CN101680918B - 光vt装置 - Google Patents

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Abstract

光VT装置具备：初级侧电极，与外部电气设备连接，通过上述电气设备被施加被测定电压；第一次级侧电极，与上述初级侧电极相对地设置；绝缘层，设置在上述初级侧电极与上述第一次级侧电极之间，构成与上述初级侧电极以及上述第一次级侧电极一起一体成形的绝缘筒；接地层，设置在上述绝缘筒的外周以及上述第一次级侧电极的周围，与上述第一次级侧电极之间具有上述绝缘层而确保静电电容；以及电气光学元件，对上述第一次级侧电极与上述接地层之间的电压进行测量。根据上述光VT装置，不会受到温度变化等周围环境的影响而可以高精度地进行被测定电压的测定，并且可以通过削减部件件数来实现装置小型化。

Description

光VT装置
技术领域
本发明涉及利用电气光学效应(Pockels effect：普克尔斯效应)来测量开关装置(switch gear)等电气设备中的主电路电压的光电压传感器(optical voltage sensor)、即光VT装置(optical voltagetransformer：光学电压互感器)。
背景技术
在开关装置等电气设备中，为了进行主电路的保护、测量而使用绕组型VT装置。最近，具有无感应性、宽频带性、电气绝缘性等优点的光VT装置被广泛使用。
作为这种光VT装置，已知具备填充了绝缘气体的主电路部、与主电路部连接的分压电容器、以及具有电气光学元件的光传感器部的光VT装置。下述专利文献1中记载的光PT(Potential Transducer：电位传感器)是与光VT同样的装置。上述光PT具备：对被测定电压进行分压的分压器；以及通过向电气光学晶体施加分压器输出电压而将上述输出电压变换为光强度的光传感器部。上述光PT的分压器具备：被施加被测定电压的充电部；由包围该充电部的空间电极及绝缘介质构成的分压器主体；以及与上述空间电极及上述光传感器部连接的固定电容器。上述分压器主体作为气体电容器而发挥功能。
由于仅由高压侧的气体电容器构成分压器主体，用固体电容器来实现低压侧的静电电容，所以根据上述光PT，不需要以往所需的分压器的最外侧的空间电极，因此可以实现分压器的小型、轻量化。
另外，下述专利文献2中记载的光VT具备：代替绝缘气体而使用了陶瓷电容器的主电路部；与主电路部连接的分压用陶瓷电容器；以及具有电气光学元件的光传感器部。这些结构通过一体成形而被绝缘层包覆。
根据上述光VT，由于由绝缘材料一体地形成了分压电容器和光传感器，所以可以实现小型化，并且向被测定导体安装时的操作变得容易。
专利文献1：日本特开平7-83961号公报
专利文献2：日本特开平11-202000号公报
但是，在上述主电路部中使用了绝缘气体的光VT装置由于需要确保与绝缘气体的绝缘强度(dielectric strength)相应的规定绝缘距离，所以在缩小化时有限制。另外，使用了陶瓷电容器的光VT装置由于需要与电容器的绝缘强度相应的规定串联数，所以同样地在缩小化时有限制。即，在这些光VT装置中，用于取出主电路电压的主电路部变得大型化。
另外，在这些光VT装置中，由于需要分压电容器那样的附属部件，所以部件件数增加。而且，在对主电路电压进行分压的介质不同的情况下，设计者、操作员必需考虑由温度变化等周围环境引起的分压比变动，所以在调整中需要过多的劳力。
这违背作为最近的趋势的装置缩小化。因此，期待与绝缘气体、陶瓷电容器相比可以缩小绝缘距离、并且可以通过削减部件件数来降低成本的光VT装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测定精度不会受到温度变化等周围环境的影响、另外可以通过削减部件件数来实现小型化的光VT装置。
