SE507933C2 - Förfarande, anordning och sensor för att kapacitivt detektera fält och spänning samt användning därav - Google Patents

Description

sov 933 10 15 20 25 30 35 40 användas antingen jämns med markplanet genom att placera den i ett i marken grävt hàl täckt av en metallskyddsplatta med en öppning för anordningen. Anordningen kan även placeras så att den sticker fram ovanför marken.

Den ovan nämnda artikeln visar dessutom en anordning för mätning ovanför marknivà av det elektriska fältet under högspänningsledare. Anordningen innefattar tvà metall- cylindrar, vardera pà längden uppdelade i tvà isolerade halvor, vilka metallcylindrar har lika stora eller olika stora radier, men olika längder och de roterar med olika hastigheter. Ur mekanisk synvinkel är det önskvärt att metallcylindrarna roterar i motsatta riktningar. Kalibre- ringen av denna anordning sker i tvà steg.

De ovan visade anordningarna är bàda känsliga för icke önskvärda fält, samt har báda förhållandevis komplicerad konstruktion.

Genom US-4,328,46l visas en apparat för att berörings- fritt mäta elektriska fält. Apparaten visas i tre olika utföringsformer, varvid apparaten innefattar en mätelektrod och elektronik i form av en sensor- och signalgenerator. I en första utföringsform utgöres mätelektroden av tvà halv- sfäriska ledare eller elektroder av elektriskt ledande material och sensor- och signalgeneratorn är anordnad inuti och skärmas av mätelektroden. I en andra utföringsform ut- göres mätelektroden av tvà cirkulära plattor av ledande metall som utgör ett par ledare eller elektroder och sen- sor- och signalgeneratorn är anordnad mellan och àtminstone delvis skärmad av nämnda plattor. I en tredje utförings- form utgöres mätelektroden av tvä del-cylindriska ledare och sensor- och signalgeneratorn är anordnad mellan och àtminstone delvis skärmad av nämnda ledare. Även om utfö- ringsformen med mätelektroden i form av plattor uppvisar en viss riktningskänslighet är en betydande nackdel med dessa lösningar deras brist pà riktningsverkan, vilket medför att apparaterna är känsliga för icke önskvärda fält.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en sensor för beröringsfri mätning av en riktad del av ett elektriskt fält enligt i ingressen till patentkrav l angi- 10 15 20 25 30 35 40 Å 507 953 vet slag samt en spänningsmätanordning av i ingressen till patentkravet 7 angivet slag. Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är ett förfarande för beröringsfri mätning av spänning enligt i ingressen till patentkrav 17 angivet slag. Dessutom omfattas ändamålet av föreliggande uppfinning av en användning av en mätanordning enligt patentkraven 14 - 16, samt användning av förfarande enligt partentkraven 25-27.

Grunden för föreliggande uppfinning är en anordning för att på avstånd från ledare beröringsfritt mäta växelspän- ningen, samt detektera transienter och jonisk urladdning.

Anordningen innefattar åtminstone ett kapacitivt givarorgan samt ett omslutande det kapacitiva givarorganet anordnat elektrodorgan för avskärmande av elektriska fält. Elektrod- organet är dessutom försett med en öppning avsedd att riktas mot ledaren, varvid det kapacitiva givarorganet avkänner en riktad del av det elektriska fältet. Med denna anordning erhåller man en enkel, billig och tillförlitlig utrustning för att på avstånd från ledare beröringsfritt mäta växelspänning. En ytterligare fördel är att anord- ningen är bredbandig, vilket innebär att man kan mäta inom ett stort frekvensområde.

Föreliggande uppfinning avser dessutom en spänningsmät- anordning för att på avstånd från ledare beröringsfritt mäta växelspänning, övertoner, samt detektera transienter och jonisk urladdning. Spänningsmätanordningen innefattar en luftfylld, långsträckt, ihålig isolator samt en högspän- ningselektrod anordnad vid ena kortänden av isolatorn.

Spänningsmätanordningen innefattar dessutom en anordning av det ovan nämnda slaget, vilken är anordnad vid den andra kortänden av isolatorn, varvid anordningen avkänner en riktad del av det elektriska fältet på primärsidan. En spänningsmätanordning av denna typ är enkel, billig, tillförlitlig och ekonomiskt mycket konkurrenskraftig.

Föreliggande uppfinning avser dessutom användning av anordningar av ovan angivet slag för att i ett kapslat ställverk mäta 3-fas växelspänning, varvid 3 anordningar är anordnade i ett hölje och riktade mot varsin fas.

