光子电压传感器

光子电压传感器
1.本发明涉及电力传输和配电领域。更具体地，本发明涉及对光学电压感测器(sensor)和相关布置的改进，其使得这样的感测器能够被用于电网中的应用并且被暴露于设备的最高电压。在本发明的一个实施方案中，通过雷电冲击衰减器保护光学电压感测器免受雷电冲击(lightning impulse，雷电脉冲)的影响。包括光学电压感测器和雷电冲击衰减器的光子电压传感器(transducer)受益于通常设置有电力传输或配电网络的光纤并且在无需对设备和基础设施的大量投资的情况下实现可靠的测量。


背景技术：

2.从保护、控制和监测的角度来看，期望能够实时测量可能包括架空电力线路或电力电缆的输电或配电网络上的电压和电流。期望进行测量和/或监测电网状况的点通常距离变电站或土建结构上部很远的距离(例如大于50km)或者仅仅是难以接入。
3.特别是，到目前为止还没有一种可靠的方法可以用以在不需要遥感器、本地电源和远距离传送感测器数据的装置的情况下远距离测量这种电压。一般来说，测量这样的电压的方法需要包含有源电子元件的感测器。为偏远地方处的感测器供电并且确保电源的可靠性是一个重大问题。
4.一些方法利用容纳在电力电缆内的铜辅助导线(pilot wire)向感测器输送电力。这些感测器可以沿着也容纳在电力电缆内的光纤将测量的电压传送回来。然而，尽管光纤准许测量的数据的远距离传送，但电缆内的导线集成增加复杂性(并且增加了成本)并且不适用于架空传输线路。因此，可能需要电信设备来传输测量数据。
5.替代地，已知安装互感器(transformer)，其将可以为10kv至30kv的初级线路电压向下变换为例如24v至240v的低电压来驱动感测器系统。由于变压器价格昂贵，所以这种方法成本极高。此外，当初级系统上的故障切断感测器的电力时，通过这样的方式供电的感测器系统将停止运行。可以提供备用电池，但是这再次增加了成本、复杂度并且降低了系统可靠性。最后，可以利用各种电力收集(power scavenging)方法，但由于同样的原因，这些方法较差。利用不需要本地电源的无源感测器的方法可以理解地是有益的并且优于上述任何技术。
6.不幸的是，到目前为止，(例如)经由光纤通信和/或被询问的无源感测器不适合于这样的应用，因为这些无源感测器对可以物理地破坏它们的雷电冲击敏感。可以将过电压火花隙(spark gap，火花放电器)(或气体放电管)与这样的感测器并联连接，但这样的设备可能会非常昂贵，尤其是在考虑在整个电网中大规模部署感测器时。此外，过电压火花隙具有有限的寿命，因为它们的激活可能导致ka级电流并且包含放射性元素kr85。另外，火花隙将只针对电压电平进行保护，而不针对电压的大转换速率(slew-rate)进行保护，大转换速率仍可能导致感测器的损坏。此外，这样的设备不适于易于安装所需的各种不显眼的和紧凑的封装。
7.因此，本发明的至少一个方面的目的是消除和/或减轻已知的/先前的布置的一个或多个缺点，例如对诸如电源和电信设备等配套基础设施的依赖。
8.通过阅读以下描述，本发明的其他目标和目的将变得明了。


技术实现要素：

9.根据本发明的第一方面，提供了一种光子电压传感器，包括：
10.光学电压感测器；以及
11.雷电冲击衰减器；
12.其中雷电冲击衰减器与光学电压感测器串联电连接以衰减由光学电压感测器感测到的电压。
13.提供与光学电压感测器串联的雷电冲击衰减器保护了光学电压感测器免受高振幅冲击——诸如可能由光子电压传感器连接的导体上的雷击引起的高振幅冲击——的影响。
14.优选地，雷电冲击衰减器包括至少一个电阻器和至少一个电感器。优选地，该至少一个电阻器和该至少一个电感器并联电连接。
15.提供了与光学电压感测器组合的rlc电路。因此，提供优选地并联的至少一个电阻器和至少一个电感器允许工频(power frequency)、谐波和相位几乎不变地传输到光学电压感测器。优选地，选择电阻和电感以优化工频、谐波和/或相位到光学电压感测器的传输。