本发明提供一种光VT装置，具备：初级侧电极，与外部电气设备连接，通过上述电气设备被施加被测定电压；第一次级侧电极，与上述初级侧电极相对地设置；绝缘层，设置在上述初级侧电极与上述第一次级侧电极之间，构成与上述初级侧电极以及上述第一次级侧电极一起一体成形的绝缘筒；接地层，设置在上述绝缘筒的外周以及上述第一次级侧电极的周围，与上述第一次级侧电极之间具有上述绝缘层而确保静电电容；以及电气光学元件，对上述第一次级侧电极与上述接地层之间的电压进行测量。
根据本发明的上述方面，能够消除由温度变化等周围环境带给测定精度的影响而进行准确的测定，并且可以通过削减部件件数来实现小型化。
附图说明
图1是本发明的光VT装置的第一实施方式的剖面图。
图2是本发明的光VT装置的第二实施方式的剖面图。
图3是本发明的光VT装置的第三实施方式的剖面图。
图4是本发明的光VT装置的第四实施方式的剖面图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的第一实施方式的光VT装置进行说明。如图1所示，光VT装置是由初级侧电极5、次级侧电极11、绝缘层3、接地层6、电气光学元件2、可挠绝缘体9构成的电压检测部(voltagedetector)1a。光VT装置经由主电路设备1b与外部电气设备(例如开关装置)连接。
初级侧电极5与外部电气设备连接，从外部电气设备被施加被测定电压。初级侧电极5是杯形的电极，与主电路设备1b的中心导体7电连接。
次级侧电极(第一次级侧电极)11隔着绝缘层3保持规定绝缘距离而与初级侧电极5相对。
绝缘层3设置在初级侧电极5与次级侧电极11之间。绝缘层3是被***了初级侧电极5与次级侧电极11而一体成形的。绝缘层3构成绝缘筒。绝缘层3由环氧树脂形成。在绝缘层3的绝缘筒的端部的凸缘3a中，如图1所示，形成有锥状的凹部(tapered recess)。在凹部的中心，露出有初级侧电极5的凹部(recess)。
接地层6设置在绝缘层3的绝缘筒的外周与次级侧电极11的周围。在接地层6上，涂敷有导电性涂料。接地层6通过与次级侧电极11之间夹着绝缘层3而具有规定的静电电容。另外，接地层6在将电压检测部1a组合到主电路设备1b时，与主电路设备1b的接地层10电接触而保持接地电位。
电气光学元件2是用于测量次级侧电极11与接地层6之间的电压的、由BGO(Bi4Ge3O12)晶体、BSO(Bi12SiO20)晶体构成的圆柱状的普克尔斯元件。电气光学元件2具有根据电场的强度而使输入光的折射率变化的性质。另外，光缆4与电气光学元件2的一端连接。电气光学元件2在与其轴正交的面具有利用铝等金属的金属蒸镀膜2a以及金属蒸镀膜2b。金属蒸镀膜2b设置在电气光学元件2的与次级侧电极11的相对面上。金属蒸镀膜2b与次级侧电极11电连接。另外，金属蒸镀膜2a是在电气光学元件2的与光缆4的连接面上避开光缆4而形成的。金属蒸镀膜2a与接地层6电连接。金属蒸镀膜2a以及金属蒸镀膜2b在电气光学元件2内产生平行的电场分布。因此，电气光学元件2维持稳定的光的折射率而实现高精度的电压测量。
绝缘筒具备收容电气光学元件2的空隙部(cavity)12。空隙部12通过绝缘层3以及盖13而被密闭。因此，防止由污损、湿润等引起的电气光学元件2的特性变化。另外，接地层6还设置在空隙部12的内面。设计者通过这样设置接地层6，可以增大次级侧电极11与接地层6之间的静电电容。通过次级侧电极11以及接地层6对施加到初级侧电极5的被测定电压进行分压。根据初级侧电极5与次级侧电极11之间的静电电容、以及次级侧电极11与接地层6之间的静电电容，来决定该分压比。因此，设计者为了降低施加到次级侧电极11的电压，需要增大次级侧电极11与接地层6之间的静电电容。
