专利名称：用于中/高电压设备具有表面波设备的电压表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压表，这种电压表适合于中/高压设备。
已经以各种实施例和不同的工作原理公开了高压测量设备。许多这样的测量设备根据磁性原理工作或根据分析存在流动电流的高压设备中的磁场进行工作。对于所有这种设备应考虑或解决下面的问题保证足够的高压绝缘并排除由于使用这种测量设备可能出现的对工作人员和相关人员的高压危险。
例如在小册子U.S.-A-3428896，3633191，4158810和4261818以及在EP-0314850B1中公开了高压测量设备。在后一小册子中，联系多导线高压系统如三相高压线，特别说明所产生的问题。在这个小册子中，详细说明相当昂贵的措施，如可以解决基于现有相邻高压线的测量值干扰的措施或例如执行量值校正的措施。在这个小册子中引用了高压测量设备所涉及的一般的专门知识，在说明本发明时，因此不需要再重复这种内容。
本发明的任务是说明一种适合于中/高压设备的电压表，在技术上鉴于电气绝缘要求，简化了它的结构。这时还应考虑相邻电流/电压线的影响。
此任务通过具有根据权利要求1特征部分的电压表完成，并且在从属权利要求中说明了根据本发明电压表的进一步的实施结构和改进。
根据本发明的电压表的原理，从这样一个电压表出发，它与一个阻抗分压器相结合或从一个阻抗分压器出发工作。这个分压器特别是一个电容分压器。在一个电线和基准电位之间具有一个预先确定的分压器，上述电线相对于上述基准电位的电压电位将被测量。此外在小册子Bayer、Boeck、Mller和Zaengl“Hochspannungstechnik”Springer出版社1986，章10.6.3.2，313页至317页中和
中引用了另外的细节。
根据本发明的电压表具有一个表面波设备作为特有的测量元件。在本发明中，该设备具有测量分压器上出现的电位即电压的功能，在表面波设备中，该电场对波传播施加可以计算的影响。该表面波设备是电容电压表的一部分。本发明优选的实施形式具有一个电容分压器。关于表面波设备另外的细节同样参考
。
在本发明中，分压器还对产生的将要被测量的全部电压进行分配，可预先确定或可以通过计算确定这种分配，它还适当测量一个电压分量，以便通过表面波设备进行分析。
本发明的一部分是这种分压器的优选设计，该分压器的物理原理是现有技术。
图1示出了根据本发明的原理结构的侧视图，图2示出了根据本发明的原理结构的横截面图，图3、4示出了在本发明中使用的表面波设备的侧视图和俯视图。
图1是一根高压线2和根据本发明的电压表1的一个特别优选的实施形式的侧视图。本发明通过图1和图2说明用于测量这根导线的电压的应用。2’补充表示与上述高压线2相邻延伸的例如三相线系统的第二相的高压线。
基准电位，例如地面的地电位用10标出。
在本发明的此实施例中应用了由两个电容5和6组成的电容分压器。电容5是根据本发明的电压表结构的组成部分。这个电容的一个电极是已经提到的高压线2，所属的第二个极是一个根据本发明提供的导电的表面元件7。这个元件具有可预先给定的面积尺寸，并且被安排在距高压线2的预定距离内。高压线2是根据权利要求的、上面有被测量电压电位的导线，还可以是一个位于其他电压(相对于一个基准电位)上的导线。所提供的导电表面元件7优选具有完全的或至少尽可能闭合的套管7，优选地，它至少几乎全部包围高压线2的相应一段。一个不完全闭合的套管例如在事后可能从这面滑脱到已经存在的高压线2。
所说明的实施形式的高压线2和套管7因此优选构成含有电容分压器的第一个电容5＝C1。第二个(6)所属的分压器电容C2由套管7相对于参考电位10必然存在的寄生电容构成，在高压裸线的情况下，参考电位由地表面构成。通过对表面元件平面的相应测量，也就是说在图1的实施形式中套管7，和通过测量高压线2的外表面和套管7的内表面间的距离，相对于在实际中给定的寄生电容C2，选择电容C1的大小。该电容C1允许选择一个适合于表面波设备工作的被测量和分析的电压范围。专业人员还能针对特定应用给出表面元件即这里的套管7实现这样的测量对于表面波设备，有利于测量出现在电容C1范围内的电压。在实际中，测量分压器比例可以轻易地达到1∶1000。例如对于长度尺寸0.1m和直径大概24mm(当导线地直径为22mm时)的一个套管7，电容C1为2nF。例如附属的寄生电容总计大约9pF。一个附加出现在导线2和相邻导线2’间的电容C3对于这样一个例子大约为4pF。仅仅由于完整性，指出下面的情况在图1和2中说明在数量级上一方面缩短导线2和基准电位10间的距离，另一方面缩短到适当情况下存在的第二条电线2’间的距离。
