高壓感測電容和指示設備的制作方法

專利名稱：高壓感測電容和指示設備的制作方法
高壓感測電容和指示設備
背景技術：
發明領域本發明總體上涉及感測或檢測交流配電系統內的電導體上的高壓存在的領域，更具體地，涉及具有不完全或部分重疊的電極的高壓感測電容，并且該電容基本上完全封裝至絕緣體內。
現有技術的簡要描述高壓的單相和多相交流電源在多種工業中使用。使用高壓交流配電系統伴隨著這樣的風險，即，電力維護人員(和其他人)可能不小心接觸到加電導體，造成觸電致死或嚴重受傷。因而，安全地確定電力母線的特定區段是否加電是令人期望的。這種確定這些高壓狀態存在或量級的方法可以避免人員受傷或死亡。
美國專利No. 5，065，142 ( “‘142專利”)探討了用于指示絕緣電導體內的實時交流電壓情況的安全設備，該絕緣電導體具有中心導線。電容圍繞絕緣導體周圍創建，從而絕緣體內的高壓中心導線形成電容的內電極，導體絕緣體則形成電容的主要介電材料。外部的電容電極被滑動地放置于絕緣的導體上。這樣的電容通過氣體放電燈提供對地高阻抗電路。當為高壓電路加電時，通過電容的電流足夠引起放電管發光，如此這樣可以為維護人員提供可視的警告。可以使用該方法對配電網絡的三相的每一相進行分別監測。’142專利中所討論的安全設備可能不適合連接到一個開關設備的母線條。因而，需要基于母線條的電壓感測設備，以適于較高電壓應用。進一步地，此處可以發現，一些現有的高壓接口設備被這樣構造，電容性接口的電極和介電材料暴露在空氣中。暴露在空氣中能夠產生電暈和邊緣效應，這最終會產生局部放電狀態。局部放電可以引起電容內的介電材料的持續退化，這最終會導致“擊穿”介電失效。這種失效可能是災難性的和不可挽回的。介電失效不僅會使得電容的接口不再具有電壓感測的功能，而且，還會在高壓導體上產生潛在的不安全和危險的短路情況。因而，還需要提供高壓感測設備，在外界環境下使用該設備時，可以避免潛在的破壞性的局部放電。

發明內容
根據本發明的一個具體實施方式
，高壓感測電容是接口裝置，其被用于將指示單元連接到高壓交流電母線上(單相或三相)。可以使用多個這種感測電容與多個電相連接。該感測電容可以直接安裝在高壓母線條上。當通過感測電容在母線條上檢測出高壓狀態時，指示單元能夠為維護人員提供視覺的和/或聽覺的警告。因而，感測電容能夠與合適的指示單元相連接，以便提供安全或傳感器功能。在一具體實施方式
中，本發明涉及一種感測電容，該感測電容包括便攜的、整體的電容結構，該結構包括一對電導體，所述一對電導體在其間具有不完全重疊和物理隔離；由介電材料構成的絕緣體，該絕緣體基本上完全封裝了這一對電導體和其間的物理隔離，其中絕緣體被配置為允許將外部電連接形成至這一對電導體。
在進一步的具體實施方式
中，本發明涉及一種高壓感測結構，該高壓感測結構包括感測電容和指示單元。該感測電容包括具有內部和外部的第一電極，其中，外部電連接于交流電源的高壓母線條；具有圓柱形形狀的、空心的第二電極，該第二電極僅包圍了第一電極的內部的一部分，以便部分重疊于該內部，同時貫穿于重疊區域而在第一和第二電極之間留有空間；電連接于第二電極的輸出終端；以及由介電材料構成的絕緣體，該絕緣體完全封裝了第一電極的內部、第二電極、第一電極和第二電極之間的空間和輸出終端。指示單元電連接于輸出終端(感測電容的)，從而可以在為高壓母線條加電時，接收由感測電容生成的電容性電流，進而提供指示信號，該指示信號可以指示交流電源母線條上的高壓的存在。在另一個具體實施方式
中，本發明涉及一種系統，該系統包括包含有螺紋部分和無螺紋部分的第一電極，其中有螺紋部分被配置為電連接于交流電源的高壓母線條；第二電極，該第二電極具有空心的圓柱形形狀，該第二電極僅包圍第一電極無螺紋部分的一部分，以便于不完全重疊于無螺紋部分，同時貫穿重疊區域而在第一電極和第二電極之間留有空間；電連接于第二電極的輸出終端；以及由介電材料制成的絕緣體，該絕緣體基本上 完全封裝第一電極的無螺紋部分、第二電極、第一電極和第二電極之間的空間和輸出終端。因而，根據本發明的一具體實施方式