另外，如上所述，在绝缘筒中形成有锥状的凹部的开口部(opening)。开口部与电气设备连接。绝缘层3的开口部处的露出面(exposed plane)(绝缘层3的锥状表面(tapered plane))是与电气设备连接的界面(boundarv face)3b。在向开口部连接电气设备时，界面3b经由硅橡胶等可挠性绝缘体(soft insulator)9而与电气设备的界面8b(绝缘层8的端部表面(end surface))紧密相接。
另外，虽然本实施方式的绝缘层3由环氧树脂形成，但也可以由硅橡胶等可挠性绝缘材料形成。在该情况下，无需在界面3b的表面设置可挠性绝缘体9。
主电路设备1b具备与开关装置的主电路连接的中心导体7、绝缘层8、以及接地层10。
中心导体7将开关装置等电气设备的被测定电压传给初级侧电极5。
绝缘层8是在中心导体7的周围对环氧树脂等绝缘材料进行模制(moulding)而形成的。在绝缘层8的端部的凸缘8a中，如图1所示，形成有锥状的凸部(tapered bulge)。中心导体7的端部在凸部的中心部露出。绝缘层8的锥状表面是界面8b。
接地层10设置在绝缘层8的外周。在接地层10上，涂敷有导电性涂料。接地层10保持接地电位。
接下来，对如上所述构成的本实施方式的光VT装置的作用进行说明。首先，电压检测部1a经由主电路设备1b而与外部的电气设备(例如开关装置)连接。此时，界面3b经由可挠性绝缘体9而与界面8b紧密相接。即，可挠性绝缘体9防止由界面连接部3b与界面连接部8b之间的间隙引起的绝缘破坏。
另外，中心导体7的端部与初级侧电极5的凹部中心连接。而且，如上所述，接地层6与主电路设备1b的接地层10电接触而保持接地电位。
由使用者利用螺栓(未图示)紧固地固定了凸缘3a与凸缘8a。
如上所述，通过初级侧电极5与次级侧电极11之间的主电路侧静电电容、以及次级侧电极11与接地层6之间的接地侧静电电容，对施加到初级侧电极5的被测定电压进行分压。被分压的次级侧电极11与接地层6之间的电压经由金属蒸镀膜2a以及金属蒸镀膜2b而被施加到电气光学元件2，在电气光学元件2内产生与该电压相应的电场。
外部测定电路(未图示)经由光缆4向电气光学元件2输入光。电气光学元件2使输入的光根据电场的强度而发生偏振，并输出到测定电路。外部测定电路可以根据来自电气光学元件2的光的相位差来测量次级侧电极11与接地层6之间的电压。
此处，通过初级侧电极5、次级侧电极11、以及包围它们的接地层6来唯一地决定主电路侧静电电容以及接地侧静电电容。通过绝缘层3的绝缘筒的外周上的接地层6，主电路侧静电电容以及接地侧静电电容不会受到其它寄生电容等干扰的影响。因此，根据主电路侧静电电容以及接地侧静电电容，极其准确地分压施加到初级侧电极5的被测定电压。
因此，外部测定电路可以根据所测定的次级侧电压11与接地层6之间的电压和分压比，高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
另外，在图1中，电气光学元件2是将从与一端连接的光缆4输入的光进行反射而使其再次返回光缆4的反射型。但是，电气光学元件2也可以是两端连接光缆并将从一端输入的光输出到另一端的透射型。
另外，实现主电路侧静电电容与接地侧静电电容的绝缘层3由同一材料构成。因此，主电路侧静电电容以及接地侧的静电电容根据温度变化、湿度变化而同样地发生变化。由于通过静电电容比而补偿了变化部分，所以施加到初级侧电极5的被测定电压被极其准确地分压。其结果，外部测定电路可以高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
另外，连接在次级侧电极11与接地层6之间的电气光学元件2其自身具有静电电容。因此，通过将次级侧电极11与接地层6之间的接地侧静电电容设为电气光学元件2的静电电容的五倍以上，使接地侧静电电容不受电气光学元件2的静电电容的温度变化、湿度变化的影响。其结果，外部测定电路可以高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