Föreliggande uppfinning avser vidare användning av en anordning av ovan angivet slag för att i en kapsling inne- 507 šss lO 15 20 25 30 35 40 fattande en fas mäta växelspänning, varvid anordningen är ansluten till jordpotential och är riktad mot fasen.

Föreliggande uppfinning avser dessutom användning av anordningar av ovan angivet slag för att på en kraft- ledningsstolpe mäta l-fas, 2-fas eller 3-fas växelspänning, varvid l anordning, 2 anordningar eller 3 anordningar är anordnade pá en kraftledningsstolpe och anslutna till jord- potential samt riktade mot varsin fas.

Föreliggande uppfinning avser dessutom användning av anordningar av ovan angivet slag för att i ett kapslat eller okapslat ställverk mäta växelspänning, varvid åtminstone tvà anordningar är anordnade riktade mot varje fas för ökande av mätnoggrannheten.

Föreliggande uppfinning avser vidare ett organ för att pà avstånd fràn ledare beröringsfritt mäta likspänning.

Organet innefattar en anordning av ovan angivet slag. Vid öppningen hos anordningen finns en metallplatta anordnad.

Denna metallplatta är roterbar runt en punkt belägen vid sidan av anordningen. Detta medför att metallplattan roterar framför öppningen, sä att metallplattan växelvis täcker res-pektive inte täcker öppningen. Med detta organ erhåller man en enkel, billig och tillförlitlig utrustning för att pà av-stånd fràn ledare beröringsfritt mäta likspänning.

Ytterligare en fördel med anordningen enligt förelig- gande uppfinning är att dess användningsomràden är varierande.

Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare genom efterföljande beskrivning av föredragna utföringsformer av densamma under hänvisning till medföljande ritningar.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. l visar en vy delvis i snitt, pä en första utfö- ringsform av en anordning för riktad spänningsmätning enligt föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar en vy delvis i snitt, pà en andra utfö- ringsform av anordningen för riktad spänningsmätning enligt föreliggande uppfinning; Fig. 3 visar en fältfördelning som erhållits vid an- vändning av en anordning enligt fig. 2; 10 15 20 25 30 35 40 G 507 933 Fig. 4 visar en vy delvis i snitt, pà en tredje utföringsform av anordningen för riktad spänningsmätning enligt föreliggande uppfinning; Fig. 5 visar en tvärsnittsvy pà en första utföringsform av en spänningsmätanordning enligt föreliggande uppfinning; Fig. 6 visar en tvärsnittsvy pà en andra utföringsform av spänningsmätanordningen enligt föreliggande uppfinning; Fig. 7 visar en principskiss pà en första användning av anordningar enligt figur 1 enligt föreliggande uppfinning för att i ett kapslat ställverk mäta 3-fas växelspänning; Fig. 8 visar en principskiss pá en andra användning av en anordning enligt figur 1 enligt föreliggande uppfinning för att i en kapsling innefattande en fas mäta växelspänning; Fig. 9 visar en principskiss pà en tredje användning av anordningar enligt figur 1 enligt föreliggande uppfinning för att på en kraftledningsstolpe mäta 3-fas växelspänning; Fig. 10 visar en principskiss pà en fjärde användning av anordningar enligt figur 1 eller 2, enligt föreliggande uppfinning för att i ett kapslat ställverk medelst flera anordningar mäta växelspänning; och Fig. 11 visar en vy, delvis i snitt, pà ett organ för att pà avstånd fràn ledare beröringsfritt mäta likspänning enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer av föreliggande uppfinning I figur 1 visas en vy, delvis i snitt, pà en anordning 10 för riktad spänningsmätning enligt föreliggande upp- finning. Anordningen 10 är avsedd för att pà avstånd frán ledare 22 beröringsfritt mäta växelspänningen. Anordningen 10 innefattar ett kapacitivt givarorgan 12 samt ett runt det kapacitiva givarorganet 12 anordnat elektrodorgan 14, vilket är försett med en öppning 16 avsedd att riktas mot ledaren 22. Det kapacitiva givarorganet 12 är medelst en ledningsanordning 18, t.ex. i form av en koaxialkabel, ansluten till en mät- och detektoranordning 20 för behand- ling av signaler erhàllna frán det kapacitiva givarorganet 12. Det kapacitiva givarorganet 12 utgöres av en platta 12 vilken huvudsakligen är anordnad vinkelrätt i förhállande 507 šzz 10 15 20 25 30 35 till elektrodorganet 14. Det kapacitiva givarorganet 12 är justerbart så att avståndet mellan det kapacitiva givar- organet 12 och öppningen 16 hos elektrodorganet 14 kan ändras, såsom anges med pilen A i figur 1. Det kapacitiva givarorganet 12 kan även vara fast monterat så att nämnda justering ej är möjlig. Det kapaci-tiva givarorganet 12 och elektrodorganet 14 utgör en konden-satorkonstellation 12, 14. Elektrodorganet 14 är tillverkat av ett ledande material och är dessutom anslutet till jordpotential såsom framgår av figur 1. Elektrodorganet 14 har exempelvis formen av en "hink“, "botten" "tratt" med ett cirkulärt tvärsnitt. Det skall dessutom påpekas att dvs. har en och en varken elektroorganet 14 eller plattan 1 nödvändigtvis måste ha cirkulära tvärsnitt. Man kan exempelvis ha kvadratiskt tvärsnitt. I figur 1 visas elektrodorganet 14 med ett första parti 24, med konstant diameter, anordnat närmast "botten", nat vid det första partiet 24 och uppvisar en kontinuerligt och ett andra parti 26, vilket är anord- minskande diameter från det första partiet 24 till nämnda öppning 16. Anordningen 10 kan dessutom innefatta ett vid elektrodorganet 14 anordnat förstärkarorgan (ej visat) för att förstärka signaler från plattkondensatorn 12, 14. För- delen med ett förstärkarorgan anordnat vid elektrodorganet 14 är att man blir oberoende av längden på ledningsanord- ningen 18. Förstärkarorganet utgöres exempelvis av en videoförstärkare. Vid elektrodorganet 14 är ett flertal olika filterorgan (ej visade) för filtrerande av signalerna 14. Anledningen till att det är praktiskt att ha flera olika filterorgan är att från kondensatorkonstellationen 12, man kan använda, dvs. koppla in, olika filterorgan för olika tillämpningar. Filterorganen är ofta, men ej nöd- vändigtvis, filter av bandpasstyp.

