[發明專利]改善光學電壓互感器內電場分布的介質包裹法

在審

• 申請號: 201710007331.1
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106771470A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 徐啟峰;黃奕釩;許志坤;項宇鍇
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種改善光學電壓互感器內電場分布的介質包裹法。

背景技術

光學電壓互感器能夠有效地克服傳統電磁式電壓互感器的缺點，適應電力系統智能化的發展，具有廣闊的應用前景。光學電壓互感器的核心是基于Pockels效應的電光晶體，其內電場分布的均勻性對測量結果影響很大。在實際應用中，光學電壓互感器不可避免地受到震動、元器件連接的老化與熱脹冷縮等問題的影響，導致光學器件的相互位置產生偏移或光路產生偏移，進而影響電光晶體內電場的分布。如ABB公司提出的一種五片鍺酸鉍晶體疊加結構的光學電壓互感器，光路或電光晶體發生微小偏移時導致電光晶體的內電場分布不均勻，引入約0.5%的電壓積分誤差，無法滿足0.2%的準確度要求。造成晶體內電場不均勻的主要原因是與電光晶體直接接觸的介質（通常是SF6氣體）的介電常數（1.002）遠小電光晶體（如鍺酸鉍）的介電常數（16.3），使晶體內的電場強度小、電勢下降慢，晶體外的電場強度大、電勢下降快，在電光晶體邊緣處產生電場突變。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種改善光學電壓互感器內電場分布的介質包裹法，有效降低了電壓互感器的電壓積分誤差，提高了測量準確度。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種改善光學電壓互感器內電場分布的介質包裹法，其特征在于：在高壓電極和地電極間依次設置第一石英玻璃、電光晶體、第二石英玻璃；所述電光晶體的周側包設有氧化鋁陶瓷。

進一步的，所述第一石英玻璃、電光晶體、第二石英玻璃均為圓柱形。

進一步的，所述電光晶體與氧化鋁陶瓷的縱向高度相同。

進一步的，所述電光晶體為鍺酸鉍電光晶體。

進一步的，在光路發生偏移時，所述氧化鋁陶瓷的厚度滿足以下條件：

其中，ε₁為光路發生偏移時引入的誤差，d為氧化鋁陶瓷的厚度。

進一步的，在電光晶體發生偏移時，所述氧化鋁陶瓷的厚度滿足以下條件

其中，ε₂為電光晶體發生偏移時引入的誤差，d為氧化鋁陶瓷的厚度。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：本發明利用介電常數相近的氧化鋁陶瓷包裹電光晶體，避免了電光晶體因與介電常數相差較大的絕緣氣體直接接觸引起電場突變，使晶體內電場分布的均勻性得到改善。

附圖說明

圖1是本發明一實施例的結構示意圖。

圖2是本發明光路偏移示意圖。

圖3是本發明晶體偏移示意圖。

圖中：1-高壓電極；2-第一石英玻璃；3-電光晶體；4-第二石英玻璃；5-地電極；6-氧化鋁陶瓷；7、8、9-光路。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。

請參照圖1，本發明提供一種改善光學電壓互感器內電場分布的介質包裹法，其特征在于：在高壓電極1和地電極5間沿電場方向依次設置第一石英玻璃2、電光晶體3、第二石英玻璃4；所述電光晶體3的周側包設有介電常數與電光晶體相近的氧化鋁陶瓷6。優選的，所述第一石英玻璃2、電光晶體3、第二石英玻璃4為處于同一直線上的圓柱形，且截面半徑相同。所述電光晶體3與氧化鋁陶瓷6的縱向高度（沿著電場方向上的長度）相同，避免了電光晶體與電壓互感器內的SF₆絕緣氣體直接接觸，減小了因不同材料的介電常數相差過大而引起的電場突變，使晶體內電場分布的均勻性得到改善。其中氧化鋁陶瓷在光路7之外，對光路不產生影響。圖2中，7為正常狀態下的光路，8為左偏的光路，9為右偏的光路。

于本實施例中，所述電光晶體為鍺酸鉍（Bi₄Ge₃O₁₂）電光晶體。

實施例一：

以110kV電壓等級的光學電壓互感器為例，選擇電光晶體為鍺酸鉍晶體，其長度為50mm，直徑為10mm，介電常數為16.3；石英玻璃（包括第一石英玻璃和第二石英玻璃）每片長度為34.575mm，直徑為10mm，介電常數為3.8；包裹介質為氧化鋁陶瓷，其介電常數為10。

請參照圖2，以光路發生偏移時引入的誤差ε₁作為目標函數，包裹在電光晶體周側的氧化鋁陶瓷的厚度d（垂直于電場方向）作為變量進行擬合，得到此時的誤差表達式為：