改善光学电压互感器内电场分布的介质分层法的制作方法

本发明涉及一种改善光学电压互感器内电场分布的介质分层法。

背景技术：

目前，光学电压互感器大多基于Pockels效应，按照调制方式分为横向调制和纵向调制。通常认为纵向调制时的电压积分误差与电场分布无关，外电场的干扰和极间电场分布的不均匀不会影响测量结果。但是在实际应用中，由于震动、光学器件连接的老化以及热胀冷缩等因素，使光学器件的相互位置产生微小的偏移或光路发生偏移，导致电光晶体内电场的分布不均匀而产生测量误差。如常见的纵向调制光学电压互感器采用8片电光晶体叠层式结构，晶体之间的介质为SF6绝缘气体，当晶体薄片或光路发生微小偏移时，其晶体内电场分布的均匀性变差，对测量准确度影响严重。造成晶体内电场分布不均匀的主要原因是电光晶体（如锗酸铋）的介电常数（16.3）远大于SF6绝缘气体的介电常数（1.002），晶体内的电场强度小、电势下降慢，而晶体外的电场强度大、电势下降快，导致电光晶体边缘处的电场突变。另外，多片晶体叠层式结构需要将晶体薄片精确地组合起来、并保证各晶体薄片的晶向一致，对加工制作和安装使用的要求很高，故晶体片数越多，越容易引入误差。

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分层法，有效地避免了电光晶体边缘处的电场突变、改善了晶体内电场分布的均匀性。

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分层法，其特征在于：在高压电极和地电极间依次设置第一电光晶体薄片、石英玻璃、第二电光晶体薄片。

进一步的，所述第一电光晶体薄片、石英玻璃、第二电光晶体薄片的厚度满足以下条件：

其中，U_π为高压电极和地电极之间的电压，d₁为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的厚度，d₂为石英玻璃的厚度，ε₁为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的相对介电常数，ε₂为石英玻璃的相对介电常数，n为电光晶体薄片的数量且n=2，n₀为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的折射率，γ₄₁为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的线性电光系数，λ为光源波长。

进一步的，所述第一电光晶体薄片和第二电光晶体薄片为锗酸铋电光晶体。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明根据测量电极间电压的大小，合理选择电光晶体和石英玻璃的厚度，使电压互感器具有足够高的半波电压、测量灵敏度和绝缘强度。石英玻璃的存在有效地避免了电光晶体边缘处的电场突变、改善了晶体内电场分布的均匀性。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是光路偏移示意图。

图中：1-高压电极；2-第一电光晶体薄片；3-石英玻璃；4-第二电光晶体薄片；5-地电极；6、7、8-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分层法，其特征在于：在高压电极1和地电极5之间沿着电场方向依次设置第一电光晶体薄片2、石英玻璃3、第二电光晶体薄片4。根据测量电压（即高压电极和地电极间的电压）的大小，合理地选择电光晶体（包括第一电光晶体薄片2和第二电光晶体薄片4）的厚度，使电压互感器具有足够高的半波电压、测量灵敏度和绝缘强度。石英玻璃的介电常数为3.8，可以使晶体内外电场强度的差异变小、电势下降趋缓，从而有效地避免电光晶体边缘处的电场突变，改善晶体内电场分布的均匀性。晶体之间或者光路6发生微小偏移时的电压积分误差减小到0.05%以下，能够确保0.2%准确级的要求。光路发生偏移的情况请参照图2，其中，6为正常状态下的光路，7为向左偏移的光路，8为向右偏移的光路。

于本实施例中，所述第一电光晶体薄片、石英玻璃、第二电光晶体薄片的厚度满足以下条件：

其中，U_π为高压电极和地电极之间的电压，d₁为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的厚度，d₂为石英玻璃的厚度，ε₁为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的相对介电常数，ε₂为石英玻璃的相对介电常数，n为电光晶体薄片的数量且n=2，n₀为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的折射率，γ₄₁为第一电光晶体薄片及第二电光晶体薄片的线性电光系数，λ为光源波长。

优选的，所述第一电光晶体薄片和第二电光晶体薄片为锗酸铋（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，为了保证足够高的半波电压、测量灵敏度及绝缘强度，锗酸铋电光晶体的厚度为1mm，石英玻璃的厚度为111mm，半波电压为7.81MV。为了满足0.2%准确度的要求，锗酸铋晶体上所施加的电压U_BGO应满足：

本发明中U_BGO=991V，满足上述条件。

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。