Anordningen 10 kan dessutom innefatta en vid elektrod- organet 14 anordnad faslàsningskrets (ej visad). Denna faslåsningskrets (PLL-krets) gör det möjligt att i t.ex. ett trefassystem làsa anordningen 10 på den fas man avser att mäta på så sätt att inverkan från de övriga faserna ej syns i utsignalen från anordningen 10, viket medför en ökad mätnoggrannhet. 10 15 20 25 30 35 40 iso? 933 Vid användning av anordningen 10 för att pà avstånd från en högspänningsledare 22 beröringsfritt mäta växel- spänningen riktas anordningen 10 mot ledaren 22 så att öppningen 16 och således kondensatorkonstellationen 12, 14 vetter mot ledaren 22. Innan själva mätningen påbörjas kalibreras anordningen 10 på plats. Kalibreringen sker genom att en känd spänning läggs på, varefter mätning med anordningen 10 sker. Anordningen 10 kalibreras således att ge den kända spänningen som mätvärde. När detta är utfört kan själva mätningen utföras. Det skärmade kapacitiva givarorganet 12 känner av och mäter en viss riktad del av det elektriska fältet E från ledaren 22. 14 förstärkes sedan av det Signalen från kondensatorkonstellationen 12, vid elektrodorganet 14 anordnade förstärkarorganet och överföres via ledningsanordningen 18 till mät- och detek- toranordningen 20 där signalen behandlas, för senare avläsning av växelspänningen. En fördel med anordningen 10 enligt föreliggande uppfinning är att anordningen 10 inte behöver sättas i galvaniskt kontakt med den ledare på vilken mätningen skall utföras, utan mätningen kan ske på avstånd från ledaren 22. Man behöver således inte komma i kontakt med ledaren 22. ningen 10 är att den är mycket riktningskänslig. Anord- Ytterligare en fördel med anord- ningen 10 är dessutom mycket billig att tillverka och är tillförlitlig. Anordningen 10 enligt föreliggande uppfin- ning kan dessutom användas för att detektera transienter och jonisk urladdning. En ytterligare fördel är att anordningen 10 är bredbandig, vilket innebär att man kan mäta inom ett stort frekvensområde. Ytterligare tillämp- ningar med anordningen 10 är att mätningen kan ligga till grund för debitering, samt för reläskydd.

