电容式检测电场和电压的方法、装置和传感器及其应用的制作方法

专利名称：电容式检测电场和电压的方法、装置和传感器及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能感受电场变化的电容式传感器，还涉及装备这种传感器、可在一定距离处测量高电压导体电位的测量装置，以及这种测量的一种方法。测量装置检测到的其它量是暂态量和电离放电。此测量装置尤其适用于单相或多相电网的电压测量，来控制电力的输配电，或者可作为能源消费借贷记帐的基础。
背景技术：
通常需要有距离地测量高压线的电压。例如，在配电网络中连接的几个导体中，可能需要特别确定其中一个导体的电压。这种电压测量的目的是为了控制配电网的电压降，或者是控制电压降不超过极限值；也可能是另一种问题，即需要根据测量到的电压值，计算通过的电能。在这两种情况下，都非常需要一套简单而且便宜的测量设备，它灵活且借助于它经济上可行地获取配电网上测量点的密化。
目前使用的检测器和测量装置昂贵而且复杂，使用时通常必须与高压线如电压变压器相连接才能测量。这些测量方法需要相当高的投资，因此与低投资、高灵活性的宗旨背道而驰。
从EP-B1-0 181 054可知，一种用来测量立于地表上电力导体与大地之间电位差的装置已为人所知。所说的这种装置安装在导体上，而且它通常是环状结构。此装置的一个不足之处是它必须安放在导体之上，这样除了需要大的投资外，还会引起运行干扰。
在P.Sarma Maruvada，R.D.Dallaire以及R.Pedneault所著的文章“Development of field-mill instruments forground-level and above-ground level electric measurementunder HVDC transmission lines”——刊登在1983年3月的IEEETransaction on Power Apparatus and Systems第PAS-102卷，第3号，第738-744页上，提及通俗名为“field mill”的一种装置，可在地平面测量高压导体下的电场。此装置基本上包含一个固定于地电位的电极——形状如圆桶形的盒子且在其上侧可能有，例如6个扇形的开口，以及一个在盒子里、但与其电绝缘的旋转电极。此旋转电极包含六个相同的叶片，构成伯努利双纽线，均匀地分布在一个圆周内。此装置既可用于与地平面同一水平面上——只需在地面上掘一洞，将装置安放其中，再用一个带有为装置开了孔的金属保护盘覆盖其上；还可安放成凸出在地面上状。
上述这篇文章还揭示了一种可在地平面上测量高压导体下电场的装置。该装置包含两个金属圆桶，每个圆桶在长度方向分成互相绝缘的两半。圆桶可以有相同或不同的半径，但长度是不一样的。圆桶以不同的速度旋转，从机械的观点看，圆桶以相反方向旋转是可取的。
上文描述的这些装置存在的一个问题是两者都对干扰电场敏感，因此使测量结果大大失真；另一个问题是，两者设计都比较复杂。
从US-4,328,461中，可知一种测量电场的装置。此装置的任务是在雷雨时研究大气的电特性。据介绍，此装置有三种实施方案，其基本设计包含两个半球形的电极，两电极之间放入一个测量和生成测量数据的装置。在第二种方案里，测量电极是两个圆形的金属板，与此相关的测量电子线路安放在金属板之间，因此至少部分元件可以得到屏蔽。在第三种方案里，测量电极是两个相互绝缘的半圆桶电极，电子线路与上述方法相同，放在电极之间。
这种测量雷电时电场的装置已为人所知，由于它使用两个相同的金属板，故具有一定的方向灵敏度。但是，由于它不能屏蔽掉非所要求的电场，因而在实际应用时，由于只需测量某个高压部件所产生的电场，故这种装置无法得到应用。