，感測電容由絕緣體制成，該絕緣體封裝了兩個電極。電極空間和結構被構造，從而可以在交流電場存在的情況下，提供兩個電極之間的精確的耦合量。感測電容為高壓母線條提供了很高的阻抗接口，因此，僅僅為指示單元傳送了微安級的電流，來讓指示單元提供期望的指示，該期望的指示用于表征電母線上存在高壓。感測電容的高阻抗特性有效地隔離了指示單元和與之連接的高壓源。
附圖
的簡要說明為了使本發明易于理解和無困難地實施，結合下述附圖，本發明將被詳細描述，其用于解釋而不進行任何限制，其中圖I示出了根據本發明的一個具體實施方式
的一個示例性的高壓感測結構的簡要示圖；圖2A至2C描述了根據本發明的一個具體實施方式
的感測電容的示例性的機械視圖；圖3描述了根據本發明的一個具體實施方式
的高壓感測電容的示例性的結構細節的剖面圖；圖4示出了一示例性的電路圖，用于當交流相中的一個相的一個母線上的高壓被感測電容檢測到時，通過指示單元提供聽覺的和視覺的警告。圖5是與圖4相似的示例性電路圖，但是僅通過指示單元提供聽覺警告。
具體實施例方式在本發明的多個具體實施方式
中，下述附圖和描述闡述本發明。可以理解，這里所包括的本發明附圖和描述解釋和說明了與本發明特定關聯的組件，但不排除，為了清楚起見，在典型的交流配電系統中應用的其它組件。可以預期，一般熟悉設計、維護或操作交流配電系統的人員，能夠通過修改某些細節來將本發明的教導應用于其它情景中。相應地，該附圖和描述并不限定本發明的范圍，而是應作為寬泛的和一般的教導來被理解。
在此處的討論中，當涉及到任一數值時，該數值應當被理解為考慮到變量的最實際可行的設計近似值，該變量可能是由機械操作例如機械加工、刀具加工、鉆削、車螺紋、模制等引入的。進一步地，除非另有說明，數值范圍可以被理解為包括了組成該范圍的所有值。各種數值也是僅僅作為示例來用于本發明的不同具體實施方式
中，在本發明的上下文中，無需限定不同數值的出現和應用。在開始部分，應注意到，術語“被耦合”，“被連接”，“連接”，“被電連接”等在此處被交替性地使用，一般是指電連接的狀態。進一步地，應注意到，此處示出的和討論的各種圖示(包括電路圖表，元件圖表，或機械繪圖)僅僅是解釋性的，沒有按比例進行繪制。術語“地”，“電路地”，或其它相似含義的術語(或在此處多個圖中的附圖標記“20”所指的“地”的符號型的表示)，在此處被交替性地使用，用于指示共同的電路接地電位(可以是零也可以不是零)，這是公知的內容。 根據本發明的一個具體實施方式
，圖I示出了一個示例性的高壓感測結構10的簡圖。如上所提醒的，高壓單相和多相交流電源(例如，配電盤或開關設備，變壓器，配電板，變電站，或其它電力設備)可以在多種工業中使用。使用高壓交流配電系統伴隨著風險，即電力維護人員(和其他人)可能不經意間與加電的導體接觸，導致觸電致死或嚴重受傷。因而，需要安全地確定電力母線的特定段是否加電。為了實現上述想法，根據本發明的一個具體實施方式
，高壓感測電容12被應用，其作為單相或三相交流電源的高壓母線條14和指示單元16 (在下文，也可替代性地被稱為“指示設備”)的接口設備，指示單元16可以用于提供母線條14上高壓情況的視覺或聽覺的警告。在一實施例中，感測電容12可以直接安裝或連接到高壓母線條14 (例如，開關設備中的主母線條)，這通過使用安裝柱螺柱，六角螺母和鎖緊墊片的結合來實現，這些元件在圖I中共同地用附圖標記“15”來表征。在受限的或其它約束的應用中，母線條擴展部分(未示出)可以被安裝在主母線條上，以方便感測電容12的安裝。本領域技術人員可知，電源配電中的術語“母線條”是指由銅或鋁制成的、厚實的、平坦的條帶或空心管，其可以在配電盤、配電板、變電站或其它單相或三相交流電源內導電。在下述的討論中，術語“母線條”、“交流母線”、“母線”或“電母線”都可以交替使用，從討論的上下文中可知這種使用是明顯的。母線條可以提供機械連接和電連接。因而，母線條可以通過螺栓或鉗制彼此相互連接，也可以通過螺栓或鉗制與其它電力設備連接。