表面波设备不需要(另外一个)电压源或在没有(另外一个)电压源的情况下工作。
图2说明了属于图1的侧视图。在图2中给出的参考符号的意义与图1中说明的意义相同。
根据权利要求，在电容C1的电场中安排了根据本发明提供的表面波设备21，其安排方式如下至少在这个表面波设备的基体框架的一个部分中，出现一个这样的电场在导线2和基准电位10间的电压的比例是将要测量(部分)电压的比例。因此从接下来的实施中得出另外的建设性的细节。
根据图3和4，说明了一个在本发明中使用的表面波设备的实施例。表面波设备21包括一个作为它的基本组成部分的一个基体22。这个基体优选是一个薄片，在大多数情况下，它由压电材料构成，有利地由单晶材料构成。一个这样的薄片特别由石英、锂铌酸盐、锂钽和相类似的材料构成。但还可以优选地将薄片22设计成仅具有带状压电特性但至少具有电致伸缩的特性，无论何时何地，对于声波的电产生物或对于这样一个波到电信号的逆变换，它都是必须的。借助于对于这种设备已经公开的叉指换能器23产生机械波，并且接下来声(机械)波在基体框架的薄片中传播，在图中用25表示这样的波。在所说明的表面波设备21的例子中，用26表示一个反射器，在公开的方法中，相应执行反射器，波25在交叉式换能器23中再次反射回来。
例如以原理性公开的方法中，反射器被编码，并因此产生表面波设备的一个相应被编码的应答信号。
一个这样的表面波设备21已经公开的工作方法是借助于一个通过天线24由一个应答发送器在无线电通道300上输送的电子脉冲在转换器23中产生波25，并且反射波在同一个转换器23中被再次逆变换为一个电信号。这个逆变换电信号301通过天线24发射并且在接收站中接收并且在那里分析。在电裸线的情况下，此外提供了一个位于地面的发射站和一个同样位于地面的具有分析部分的接收站。
为了到/从天线24反射/发射，例如可以在(例如借助于绝缘的、不导电的终端罩)闭合的套管7的外壳上提供一个输出耦合缝。如果在相应的高电压的情况下，在它们的内部，应该包括有利于电气绝缘的气体例如SF6，因此特别提供了一个封闭的套管。输出耦合缝在相应的方法中可以绝缘封闭。为了套管内部的绝缘，还可以使用通常有关的绝缘材料。天线24还可以使它的末端从套管中导出，例如通过套管的端平面。裸线2自己还可以作为天线耦合。
电致伸缩特性，优选是压电特性还可以存在于电极126和226的范围内，这两个电极被相互面对地优选直接安排在基体薄片22的上面或下面，例如在设有一电容量时。由于完整性，指出对于本发明，使用一个非电致伸缩(非压电的)的基体框架22可能是足够的，但在叉指式换能器23和电极126(必要时226)的范围内，用一个电致伸缩(压电)层覆盖基体。
本发明的优选实施形式是分别将电极126和导线2连接并将电极226和表面元件7(或相反)导电连接。因此图1和2的电容C1的电压位于电极126和226上，也就是说在导线2和电位10间的给定的被测量的全部电压的电压分量。
例如与上述的套管7的尺寸相比，电极126和226的尺寸例如在基体的厚度大概为...mm时为...x...mm。为了正常工作，可以测量根据本发明的电压表的工作电压，在电极126和226之间直到...伏的值。在导线/套管和天线的范围内明显的看出这个绝缘问题。
根据构成基体框架22(或位于基体框架上的镀层)的材料的压电特性，或至少根据它的电致伸缩特性，按位于电极126和226间电压的高度，在材料上得到一个相应的大小不同的电致伸缩效果，在材料上，声波25在设备21中传播(往返)。这个物理效果导致一个电致伸缩特性，并且因此导致波25传播时间的变化，该变化是关于波25从转换器23到反射器26并且再返回转换器23的传播时间的，该时间变化倚赖于相邻的电压。与脉冲形式的激励信号300相对，得到应答信号310的反射时刻的变化，该变化能够作为在电容C1上的电压值被分析，并因此作为在导线2和基准电位10之间的电压的测量值来分析。
