用于電力網的感測纜線的制作方法

用于電力網的感測纜線的制作方法
【專利摘要】用于在電力網中分配電力的感測纜線(1)，所述感測纜線包括內部導體和同中心地布置在所述內部導體的至少軸向區段周圍的絕緣層(10)。所述感測纜線還包括用于感測所述內部導體的電壓的電容性電壓傳感器(100)，其特征在于，所述傳感器包括被設置在電隔離的導電或半導電材料片段(140)上方的印刷電路板元件(60)，所述電隔離的導電或半導電材料片段布置在所述纜線的所述絕緣層上。所述電隔離的導電或半導電材料片段(140)能夠操作以形成所述電容性電壓傳感器的感測電容器的電極。所述纜線可以包括(半)導電層(20)。所述電隔離的導電或半導電材料片段(40)可以構成所述(半)導電層的一部分。
【專利說明】用于電力網的感測纜線
[0001] 本發明涉及一種用于在電力網中傳輸電力的纜線，所述纜線裝備有電容性電壓傳 感器，所述電容性電壓傳感器包括設置在電隔離的導電或半導電材料片段上方的印刷電路 板元件（"PCB元件")，所述電隔離的導電或半導電材料片段被布置在纜線的絕緣層上且能 夠操作以形成所述電壓傳感器的感測電容器的電極。本發明還涉及用于接觸電力網纜線的 導電或半導電層的印刷電路板元件的用途。
[0002] 電力網的操作者使用電壓和電流傳感器在所述傳感器的安裝位置和各個纜線上 監測所述電力網的狀態。在英國專利GB1058890中描述了一種用于高壓和中壓電力纜線的 電壓傳感器的早期實例，其中纜線的絕緣導體和場感測探針電極由保護電極環繞，并且其 中保護電極和探針電極連接到高增益放大器的輸入端子。
[0003] 在德國專利申請DE 3702735 A1中，纜線的電壓測量裝置包括電容性分壓器。作 為電容器中的一種，高壓電容器是通過隔離纜線的中心導體與包封所述中心導體的導電層 而形成的。測量電容器位于所述纜線的導電層和屏蔽網之間。
[0004] 日本公布的專利申請JP 60256068 A2涉及測量高壓電力纜線的充電電壓。所述 專利申請公開了剝除電力纜線的屏蔽電極的一部分以暴露出絕緣體。導電或半導電構件部 分地纏繞在絕緣體的外周邊表面上以形成懸浮電極。引線嵌入到所述電極中并連接至所述 電極。（D8,被視為最接近現有技術）
[0005] 本發明的目標是改善電壓傳感器電路和纜線的導電或半導電層之間的電接觸和 機械接觸，其中所述纜線的導電或半導電層被操作為電容性電壓傳感器的感測電容器的電 極。
[0006] 本發明提供一種用于在電力網中分配電力的感測纜線，所述感測纜線包括內部導 體和同中心地布置在所述內部導體的至少軸向區段周圍的絕緣層，其中所述感測纜線還包 括用于感測內部導體的電壓的電容性電壓傳感器，其特征在于，所述傳感器包括印刷電路 板元件，所述印刷電路板元件被設置在電隔離的導電或半導電材料片段上方，所述電隔離 的導電或半導電材料片段被布置在纜線的絕緣層上且能夠操作以形成電容性電壓傳感器 的感測電容器的電極。
[0007] 印刷電路板（"PCB"）可在若干位置處形成對電隔離的導電或半導電材料片段的 電接觸。這避免了僅在所述（半）導電材料片段上的一個位置處具有電接觸的缺點，即，其 首先避免了由于所述一個位置處的不良電接觸（例如，如果這個接觸不完整、被腐蝕或損 壞）所致的問題。例如，在腐蝕或損壞的情況下，在PCB上無法測得電壓或僅可測得較低的 電壓，導致傳感器的不正確電壓讀取。其次，其也避免了由于從（半）導電片段的邊緣行進 至所述一個接觸位置的電子在較長路徑上受到（半）導電片段的電阻這一事實而引起的問 題。繼而所述問題又可以引起電壓降，且最終導致在PCB上測得較低（即不太準確）的電 壓。