16.该至少一个电感器可以包括至少一个线圈。雷电冲击衰减器还可以包括位于该至少一个线圈内的一个或多个铁氧体磁芯。可以优选地以堆叠体形式提供多个铁氧体磁芯。优选地，提供一个或多个铁氧体磁芯增加了该至少一个电感器的电感。
17.优选地，该至少一个电阻器位于线圈之内，并且在适用的情况下位于一个或多个铁氧体磁芯之内。
18.可选地，线圈包括多个线圈部分。可选地，线圈部分由多个介电间隔件限定和/或分开。可选地，线圈包括具有介电涂层的导线。可选地，线圈还包括介电填料。优选地，介电间隔件、介电涂层和/或介电填料的介电常数基本相同。优选地，每个线圈部分包括多个绕组匝。优选地，每个线圈部分包括多个绕组层。优选地，在相邻线圈部分之间提供电连接。可选地，电连接包括延伸穿过相应的介电间隔件的导线接头。
19.优选地，光学电压感测器包括机械耦合到压电致动器的光纤布拉格光栅，该压电致动器响应于感测到的电压而膨胀和收缩。
20.到目前为止，这样的感测器还没有被用于高压传感应用；事实上，在构思出本发明之前，不可能这样做，因为在发生雷击的情况下这样的感测器有损坏或毁坏的风险。
21.优选地，压电致动器包括一个或多个铁电硬压电元件。优选地，压电致动器包括铁电硬压电元件的堆叠体。一个或多个压电元件可以是盘形物的形式。这些可以使用导电环氧树脂来结合(bond，键合)。压电致动器可以由一系列物理结合的致动器组成。可以改变致动器的厚度和数量以针对任何期望的电压电平提供传感器。
22.由于雷电冲击衰减器而可以使用铁电硬压电材料；这样的材料原本会在发生重大冲击时引发损坏或毁坏的风险。当然，并且为了避免疑义，也可以使用与如上文限定的硬压电元件相同的形式和/或布置的铁电软压电元件。
23.优选地，光学电压感测器包括位于压电致动器的相对侧上的(至少)两个电极。优选地，该至少两个电极包括因瓦合金(invar)。可以使用导电环氧树脂将电极结合到压电致
动器。
24.优选地，通过将光纤布拉格光栅附接到电极，光纤布拉格光栅机械耦合到压电致动器。优选地，光纤布拉格光栅经由一个或多个应变放大桥被连接到电极，该应变放大桥可以包括石英。可以使用环氧树脂粘合剂和密封剂将包含光纤布拉格光栅的光纤部分结合到应变放大桥。
25.可选地，光学电压感测器包括多个光纤布拉格光栅。多个光纤布拉格光栅中的两个或更多个可以位于单独的光纤部分中。单独的fbg可以被用于监测温度并且可以热耦合但不机械耦合到压电致动器。替代地，或者附加地，多个光纤布拉格光栅中的两个或更多个可以位于同一光纤部分中，该同一光纤部分机械耦合到压电致动器，例如如上文所述。替代地，或者附加地，多个光纤布拉格光栅中的两个或更多个可以位于单独的光纤部分中，每个光纤部分都机械耦合到压电致动器，例如如上文所述。优选地，所有光纤布拉格光栅都处于光通信中——优选地在同一光纤上——以使得它们可以同时被询问。
26.可选地，光子电压传感器被配置为监测电流。可选地，光学电压感测器的压电致动器与电流互感器(current transformer)或罗氏线圈以及负载电阻器并联连接。替代地，光子电压传感器还包括至少一个电流感测器。可选地，电流感测器包括另一光学电压感测器，其中该另一光学电压感测器的压电致动器与电流互感器或罗氏线圈以及负载电阻器并联连接。
27.优选地，光子电压传感器包括外壳，该外壳包含光学电压感测器和雷电冲击衰减器。优选地，外壳包括大体圆柱形的并且空心的主体，其可以是空心绝缘体或电套管。主体可以包括瓷、聚合物、混合物或复合材料或任何其他合适的绝缘材料。外壳可以包括位于主体的相对端处的一个或多个法兰。第一法兰可以被电连接到雷电冲击衰减器并且第二法兰可以被电连接到光学电压感测器。
