专利名称：双重电压指示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高电压或者中等电压的传输/分布系统领域，特别涉及一种用于指示是否存在电压施加到所述系统的导体上的双重电压指示器。
现有技术在高电压(HV)或者中等电压(MV)系统中，为了避免高电压的接触，需要给出许多警告。作为一个表示电线处于电压下的指示，用户可以将电子显示和静态电压变压器一起结合使用，或可以使用非静态电压指示器。它们由高欧姆的电阻和用于MV的氖管指示器、或用于HV的和一些电子器件组合的容性分压器组成。在这种静态的或非静态的HV检测器的情况下，用户必须依靠一些用于显示的电子器件，并且必须保护低电压设备不受高压冲击，或者特别是在非静态检测器时，用户必须接触高压线时。
对于低电压显示，已经推荐使用电泳胶片。它们由微囊体组成，这些微囊体充满了有色的悬浮微粒和埋置于至少两个电极之间的粘胶剂之中的电介质流体。在一个2.36kV/mm和1Hz的应用电场中，得到的对比(最大反射光功率减去最小反射光功率)为8。对于一个相同的电场在50Hz的时候它仍然大约为3(B.Comiskey，J.D.Albert，H.Yoshizawa，and J.Jacobson，“An ElectrophoreticInk for All-Printed Reflective Electronic Displays，”Natrue 394，No.6690，253-255，July 16，1998)。
来自Xerox的Gyrion旋转球是一个平板器件，当施加一个足够高的电场(190-1250V/mm)时，它可以在黑的表面颜色和白的表面颜色之间切换。该器件带有黑色半球和白色半球的球体组合结构，它们分散在硅橡胶片中并可以转动。这些双色的球体的大小在25μm和100μm之间(M.E.Howard，E.ARichley，R.Spraque，N.K.Sheridon“Gyricon Electric Paper”1998 SID Int.Symp.Digest of Technical Papers Society for Information Display，Vol.29 1010-13，1998)。
液晶显示器(LCD)也广泛作为电子显示器，其通过施加一个低电压(例如4V/6μm)基于一种建立完好的技术、来指示二维结构。目前对用有机发光二极管(OLED)来替代LCD、或者用OLED作为用于LED屏幕的背景光产生了很强的兴趣，其优点是可以使用可以大大提高的发光强度的全部有机器件。LED发光时的发光度范围在1.51m/W，同时如在菲利普的PolyLED给出的，其可以达到4-5倍高的值(Dino A.Pardo，Ghassan E.Jabbour and NasserPeyghambarian，Application of Screen Printing in the Fabrication of Organic Light-Emitting Devices，Adv.Mater.12(17)1249-52，2000)。
发明概述因此本发明的目的是在电源线接上电压、或者没有接上电压时，产生一个可靠、简单和安全的可视指示。根据权利要求1中的双重电压指示器可以实现这些目的。优选实施例用于支持本发明的独立权利要求。
该基本想法是使用存在于任何施加有电压的导体表面附近的电场，以使得一个光敏层反射光、或者发光以警告加有电压，该光敏层是上述低压显示器类型的，并覆盖到导体上。从本发明的上下文可以意识到，不需要第二电极(反电极)和光敏层连接使得后者工作。相反，该第二电极放置在距离该导体一定距离的地方，并且选择形状使得光敏层(由于该导体和第二电机的电压差)附近的电场足够强。
进一步的，该指示器并不只是工作于随时间恒定的电场，例如具有高电压的DC传输系统，而且也能很好地工作在线频振荡的AC电场，特别是范围为10-24kV的中等电压或者范围为70-750kV的高电压。在这种情况下，该第二电极可以是三相电传输或分布系统中另外两个导体中的一个。
该光敏层优选形成例如“警告”的词语，以警告公众导体上施加有电压。在低电压显示器中被认为的缺点，也就是一旦电压切断后信息就会不持久或逐渐消退，现在变成了电压指示器文本的一个有用的特征。另一方面，当处于电压下时，用来指示没有电压的词语、诸如“接地”可以被同样反射率、或者颜色作为光敏层的背景包围。这样，如果没有电压施加到导体上，该词语或信息还是可读的。