I fig. 2 visas en vy delvis i snitt, på en andra utföringsform av en anordning 10' för riktad spänningsmät- ning enligt föreliggande uppfinning. Anordningen 10' är på motsvarande sätt avsedd för att pà avstånd från ledare 22 beröringsfritt mäta växelspänning. Anordningen 10' innefat- tar ett kapacitivt givarorgan 12' samt ett runt det kapaci- tiva givarorganet 12' anordnat elektrodorgan 14', vilket är försett med en öppning 16' avsedd att riktas mot ledaren 22. Den huvudsakliga skillnaden med denna anordning 10' i 507 933 10 15 20 25 30 35 40 jäm-förelse med anordningen 10 enligt figur 1 är att anordningen 10' har ett sfäriskt format elektrodorgan 14' och att det kapacitiva givarorganet 12' utgöres av en sfäriskt krökt platta 12'. Den sfäriskt krökta plattan 12' har sin konkava yta vettande mot öppningen l6'. Fördelen med denna geometri är att fältfördelningen inne i anord- ningen 10' blir jämnare och det kapacitiva givarorganets 12' utformning i form av en sfäriskt krökt platta 12' gör att alla fältlinjer faller vinkelrätt in mot plattan 12'.

(Jämför fig. 3). Detta ger ytterligare fördelar med en starkare utsignal från anord-ningen 10' samtidigt som anordningens 10' skärmande egen-skaper bibehålls.

I fig. 3 visas en elektrisk fältfördelning som erhål- lits vid användning av en i figur 2 visad anordning 10'. I figur 3 framgår hur fältlinjerna (anges med pilar) faller in vinkelrätt mot det kapacitiva givarorganet 12' (endast en del av givarorganet 12' visas). I övrigt fungerar anordningen 10' enligt figur 2 och 3 på samma sätt som anordningen 10 enligt figur 1.

I figur 4 visas en vy, delvis i snitt på en tredje utföringsform av anordningen 10 för riktad spänningsmätning enligt föreliggande uppfinning. I det visade fallet har man utgått från en anordning 10 enligt figur 1, men principen kan även användas på en anordning 10' enligt figur 2. I den i figur 4 visade anordningen 10 är det kapacitiva givaror- ganet 12 uppdelad i två sektioner 121, 122. Dessa sektioner 12h båda sektionerna 12h 122 har likadan form, såsom framgår av figur 4. De 122 är bryggkopplade och sektionerna är avsedda att placeras symmetriskt under högspännings- källan, kapacitanser, Cl och C2, som upplevs mellan sektionerna t.ex. en ledare 22. Detta innebär att de 121, 122 och ledaren 22 är lika stora och därigenom är bryggkopplingen utbalanserad, dvs spänningen mellan de båda sektionerna 121, 122 är noll. anledning skulle förflyttas i sidled så att sektionerna Om ledaren 22 utav någon 121, 122 ej befinner sig symmetriskt under ledaren 22, så kommer kapacitanserna Cl och C2 att ändras olika mycket, vilket kommer att medföra en spänning skild från noll mellan sektionerna 121, 122. Även en förändring i det yttre elektriska fältet från omkringliggande apparatur) (t.ex. 10 15 20 25 30 35 40 S 507 933 kommer att ge upphov till en ändring i spänningen mellan sektionerna 121, 122. En fördel med denna anordning 10 är att man kan detektera förändringar i det yttre fältet eller sidledsförflyttningar samt kompensera mätsignalen för sàdana störningar. En annan fördel med denna anordning 10 är att man erhåller tvà mätvärden (ett mätvärde fràn varje 12fl förbättrar mätnoggrannheten. sektion 12h frán samma anordning 10, vilket därigenom I övrigt är anordning 10 kon- struerad pà samma sätt som anordningen 10 enligt figur 1, dvs. den innefattar ett elektrodorgan 14, med en öppning 16, en ledningsanordning 18 ansluten till en mät- och detektoranordning 20 (ej visad i figur 4). Självklart kan det kapacitiva givarorganet 12 vara uppdelat i fler sektioner än tvà. Givarorganet 12 kan t.ex. vara uppdelat i n sektioner 121...12n, där n 2 2, motsvarar ett vinkelsegment pà 360 °/n. Även en anordning där alla sektioner är lika stora och 10' enligt figur 2 kan ha det kapacitiva givarorganet 12' upp-delat i n sektioner l2'1,...,12'n där n 2 2 pà mot- svarande sätt. Denna typ av anordning 10, 10' är speciellt värdefull i tillämpningar där man kan utesluta geometriska variationer i höjdled.

I figur 5 visas en tvärsnittsvy pá en första utförings- form av en spänningsmätanordning 30 enligt föreliggande uppfinning. Spänningsmätanordningen 30 innefattar en luft- fylld, làngsträckt, ningen 30 innefattar dessutom en högspänningselektrod 34 ihàlig isolator 32. Spänningsmätanord- anordnad vid den ena kortänden av isolatorn 32. Högspän- ningselektroden 34 bestàr i det i figur 5 visade exemplet av en klotformad del belägen i isolatorn 32 och en med den klotformade delen förbunden stavformad del, vilken är anordnad både i isolatorn 32 och utanför isolatorn 32.