28.可选地，第一法兰包括导体夹，以准许光子电压传感器直接连接到导体(诸如架空传输线路)。可选地，光子电压传感器可以包括接线盒，其可以提供将光子电压传感器连接到地的装置，和/或可以提供光学连接以允许对光学电压感测器的远程询问。
29.根据本发明的第二方面，提供了一种包括光纤布拉格光栅和压电致动器的光学电压感测器，该压电致动器响应于感测到的电压而膨胀和收缩，该光学电压感测器还包括电耦合并且机械耦合到压电致动器的相对侧的一对电极，其中光纤布拉格光栅机械耦合到这些电极。
30.优选地，压电致动器包括一个或多个铁电硬压电元件。优选地，压电致动器包括铁电硬压电元件的堆叠体。该一个或多个压电元件可以是盘形物的形式。这些可以使用导电环氧树脂来结合。
31.光纤布拉格光栅可以经由一个或多个应变增强桥机械耦合到电极，该一个或多个应变增强桥可以包括石英。这些电极可以包括因瓦合金。
32.可选地，光学电压感测器包括多个光纤布拉格光栅。
33.本发明的第二方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。
34.根据本发明的第三方面，提供了一种用于光学电压感测器的雷电冲击衰减器，该雷电冲击衰减器包括并联的至少一个电阻器和至少一个电感器以衰减高压冲击，但将工
频、谐波和相位基本不变地传输到光学电压感测器。
35.至少一个电感器可以包括至少一个线圈。雷电冲击衰减器还可以包括位于该至少一个线圈内的一个或多个铁氧体磁芯。可以优选地以堆叠体的形式提供多个铁氧体磁芯。优选地，提供一个或多个铁氧体磁芯增加了该至少一个电感器的电感。优选地，该至少一个电阻器位于线圈之内，并且在适用的情况下位于该一个或多个铁氧体磁芯之内。
36.可选地，线圈包括多个线圈部分。可选地，线圈部分由多个介电间隔件限定和/或分开。可选地，线圈包括具有介电涂层的导线。可选地，线圈还包括介电填料。优选地，介电间隔件、介电涂层和/或介电填料的介电常数基本相同。优选地，每个线圈部分包括多个绕组匝。优选地，每个线圈部分包括多个绕组层。优选地，在相邻线圈部分之间提供电连接。可选地，电连接包括延伸穿过相应的介电间隔件的导线接头。
37.本发明的第三方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。
38.根据本发明的第四方面，提供了一种监测系统，包括：
39.根据第一方面的一个或多个光子电压传感器；以及
40.经由光纤与该一个或多个光子电压传感器进行光通信的询问器。
41.优选地，询问器包括宽频带光源以照射光纤。替代地，询问器可以包括扫描或可调谐激光器以照射光纤。光纤可以被包括在电力电缆中，并且一个或多个光子电压传感器可以被连接到电力电缆。优选地，监测系统包括经由光纤的多个光子电压传感器并且接收对应的多个光信号。多个信号中的每一个可以包括对于对应的光子电压传感器唯一的波长。
42.优选地，询问器被配置为根据接收到的光信号来确定感测到的电压或每个感测到的电压。优选地，根据来自相应的光子电压传感器的光纤布拉格光栅或每个光纤布拉格光栅的峰值反射波长的谱位置来确定感测到的电压或每个感测到的电压。优选地，根据峰值反射波长的变化来确定感测到的电压的变化。
43.优选地，光子电压传感器或每个光子电压传感器的光纤布拉格光栅具有唯一的峰值反射波长，并且询问器可以包括波分复用器。替代地，询问器可以包括时分复用器。
44.本发明的第四方面的实施方案可以包括对应于本发明的任何其他方面的优选或可选特征的特征，反之亦然。
附图说明
45.现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的各方面的实施方案(相同的附图标记表示相同的特征)，其中：
46.图1例示了根据本发明的一个方面的光学电压感测器，其包括机械耦合到压电致动器的光纤布拉格光栅；
47.图2以横截面例示了根据本发明的一个方面的雷电冲击衰减器的实施方案；
48.图3以横截面例示了根据本发明的一个方面的光子电压传感器；