母線條14和感測電容12之間的一個這樣的連接在圖I中示出。感測電容12向高壓母線條14提供了一個非常高的阻抗接口，因而，向指示設備16傳送僅是微安級的電流，以使得指示設備16提供所期望的指示，用于指示在電母線/母線條14上存在高壓(例如，三相時是大約2. 3KVAC到大約27KVAC的范圍，單相時是大約2. 3KVAC到大約18KVAC的范圍)。感測電容12的高阻抗特性有效地隔離了指示設備16和與之相連的高壓源(這里，是指母線條14)。感測電容12的輸出可以通過單導體17發送到指示單元16。導體17的陽插腳或頭18可以插入到感測電容12的有螺紋的輸出終端34 (圖I中未示出，在圖3中示出)的開口中，而導體17的陰插腳或頭(在圖I中未出現)通過一個插頭和塞繩結頭組件19連接到指示單元16上。在工作狀態下，電流從高壓母線條14經由感測電容12流入到指示設備16(通過導體17)，最終流入到接地連接20。在一實施例中，地20可以表征指示單元16的電路或底板接地。
此處要注意，為了易于理解和討論，圖I僅示出了三相交流配電系統中一相的母線條14。盡管此處并未示出，但是多個電相可以使用多個感測電容被連接到母線條上。換句話說，與圖I中的電容12相似的感測電容，可以同樣安裝于其它每一個相的母線條上，并且，這些所有交流特定相的感測電容的輸出都可以輸送到指示單元16。指示單元16可以接收多個輸入。因而，在一實施例中，多個感測電容(未不出)的輸出可以通過單一的點(例如，通過插頭和塞繩結頭組件19)連接到指示單元16上，以使得指示單元16獨立地監測每一電母線上的高壓情況。圖I的實施例中，感測電容12的電極并未示出，因為它們被封裝在絕緣體22 (介電材料的)內，該絕緣體22具有多個表面波紋24。因而，在電容12工作期間，只有絕緣體22(和它的表面波紋24)仍然暴露在周圍環境或空氣中，因而，由于電暈和邊緣效應，極大地降低了局部放電情況。在一實施例中，使用環脂族環氧樹脂作為介電材 料來制造絕緣體 22。這種樹脂具有非常高的介電特性并具有非常低的局部放電性能。因而，在感測電容結構中使用這種樹脂可以使得介電材料的退化和伴隨的災難性“擊穿”的介電失效顯著地最小化，這種感測電容結構在圖3中更詳細地闡述，并在隨后的內容中討論。根據本發明的一具體實施例，圖2A-2C描述了感測電容12的一個示例性的機械結構圖。絕緣體22和表面波紋24形成了電容12的外部表面，如前面所提及的，外部表面暴露在空氣中或其它周圍環境中。感測電容的輸入電極28的外部25(在圖2A中未示出，在圖3中示出)置于絕緣體22的外面，從而允許感測電容12電連接于例如母線條14。在一實施例中，外部25是有螺紋的，以便允許電容12通過如圖I所示的雙頭螺栓、六角螺帽和鎖緊墊片15安裝至母線條14上。圖2B示出了圖2A所示的前視圖的左側視圖，圖2C示出了圖2A所示的前視圖的右側視圖。圖2C中的視圖中的附圖標記“27”是指被絕緣體22封裝在內的輸出終端34的開口 35，這些將在圖3中示出，并在隨后的下文中討論。開口 35使得導體17的陽插腳18可以插入到電容12內，以用于電連接。圖3是一個剖面圖，其描述了根據本發明的一個實施例的高壓感測電容12的示例性的結構性細節。如圖3所示，根據本發明的一個實施例，感測電容12包括絕緣體22，其封裝了兩個電極一高壓輸入電極28和輸出電極30。構造電極之間的間距和結構，從而使其能夠在交流電場存在的情況下，兩電極28、30之間具有精密的耦合量。在圖3的實施例中，在絕緣體22內，電極28、30彼此物理隔離，但它們兩者之間具有部分(不完全)重疊。如上文所指出的，感測電容12進一步包括爬電表面波紋24，形成了絕緣體22的外部部分。具有開口 35的輸出終端34也可以形成電容結構的一部分，并可以使其與輸出電極30外部電連接，正如下文所述。如圖3的具體實施例中所闡釋的，絕緣體22可以基本上是圓柱形的，并且，在一實施例中，可以使用環脂族環氧樹脂作為介電材料制造，以用于感測電容12。