Högspänningselektroden 34 kan självklart ha andra lämpliga utformningar än den i figur 5 visade. Vid den andra kort- änden av isolatorn 32 finns en anordning 10 för riktad spänningsmätning av det i figur 1 visade slaget anordnad.

Anordningen 10 för riktad spänningsmätning är anordnad inuti isolatorn 32 och består av likadana delar som och fungerar pà samma sätt sàsom den i figur 1 visade anord- ningen 10 eller den i figur 2 visade anordningen 10'. 507 šzs lO l5 20 25 30 35 10 Anordningen 10 i figur 5 har därför ej försetts med hän- visningsbeteckningar avseende dess olika beståndsdelar utan den visas endast schematiskt. Elektrodorganet hos anord- ningen 10 är anslutet till jord via spänningsmätanord- ningens 30 ena kortände, sásom framgår av figur 5. För beskrivning av dess funktion hänvisas till figur 1 eller 2.

Det kapacitiva givarorganet (jämför figur 1) i anordningen 10 känner av och mäter en viss riktad del av det elektriska fältet, man förutom att mäta spänningen också enkelt mäta övertoner (PD- E. Med denna typ av spänningsmätanordning 30 kan samt detektera blixtnedslag och jonisk urladdning partial discharge). Den visade spänningsmätanordningen 30 kan vara en ersättning till dagens spänningstrans- formatorer.

I figur 6 visas en tvärsnittsvy pá en andra utförings- form av spänningsmätanordningen 30' enligt föreliggande uppfin-ning. Delar hos spänningsmätanordning 30' i figur 6 som motsvarar delar hos spänningsmätanordning 30 i figur 5 har försetts med likadana hänvisningsbeteckningar. Denna spänningsmätanordning 30' innefattar också en isolator 32, en högspänningselektrod 34 och en anordning 10 för riktad spänningsmätning sàsom spänningsmätanordning 30 enligt figur 5. Såsom framgår av figur 6 är spänningselektrodens 34 första del inte klotformad utan formad sàsom en ellip- soid. Spänningsmätanordningen 30' innefattar dessutom tvà skärmringar 36 anordnade vid de bàda kortändarna och anord- nade runt isolatorn 32. Syftet med de yttre skärmringarna 36 är att ta upp eventuella störningar från omkringliggande apparatur. Eventuella störsignaler kommer att kapacitivt kopplas till skärmringarna 36 i stället för till högspän- ningselektroden 34. I figur 6 har elektrodorganet hos anordningen 10 erhållit den i figur l visade utformningen, anordnat dvs. med ett första parti, med konstant diameter, närmast "botten“, och ett andra parti, vilket är anordnat vid det första partiet och kan uppvisa en kontinuerligt minskande diameter fràn det första partiet till öppningen hos anordningen 10. I övrigt fungerar spänningsmätanord- ningen 30' pá samma sätt sàsom spänningsmätanordningen 30 dvs. den kan förutom att mäta spänningen enligt figur 5, 10 15 20 25 30 35 40 s 507 933 ll och övertoner ocksà detektera blixtnedslag och jonisk urladdning.

I figur 7 visas en principskiss pà en första användning av anordningar 10 enligt figur l enligt föreliggande upp- finning för att i ett kapslat ställverk mäta 3-fas växel- Sàsom framgàr av figur 7 har tre stycken anord- 102, 103; 10'1, l0'2, mätning enligt figur 1 eller 2 placerats i samma hölje 40 i ett ställverk, spänning. ningar 101, 10'3 för riktad spännings- företrädesvis ett mellanspänningsställverk_ De olika anordningarna 101, 102, 103, 10'1, 10'2, l0'3 är riktade mot varsin fas 42'(R), 42"(S), 42"'(T). Anordningen 101, l0'1 är riktad mot och mäter spänningen hos fasen 42'(R), anordningen 102, 10'2 är riktad mot och mäter spänningen hos fasen 42"(S) och anordningen 103, 10'3 är riktad mot och mäter spänningen hos fasen 42“'(T). I figur 7 har anordningarna 101, 102, 103; 10'1, 10'2, 10'3 för riktad spänningsmätning endast angivits schematiskt, men utform-ningen och funktionen är densamma sásom hos den i figur 1 visade anordningen 10 eller säsom hos den i figur 2 visade anordningen 10'. Med denna typ av användning av anordningar 10; 10' för riktad spänningsmätning sparar man bl.a. montagetid och utrymme i skapen.