49.图4示意性地例示了适于询问图3中例示的光子电压传感器的光纤感测器监测系统；以及
50.图5以横截面例示了根据本发明的一个方面的替代雷电冲击衰减器。
具体实施方式
51.如上文在本发明的背景技术中所讨论的，期望能够在远距离处并且在无需电源、无需依赖gps卫星或电信网络的情况下实时测量电网上的电压。通过利用光纤，无论是独立的、缠绕在架空导体上的、设置在地面架空导体内的或并入现代电力电缆中的或以其他方式，本发明允许在测量位置处不需要对电源、访问gps卫星或实际上电信设备的任何要求的情况下在非常远的距离(例如在要求信号提升之前高达100km)上测量高压，同时承受原本可能导致灾难性损坏的雷电冲击(或其他浪涌)。
52.现在将描述示例性光子电压传感器(pvt)的部件部分，然后是组装的pvt和组装方法的一些细节的描述。
53.光学电压感测器
54.申请人已经开发了一种电压感测器，其将光学应变感测器与压电致动器组合以促成在远程位置处的电压(和其他参数，诸如温度)测量。wo2005/029005描述了一种包括压电感测器和与该压电感测器接触的光学应变感测器的用于远程测量的系统。
55.光学应变感测器包括光纤布拉格光栅(fbg)，该光纤布拉格光栅可以使用标准写入技术(诸如uv干涉和掩膜)被写入光纤的芯中。fbg将在布拉格波长λb＝2n∧处反射，其中n是有效的芯折射率，并且∧是光栅的间距(pitch)。因此，fbg有效地充当波长特定的反射器，其中峰值反射波长取决于光栅的间距。
56.压电感测器与fbg的区域中的光纤进行物理接触(例如，结合)，使得当压电感测器在施加的电压下膨胀和收缩时，fbg也被膨胀和收缩，从而改变光栅的间距并且因此改变布拉格波长。因此，fbg的峰值反射波长的瞬时谱位置指示施加到压电元件的电压。因此，监测系统可以被配置为使用峰值反射波长的瞬时谱位置来确定施加到压电元件的电压。
57.然而，压电感测器是脆弱的，并且由申请人进行的测试表明，暴露于标准雷电冲击类型测试——诸如国际标准iec 60044-7定义的测试——可能导致压电致动器由于极端加速度的物理解体，该压电致动器由于雷电冲击的形状和大小而经历该极端加速度。
58.虽然压电传感器的制造商可能建议预加载以防止由于快速收缩引起的材料内的过大内应力，但在由上述感测器方法实现的各种紧凑封装内，这将极难实现。替代地，如上文所述，过电压火花隙(或气体放电管)可以与压电元件并联连接，但这会再次难以在紧凑封装内实现，并且会针对电压电平进行保护，但不会针对仍然导致过度加速度的大转换速率进行保护。此外，过电压火花隙可能非常昂贵并且可能包含放射性元素。
59.图1例示了根据本发明的一个方面的光学电压感测器1，其基于与上述基于fbg的电压感测器相同的原理，但具有适于高压的测量的特定配置和部件的选择，诸如在电网应用中，尤其是与下文所述的雷电冲击衰减器组合。光学电压感测器1包括两个压电盘形物5a、5b，它们结合在一起(使用导热和导电环氧树脂)以形成压电致动器5。压电盘形物5a、5b被夹在一对电极13a、13b之间，并且与其结合(再次，使用导热和导电环氧树脂)。
60.在此实施方案中，压电盘形物5a、5b包括铁电硬压电材料，该材料(与铁电软压电材料相比)适于高压测量，并且展现出优越的特性，该特性有助于可以被用于诸如收益监测的应用的高精度设备。然而，预见到，可以采用铁电软压电材料代替，在这种情况下采用电容分压器以感测高压可能是有利的。此外，在此实施方案中，电极包括因瓦合金(因其低热膨胀系数和因此的高尺寸稳定性而被选择)，尽管可以采用任何合适的电极材料。通常，这
将包含具有与压电和光纤非常相似的热膨胀系数的材料以避免或至少减少设备制造和运行期间的热诱导应力。