在圖3的一實施例中，有5個表面波紋，每個都呈現環狀(傾斜的環狀或圓盤形)，這些在圖I和2A中可以更加清晰的發現。但是，依賴于可在場內施加至感測電容12上的工作電壓的范圍，在構造電容12時，表面波紋24的長度、直徑和數量還有形狀中的一個或多個可以是變化的，從而可以適應期望的工作電壓范圍。表面波紋24提供了輸入電極28與輸出終端34之間的表面爬電距離。在一實施例中，在IEC(國際電工委員會)標準下，對于輕型顆粒，18KVAC的爬電距離是12. 8英寸。而在另一實施例中，在IEC標準下，對于中等顆粒，25KVAC的爬電距離是20英寸。輸入電極28包括外部25和內部26。內部26能夠延伸一規定的距離到絕緣體22內。在一實施例中，外部25可以是1/2-13螺紋的，從而允許感測電容12安裝至母線條14上,這正如上文所述。內部26是無螺紋的，被基本上封裝在絕緣體22內，如圖3中的示例性圖所示。此處應當注意，圖3中所定義的內部和外部26、25僅僅是為了易于討論，這種定義并不意味著指示或暗示輸入電極28由兩個獨立的、分開的、不相連的“組件”25，26組成。換句話說，附圖標記“25”、“26”僅僅是用于定義相同的、單一的結構——即，輸入電極28的兩個不同部段。也就是說，就物理結構而言，三個附圖標記“25”、“26”、“28”的每一個僅僅是指一個物理結構——輸入電極。在一實施例中，輸入電極28是部分有螺紋的、實心的、金屬制成的、圓柱形的桿，具有預先確定的長度。從而，部分螺紋結構將電極28分割成無螺紋的內部26和有螺紋的外部25。用于輸入電極28的各種不同幾何形狀可以在較低電壓情況下使用。另外，如果感測電容12的整體設計被加長，則輸入電極28的長度也將改變。輸入電極28可以由銅、黃銅、青銅、或其它合適的金屬或金屬合金制成。
在一實施例中，輸出電極30是空心的圓柱體形狀，并延伸一規定的距離到絕緣體22內，僅僅環繞輸入電極28的一部分(即，內部26的一部分)，從而與輸入電極28具有不完全的或部分的重疊,正如圖3中的例子所示。絕緣體22內的電極28、30相互之間間隔一物理隔離布置。正如圖3中所闡述的，電極28、30之間的重疊區域可以使用附圖標記“32”來指示。重疊區域32的形狀可取決于電極28、30的幾何形狀。在圖3的實施例中，重疊區域32是空心的圓柱形或環形。在一實施例中，輸出電極30是銅的、網孔的圓柱體。然而，在其它可選的實施例中，輸出電極30是由銅、黃銅、青銅、或其它合適的金屬或金屬合金制成的空心的、實體圓柱形。其它用于輸出電極30的幾何形狀(例如，空心的矩形或正方形管)也是可以考慮的。盡管輸出電極30的長度和直徑在給定電容結構下可以預先確定，但是在可替代的配置中這些長度和直徑，基于基本上為圓柱形的絕緣體22的長度和直徑和/或電極28、30之間的所要求的電耦合的程度，是可以變化的，其中電極28、30之間的電耦合基于這兩者之間的不完全重疊32。輸入和輸出電極28、30之間的電容耦合可取決于電極28、30之間的重疊32的范圍。此處可以觀察到，電極28、30之間的不完全重疊32可以被用來供應兩個電容表面或電極之間的所期望的電壓隔離。例如，在一實施例中，輸入電極28可直接螺栓固定在高壓母線組件上，該高壓母線組件的電壓大約是18KVAC (單相)或27KVAC (三相)，而輸出電極或電容表面可直接連接到低壓顯示報警單元16上，其在大約5-100伏特交流的電壓范圍內工作。因而，高壓隔離是必要的，以確保與指示單元16連接的感測電容12在工作時，高壓和低壓之間有合適的安全隔離。再次參考圖3，在一實施例中，輸出電極30可電連接輸出終端34，輸出終端34具有開口 35，從而可以外部電連接到輸出電極30 (例如，經由上文所提及的導體17的陽插腳18的插入)。在一實施例中，輸出終端34具有實心的銅插頭，有螺紋的終端具有1/4-20的螺紋開口 35，從而將單導體連接到指示設備16上。在圖3的實施例中，輸出終端34是實心的銅插頭，呈直徑形狀。