发明概述本发明的目的是获得一种测量装置，用来测量电力系统中从许多高压部件里选取的某个部件的电压，且装置可以放在离被测物体一定的距离处测量。这种测量装置应该设计简单、使用灵活而且造价低廉；应该能够屏蔽掉不希望有的电场；应该能够以简单的方式调整方向对着高压部件，以便测量那里的电压幅值和频谱。该装置还应该检测高压部件的瞬态或电离放电是否存在。根据本发明，这些要求能够通过一个测量装置来实现——该测量装置包含一个用来检测电场定向分量有无变化的传感器和一个信号变换器，而传感器和测量装置各自具有特性，这将在独立的权利要求中阐述。本发明还涉及一种测量电力系统中从多个高压部件中选出的且位于一定距离处的某个高压部件电压的方法。
高压导体的周围是电场，此电场载有导体电位、电位变化及其频率量的信息。这些信息量能被一个电容式传感器所检测。它包含两个镜象对称、置于电场之中的电极。然而，有一个问题是这种电容式传感器对电场中所有方向的改变都是敏感的，这样，其它生成电场的物体也可能影响、有时甚至完全主宰了这种测量，因此无法区分测量结果中哪些变化属于所选测量元件。由于配电通常是通过三根相邻的延伸导线完成，因此不可能通过这样的传感器来确定电场是从哪个导体上发出的。
根据第一方面，本发明涉及一种带两个电极的电容式传感器，该电极适于检测电场定向分量的变化。该传感器也适于在这种电场中检测高压装置的瞬变和离子放电。根据本发明，电场定向分量的检测是通过借助于将一个电极接地或接于一些其它可控电位的方法屏蔽其它电极，使其免受不希望有电场的影响而实现。为此目的采用的传感器，其一个电极与大地或一些其它可控电位连接一起，而且显著包围着另一个电极。周围电极——下文称屏蔽电极——安了一个开口，通过此开口，电场的定向分量抵达被围电极——下文称内电极。电场的所有其它方向的分量被屏蔽电极有效地抑制了。
在一个优选实施方案中，电极通过气体电介质互相绝缘起来，这样电极形成的电容对温度的变化不敏感。因此，传感器可以制成、并在实验室测量电容，接着使用在其它环境而不必再校准。这种传感器也可能在温度变化的环境下长期使用，在此情况下也不用修正。为提高传感器的灵敏度或者加强传感器的方向效应，内电极可以分成两个互相绝缘的小电极，且都可以放成水平和垂直方向。
根据第二方面，本发明涉及一种测量装置，它包括上文描述的传感器。该装置是在距离许多电场生成元件存在的电场里高压部件一定绝缘距离处测量电压。该测量装置将一个信号转换器和传感器连接起来。凭此，当屏蔽电极与大地连接一起时，即获得一个可以测量电场一方向分量的测量装置。这种测量装置构成简单、廉价而且可靠，可以以不接触的方式在高压导体一定距离处测量交流电压。这种装置是宽频带的，即在大的频率范围内，也允许以简单的方式测量被测物体的存在及其谐波分量的和幅值。
信号转换器包括阻抗转换部件、放大部件，而且也包括测量信号的滤波部件和数字转换部件。信号转换器放在离实际传感器较近的地方，在本发明的优选实施方案里，它与传感器整合在一起。转换后的模拟或数字信号，此后将通过电的或光的介质送到一个分析器里，或经一个发送器和一个接收器以不接触的方式传送。
当将这种测量装置应用在电压测量时，屏蔽电极可能与一个可控的电位相连而不是与大地相连。在这种情况下，通过锁定到某一相，可以获得较大动态特性和较高分辨率的测量。在本发明的另一种优选实施方案里，内电极代之以与锁相电路连在一起，在这种情况下，来自多余电场源的分量可以得到抑制。因此信号转换器势必也要包括一个适合反向信号的导体。同样地，当滤波被测信号时，信号转换器可能包括许多导体来传送不同的滤波信号到多通道分析器。
根据本发明的这种测量装置有广泛用途，尤其与高压设备的交流电压测量联系在一起时。此领域的一种用途是与电力有关的配电系统上的封闭式或不封闭式开关设备。在测量装置的优选用法中，为测量交流电压，此装置放置在封闭式开关设备里，且离每根属于不同相别的母线有一定的绝缘距离。在三相系统里，测量装置可以放在公共点上，各自面向开关设备的各条母线。
这种测量方法对被测物体和测量装置之间距离的变化是敏感的，然而通常来说，这是不成问题的，因为通过长期观察，这种变化可趋于忽略。把测量装置放在被测物体固定的位置上是可取的，如可放在连接点或距离变化最少的悬挂点上。
