[發(fā)明專利]一種振膜式高電壓傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810072318.5
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN101750533A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐啟峰
• 申請（專利權(quán)）人: 徐啟峰
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R15/16;G01R15/22;G01R15/24
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種振膜式高電壓傳感器，基本原理是基于電場力驅(qū) 動極化薄膜振動，由測量振動得到電壓信號。由不同的振動測量方式 可以得到模擬電壓信號或數(shù)字電壓信號，適用于電力系統(tǒng)的交直流高 電壓測量。

背景技術(shù)

目前可用于高電壓測量的電壓互感器或電壓傳感器有電磁式，電 容式和光電式三種，其中光電式仍處于研制與試運(yùn)行階段。

電磁式電壓互感器依賴高低電位之間的電磁聯(lián)結(jié)實(shí)現(xiàn)電壓測量， 隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高，其電氣絕緣變得十分困難。考慮到安 全性、可靠性、準(zhǔn)確性、性價比等方面的要求，電磁式電壓互感器不 適用于220kV以上電壓等級。

電容式電壓互感器基于電容分壓原理，簡單實(shí)用、成本低。但其 瞬變響應(yīng)誤差太大，一般為5％-10％。這一缺陷是原理性的，因?yàn)殡娙? 器的充放電特性必然導(dǎo)致時滯和剩余電壓。減少電容量則容易受到外 界分布電容的干擾，增加電容量則難以改善瞬變響應(yīng)。另外，長期運(yùn) 行后其分壓比發(fā)生漂移，嚴(yán)重影響到測量的準(zhǔn)確性。目前在500kV及 以上電壓等級，除電容式電壓互感器外別無其他選擇。

以上三種互感器的共同缺點(diǎn)是只能在低壓側(cè)得到模擬電壓信號， 需要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換電子電路獲得數(shù)字電壓信號。在電力系統(tǒng)向數(shù)字化 發(fā)展的今天，特別需要數(shù)字式電壓傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、測量準(zhǔn)確、安全 可靠的高電壓傳感器，包括電壓極化薄膜振動系統(tǒng)和微振動光電測量 系統(tǒng)。電壓極化薄膜振動系統(tǒng)有兩種實(shí)施方式：高電位極化方式和地 電位極化方式，其中高電位極化方式適合220kV以下的交流電壓測量， 地電位極化方式適合直流電壓測量和220kV及以上的交流電壓測量。 微振動光電測量系統(tǒng)也有光強(qiáng)模擬式、遮光數(shù)字式和光反射數(shù)字式三 種實(shí)施方式，其中光強(qiáng)模擬式應(yīng)用了反射光強(qiáng)式微振動測量方法得到 模擬電壓信號，數(shù)字式應(yīng)用了光束邊緣調(diào)制線陣電荷耦合器的方法直 接得到數(shù)字電壓信號。本發(fā)明包括五種實(shí)施模式：地電位極化光強(qiáng)模 擬式、地電位極化遮光數(shù)字式、地電位極化光反射數(shù)字式、高電位極 化光強(qiáng)模擬式和高電位極化遮光數(shù)字式。

地電位極化模式是一個簡單的平板電容器，其光強(qiáng)模擬式實(shí)施方 式如圖1所示，光反射數(shù)字式實(shí)施方式如圖2所示，遮光數(shù)字式實(shí)施 方式如圖5所示。平板電容器的一個極板為固定金屬極板[1]，連接交 流或直流電壓的高電位；另一個極板是高分子鍍金屬薄膜[2]直接接 地，薄膜由地電位極化而帶有靜電荷。[1]與[2]間的電壓就是要測量 的電壓。地電位極化模式可以測量交流電壓，也可以測量直流電壓。 用于測量交流電壓時，[2]在[1]均勻電場力的驅(qū)動下產(chǎn)生全膜振動， 或稱之為活塞運(yùn)動，振動的幅值是電場力的線性函數(shù)。驅(qū)動[2]振動的 電場力與極板間電壓的平方成正比，與極板間距離的平方成反比。因 此從一般意義上理解，這兩個平方關(guān)系使得[2]振動的幅值與極板間電 壓的關(guān)系是非線性的，不能滿足交流電壓基波與諧波分量的線性疊加。 但是，[2]振動的幅值為微納米量級，而[1]與[2]間的距離為數(shù)厘米乃 至數(shù)十厘米，平方后兩者相差幾十萬倍，因此由[2]的微小振動引起的 極板間距離變化的影響可以忽略不計(jì)。其次是在超高壓、特高壓系統(tǒng) 中，交流電壓波形為近似理想的正弦波，諧波分量近似為零，可以忽 略不計(jì)，因此不存在基波與諧波分量的線性疊加問題。電場力與基波 正弦電壓的平方唯一對應(yīng)，基波電壓可以用數(shù)學(xué)方法還原出來。所以 地電位極化方式適用于220kV及以上系統(tǒng)的交流電壓測量。地電位極 化模式用于測量直流電壓時，[2]在[1]均勻電場力的驅(qū)動下產(chǎn)生全膜 進(jìn)動，進(jìn)動的幅值是電場力的線性函數(shù)。電壓值可以用數(shù)學(xué)方法直接 計(jì)算出來。地電位極化方式適用于所有電壓等級的直流電壓測量。