[0008] 相比之下，根據本發明的具有PCB的感測纜線可在PCB上的多個位置處、并因此在 (半）導電片段上的多個位置處提供大量接觸點。這會形成冗余，以使得單個被腐蝕、不完 整或被損壞的接觸點不能導致電壓的錯誤測量。另外，大量接觸點將縮短電子從（半）導 電片段的邊緣到PCB上的下一個最近的接觸位置所必須行進的路徑。這會產生小得多的電 壓降和電壓讀數的較高準確度。
[0009] 根據本發明的具有包括PCB的電容性電壓傳感器的感測纜線還提供了另外的優 點：PCB能夠支撐多個可以起到其它作用的電子元件，例如形成用于溫度補償的電子電路 的元件。
[0010] 感測纜線是與傳感器相結合或包括傳感器的纜線。根據本發明的纜線包括用于傳 導電力的內部導體，以及同中心地布置在所述內部導體的至少軸向區段周圍的絕緣層。所 述絕緣層可被直接布置在內部導體上。
[0011] 根據本發明的感測纜線包括用于感測所述內部導體的電壓的電容性電壓傳感器。 所述傳感器可以適用于感測所述內部導體相對于電接地電勢或相對于另一電勢的電壓。
[0012] 電容性電壓傳感器包括感測電容器。在根據本發明的感測纜線中，感測電容器的 一個電極可為內部導體、或電連接至所述纜線的內部導體的導電元件。所述纜線的絕緣層 能夠操作以形成感測電容器的電介質。更廣義地，感測電容器的電介質可以包括纜線的絕 緣層的一部分。
[0013] 根據本發明的感測纜線的特征在于，所述傳感器包括印刷電路板元件（"PCB元 件"）。所述PCB元件被設置在電隔離的導電或半導電材料（在本文中也稱為"（半）導電 材料"）片段上方，所述電隔離的導電或半導電材料片段又被布置在纜線的絕緣層上。所述 PCB元件可被設置在電隔離的（半）導電材料片段上。所述（半）導電材料片段能夠操作 以形成感測電容器的電極。所述PCB元件因此通過所述（半）導電材料片段與絕緣層機 械接觸。所述（半）導電材料片段因此可以被布置在PCB元件和絕緣層之間。例如，所述 (半）導電材料片段可以是（半）導電材料層，即，所述（半）導電材料片段可以具有兩個 相對的主表面，例如第一主表面和第二主表面。所述第一主表面可以與絕緣層機械接觸。所 述第二主表面可以與PCB元件機械接觸。
[0014] 例如，所述（半）導電材料片段可以包括導電金屬或導電聚合物。具體地講，所述 (半）導電材料片段可以包括銅層。所述電隔離的（半）導電材料片段可以通過粘合劑附 連到纜線的絕緣層。例如，所述粘合劑可以是壓敏粘合劑或熱熔融粘合劑。
[0015] 所述PCB元件可以與所述（半）導電材料片段電接觸。所述PCB元件可以包括用 于電接觸所述（半）導電材料片段的一個或多個觸點。所述PCB元件可以包括用于電接觸 和機械接觸所述（半）導電材料片段的觸點。所述PCB元件可以包括電容器。所述電容器 可以電連接至所述（半）導電材料片段。所述電容器可以操作為電容性分壓器中的次級電 容器。所述電容性分壓器可以包括感測電容器和次級電容器。所述電容器和/或所述電容 性分壓器可以被包括在用于感測內部導體的電壓的電容性電壓傳感器中。