另外，由环氧树脂等形成的绝缘层3通常具有30kV/mm的绝缘强度。以往使用的绝缘气体的绝缘强度是8kV/mm(大气压)，陶瓷电容器的绝缘强度是5kV/mm。由于绝缘层3的绝缘强度与以往相比格外优良，所以可以实现电压检测部1a的小型化。
根据本实施方式的光VT装置，可以通过上述初级侧电极5以及次级侧电极11来控制主电路侧静电电容以及接地侧静电电容从而控制电气光学元件2的电场，所以无需另外设置以往那样的分压电路。其结果，可以削减部件件数来实现装置的小型化。
而且，由环氧树脂等构成的绝缘层3的绝缘强度与以往使用的绝缘气体、陶瓷电容器的绝缘强度相比格外优良，所以可以缩小初级侧电极5与次级侧电极11之间的距离、次级侧电极11与接地层6之间的距离、以及整体形状，可以实现装置的小型化。
另外，由于在由绝缘层3构成的绝缘筒的外周上设置有接地层6，所以不会受到由外部电场引起的影响。其结果，可以高精度且高灵敏度地测量被测定电压。
另外，初级侧电极5以及连接在电气光学元件2上的次级侧电极11，与绝缘层3一起被一体成形，所以主电路侧静电电容以及接地侧静电电容根据温度变化、湿度变化而同样地发生变化。因此，根据本实施方式的光VT装置，不会受到温度变化等周围环境的影响，而可以进行准确的测量。
另外，为了降低次级侧电极11的电压而需要增大接地侧静电电容，但在使用以往那样的绝缘气体时无法增大静电电容。因此，在以往那样的使用了绝缘气体的光VT装置中，无法像本实施方式的光VT装置那样，一体地构成实现主电路侧静电电容的分压电路与实现接地侧静电电容的分压电路。从这点来看，通过削减部件件数来实现小型化的优点也大。
而且，由于设置有可挠性绝缘体9，所以可以防止由界面3b与界面8b之间的间隙引起的绝缘破坏。
另外，由于在密闭的空隙部12中收容电气光学元件2，所以防止由于污损、湿润等而引起的电气光学元件2的特性变化。
而且，通过在空隙部12的内面上设置接地层6来进一步扩大接地侧静电电容的调节自由度，所以可以有效地控制电气光学元件2的电场。
接下来，参照图2，对第二实施方式的光VT装置进行说明。如图2所示，与上述第一实施方式的不同点在于还具备次级侧电极11a。
次级侧电极(第二次级侧电极)11a埋设在绝缘层3中并包围空隙部12。次级侧电极11a以及次级侧电极11电连接。另外，次级侧电极11a以及次级侧电极11也可以一体地形成。
其它结构与第一实施方式相同，所以省略重复的说明。
接下来，对如上所述构成的本实施方式的光VT装置的作用进行说明。
本实施方式的光VT装置的作用基本上与第一实施方式的光VT装置相同。但是，由于与次级侧电极11电连接的次级侧电极11a埋设在绝缘层3中并包围空隙部12，所以在空隙部12内部、绝缘层3的外周上的接地层6与次级侧电极11a之间确保了静电电容，实现了更大的接地侧静电电容。
由于可以增大相对电气光学元件2的静电电容的接地侧静电电容，所以接地侧静电电容不会受到温度变化、湿度变化的影响。其结果，外部测定电路可以高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
其它作用与第一实施方式相同，省略重复的说明。
根据本实施方式的光VT装置，除了上述第一实施方式的效果以外，还可以增大接地侧静电电容，所以接地侧静电电容的调节自由度扩大，可以有效地控制电气光学元件2的电场。
另外，由于可以相对电气光学元件2的静电电容而增大接地侧静电电容，所以接地侧静电电容不会受到温度变化、湿度变化的影响。其结果，外部测定电路可以高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