I figur 8 visas en principskiss pá en andra användning av en anordning 10; 10' enligt figur 1 eller 2 enligt föreliggande uppfinning för att i en kapsling innefattande en fas mäta växelspänning. Sàsom framgår av figur 8 är en anordning 10; 10' för riktad spänningsmätning enligt figur 1 eller 2 placerad inne i en kapsling 50 innefattande en växelspänning (en fas) 52 som man önskar att mäta pà.

Anordningen 10; 10' riktad mot fasen 52. Dä avståndet till högspänningsledaren är ansluten till jordpotential och är 52 som anordningen 10; 10' riktas mot är konstant och inga fältstörande geometriförändringar i anordningens 10; 10' närhet görs, behövs ingen isolant mellan anordningen 10; 10' och högspänning.

I figur 9 visas en principskiss pà en tredje använding av anordningar för riktad spänningsmätning enligt figur 1 eller 2 för att pà en kraftledningsstolpe mäta 3-fas växelspänning. I denna användning är tre anordningar 101, 102, 103; 10'1, l0'2, l0'3 placerade pà en kraftlednings- 507 šsz 10 15 20 25 30 35 40 12 stolpe 60 och är riktade mot varsin fas. Anordningarna 10h 102, 103; 10'1, 10'2, Dà avständet till högspänningsledarna som anordningarna 101, 102, 103; 1O'1, 1O'2, inga fältstörande geometriförändringar i anordningarnas 101, 102, 103; l0'1, 10'2, isolant mellan anordningen 10h 10'3 är anslutna till jordpotential. 10'3 riktas mot är konstant och 103 närhet görs, behövs ingen 102, 103; 10'1, 10'2, 10'3 och högspänning. Det skall påpekas att spänningsmät- anordningen ej sitter ihop med isolanten. Däremot behöver de ej vara skilda àt. De vid spänningsmätningarna erhållna 102, 103; 10'1, 1O'3 via tràdlös telefoni till lämplig plats för värdena kan sändas fràn anordningarna 10h 10'@ insamling av mätvärden. Med denna lösning kan man genom att 102, 103; 1O'3 utmed ett nät utföra mätningar och insamla ha ett antal fast installerade anordningar 10h 10'1, 10'@ mätvärden om nätet.

Mätvärdena kan även överföras fràn fràn anordningarna 10; 10' medelst optisk fiber (ej visad) till därför avsedd plats för insamling av mätvärden. Självklart är det möjligt att med den visade användningen mäta även 1-fas eller 2-fas växelspänning, antingen med tre anordningar 101, 102, 103; 10'1, 10'@ med en eller tvà anordningar 10; 10' 10'3 anordnade pà kraftledningsstolpen 60 eller anordnade pà kraftled- ningsstolpen 60 (visas ej i figur 9).

I figur 10 visas en principskiss pá en fjärde användning av anordningar 10, 10' enligt figur 1 eller 2 enligt föreliggande uppfinning för att i ett kapslat ställverk medelst flera anordningar 10; 10' mäta växel- spänning. I figur 10 visas ett kapslat ställverk innefat- tande ett höje 64 med en fas eller högspänningsdel 621. I varje hörn av höljet 64 finns anordnat en anordning 101h 10n, 103, 10M, 10'n, 10'n, 10'n, l0'M riktade mot fasen 621. Anordningarna 1011, 1012, 10n, 1014; 10'11, 1O'12, 10'1@ 10'm är symmetriskt anordnade i förhållande till nämnda fas 621. Med denna användning kan man noggrant de-tektera om högspänningsdelen 621 förflyttas. När anord-ningarna 101; 1O'1 är symmetriskt anordnade i förhållande till fasen 621 erhàller man likadana mätvärden fràn de olika 10'@ ideala läget erhåller man olika mätvärden anordningarna 101; Skulle däremot fasen 621 röra sig fràn det visade, 10 15 20 25 30 35 40 507 953 13 lO'y av standardtyp kan man beräkna fasens 621 nya läge från anordningarna 101; Genom geometriska beräkningar och/eller kompensera för rörelsen för att erhålla ett korrekt (korri-gerat) mätvärde. Detta kan ske genom att till anordningarna 101; 10'1. Denna användning kan även användas ansluta ett dektor- och kompenseringsorgan (ej visad) till att detektera och kompensera för förändring i bak- grundsfält, vilket ger osymmetrisk förändring i de uppmätta 1O'L man en högre mät-noggrannhet bara genom införandet av flera Självklart kan denna användning även tillämpas på ett okapslat ställverk I det okapslade ställverket är det särskilt värdefullt att kunna kompensera för förändrat signalerna från an-ordningarna 101; Dessutom erhåller anordningar 101; 10'1 som mäter på samma fas 621. (ej visat). bakgrundsfält. Anordningarna 101; 10'1 är anslutna till jordpotential. Denna princip kan tillämpas med n antal l01n,'lO'11,..., lÛ'1I'1 Il 2 2 OCh anordningarna är symmetriskt anordnade i förhållande till anordningar 10n. ..., fasen 621. Användandet av flera anordnignar ger större mätnoggrannhet.