对导体线的表面上的电场的估计证明了所提出想法的可行性。对于圆柱形的几何结构，导体表面上的所述电场为E＝E＝λ/(2πε0r)，其中λ是导体每单位长度上的电荷，ε0是介电常数，r是该导体的半径。该导体表面上所产生的电势综合为V＝λln(R/r)/(2πε0r)，其中R是(地面)电势相对于施加到导体的电压所处的假定距离。消除λ，电场E变为F＝V/(rln(R/r))。
对于半径为0.5cm、距离地面15cm、电压为15kV的导体，该导体表面的电场变为E＝882V/mm。对于r＝1cm，R＝30cm，电压为36kV的导体表面存在1.06kV/mm的电场。对于半径为5cm、距离地面400cm、电压为400kV的导体，E＝1.82kV/mm。在起始所提到的电泳层在1kV/mm开始产生好的对比。
附图简述在下面的文字中将参照优选实施例对本发明的主题进行更详细的说明，在所附的示意图中描述了该实施例，其中
图1是在变电站中所使用的电压指示器的效果；图2、图3和图4所示为穿过根据本发明实施例的电压指示器的横截面；附图中所使用的附图标记和它们的意义以提要的形式列在附图标记表中。原则上在附图中相同的部分采用相同的附图标记。
优选实施例的详细描述图1所示为根据本发明的电压指示器在MV变电站中的一个可能的应用。高电压可以通过变压器2和MV电闸3施加到三相导体块1、1′、1″上。第一导体块1在印刷有由光敏层5组成的字母上面或者它的旁边涂有背景层4。当没有电场存在时(图1a)，该背景层4具有与光敏层5相同的颜色。当电闸闭合时(图1b)，电场就会影响光敏层5的反射率和发射率，印刷字母相对于背景层4就显现出来。所述电场是由于处于MV或者HV电势的导体1和另一个导体1′或地电势6之间的电压差产生的。分别相距第一导体1为距离d1和d2的第二导体1′或地电势6用作光敏层5的第二电极。
可替换的，第三导体1″涂有背景层4″，该背景层4″在电场(图1b)的影响下具有与光敏层5″相同的颜色。在这种情况下，当没有电压施加到导体上时(图1a)，这些字母显现。
图2所示为使用电泳胶片作为光敏层5的电压指示器的基本结构。该胶片5由分散在基质8、也就是粘胶剂或喷漆中的微囊体7组成，并将其涂到导体1上。包含微囊体7的区域例如是与背景层4相邻印刷有字母，或者是染成具有与非定向电泳层相同的颜色的粘胶剂区域。微囊体7包含有电介质流体70和带有电荷的可见对比颗粒的悬浮物71。导体的电场会引起微囊体7中的有色颗粒71定向和迁移。这样就导致看向胶片时它的颜色/亮度的改变。可替换的，微囊体7可以包含在可视对比流体中的电介质颗粒71。当施加电场时，颗粒沿着电场的方向定向成链。这样导致当从顶上看去时胶片颜色的改变。
该微囊体具有的大小典型的为1-100μm，优选的为2-30μm，同时颗粒的直径为0.1-5μm，优选的为0.5-1.5μm。使用0.5μm的颗粒，它们可以在低至2kV/mm的电场中以400μm/s的速度移动。在直径为4μm的微囊体中就可以以50Hz在囊体中从一边到另一边的来回移动。因此对于1kV/mm(例如36kV的线，1cm半径的导体，30cm的地面高度)，为了让颗粒能够移动一个往返，微囊体优选的不大于2μm。
该颗粒可以携带本身的电荷或者通过充电控制剂被充电。有用的材料是TiO2、ZnO、SnO2，它们很昂贵并是白色的。对于黑色颗粒，可以采用碳黑颗粒。充电控制剂使得该颗粒表面上的电势为Z，它可以是聚合物，例如聚乙烯、聚丁烯琥珀酰亚胺或者聚乙烯吡啶块的共聚物。该颗粒可以是无机(TiO2)和有机材料在雾化器中制成的复合体，或者是具有聚合物外涂层的无机颗粒，该颗粒可以通过球磨研磨或化学方法准备。颗粒的密度优选与微囊体中电介质流体的密度相同，这些颗粒悬浮在微囊体中。这可以是暗色的憎水流体，如轻油、异链烷烃的石油溶剂、脂肪族烃或者四氯乙烯。
微囊体的形成是在水包油的乳状液(或者其它不易被水沾湿的液体)中进行的。这些颗粒然后被包含在石油滴中。微囊体通过已知的处理，例如凝聚过程、界面聚合、或者在存在聚丙烯酸中使用例如尿素/甲醛浓缩处理的原处聚合在石油滴周围形成。该微囊体最终分散在粘胶剂中，该粘胶剂应该是透明并也许是可固化的。例如是环氧化物、聚乙烯醇、凝胶或者其它树脂。