接下来，参照图3，对第三实施方式的光VT装置进行说明。如图3所示，与上述第一实施方式的不同点在于还具备次级侧电极11c。
次级侧电极(突起)11c形成在次级侧电极11的与初级侧电极5的相对面上。次级侧电极11c从圆盘状的次级侧电极11的中央突出。因此，次级侧电极11c以及次级侧电极11电连接。
另外，在由绝缘层3构成的绝缘筒中，在次级侧电极11c的周围形成有缩颈(constriction)。
其它结构与第一实施方式相同，省略重复的说明。
接下来，对如上所述构成的本实施方式的光VT装置的作用进行说明。
本实施方式的光VT装置的作用基本上与第一实施方式的光VT装置相同。但是，形成有包围与次级侧电极11电连接的次级侧电极11c的缩颈。由于接地层6设置在包含缩颈的绝缘筒外周上，所以在缩颈内的接地层6与次级侧电极11c的之间也确保了静电电容，并且在缩颈内的接地层6与次级侧电极11的之间也确保了静电电容，实现了大的接地侧静电电容。
由于可以增大相对电气光学元件2的静电电容的接地侧静电电容，所以接地侧静电电容不会受到温度变化、湿度变化的影响。其结果，外部测定电路可以高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
其它作用与第一实施方式相同，省略重复的说明。
根据本实施方式的光VT装置，除了上述第一实施方式的效果以外，还可以增大接地侧静电电容，所以接地侧静电电容的调节自由度扩大，可以有效地控制电气光学元件2的电场。
另外，由于可以相对电气光学元件2的静电电容而增大接地侧静电电容，所以接地侧静电电容不会受到温度变化、湿度变化的影响。其结果，外部测定电路可以高精度地测定施加到初级侧电极5的被测定电压。
接下来，图4示出第四实施方式的光VT装置，如图4所示，本实施方式的光VT装置的电压检测部1e同时具备第二实施方式中的次级侧电极11a和第三实施方式中的次级侧电极11c。另外，还形成有包围次级侧电极11c的缩颈。因此，根据本实施方式的光VT装置，除了还可以实现第一实施方式的优点以外，还可以同时实现利用次级侧电极11a得到的优点和利用次级侧电极11c得到的优点。
产业上的可利用性
本发明的光VT装置还可以利用于使用了开关装置等电气设备的主电路电压的电气光学效应(普克尔斯效应)的测量。

Claims (7)

1.一种光VT装置，其特征在于，具备：
初级侧电极，与外部电气设备连接，通过上述电气设备被施加被测定电压；
第一次级侧电极，与上述初级侧电极相对地设置；
绝缘层，设置在上述初级侧电极与上述第一次级侧电极之间，构成与上述初级侧电极以及上述第一次级侧电极一起一体成形的绝缘筒；
接地层，设置在上述绝缘筒的外周以及上述第一次级侧电极的周围，与上述第一次级侧电极之间具有上述绝缘层而确保静电电容；以及
电气光学元件，对上述第一次级侧电极与上述接地层之间的电压进行测量。
2.根据权利要求1所述的光VT装置，其特征在于，
与上述电气设备连接的开口部形成于上述绝缘筒，
上述绝缘层由环氧树脂形成，
在向上述开口部连接上述电气设备时，在上述开口部露出的上述绝缘层经由可挠性绝缘体而与上述电气设备的绝缘层紧密相接。
3.根据权利要求1所述的光VT装置，其特征在于，
上述绝缘层由可挠性绝缘体形成。
4.根据权利要求1所述的光VT装置，其特征在于，
上述绝缘筒具备收容上述电气光学元件的密闭的空隙部。
5.根据权利要求4所述的光VT装置，其特征在于，
上述接地层还设置在上述空隙部的内面。
6.根据权利要求4所述的光VT装置，其特征在于，
还具备埋设在上述绝缘层中并包围上述空隙部的第二次级侧电极，
上述第一次级侧电极以及上述第二次级侧电极电连接。
7.根据权利要求1所述的光VT装置，其特征在于，上述第一次级侧电极在与上述初级侧电极的相对面上具有突起。
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