在单相配电系统里，通过在导体周围放置许多测量装置这样简单的方式来提高精度。在优选的用法里，例如在单相封闭式开关设备里，可以在导体延伸部分周围圆周对称地放置四个测量装置，来提高电压测量的精度。由于各测量装置放置时与导体等距离，故电压的正确值可从四个测量装置的平均值得到。
装置对被测物体和测量装置之间距离变化的灵敏度可用来检测被测物体的运动。在高压导体周围的一些固定位置至少放置三个测量装置，可以检测导体是否运动和导体朝何方向运动。
通过把测量装置和被测物体安放在一个或许是中空的绝缘子的任一端，可以实现一个求得距高压部件稳定的测量距离的方法。在这种方式下，绝缘体的长度用来构成一个不变的测量距离。测量装置既可以放在绝缘子的里面，又可以放在绝缘子的外面。在优选实施方案里，可能提及悬浮式绝缘子——尤其在送电塔上，和支撑式绝缘子。
此测量装置的另一个优选用途是测量高压设备的直流电压。其办法是在入射的、经整流且进入屏蔽电极开口的电场里，产生一个已知的、且能被简单检测到的变化。入射电场的这种变化可以用一个稳定频率覆盖在屏蔽电极的开口而获得，而稳定的频率是通过将导电屏蔽极连到大地获取。这可以以最简单的方法完成，只需将一个或多个板用于与大地相连的旋转柄上。通过周围电极开口的这种有规律的屏蔽，一个变化的电场将会产生，籍此可以测量高压部件直流电压定向分量的幅值。另一种获取变化电场并籍此测量所寻求幅值的方法是使内电极以一个已知的频率振荡。
根据本发明的一种测量装置，当与配电网络联系一起时，也特别适合控制继电保护的功能性，在这种情况下，装置凭借它的低投资来集中测量点因而提高选择性。此测量装置也特别适合能源消费借贷记帐有关的导体电压测量。为此目的，这种测量须结合流入导体的不同被测电流，进而确定由此流过的电能。
附图简述本发明将结合优选实施方案及参考附图进行详细说明，其中

图1是测量装置的一个局部剖视图，此装置包括一个根据本发明测量有向电压的电容式传感器和信号转换器；图2是测量装置一个替代方案的局部剖视图；图3是一个穿过屏蔽电极开口的电场的预测分布；图4是一个绝缘子和根据本发明应用在该处的测量装置的局部剖视图；图5是一个三母线封闭式开关设备单元的说明草图，图上附有与每条母线对应的一个根据本发明的测量装置；图6是输送三相交流电流的输电塔的说明草图，塔上安装了一个根据本发明制造的、用来测量电压的测量装置；
图7是封闭式开关设备单元一相的说明草图，并附有一个根据本发明制造的测量装置；图8是封闭式开关设备单元一相的说明草图，并附有四个根据本发明制造的测量装置；图9是测量装置的一个优选实施方案的局部剖视图，装置有一内电极，它分割成互相绝缘的小电极；以及图10是测量装置的一个优选实施方案的局部剖视图，装置为了测量直流电压包含一个周期性覆盖屏蔽电极开口的旋转翼。
优选实施方案的阐述图1显示一个根据本发明用来测量有向电压的测量装置10。测量装置10是用来在距导体22绝缘距离处测量交流电压。它包含一个电容传感器11和一个信号转换器13。电容传感器有一个内电极12和一个围绕内电极的屏蔽电极14。屏蔽电极上有个开口，在测量时面向导体22。在这个例子里，这两个电极由导电材料制成，然则电极的实体可以由任意材料制作成，只要它们的界面是导电的。如电极可以由不导电的材料制成，其周围是一导电层——例如塑料体上涂有导电涂层。
在本例中，屏蔽电极是桶形，即它有一个低部，从此低部延伸为一个圆柱形或稍稍有点圆锥形的边框。在本例中，内电极在平面上与屏蔽电极的开口平行且有一点平面距离。内电极与屏蔽电极绝缘，且在该处可调整地固定下来，使得内电极12与屏蔽电极14的开口16之间的距离可以调整，正如图1中箭头A指示的那样。在本例中，通过一根绝缘管17延伸通过屏蔽电极并固定到内电极12上，使距离调整成为可能。