但是，在其它實施例中，輸出終端34的幾何形狀可以是多樣的，例如，取決于電連接的導體17，或輸出電極30的形狀和/或大小。輸出終端34由銅、黃銅、青銅、或其它合適的金屬或金屬合金制成，以允許其通過軟釬焊、硬釬焊或定位焊接電連接到輸出電極30上。可以發現，絕緣體22基本上完全封裝了電極28、30(包括兩個電極之間的重疊32的區域的空間)和輸出終端34，除了絕緣體22的電極連接點的任一端點，如在圖3的示例性實施例中所示出的。在一實施例中，絕緣體22，電極28、30和輸出終端34均被模制在一起，形成便攜的、整體的電容結構(即，感測電容12)。同樣的電容組件可以使用固定的模具采用單級真空脫氣過程執行模制來加工。因此，通過使用給定的模具來模制一系列不同配置的感測電容12，從而提供用于感測不同范圍的交流電壓的電容。在脫氣過程中，環脂族環氧樹脂可以與硬化劑和填料混合物進行混合，并在高真空下除氣。之后，混合物可注入到模具中(包括電極28、30和輸出終端34)，從而在熱度和壓力下生成電容組件。在模制的電容12固化的過程中，潛在的破壞性的、局部放電產生的空氣空隙可以從環氧樹脂中去除。使用該方法模制的感測電容12具有最優的高壓性能。在一實施例中，通過在螺紋部分
25和輸出終端34(通過開口 35)之間施加非常高的電壓(大約18kV)持續一(I)分鐘，能 夠在模制的電容12上進行粒子放電(PD)測試。如果在整分鐘的測試中，H)數值持續低于IOpC,電容12就“通過”測試。如上文所述，模制的電容12內的電極28、30之間的電耦合通過來自電極28、30和介電材料22的電容行為來實現。電極28、30包括電容12的“平板”，而環脂族環氧樹脂(絕緣體22的)提供了電容12的介電層。在一實施例中，絕緣體22的介電層(例如，環脂族環氧樹脂)有額定的介電常數——在3和4之間。在交流電場存在的情況下，感測電容12的有效電容產生了高阻抗元件，使得微安級的電流流入到指示設備16中。因而，在高壓母線條14與指示設備16內的電路之間提供了有效隔離。通過改變電極28、30的幾何形狀(和從而絕緣體22的幾何形狀)，電容12的有效電容量可以隨著感測電壓的需求而調整。在一實施例中，對于母線條14上的輸入電壓的額定范圍(例如，三相時在大約
2.3KVAC 大約27KVAC的范圍，單相時在大約2. 3KVAC 大約18KVAC的范圍)而言，感測電容12的阻抗可超過100兆歐(ΜΩ)。例如，參考圖3，在一實施例中，輸入電極28的長度可以持續固定在6. 5英寸(具有O. 5英寸直徑的電極桿28和I. 25英寸長度的螺紋外部25)，并且，圓柱形輸出電極30的直徑可以持續固定在I. 73±0. 03英寸，而輸出電極30和重疊32的長度都可以變化，從而可以獲得一系列的電容值和阻抗值。例如，當輸出電極30是4. 5英寸長，同時輸入電極和輸出電極之間的重疊32是2. 5英寸(縱向)長時，能夠獲得153±2ΜΩ的平均阻抗和17±0. 3pF的平均電容。在另一實施例中，當輸出電極30是
4.25英寸長，同時輸入電極和輸出電極之間的重疊32是2. 25英寸(縱向)長時，能夠獲得145±2ΜΩ的平均阻抗和18±0. 3pF的平均電容。在更進一步的具體實施例中，當輸出電極30是4英寸長，同時輸入電極和輸出電極之間的重疊32是2英寸(縱向)長時，能夠獲得131±3. 5ΜΩ的平均阻抗和19. 3±0. 3pF的平均電容。通過相應地改變輸出電極30和電極之間的重疊32的長度，能夠獲取另外的阻抗值和電容值。此處應當注意到，像輸入電極桿28的尺寸，感測電容12內其它部分的尺寸也能夠維持固定而同時適應不同幾何形狀的輸出電極30。例如，再次參考圖3，在一實施例中，圓柱狀的絕緣體22的長度是7. 5英寸，同時最外直徑是3. I英寸(當測量表面波紋24的波谷時，直徑可減小到2. 2英寸)，輸出終端34的長度是I. 125英寸，同時最外直徑是O. 5英寸，并且開口 35在輸出終端34內部縱向深度為O. 65英寸(螺紋深度為O. 