根据在电容C1和C2间的上面已经提到的电压分配，对于一个将被使用的表面波设备21，能够选择一个有效的适合的电压范围，该电压范围涉及将被测量电压所期望电压范围。这时，另外一个继续自由选择的参数是电极126和226之间的基体框架的厚度。一方面在考虑必需的机械稳定性的情况下，另一方面在考虑材料价格的情况下使用公开的方法测量这个框架22的厚度。
一个这样的表面波设备一般(并且相应的部分没有特别说明)建立在对于周围环境封闭的外壳内，这个外壳具有对于天线的一半偶极子24必需的电绝缘套管，并且在电极126和226上具有电连接。在根据本发明使用的表面波设备中，对于电容C1考虑的相邻的电压的范围位于...和...伏之间。这样的电压对于在表面波设备的外壳上的电绝缘不是问题。关于表面元件或外壳7的安装，绝缘问题在本发明中同样没有说明。电压降的大部分位于寄生(空气)电容C2，对于这个电容，没有绝缘问题，它与中/高压导线2例如裸线的一般的绝缘问题明显不同(并且一般在实际中解决)。这个电压分配取决于在电容C1上的高精确度，这由本发明进行保证。
此处的“表面波”，不但应该在狭义上理解为Rayleigh波和Bleustein波和类似波，而且对于完成本发明的任务计划，还应将它理解为同样可用的声波如体波、切变波和类似波，也就是说它们众所周知地应用在这样的设备中。
根据本发明的解决方案，即根据本发明的电压表，先决条件是考虑由于相邻的电流/电压导线如多线系统的平行延伸的导线可能直接对测量结果造成的影响。该考虑内容是同时测量相邻导线，例如三相电流系统的剩余相。因为对于这个相邻导线，电容是已知的(或者是可以计算的)，那么在本发明的思路下，计算降低的各自影响并且根据本任务确定实际的/真实的电压值。
权利要求
1.电压表(1)，适合于中/高电压设备(2)，具有一个阻抗分压器(5、6)，在一个电导线(2)和一个基准电位(10)之间提供了这个分压器(5、6)，测量这个电导线(2)相对于上述基准电位的电位，具有一个可以预定面积大小的导电的表面元件(7)，该元件被安排在距导线(2)的一定距离内并且与导线(2)相邻，安排方式如下它构成分压器(5、6)的电位平面，具有一个表面波设备(21)，该设备具有一个基体框架(22)，它至少部分地具有表现为电致伸缩特性的材料，并且它被安排在电线(2)和表面元件(7)间封闭的电场中，和具有附属表面波设备(21)的应答发送器、接收和分析设备。
2.根据权利要求1的电压表，具有一个电容分压器(C1、C2)。
3.根据权利要求1或2的电压表，具有一个表面波设备(21)，它作为表面波延迟装置构成。
4.根据权利要求1至3中任一个的电压表，具有至少一个电极(126、226)，该电极安排在行波段(25)范围内的基体框架(22)上。
5.根据权利要求1至4中任一个的电压表，具有一个表面波设备，该设备有一个具有电致伸缩特性的基体(22)。
6.根据权利要求1至4中任一个的电压表，具有一个表面波设备(21)，该设备具有一个基体，该基体具有一个电致伸缩材料构成的覆盖层。
7.根据权利要求5或6的一个电压表，其中，该电致伸缩材料是压电材料。
8.根据权利要求1至7中任一个的电压表，其中，该表面元件是一个具有预定直径和预定轴线长度的在一定距离内包围导线(2)的套管(7)。
9.根据权利要求8的电压表，其中，套管(7)有一个缝隙。
10.根据权利要求1至9中任一个的电压表，在一个具有若干个相邻的其他的高/中压导线的系统中，这些相邻的导线使用同样的电压表，并且在分析设备中，借助于对这些其他导线的测量值，通过减小在相邻导线方面的影响得出对于单独导线的真实测量值。
全文摘要
中/高压设备的电压表,它具有一个作为特有电压测量元件的表面波设备(21)。在一个阻抗分压器(5、6)中,以原则上公开的方式中插入这个元件,其方式如下:不仅保证高压电气绝缘,而且排除在高电位上的高压测量元件的电源问题。
文档编号G01R15/14GK1200810SQ96197869
公开日1998年12月2日 申请日期1996年9月3日 优先权日1995年9月4日
发明者A·米勒尔, R·迈尔, W－E·布尔斯特, T·奥斯特塔 申请人:西门子公司