I figur 11 visas en vy, delvis i snitt, på ett organ 70 för att pà avstånd från ledare beröringsfritt mäta likspän- ning enligt föreliggande uppfinning. Organet 70 innefattar en anordning 10 för riktad spänningsmätning enligt figur 1.

Organet 70 innefattar således liksom anordningen 10 enligt figur 1 ett kapacitivt givarorgan 12 samt ett runt det kapacitiva givarorganet 12 anordnat elektrodorgan 14, vilket är försett med en öppning 16 avsedd att riktas mot ledaren (ej visad). Det kapacitiva givarorganet 12 är medelst en i form av en koaxialkabel, ledningsanordning 18, t.ex. ansluten till en mät- och detektoranordning (ej visad) för behandling av signaler erhållna från det kapacitiva givar- organet 12. Det kapacitiva givarorganet 12 utgöres exempel- vis av en rund platta 12 vilken huvudsakligen är anordnad vinkelrätt i förhållande till elektrodorganet 14. Plattan 12 är justerbar så att avståndet mellan plattan 12 och öppningen 16 hos elektrodorganet 14 kan ändras. Elektrod- organet 14 är tillverkat av ett ledande material och är dessutom anslutet till jordpotential. I övrigt fungerar 507 èzs 10 15 20 14 anordningen 10 pà samma sätt som beskrivits i samband med figur 1. Organet 70 innefattar dessutom en vid öppningen 16 anordnad metallplatta 72 vilken är roterbar (framgår av pilen A i figur 11) runt en axel 74 belägen vid sidan av anordningen 10. Axelns 74 rotation illustreras med pilen B i figur 11. Genom att metallplattan 72 är fixerad vid axeln 74 pá det visade sättet kommer metallplattan 72, när axeln 74 roteras i pilens B riktning, att växelvis täcka respek- tive inte täcka öppningen 16. Genom att sätta en roterande metallplatta 72 framför öppningen 16 hos anordningen 10 skapas ett växlande elektriskt fält infallande mot det kapacitiva givarorganet 12 som gör det möjligt att kapaci- tivt mäta signalen fràn spänningskällan trots att det är en likspänningskälla (DC-källa).

Den i figur 11 visade anordningen 10 kan ersättas av en Funktionen blir i bàda fall anordning 10' enligt figur 2. densamma.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföríngsformerna, utan flera variationer är möjliga inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (27)

K 507 933 15 PATENTKRAV

1. Kapacitiv sensor (ll) för detektering av en riktad del av ett elektriskt fält innefattande en inre elektrod (12) och en skärmelektrod (14), kånnetecknad av att skärmelek- troden (14) omsluter den inre elektroden (12) lämnande en öppning (16), varvid då sensorn är riktad mot ett fältgene- rerande föremål, den inre elektroden detekterar en genom öppningen inträngande del av det elektriska fältet.

2. Sensor enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den inre elektroden (12) och skärmelektroden (14) är isolerade från varandra med ett gasformigt dielektrikum.

3. Sensor enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att den inre elektroden (12) är justerbart fixerad i skärmelektroden (14).

4. Sensor enligt något av föregående patentkrav, känne- tecknad av att den inre elektroden (12) har en i huvudsak plan utbredning, vars utbredningsplan i huvudsak är vinkel- rät mot en normal till öppningen (16) i skärmelektroden (14).

5. Sensor enligt nagot av föregående patentkrav känne- tecknad av att den inre elektroden (12) är skålformad.

6. Sensor enligt något av föregående patentkrav känne- tecknad av att den inre elektroden (12) innefattar ett flertal från varandra elektriskt isolerade delelektroder (12a, l2b).