5英寸)同時直徑是O. 201英寸。這些元件幾何形狀的全部可以與整體(端點到端點)長度為9英寸的感測電容12相匹配。此處可以觀察到，感測電容12優選地是以垂直的方位直接安裝至高壓母線條或母線托架上，例如，如圖I中所示。輸入電極28的1/2-13有螺紋部分25隨同1/2-13的安裝五金件15—起使用，將電容12直接安裝到母線條14上。然而，當以水平或其它非垂直的方位安裝電容12時，絕緣體22的非導電絕緣材料被可用于作為支撐從而減小從高壓輸入電極28到地或到低壓輸出終端34的結束點的爬電距離。鑒于感測電容12工作時涉及的高壓，需要一種電容設計，在該設計中，適當的爬電距離與合適的介電材料(沒有氣孔)匹配使用，以保證感測電容12可以安全操作。圖4是一示例性電路圖，當由感測電容12檢測到一個交流相位對應的電母線上的高壓時，該電路圖通過指示單元16提供聽覺的和視覺的警告。并且，圖5是與圖4相似的示例性電路圖，但被配置為只通過指示單元16提供聽覺警告。現在參見圖4，指示單元16內的全波整流電路40 (包括二極管42a至42d)，直接在輸入導體17 (與用于交流相位的感 測電容12相連)和地20之間相連接，如圖所示。整流器終端40a和40b能夠各自直接與相應的導體17和地20相連接。在圖4的電路中，由高壓感測電容12的電極30獲取的、橫穿絕緣體22的交流電被二級管整流橋40全面整流，整流電荷被存儲于相應的電容44上，該電容44跨接于整流器輸出終端40c和40d。氖放電燈泡46也可以跨接于整流輸出終端40c_40d，與相應的電容44并聯。氖放電燈泡46將不會導電，直到通過燈泡的電壓達到大約80伏特，此時雪崩放電出現，電容44立即放電，產生明亮的閃爍光。該閃爍光以一定的頻率持續閃爍，只要對母線條14加電，該頻率由母線條14上的電壓，感測電容12各種元件(例如，電極28、30)的幾何形狀(和因此所產生的電壓隔離量)和其它參數決定。閃爍的頻率也可以由其它因素決定，由交流電源的相對地電壓決定(例如，圖I中的母線條14)，由存儲電容44的電容量決定，和由感測電容12的幾何形狀決定。在非常高的電壓下，閃爍頻率增加到一種程度，此時在操作者眼中是長的、持續的閃爍。然而，可能需要閃爍頻率足夠低，從而使得操作者眼睛能夠感知氖燈泡46是在閃爍還是未在閃爍。除了由閃爍氖燈泡46提供的交流特定相位的視覺警告外，還可以將產生聲音的壓電設備48與氖燈泡46相串聯，在圖4中以虛線圓圈的方式示出。每次燈泡46閃爍時，聲音生成器48就產生尖銳的“啁啾聲”。這種選擇就可以提供視覺的和聽覺的兩種警告信號。在另一實施例中，只要求具有聽覺信號，那么用于交流單相時，可以使用如圖5所示的電路結構替代圖4所示的電路結構。雪崩二極管50或其它任何適合在雪崩模式下響應于預定電壓的、并傳導電流的設備，都可以替換氖燈泡46 (圖4中)，與壓電聲音生成器48串聯，如圖5中所示。此處重申，圖4和5中的電路結構只能用于交流相位的一個。為了監測全部三個電相中的電壓狀況，三個這樣的電路結構一一個交流相位一個一都要安裝一個指示設備16。為了最大安全性，這種附加的結構能夠提供保護冗余。萬一與氖燈泡或雪崩二極管的一個相連的電路出現故障，其它兩個電路可以作為備用。進一步地，除了安全優勢之外，通過向被監測的設備指示高壓的損失，視覺和/或聽覺警告也是節省時間的。前面描述了高壓感測電容作為接口設備，可被用于連接指示單元到高壓交流電母線上，來向維護人員提供安全保障。感測電容的高阻抗特性有效地隔離了指示單元和與之相連的高壓源。可以使用多個這種感測電容與多個電相進行連接。該感測電容可以直接安裝至高壓母線條上。當母線條上的高壓狀態被感測電容檢測出來時，指示單元可以向維護人員提供視覺的和/或聽覺上的警告。感測電容由便攜的、整體的電容結構組成，該結構包括封裝了兩個電極的模制絕緣體。電容的電極在絕緣體內只是部分地或不完全地重疊。配置電極空間和結構，從而在交流電場存在的情況下提供兩個電極之間的精確的耦合量。