61.光学应变感测器包括被写入光纤7的芯中的光纤布拉格光栅(fbg)3，经由石英应变放大桥8a、8b机械耦合到压电致动器5，石英应变放大桥8a、8b结合(再次，使用导电环氧树脂)到对应的电极13a、13b。石英桥8a、8b各自包括沟槽，光纤7延伸穿过该沟槽，并且光纤7被结合到桥上(使用可以紫外光固化的环氧树脂粘合剂和密封剂)。桥8a、8b的目的是将光纤7的应变长度限制到fbg 3被写入的区域，以最大化电极的移动的效果，这原本会不必要地使光纤应变更多并且导致较小的波长偏移。这实际上放大了施加在fbg 3上的应变。
62.在此实施方案中，光学电压感测器1设置有单个fbg，但设想可以提供不止一个fbg以测量其他参数(或提供冗余)。例如，可以提供第二fbg以测量温度。第二(和任何另外的)fbg可以以与上述fbg 3类似的方式耦合到压电致动器，或热耦合但不机械耦合到压电致动器。替代地，第二(和任何另外的)fbg可以被写入光纤中、设置在桥8a、8b之间但具有预定空间间隔。还预见到，桥可能包括石英以外的合适材料。再次，这将包含具有与压电和光纤非常相似的热膨胀系数的材料以避免或至少减少设备制造和运行期间的热诱导应力。最优选的是，所有fbg都可以沿着单个光纤(同时)被询问；因此，所有fbg可以形成在单个光纤中或至少拼接在一起以有效地形成单个光纤。
63.如上文所述，fbg 3的峰值反射波长取决于光栅的间距。当压电致动器5在施加的电压下(经由端子9)膨胀和收缩时，fbg 3也被膨胀和收缩，从而改变光栅的间距并且因此改变布拉格波长。因此，fbg 3的峰值反射波长的瞬时谱位置指示施加到压电致动器5的电压。因此，监测系统(参见下文)可以被配置为使用峰值反射波长的瞬时谱位置来确定施加到压电致动器5的电压。
64.在一个替代实施例中，fbg可以被直接附接到电极或直接附接到压电致动器本身。这样的布置可能会使光栅上的应变更难以均衡(在构建感测器时)，使光纤预张紧更加困难，并且可能减少机械应变传递，从而产生与上文所述的桥附接布置相比的降低的性能。然而，这样的附接布置在一些情况下可能是合适的；例如，如果需要紧凑封装，其中空间非常宝贵和/或等效的附接布置可用。
65.此外，压电致动器可以不是包括两个压电盘形物，而是可以包括单个盘形物或几个盘形物的堆叠体，或根据情况实际上具有不同的形状或形状因数(例如，环)；例如，以适合具体的封装或应用。
66.通过将光学电压感测器1与电流互感器(ct)和负载电阻器并联连接，这样的感测器也可以被用作电流感测器。监测ct的次级电流——其经由负载电阻器被变换为电压——可以提供对通过ct封闭的电缆中的初级电流的测量。可以使用具有介电芯的罗氏线圈代替ct。如下文所述的光子电压传感器可以这样修改以监测电流，或者替代地设置有单独的光学电压感测器；一个用于监测电压并且另一个用作电流感测器。
67.雷电冲击衰减器
68.图2以示意图形式并且未按比例例示了根据本发明的一个方面的雷电冲击衰减器31，其包括线圈33、铁氧体磁芯35和电阻器37。在此实施方案中，线圈33的电感为13h，并且这通过将铁氧体磁芯35定位在线圈33之内而增加到18h。为了方便并且为了紧凑设备的利益，电阻器37——其在此实施方案中为150kω电阻器——位于铁氧体磁芯35内，尽管它可
以位于磁芯35和/或线圈33之外。电阻器37和线圈33并联电连接。
69.尽管示出了单个电阻器37，但可以通过串联连接的两个或更多个电阻器来实现期望的电阻；例如，两个75kω电阻器。此外，尽管铁氧体磁芯35示出为单个环形体，但它可以替代地包括以堆叠体布置的多个铁氧体环形物。这些可以被结合在一起(例如使用电绝缘和热绝缘环氧树脂)并且可选地被覆盖在热缩套筒中以保持对齐，并且使得在制造期间能够易于插入线圈33之内。
70.雷电冲击衰减器31可以在一端处被连接到(例如)如下文所述的光子电压传感器的顶部法兰，并且在另一(底部)端处被连接到如上文所述的光学电压感测器(在这样的光子电压传感器内)的顶部电极，以降低光学电压感测器1，并且尤其是压电致动器5，被暴露到的电压电平和转换速率。因此，通过雷电冲击衰减器31到光学电压感测器1的串联连接，总体上避免了对压电致动器5和光学电压感测器1的机械损坏。