7. Mätanordning (10) vid mätning av spänning hos en av ett elektriskt fält omgiven högspänningsdetalj (22), känne- tecknad av att mätanordningen (10) innefattar en kapaci- 507 äs: 16 tiv sensor (11), inkluderande en inre elektrod (12) och en till en kontrollerbar referenspotential ansluten skärmelek- trod (14), varvid skärmelektroden är anordnad att avskärma den inre elektroden frän ett störande elektriskt fält, var- vid sensorn genom att avkänna en till den inre elektroden inträngände, riktad del av det elektriska fältet pà isola- tionsavstànd mäter spänningen hos högspänningsdetaljen.

8. Mätanordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att skärmelektroden (14) och den inre elekroden (12) är isole- rade fràn varandra med ett gasformigt dielektrikum.

9. Mätanordning enligt patentkrav 7 eller 8, kännetecknad av att skärmelektroden (14) omsluter den inre elektroden (12) och är anordnad med en öppning (16), genom vilken den inre elektroden avkänner en riktad del av ett elektriskt fält.

10. Mätanordning enligt nàgot av patentkraven 7 - 9, kän- netecknad av att den inre elektroden (12) inkluderar ett fletal delelektroder (12a, 12b).

11. Mätanordning enligt nàgot av patentkraven 7 - 10, kän- netecknad av att mätanordningen innefattar en signalom- vandlare (13), vilken är anordnad i närheten av sensorn (11) och innefattar organ för förstärkning och impedans- omvandling av mätsignalen.

12. Mätanordning enligt patentkrav 11, kânnetecknad av att signalomvandlaren (13) inkluderar organ för faslasning av skärmelektroden (14) och/eller den inre elektroden (12).

13. Mätanordning enligt nàgot av patentkraven 7 - 12, kän- netecknad av att mätanordningen (10) är anordnad vid den jordade delen av en isolator. 17

14. Användning av en mätanordning (10) enligt patentkraven 7 - 13 vid ställverk.

15. Användning av en mätanordning (10) enligt patentkraven 7 - 13 vid elkraftnät för debitering av förbrukad energi.

16. Användning av en mätanordning (10) enligt patentkraven 7 - 13 vid elkraftnät för upprättande av reläfunktionali- teter.

17. Förfarande vid mätning av spänning hos en av ett elek- triskt fält omgiven högspänningsdetalj (22), kännetecknat av att en riktad del av det elektriska fältet avkännes pà isolationsavstànd med àtminstone en kapacitiv sensor (11).

18. Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat av att sensorn (11) anordnas att innefatta en inre elektrod (12) och en till en kontrollerbar potential ansluten skärmelek- trod (14), varvid skärmelektroden anordnas att avskärma den inre elektroden frán störande elektriska fält, sà att det frán högspänningsdetaljen genererade elektriska fältet av- kännes av den inre elektroden.

19. Förfarande enligt patentkrav 17 eller 18, känneteck- nat av att skärmelektroden (14) anordnas att vara isolerad frán den inre elekroden (12) med ett gasformigt dielektri- kum.

20. Förfarande enligt patentkraven 17 - 19, kännetecknat av att skärmelektrod (14) anordnas att omsluta den inre elektroden (12) lämnande en öppning (16), genom vilken en riktad del av ett elektriskt fält avkännes av den inre elektroden. 507 953 18

21. Förfarande enligt patentkraven 17 - 20, kännetecknat av att till sensorn (ll) kopplas ett organ för faslàsning, varmed skärmelekrodens (14) och/eller den inre elektrodens (12) potential läses i förhàllande till högspänningsdetal- jen, sà att inverkan fràn störande elektriska fält under- trycks.

22. Förfarande enligt patentkraven 17 - 21, kânnetecknat av att den inre elektroden (12) bringas att inkludera ett fletal delelektroder (12a, l2b), varvid genom jämförelse av signalerna fràn delelektroderna en förändring i det infal- lande elektriska fältet orsakat av en förflyttning av hög- spänningsdetaljen detekteras.

23. Förfarande enligt patentkraven 17 - 22, kännetecknat av att sensorn (ll) anordnas i förhållande till högspän- ningsdetaljen (22) pà ett fixerat avstànd.

24. Förfarande enligt patentkraven 17 - 23, kânnetecknat av att sensorn (11) bringas att med känd frekvens växelvis avskärmas fràn ett riktat statiskt elektriskt fält, var- igenom i sensorn skapas ett en varierande elektriskt fält, ur vilken mätes likspänning hos en högspänningsdetalj (22).

25. Användning av ett förfarande enligt patentkraven 17 - 24 vid ställverk.

26. Användning av ett förfarande enligt patentkraven 17 - 24 vid elkraftnät för debitering av förbrukad energi.

27. Användning av ett förfarande enligt patentkraven 17 - 24 vid elkraftnät för upprättande av reläfunktionaliteter.