該感測電容向高壓母線條提供非常高的阻抗接口，因而向指示單元僅傳送微安級的電流，以使指示單元提供期望的指示，該指示表征了電母線上的高壓的存在。根據本發明的一實施例，使用包括感測電容和指示單元的高壓感測結構，例如，來檢測單相和三相交流系統應用內的高壓情況，這是因為該結構可以響應于交流三(3)相中的每一個上的相對地電壓。該感測電壓和指示單元組合是“自足”的，因為它不需要單獨的電源或電池，也不需要任何變壓器、開關或保險絲。進一步地，感測電容和指示單元組合可以容易地加入到新的電力設備中，并且非常容易地改造現有設備。感測電容和指示單元能
夠在替代指示器不實用或太昂貴的電路場所中使用。同樣，根據本發明的一個實施例，感測電容和指示單元要求很低的維護成本，因為它不需要任何調節和校準，這從上面的討論中可以明顯地發現。盡管在這里，本發明詳細地被描述，并且參考了特定的具體實施例，但是，很顯然，在不背離實施例的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以對其進行各種變換和修改。即，可以預期，本發明覆蓋這里所提供的公開的各種修改和變形，它們均落入隨后的權利要求及其等價的范圍內。
權利要求
1.一種感測電容,包括 便攜的、整體的電容結構，所述電容結構包括 一對電導體，所述一對電導體在其間具有不完全重疊和物理隔離；以及 由介電材料制成的絕緣體，所述絕緣體基本上完全封裝所述一對電導體和所述一對電導體之間的所述物理隔離，其中，所述絕緣體被配置為允許將外部電連接形成至所述一對電導體。
2.如權利要求I所述的感測電容，其特征在于，所述介電材料是環脂族環氧樹脂。
3.如權利要求I所述的感測電容，其特征在于，所述一對電導體包括 第一電極；以及 第二電極，所述第二電極具有基本上空心的圓柱形形狀，所述第二電極僅環繞所述第一電極的一部分，從而實現與所述第一電極的所述不完全重疊，同時貫穿所述重疊的區域而保留所述第一和所述第二電極之間的所述物理隔離。
4.如權利要求3所述的感測電容，其特征在于，所述第一電極被配置為連接到交流電源的高壓母線條上。
5.如權利要求3所述的感測電容，其特征在于，所述絕緣體基本上是圓柱形的。
6.如權利要求5所述的感測電容，其特征在于，所述絕緣體在其最外面的表面上包括多個表面波紋。
7.如權利要求6所述的感測電容，其特征在于，下述的至少一個由用于所述感測電容的工作電壓的范圍決定 所述基本上圓柱形的絕緣體的長度； 所述基本上圓柱形的絕緣體的直徑；以及 所述表面波紋的數量和形狀。
8.如權利要求5所述的感測電容，其特征在于，所述第二電極的所述空心圓柱體的長度和直徑依賴于下述的至少一個 所述基本上圓柱形的絕緣體的長度和直徑；以及 所述第一和所述第二電極之間的期望電耦合程度。
9.如權利要求3所述的感測電容，進一步包括有螺紋的輸出終端，所述有螺紋的輸出終端基本上位于所述絕緣體內，并與所述第二電極電接觸，從而允許通過所述有螺紋的輸出終端將外部電連接形成至所述第二電極。
10.如權利要求9所述的感測電容，所述第二電極通過一種方法與所述有螺紋的輸出終端電連接，該方法選自軟釬焊、硬釬焊和定位焊接。
11.如權利要求9所述的感測電容，其中所述第一電極、所述第二電極、所述絕緣體和所述有螺紋的輸出終端被模制在一起。
12.如權利要求3所述的感測電容，其特征在于，所述第一電極是金屬的圓柱形桿，所述金屬的圓柱形桿包括有螺紋部分和無螺紋部分，其中所述無螺紋部分基本上被封裝在所述絕緣體內，所述有螺紋部分位于所述絕緣體的外部，從而允許通過所述有螺紋部分將外部電連接形成至所述第一電極。
13.如權利要求3所述的感測電容，其特征在于，所述第二電極的長度和直徑是預先確定的，并且其中，所述空心的圓柱形形狀具有下述結構之一金屬實心結構；以及 金屬網眼結構。
14.如權利要求3所述的感測電容，其特征在于，所述第一和所述第二電極的電容耦合依賴于所述第一和所述第二電極的所述重疊的程度。