71.优选地，压电致动器5包括硬压电材料，因为其在滞后性和稳定性方面具有优异的品质。然而，可以理解的是，可以替代地采用软压电材料。由雷电冲击衰减器31提供的冲击保护将防止任一种类型的致动器破碎。这种构造允许使用“硬压电”，其对于电压测量的长期稳定性或高精确度具有远优于软压电的品质。
72.上文所述的布置的另一个显著优点是，电阻器37、线圈33和光学电压感测器1相应地形成rlc电路，该rlc电路允许工频(和谐波)几乎不变地(包括无显著相位变化)通过光学电压感测器1。因此，尽管存在能够承受雷电冲击的衰减器，但仍可以使用光学电压感测器以高保真度在(例如)下文所述的光子电压传感器连接的导体上执行测量。
73.技术人员可以绘制波德振幅和相位传递函数并且微调感测器的给定电容的分量值，以使设备符合根据iec或ieee标准的电子电压互感器(voltage transformer)的精度规范，但对感测器端子上的波形的高于标准中规定的最高谐波的并且需要由感测器测量的频率分量提供了显著的衰减。技术人员可以设计优化rlc值的算法。除此之外，可以通过以下方式实现微调过程：计算给定频率的振幅和相位，例如使用计算机，绘制传递函数和手动更改部件，以实现期望的性能——即，符合iec标准，但仍然在与快速上升/下降雷电冲击波形相关联的更高频率下提供可观的衰减。
74.尽管上文的雷电脉冲衰减器利用位于线圈之内的铁氧体磁芯来增加线圈的电感，但在没有和/或如果期望更紧凑的设备的情况下，如果线圈展现出足够的电感，则铁氧体磁芯(或其他电感增强插件)可以被省略。
75.光子电压传感器
76.如上文所暗示的，根据本发明的一个方面并且适合部署在电网中的光子电压传感器(pvt)51可以包括与雷电冲击衰减器31串联连接的光学电压感测器1，如图3中所例示的。
77.pvt 51包括外壳，该外壳容纳光学电压感测器1和雷电冲击衰减器31。外壳由电连接到雷电冲击衰减器31的顶端的第一或顶部法兰53、电连接到光学电压感测器1的第二或底部电极13b的第二或底部法兰55以及绝缘套壳57限定，该绝缘套壳57包括具有多个径向翅片57a的大体圆柱形的并且空心的主体(这样的套壳在本领域中可以被称为“遮雨缘”)。绝缘套壳57可以是在电网、架空传输线路等中广泛使用的空心绝缘体或电套管，并且可以包括瓷、聚合物、混合物或复合材料或任何其他合适的绝缘材料。
78.第二或底部法兰55具有多个通孔，以允许第二或底部电极13b经由第二或底部法
兰55连接到的接线盒61连接到地(由附图标记99示意性地指示)。接线盒61还包括输入光学端口63a和输出光学端口63b，以允许对fbg 3的光学询问(例如，如下文关于图4所述的)。注意，在图3中，设置在输入端口63a和输出端口63b之间的光纤7以虚线示出以易于参考并且将其与以实线示出的电连接区分开来。
79.为了允许pvt 51测量或监测导体(例如架空电力电缆)上的电压，pvt 51被提供有(可选的)导体夹65，该导体夹65被连接到第一或顶部法兰53(并且因此经由雷电冲击衰减器31与光学电压感测器1的第一或顶部电极13a进行电通信)。如上文所述的，压电致动器5响应于感测到的电压而膨胀和收缩，从而导致桥8a、8b之间的光纤7以及因此fbg 3的相应膨胀和收缩，其优点是雷电冲击衰减器31还准许工频、谐波和相位几乎不变地传递到压电致动器5以及因此fbg 3。
80.假若雷电击中pvt 51连接的导体(或导体受到另一个显著冲击)，雷电冲击衰减器31(通过由电阻器37、线圈33和光学电压感测器1相应地形成的rlc电路的方式)将显著衰减快速上升和下降的冲击，从而避免对压电致动器5的损坏。