信号转换器13安置在屏蔽电极14的附近，它包含阻抗转换元件以及放大元件。信号转换器也可能包含滤波元件和数字转换元件，它们对传感器11输出的模拟信号进行滤波和数字转换。传感器输出的信号易受干扰，信号转换器首先要将其调整成一个模拟信号或者是一个数字脉冲序列，以适于传送测量信息。一种有利的做法是为信号转换器提供一个与大地相连的屏蔽网，或者如本例所示，信号转换器由一空间21封闭起来，周围是一个屏蔽网19。传感器11和信号转换器13借助放在管子17里的导体18互相连接起来，导体18可能被屏蔽。为评估信号，信号转换器与一个分析器15相连，此分析器可以离测量装置10一定距离。信号的传送既可以采用电的方式，也可以采用光的方式，而且也可以借助一个发送器和一个接受器以不接触的方式传送。
电容传感器11能够在很大的带宽内，通常在零到几千赫兹范围内检测电场。因此，测量装置13宜配备一种宽频带的信号转换器。信号转换器中包含的阻抗转换元件和放大元件因而宜优选采用一种所谓的视频放大器。许多具有不同滤波特性的滤波器也可以应用在信号转换器里。这种滤波器可能是带通或低通或高通滤波器。测量时，它们可能各自传送一个信号，或者顺序连接起来。
针对特殊用途，可取的做法是将屏蔽电极连到一个电位而不是大地，所说的这个电位可能与锁相有关，如为提高动态特性和理想的测量分辨率时进行的某相锁相。因此信号转换器13可能包含一个锁相电路(未画出)连到屏蔽电极14。这种所谓的PLL(脉冲闭锁回路)电路，使得例如在三相系统里，将测量装置10的屏蔽电极14锁定在一个随被测相变化的电位成为可能。在这种方式下，信号转换器13的输出信号里，其它相的影响被抑制，其结果是提高了测量精度。
使用测量装置10在绝缘距离处测量高压导体22的交流电压时，它是指向导体22的。为使内电极能够检测到电场的延伸(drawn)部分，电场的所需部分必须落下穿过屏蔽电极的开口。为此目的，设想有个通过内电极的中心、贯穿开口中点的轴，直接指向被测物体。在实际测量开始前，测量装置应就地校准。校准是通过采用测量装置测量一个已知电压而完成。通过调整测量值与已知电压相一致来校准测量装置，当完成了此项工作，可以开始实际的测量。
根据本发明的测量装置10的一个优点是测量装置不必与其电压待测的导体作电流接触，甚至也不必与它相接触。这种测量可代之以距导体绝缘距离处完成，这意味着对于所有与此接触的人来说，测量装置是半保护型的。这也意味着不必在导体的相邻地方进行安装，因此此测量方法不会产生操作干扰。这种测量装置设计极其简单，因而制造非常便宜，而且也是可靠的。针对测量物体的瞬变过程和离子放电，这种测量装置也有利于构造成一种所谓的PD(部分放电)检测器。由于它的可靠性、它的宽频带设计以及低投资成本，这种测量装置极适合应用在电能消费借贷记帐时的能源测量以及作为继电保护的功用。
图2显示的是根据本发明，测量装置10的另一个的替代方案。与前面例子同样方式，测量装置包含一个传感器11和一个信号转换器13。屏蔽电极14将内电极12包围起来，仅留下一个测量时直接面向被测物体的开口16。在这个方案里，屏蔽电极是球形，而内电极是杯子形且凹面对着开口。然则屏蔽电极可以是一个任意的形状，可能是由一种任意的、密实的或钻孔的导电材料制成；同样内电极可以是任意形状，然而宜优先使其某一处平面与开口的平面基本平行。传感器11不限于本例指示的圆形结构。开口较小，产生的信号也较弱，但却有更大的方向灵敏度，因此对于生成电场的线路源来说，宜设计这种传感器，使其开口和内电极分别沿线源一致方向伸长。
图3显示的是一个穿过接地屏蔽电极开口、进入内电极12的电场预测分布。本图仅显示杯形内电极边缘附近的一部分电场。此预测已被实验所证实，它说明起初穿过开口的那部分电场是与开口的法线平行。此外在屏蔽电极里，电力线向着屏蔽电极的里面发散，最后被内电极12吸收。内电极有个凹面直接指向屏蔽电极的开口。这种几何结构的优点是屏蔽电极里的电场分布变得更加均匀。杯形内电极12被设计成一球面曲线板，使得所有的电力线垂直入射于此板。这在维持屏蔽特性的同时，还提供了较强输出信号的附加优势。