图3所示为使用Gyrion旋转球显示材料的光学指示器的电压指示器的基本结构。小双色球体72内置于一个流体填充的第二球体7中，并由于双极动量的相互作用可以随着电场E转动，并沿着后者定向。在将相同颜色的半球充电成相同极性的情况下，对于这些场定向的颗粒可以出现一个强的光学对比。这些双球7、72最终包括在一种基质8中，例如清澈树脂中，由于对比的原因它也可以使用颜料涂色。该微球体7的典型大小为25-100μm。
特别是当一种类型的半球更加吸引导体时，例如通过物理吸着或者化学吸着效应，(它可能具有颗粒表面的原始性质)，这个半球很可能粘着导体，并且即使在AC电场下也会出现强的光学对比。
图4所示为使用发光层5作为光学指示器的电压指示器的基本结构。光在复合中心9产生，其中注入的正电荷和负电荷载体复合发出可见光。对于将发光层5结构化应用到导体1上，例如作为字母或符号，当施加足够强度的电场时，这些图案开始发光。
作为一种合适的材料，可以使用有机发光二极管(OLED)的激活层材料。这些材料可以由适合应用到材料表面的小的有机分子或者聚合物组成，对于小分子使用物理汽相沉淀(PVD)，或者对于聚合物使用子旋涂或溶剂浇铸技术。按照这种方法，与HV导体相邻的表面和暴露在空气或惰性气体(例如N2或者SF6)的表面二者，置于电场时，都作为电荷载体注入区域。其中有机层就是产生并发射出光的复合中心。
例如从剑桥设备技术公司得到的绿色发光聚亚乙烯苯(PPV)可以用作激活发光材料。其它有机发光材料例如有N，N′-二苯基-N，N′-双(3-甲基苯基)-(1，1′-二苯基)-4，4′-二胺(也就是TPD)或者8-三-羟基喹啉铝(也就是Alq3)或者聚-(2-mothoxy-5-(2′-乙基己氧基)-1，4-亚乙烯基苯(也就是MEH-PPV)。激活发光层的厚度为大约60nm至200nm，可以被从3V到16V的电压驱动发光，该电压对应于15-266kV/mm的电场强度。
标记表1、1′、1″导体2 变压器3 电闸4、4″ 背景层5、5″ 光敏层6 地面电势7 微囊体70 流体71 有色颗粒
72双色球体8 基质9 复合中心
权利要求
1.一种双重电压指示器，包括第一电极，它作为第一导体(1)的一部分，其中第一电压(U1)可以施加给所述第一导体(1)，第二电极，其设置与第一电极相距距离(d)，光敏层(5)，其附到第一导体(1)上，并由发光材料或吸光材料组成，该材料在通过第一电压(U1)产生的电场(E1)的影响下会改变它的发光率和反射率。
2.如权利要求1所述的电压指示器，其特征在于第一电压(U1)是以线频在中等电压或高电压范围内变化的电压。
3.如权利要求2所述的电压指示器，其特征在于第二电极是三相电传输或分布系统的第二导体(1′)的一部分。
4.如权利要求1所述的电压指示器，其特征在于第二导体是接地电势(6)。
5.如权利要求1所述的电压指示器，其特征在于光敏层(5)和第二电极之间的间隙充满空气或绝缘气体。
6.如权利要求1所述的电压指示器，其特征在于光敏层(5)的光吸收层包括电泳材料。
7.如权利要求6所述的电压指示器，其特征在于电泳材料包括微囊体(7)，该微囊体包含对电场(E1)产生不同响应的多个可视对比部分(70、71、72)。
8.如权利要求1所述的电压指示器，其特征在于光敏层(5)的发光材料是有机发光二极管(OLED)的活性材料。
9.如任一前述权利要求所述的电压指示器，其特征在于光敏层(5)采用字母的形式警告公众第一导体上施加有所述第一变化电压(U1)，或者指示公众第一导体上没有施加所述第一变化电压(U1)。
10.由发光材料或吸光材料组成的光敏层(5)作为双重电压指示器以及指示施加到第一导体(1)上的电压(U1)是否存在方面的应用，其中所述光敏层在电场(E1)的影响下，会改变其发光率或反射率，所述光敏层附于第一导体(1)上，第一导体处于作为第一导体(1)一部分的第一电极和与第一电极相距距离(d)的第二电极之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于高电压或者中等电压设备的双重电压指示器。该指示器包括光敏层(5)，当其被置于一个电场中时，该光敏层能够改变它的反射率或发射率，并且该光敏层直接被应用到导体的表面上。该光敏层是基于用作低电压显示的材料，例如电泳胶片。
文档编号G01R13/40GK1589408SQ02823025
公开日2005年3月2日 申请日期2002年11月18日 优先权日2001年11月20日
发明者R·斯特吕姆普勒, J·格拉茨－赖兴巴赫 申请人:Abb研究有限公司