81.用介电灌封凝胶或合成油填充pvt的内部体积59可能是有利的；这可以作为pvt 51的构造或组装中的最后一步执行，其中在应用第一或顶部法兰53之前进行可选的脱气，然后应用第一或顶部法兰53有效地封闭pvt 51。
82.在上文的实施方案中，输入和输出光学端口包括隔板sc/apc适配器，尽管可以提供任何其他合适的连接。还预见到，可以在pvt的第二或底部法兰上直接设置输入和输出光学端口，而不是具有接线盒。此外替代地，预见到，可以完全省去输出端口并且光纤输出可以简单地被拼接或以其他方式耦合到询问光纤，尽管此选项可能不是最实用的。同样，接线盒或pvt本身的第二或底部法兰可以直接地接地或被连接到接地导管。注意，在期望测量相间电压(phase to phase voltage，线电压)的应用中，底部法兰将不会接地而是被连接到另一导管。
83.光纤感测器监测系统
84.图4以示意图形式例示了适于监测光纤11中的多个(n个)fbg 3的监测系统21。通过适当选择光纤芯的折射率的变化的周期性(即光栅的间距——参见上文)，每个fbg 3——如上文所述的，其可以与具体的光子电压传感器(pvt)相关联——对不同波长(λ1、λ2、λ3、λ4......λn)的光敏感。
85.该系统包括宽频带光源23，用于使用询问信号来照射光纤11，该询问信号具有覆盖沿着光纤11定位的所有fbg 3的反射波长的波长范围。光沿着光纤11传播并且从每个fbg 3反射的光被同时地并且连续地馈送入粗波分复用器(cwdm)27(经由耦合器26)，该波分复用器将从光纤11接收的光分离成多个波长(和相关联的光纤)，每个波长对应于fbg 3中的一个。由adc/处理器单元29驱动的快速光路开关28将来自每个fbg 3的反射信号依次导引到干涉仪和解调平台25。注意，在一个替代实施方案中，设想可以由系统使用扫描滤波器或可调谐激光器询问多个fbg。
86.然后，adc/处理器单元29处理来自干涉仪和解调平台25的输出，以确定每个通道中的反射光的波长，并且从而确定施加到与相应的fbg 3相关联的压电元件的瞬时电压。例如，这可以通过将反射峰值的瞬时谱位置与校准数据或查找表进行比较来完成。
87.替代地，时分复用器(未示出)可以被用来将从光纤11接收的光分离成时间分离序
列。在这样的布置中，fbg 3不需要展现唯一的峰值反射波长。时分复用技术和波分复用技术的组合可以被用来询问非常大的fbg阵列。
88.附图标记31总体上指示询问器，该询问器包括宽频带光源23、波分复用器27和由adc/处理器单元29驱动的快速光路开关28(其可以用时分复用器代替或补充)以及干涉仪和解调平台25。
89.在一个替代实施方案(未示出)中，可以采用法布里-珀罗扫描滤波器代替粗波分复用器和开关部件，并且可以采用单个检测器代替干涉仪和解调平台。在另一替代实施方案(也未示出)中，可以采用波分复用器或棱镜代替粗波分复用器，并且可以采用光电探测器的线性阵列(例如256或512)来实现光谱分解和波分复用。为了避免疑义，这些实施例是非限制性的，并且在不偏离由所附的权利要求限定的发明的范围的情况下，光纤感测器监测系统可以以任何合适的方式询问pvt。
90.替代雷电冲击衰减器
91.图5以示意图形式并且未按比例例示了根据本发明的一个方面的替代雷电冲击衰减器131，该雷电冲击衰减器包括线圈133、铁氧体磁芯135和多个(在此情况下为三个)高压电阻器137。与先前所述的实施方案一样，通过将铁氧体磁芯135放置在线圈133之内来增加线圈133的电感。为了方便并且为了紧凑设备的利益，电阻器137串联连接并且位于铁氧体磁芯135内，尽管它们可以位于磁芯135和/或线圈133之外。与图2的雷电冲击衰减器一样，电阻器137和线圈133并联电连接。