图4显示的是根据本发明测量装置10的一种有利用途。在图示的例子里，测量装置置于一个中空绝缘子25的末端。此绝缘子包含一种可能是瓷或其它绝缘材料的绝缘物质26，以及第一极27和第二极28。第一极与高压设备(未画出)相连，而第二极与大地相连。测量装置放在第二极28上，其屏蔽电极14与第二极相连，内电极12与屏蔽电极14绝缘起来，并且固定在屏蔽电极14上且位置可调。根据所描述的用途，被测物体和测量装置之间宜保持一个精确不变的距离。因为距离的一点点变化都将使电压测量的精度受到影响。
为进一步屏蔽多余的电场，两个极可以配备导电材料制成、形如板状的屏蔽网(未画出)，屏蔽网沿绝缘子横向延伸开来，并与各自的极相连。对于使用SF6气体保护的中空绝缘子，可以利用因气体的存在而产生的较小的绝缘子内部绝缘距离，使测量装置10可以全部安装在绝缘子内部。这种包括电压测量装置的绝缘子可以作为成品以简单的方式制造出来。
图5是母线R、S、T上开关设备单元的解释草图，该开关设备单元被外罩29所围，R、S、T对应三相交流电压。根据此图，在开关设备的上端与外壳29相连的地方，装有测量装置10R、10S、10T。根据本发明，它们对每相母线有向电压进行测量。图中这三个测量装置安放在同一位置，使各自的安装和绕接变得简单，而且每个测量装置直接面向各自的母线。然而，每个测量装置可以安放在开关设备绝缘距离范围处的任意位置，但由于安放在一起可以取得测量装置灵敏度方向之间的最大可能角度，因而是可取的。测量装置的这种用法，可节省安装时间和外罩内空间。
图6是输电塔的说明性草图，塔上安装了根据本发明的测量装置10R、10S、10T。输电塔包含一个框架横梁31和支持横梁的两根框架支柱30a、30b以及三个悬挂式绝缘子32R、32S、32T。绝缘子安在框架横梁上，每个绝缘子支撑一个高压导体22R、22S、22T。放大的那张图以两面视图显示了测量装置10T是如何应用在支撑式绝缘子32T附近的框架横梁31上，该绝缘子支撑着高压线22R。在线路这种悬挂点安放测量装置，意味着当风力或其它外力引起导线移动时，测量距离变得限定而且不会明显改变。测量装置也可以象图4那样，与绝缘子有利地整合在一起。测量装置传送的转换信号既可以采用电的、光的方式，也可以借助于电话以无线方式传到分析器。根据本例的测量方法，通过收集网络里许多固定安装的测量装置的测量值，可以以一种有利的方式检查输电或配电。
图7是仅一相被外罩29所围的开关设备单元的解释草图。根据本发明的测量装置10测量单相母线33的交流电压时，可能与图5的例子一样放在外罩内有一定绝缘距离的任意位置。这种应用的一个优点是在外罩内不会产生别的电场，从而使得测量装置的位置可以因为其它原因允许被控制。在封闭式开关设备上，对于一相采用一个本发明测量装置的做法使安装极其简单而且成本极其节省。
上文已经指出，本发明的测量装置进行电压测量时，对被测物体和测量装置之间距离的变化是敏感的。这个事实可以用来研究被测物体的运动。对于围绕一个中点作随机运动的被测物体，可以以一种简单的方式获得测量此物体电压的方法。图8显示了一种测量结构，它一方面允许研究导体运动，另一方面可提高测量精度。与前图一样，图8是仅有单相被外壳29所围的开关设备说明草图。母线33放在中心位置，在开关设备横截面的四个角上分别放置四个本发明的测量装置10a，10b，10c，10d。每个测量装置的转换信号优选由一个四通道分析器(未画出)分析。对这些信号进行比较来研究母线的运动；计算这些信号的平均值可提高测量精度。
通过对测量信号标准形式的几何计算，可以确定母线的位置，由此，电压的测量可以针对位置的变化得到校正，从而通过计算可以得到正确的测量值。此方法也可以在背景电场的变化引起被测信号产生不对称变化时，来检测和修正测量值。通过引进许多测量装置完成对同一物体的测量，可以提高测量精度。所阐述的测量方法不限于开关设备，而且也适用于自由导体和不封闭开关设备。对于不封闭开关设备，尤其需要修正背景电场变化时的测量值。
