屏蔽传感器2使其免受拼接装置500之外的电场的影响，其能够更准确地感测连接器231的电压，从而感测连接到连接器231的缆线的内导体的电压。
[0130]图9为拼接装置500的简图。一些对于本发明非必要的元件并未示出。例如，未示出拼接装置500的导电或半导体应力控制元件。
[0131]图10为可用于上述电压感测装置的电路的电路图，其不同于图7所示的电路。内电极20、外电极30，31以及形成分压器的感测电容器800(或高压电容器)和次级电容器810(或低压电容器)与图7的相应元件相同，因此不再另行解释。在图10所示的电路中，使用运算放大器(〃0pAmp〃)900通过由感测电容器800和次级电容器810形成的电容式分压器感测缆线连接器230的电压以及内导体245的电压。具体地，OpAmp是所谓的互阻抗放大器。为实现精确感测电压的目的，OpAmp 900的正极输入电连接到感测电容器800的第二电极30，31。OpAmp 900的负极输入通过接地电阻器905电连接到大地。未示出OpAmp 900的电源和控制元件。反馈电阻器910以电的方式被布置在OpAmp 900的输出及其负极输入之间。这为OpAmp900的输入之间提供了稳定的电压差放大。OpAmp 900的输出为电压，该电压与感测电容器800的第二电极30，31的电压成正比，从而与缆线连接器230的电压以及电接地的内导体245的电压成正比。OpAmp 900的输出电压通过测量电阻器920和电压测量装置930进行测量。
[0132]测量电阻器920、接地电阻器905以及反馈电阻器910的电阻值各自处于I兆欧(MΩ )的量级上。
[0133]当缆线连接器230处于给定电压时，如图10所示的电路中OpAmp900的输出电压的准确度取决于感测电容器800、次级电容器810、反馈电阻器910以及接地电阻器905相应的电公差。市售电容器的公差通常不高于I %，而市售电阻器的公差则通常低至0.1%或0.05%ο
[0134]为了在测定架空缆线连接器230的电压中获得更高的准确度，可修改图10所示的电路，使电路的次级电容器810不再必要。从而可提高压感测的准确度，因为电容器是唯一具有相对较大公差的元件，其公差通常为1%。这一较大的公差限制了感测缆线连接器230的电压的准确度。
[0135]图11为此类不含次级电容器810的电路的电路图。感测电容器800的第一感测电极20电连接到连接器230的高压区。第二感测电极30，31电连接到OpAmp 901的负极输入。OpAmp 901的正极输入处于电接地状态。反馈电阻器911以电的方式被布置在OpAmp 901的输出及其负极输入之间。这为OpAmp 901的输入之间提供了稳定的电压差放大。OpAmp 901的输出电压通过测量电阻器921和电压测量装置931进行测量。
[0136]当缆线连接器230处于给定电压时，如图11所示的电路中OpAmp901的输出电压的准确度取决于感测电容器800和反馈电阻器910相应的电公差。与图10所示的电路相比，其中减少了两种元件，即次级电容器和接地电阻器，这两种元件的公差可能会降低准确度。因此，在某些情形下，如图11所示的电路能够比图10所示的电路更准确地感测连接器230以及内导体245上的电压。
[0137]值得注意的是，在图1O和图11所示的电路中，对OpAmps 900，901的输出信号进行积分和倒置可能是必要的。该操作通过诸如微控制器等组件实现，图中未示出此类组件，但不影响准确性。
【主权项】
1.一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(I1a)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(I1a)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°C下热膨胀系数小于5X10—6 1/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或多种材料:瓷、云母、氮化硅和“IEC/EN60384 I级”电介质诸如MgNb206、ZnNb206、MgTa206、ZnTa206、(Zn，Mg)Ti03、(ZrSn)TiCU、CaZr03、Ba2Ti9020o10.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在+10°(:和+130°(:之间的温度范围内具有低于20\10—6 1/K的电容温度系数的聚合物的材料，所述聚合物诸如为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚乙烯亚胺、聚甲基戊烯、环烯烃共聚物、聚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚或聚萘二甲酸乙二酯。11.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陶瓷填料/聚合物基体复合材料。12.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具有正电容温度系数的第一陶瓷材料和具有负电容温度系数的第二陶瓷材料。13.—种用于配合缆线转接器(250，251)或中压或高压电力缆线的内导体(245)的缆线连接器(230，231)，所述缆线连接器包括导电接触元件(300，330)，所述导电接触元件适于在所述缆线连接器的一部分被接收于所述通道的至少一部分中时将所述缆线连接器电连接至根据权利要求1至9中任一项所述的电压感测装置的所述内电极或所述外电极。14.根据权利要求9所述的缆线连接器，其中所述接触元件(300，330)包括弹性部分。15.根据权利要求1至8中任一项所述的电压感测装置与用于电网的高压或中压载电导体的组合，其中所述通道接收所述载电导体的至少一部分。16.根据权利要求1至8中任一项所述的电压感测装置与缆线连接器(230，231)的组合，所述缆线连接器适于配合缆线转接器或电力缆线的内导体，其中所述通道接收所述缆线连接器的至少一部分。17.与用于电网的高压或中压电力缆线一起使用的缆线附件，所述缆线附件包括根据权利要求1至8中任一项所述的电压感测装置。18.根据权利要求1至8中任一项所述的用于感测中压或高压载电导体的电压的电压感测装置在缆线附件中的使用，所述缆线附件诸如为拼接装置、接线端或可分离连接器。19.将根据权利要求1至8中任一项所述的电压感测装置布置在用于电网的载电导体上的方法，所述载电导体诸如为缆线连接器或中压或高压电力缆线的内导体或汇流条，所述方法包括按如下序列的步骤: a)提供根据权利要求1至9中任一项所述的电压感测装置，并且提供载电导体，所述载电导体适于使得所述载电导体的至少一部分能够被接收于所述通道的至少一部分中； b)使所述电压感测装置和所述载电导体相对于彼此移动，使得所述通道的至少一部分接收所述载电导体的至少一部分。
【文档编号】G01R19/00GK105829899SQ201480069858
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】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
【申请人】3M创新有限公司