92.在雷电冲击衰减器131的此实施方案中，线圈133以避免闪络的方式特意地缠绕。这包含提供一系列间隔件132，这些间隔件将线圈133划分为一系列的n个线圈部分134。注意，该图是示意性的，不是按比例的，并且为了易于理解绕组直径被放大了。每个绕组部分134包括l个匝并且这些匝被铺设在m层中。如例示的，线圈133在每个部分134内的层中来回缠绕，并且在导线接头136处进行通过每个间隔件132的电连接。
93.注意，绕组间隔由在相应的导线上提供的绝缘层或漆包层的厚度限定。当被暴露于2v
l
(v
l
是沿着一个绕组层的电压降)的电压差时，这种分离应足以防止放电。如上文所述的，提供介电填料用于置换绕组之间的空气以防止原本可能导致介电击穿的高电场梯度。理想情况下，填料的介电常数应与相应的导线上的绝缘层料或漆包层相匹配或基本相同。
94.类似地，当被暴露于2v
lm
(v
lm
是在一个部分内建立的电压)的电压差时，间隔件132应防止放电。理想情况下，间隔件的介电常数应与相应的导线上的绝缘层或漆包层和介电填料相匹配或基本相同，再次以防止高电场梯度。
95.如上文布置的冲击衰减器消除了绕组之间的闪络风险。
96.雷电冲击衰减器131可以经由一端处的端子139a被连接到如上文所述的光子电压传感器的顶部法兰，并且经由另一端处的端子139b被连接到同样如上文所述的光学电压感测器(在这样的光子电压传感器内)的顶部电极，以降低光学电压感测器1，尤其是压电致动器5被暴露到的电压电平和转换速率。因此，通过雷电冲击衰减器131到光学电压感测器1的串联连接，总体上避免了对压电致动器5和光学电压感测器1的机械损坏。如先前陈述的，正是此冲击保护使得压电致动器5能够由铁电硬压电材料形成(原本其会破碎)，具有这种冲击保护带来的上文所述的益处。
97.如上文所述的，电阻器137、线圈133和光学电压感测器1将相应地形成rlc电路，该
rlc电路允许工频(和谐波)几乎不变地(包括无显著相位变化)通过光学电压感测器1。因此，尽管存在能够承受雷电冲击的衰减器，但仍可以使用光学电压感测器以高保真度在这样的光子电压传感器连接的导体上执行测量。
98.上文所述的优化rlc值的方法(与图2中例示的雷电冲击衰减器相关)同等地适用于雷电冲击衰减器的此实施方案。
99.国际标准iec 61869
100.已经构建了对应于上文所述的pvt 51的光子电压传感器并且其经受了标准雷电冲击电压测试。根据iec 61869-1——其要求15个负极性全波电压应用和15个正极性全波电压应用，在60kv的耐受电压下测试了pvt。根据iec 60060-1，施加的冲击的波前时间为1.2μs并且施加的冲击的半值时间为50μs。
101.根据iec 61869-1，pvt通过了雷电冲击电压测试，因为在任何冲击电压应用期间，无论是针对负极性全波电压冲击还是正极性全波电压冲击，均无破坏性放电发生。在所有情况下，pvt都承受住了60kv的全测试电压应用。
102.本发明使一种包括机械耦合到光学应变感测器(诸如光纤布拉格光栅)的压电致动器的光学电压感测器能够承受雷电冲击，雷电冲击的影响原本会对压电致动器和/或其他敏感部件是有害的或破坏性的。因此，被包括在还包括雷电冲击衰减器的光子电压传感器内的光学电压感测器能够符合相关标准并且被用于电网中的应用以及被暴露于设备的最高电压。
103.在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则术语“包括(comprise)”或“包含(include)”、或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”、“包含(includes)”或“包含(including)”的变体将被理解为暗示包括所陈述的整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。
104.可以在本发明的范围内对上文所描述的实施方案进行各种修改，并且本发明扩展到除了本文明确要求保护的特征之外的特征组合。