图9显示本发明的测量装置中，传感器11的一种替代方案。传感器11包含屏蔽电极14，屏蔽电极14有个开口16，而且围着第一个内子电极12a和第二个内子电极12b，两者互相绝缘，而且每个都固定在屏蔽电极上且位置可调。在本例这种情况下，开口16的大小受到导电材料制成的圆环34的限制。圆环与屏蔽电极相连，其作用是使电场均匀，避免发生电晕。在所示的例子中，内子电极大小相等且优先采用半圆板的形状，这样两个子电极合在一起成为一块完整的圆板。每个内子电极都各自与信号转换器(未画出)相连，而且与例1同样，测量信号与各自的分析器相连，或者连到公用的多通道分析器。
通过将内电极分成子电极，可以进一步利用上文提及的灵敏度对距离的依赖性。首先优选电极调到同样的容量，再借助一个桥电路对每个子电极的转换信号进行对比，由此一方面确定测量物体是否在传感器前面，另一方面确定测量时测量物体是否在移动。分析器里通过比较测量值来分离内电极，来检测另一个多余物体产生的电场，因而可从测量结果中将它删除出去。根据本发明，内电极可分成任意多的子电极。尤其与点状的高压体连接时，内电极构成为许多相同的圆的扇片。在其它实施方案里，如对于上文描述的细长传感器，宜使子电极按多个并列的板设置。
图10显示本发明测量装置的一种附加替代实施方案，这个例子显示的测量装置包含图1，2，或图9例子中的一种方案，另外还补充了一个在内电极以已知频率产生校正电场偏差的装置。测量装置10包括一个传感器11和一个信号转换器13。此传感器包含一个内电极12和一个包着内电极的屏蔽电极14，屏蔽电极上有开口16。内电极固定在绝缘管17上，绝缘管可调地固定在屏蔽电极上，使得内电极12可在指定的A方向上变化。内电极与信号转换器13通过穿过管17的导体18相连接，信号转换器放在空间21里，且被屏蔽网19所包围。
轴36由一驱动设备(未画出)驱动旋转，是可旋转地固定在测量装置上，而且有一个平行于开口16的圆片35固定其上。轴36和圆片35连接一起，与屏蔽电极14同一电位。轴36旋转时，圆片35沿例如半圆方向伸展、将以已知频率遮蔽开口。校正电场的定向分量在零和全电场强度之间变化，且以这种方式穿过屏蔽电极的开口。从此变化中，可以测量穿过开口的校正电场定向分量的幅值。
圆片35优先选取金属制成，它旋转时交替覆盖开口和离开开口，即屏蔽开口和解除开口屏蔽，由此产生穿越静态电场的变化。本发明不仅仅限于包含一个圆片，而且可以包含许多圆片，它们最好均匀地分布在轴上。圆片可以完全覆盖或者部分覆盖开口16。单圆片或许多圆片都可取得同样效果屏蔽整个传感器或其局部。
本发明不仅仅限于所示的这些实施方案，而且在附属的权利要求范围内，可能作许多修改。例如在某种应用时，屏蔽电极可以包含许多开口，可以由网状或孔状的材料设计而成。
权利要求
1.检测电场定向分量的电容式传感器(11)包含一个内电极(12)和一个屏蔽电极(14)，其特征在于屏蔽电极(14)包围着内电极(12)，并留有一个开口(16)，由此当传感器指向产生电场的物体时，内电极可检测穿过开口的那部分电场。
2.根据权利要求1的传感器，其特征在于内电极(12)和屏蔽电极(14)依靠一种气体介质而相互绝缘。
3.根据权利要求1或2的传感器，其特征在于内电极(12)是可调节地固定在屏蔽电极(14)上。
4.根据前面任一条权利要求的传感器，其特征在于内电极(12)基本上是平面，此平面基本上与屏蔽电极(14)的开口(16)的法线垂直。
5.根据前面任一条权利要求的传感器，其特征在于内电极(12)是杯形的。
6.根据前面任一条权利要求的传感器，其特征在于内电极(12)包含许多电气上互相绝缘的子电极(12a，12b)。