15.一種高壓感測結構，包括 感測電容，所述感測電容包括 第一電極，所述第一電極具有內部和外部，其中，所述外部電連接于交流電源的高壓母線條上， 第二電極，所述第二電極具有基本上空心的圓柱形形狀，所述第二電極僅環繞所述第一電極的所述內部的一部分，從而部分重疊所述內部，同時貫穿所述重疊區域而在所述第一和所述第二電極之間留有空間， 輸出終端，所述輸出終端電接觸于所述第二電極，以及 由介電材料制成的絕緣體，所述絕緣體基本上完全封裝第一電極的所述內部、所述第二電極、所述第一和所述第二電極之間的所述空間和所述輸出終端；以及 指示單元，所述指示單元電連接于所述輸出終端，當所述高壓母線條被加電時，用來接收由所述感測電容產生的電容性電流，從而提供所述交流電源的所述母線條上存在高壓的指示。
16.如權利要求15所述的感測結構，其特征在于，所述感測電容的所述絕緣體基本上是圓柱形的，在其最外面的表面具有多個表面波紋。
17.如權利要求15所述的感測結構，其特征在于，所述感測電容的所述介電材料是環脂族環氧樹脂。
18.如權利要求15所述的感測結構，其特征在于，由所述指示單元提供的存在高壓的所述指示是下述的至少一個 視覺警告；以及 聽覺警告。
19.如權利要求15所述的感測結構，其中所述高壓母線條上的電壓屬于下述之一的范圍 三相時大約2. 3KVAC至大約27KVAC ;以及 單相時大約2. 3KVAC至大約18KVAC。
20.—種系統,包括 第一電極，所述第一電極具有有螺紋部分和無螺紋部分，其中所述有螺紋部分被配置為電連接于交流電源的高壓母線條上； 第二電極，所述第二電極具有基本上空心的圓柱形形狀，所述第二電極僅環繞所述第一電極的所述無螺紋部分的一部分，從而部分重疊所述無螺紋部分，同時貫穿所述重疊區域而在所述第一和所述第二電極之間留有空間； 輸出終端，所述輸出終端電接觸于所述第二電極；以及 由介電材料制成的絕緣體，所述絕緣體基本上完全封裝第一電極的所述無螺紋部分、所述第二電極、所述第一和所述第二電極之間的所述空間和所述輸出終端。
21.如權利要求20所述的系統，其特征在于，進一步包括指示單元，所述指示單元被配置為電連接于所述輸出終端，從而當所述第一電極電連接至所述高壓母線條且所述高壓母線條被加電時，用來接收產生的電容性電流，其中，所述指示單元被配置為提供所述母線條上存在高壓的指示。
22.如權利要求21所述的系統，其特征在于，所述指示單元被配置為通過至少一個下述方式來表征高壓存在的所述指示 視覺警告；以及 聽覺警告。
23.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述第一電極被配置為電連接于所述高壓母線條，此時所述高壓母線條上的電壓屬于下述之一的范圍 三相時大約2. 3KVAC至大約27KVAC ；以及 單相時大約2. 3KVAC至大約18KVAC。
24.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述第一電極、所述第二電極、所述輸出終端和所述絕緣體被模制在一起，從而形成整體的電容結構。
全文摘要
高壓感測電容作為接口設備，被用于將指示單元連接至高壓交流電母線上，用于為維修人員提供安全保障。感測電容的高阻抗特性將指示單元和與之連接的高壓源進行隔離。使用多個這種感測電容接口可以連接多個電相位。感測電容可以安裝至高壓母線條上。當感測電容檢測到母線條上的高壓狀態時，指示單元可以向維修人員提供視覺的和/或聽覺的警告。感測電容由便攜的、整體的電容結構組成，該結構包括封裝了兩個電極的模制絕緣體。電容的電極在絕緣體內僅僅是部分重疊。配置電極空間和結構，從而在交流電場存在的情況下，提供兩個電極之間精確的耦合量。
文檔編號G01R27/26GK102812370SQ201080052761
公開日2012年12月5日 申請日期2010年11月12日 優先權日2009年11月20日
發明者薩姆·漢德紹歐, 比爾·布蘭克謝普 申請人:Smc電氣器材股份有限公司, 薩姆·漢德紹歐, 比爾·布蘭克謝普