7.一种测量电场中高压部件(22)电压的测量装置(10)，其特征在于该测量装置(10)包含一个电容式传感器(11)，包括一个内电极(12)和一个与一可控参考电位相连的屏蔽电极(14)，屏蔽电极适合于将内电极从干扰电场屏蔽开来，由此此传感器在绝缘距离处通过检测穿过内电极的电场的定向分量，来测量高压部分的电压。
8.根据权利要求7的一种测量装置，其特征在于屏蔽电极(14)和内电极(12)通过一种气体介质互相绝缘。
9.根据权利要求7或8的一种测量装置，其特征在于屏蔽电极(14)围着内电极(12)，并有开口16，通过此开口内电极检测电场的定向分量。
10.根据权利要求7-9之一的一种测量装置，其特征在于内电极(12)包括许多子电极(12a，12b)。
11.根据权利要求7-10的一种测量装置，其特征在于该测量装置包含一个放在此传感器(11)附近的信号转换器(13)，而且包含放大元件和测量信号的阻抗转换元件。
12.根据权利要求11的一种测量装置，其特征在于此信号转换器(13)包括屏蔽电极(14)以及/或者内电极的锁相元件。
13.根据权利要求7-12任何一条的测量装置，其特征在于此测量装置放在一个绝缘子的接地部分处。
14.根据权利要求7-13任一项的一种测量装置在开关设备上的用途。
15.根据权利要求7-13任一项的一种测量装置(10)在电网电能消费的借贷记帐上的用途。
16.根据权利要求7-13任一项的一种测量装置(10)在电网建立继电保护功能的用途。
17.一种测量电场所包围高压部件(22)电压的方法，其特征在于电场的一个定向分量是在绝缘距离处由至少一个电容式传感器(11)检测。
18.根据权利要求17的一种方法，其特征在于传感器(11)适于包含一个内电极(12)和一个连到一个可控电位的屏蔽电极(14)，屏蔽电极用于将内电极从干扰电场屏蔽开来，从而高压部件产生的电场可由内电极检测。
19.根据权利要求17或18的一种方法，其特征在于屏蔽电极(14)经一种气体介质与内电极(12)绝缘起来。
20.根据权利要求17-19之一的一种方法，其特征在于屏蔽电极(14)包围内电极(12)，并留有一个开口(16)，籍此内电极检测电场的定向分量。
21.根据权利要求17-20之一的一种方法，其特征在于锁相元件与传感器(11)相连，籍此屏蔽电极(14)和/或内电极(12)的电位与高压部件有关地锁定，从而使干扰电场受到抑制。
22.根据权利要求17-21之一的一种方法，其特征在于内电极(12)包括许多子电极(12a，12b)，由此通过比较子电极信号，可检测高压部件移动引起的入射电场的变化。
23.根据权利要求17-22之一的一种方法，其特征在于传感器(11)与高压部件(22)安放时相隔一个固定的距离。
24.根据权利要求17-23之一的一种方法，其特征在于传感器(11)被以一个已知频率交替从一定向静态电场中屏蔽，由此在传感器里产生一个变化的电场，从此电场可直接测量高压部件(22)的电压。
25.根据权利要求17-24之一的方法在开关设备上的运用。
26.根据权利要求17-24之一的方法在电网电能消费借贷记帐上的运用。
27.根据权利要求17-24之一的方法在电网建立继电保护功能的运用。
全文摘要
一种测量电场中高电压部件(22)电位的装置(10)包含了一个电容式传感器(11)和一个信号转换器(13)。此传感器有一个内电极(12),其四周由一个屏蔽电极(14)将它包围起来。屏蔽电极与一个可控的参考电位相连,其一侧开口(16)。测量时,此开口向着高电压部件(22)。电场穿过屏蔽电极的开口进入内电极,通过检测此电场的定向分量,可以在绝缘距离处测量高电压部件的电位。
文档编号G01R15/00GK1229474SQ9719767
公开日1999年9月22日 申请日期1997年7月15日 优先权日1996年7月15日
发明者M·莱永, M·伦德马克, M·埃克贝里, L·瓦尔夫里德森, L·G·达尔贝里, H·O·卡尔丁, H·霍尔姆波恩, J·塞伦 申请人:瑞典通用电器勃朗勃威力公司