[0016] 所述PCB元件可被設置在所述（半）導電材料片段上方或上面，以便在所述PCB元 件與所述（半）導電材料片段之間形成電接觸。所述PCB元件被設置在所述（半）導電材 料片段上方，即所述PCB元件直接鄰近所述（半）導電材料片段布置并以機械方式接觸所 述（半）導電材料片段。所述PCB元件可以具有兩個相對的主側面。該PCB元件可被設置 在所述（半）導電材料片段上面或上方，以便在所述PCB元件與所述（半）導電材料片段 之間形成電接觸。所述PCB元件可以附接至所述（半）導電材料片段。或者，所述PCB元 件可以與所述（半）導電材料片段壓力接觸。
[0017] 所述PCB元件可以包括雙面PCB，即所述PCB具有相對的第一主側面和第二主側 面。此PCB元件的特別有利之處在于其節省了空間，因此PCB元件可被整合到纜線中或保 持緊鄰所述纜線（例如，在接合處）。包括雙面PCB的PCB元件可以使所述（半）導電材料 片段與所述PCB的第一側面電接觸。所述雙面PCB可以包括在第一主側面上的用于電接觸 所述（半）導電材料片段的觸點。所述PCB可以包括在第一主側面上的用于電接觸和機械 接觸所述（半）導電材料片段的觸點。所述PCB可以包括電容器。所述電容器可以電連接 至所述（半）導電材料片段。所述電容器可以操作為電容性分壓器中的次級電容器。所述 電容器可以布置在PCB的第二主側面上。被布置在第二主側面上的此電容器可以通過（例 如）PCB中的通路或導電電鍍通孔而電連接至用于電接觸第一主側面上的所述（半）導電 材料片段的觸點。
[0018] 所述PCB元件大致可以包括暴露的導電區域，從而提供延伸的二維表面接觸區 域。所述暴露的導電區域可以在兩個維度上且在延伸的區域上方機械接觸和電接觸所述電 隔離的（半）導電材料片段。提供延伸的二維表面接觸區域的所述暴露的導電區域特別有 利于在PCB元件和所述（半）導電材料片段之間形成密切的機械接觸和電接觸，因為所述 暴露的導電區域提供了許多潛在的接觸點并使接觸區域最大化，這導致了更可靠的接觸和 更少的電阻性損耗。在其中電隔離的導電或半導電材料片段的內部電阻不能忽略的實施例 中，該布置方式可以為電子提供在到達PCB元件的接觸點之前穿過所述（半）導電材料片 段所需要行進的較短路徑。這可以減輕所述（半）導電材料片段的內部電阻的影響，并且 提供較高的測量精確度。一般來講，PCB元件的接觸區域并非單個導電點、而是提供延伸的 二維表面接觸區域的導電區域這一事實會增強電壓傳感器的準確度和可靠性。延伸的二維 表面接觸區域可以大于單個觸點的區域。例如，所述表面接觸區域的面積可以是lcm 2或更 大。由于所述表面接觸區域的延伸，其可以通過大量接觸點接觸所述（半）導電材料片段。 這些接觸點可以分布在所述延伸的二維表面接觸區域上方。所述PCB元件的暴露的導電區 域形成了用于電接觸和機械接觸所述（半）導電材料片段的觸點。
[0019] 所述PCB元件的暴露的導電區域可以包括例如金、銀或銅的導電金屬層。具體地 講，所述暴露的導電區域可以包括銅層。所述銅層可以是鍍金的，以便增強電接觸和/或保 護免受環境干擾（例如，免受腐蝕）。
[0020] 所述PCB元件的暴露的導電區域可以提供連續表面接觸區域或圖案化的（即，間 斷的）非連續表面接觸區域。所述圖案化的表面接觸區域的所有部分都可以彼此電連接。 制造圖案化的表面接觸區域可以需要較少的導電材料，并且在電接觸的可靠性和電阻性損 耗方面具有可忽略不計的影響。圖案化的表面接觸區域也可以增強PCB元件的機械柔性， 從而降低在PCB彎曲時出現層斷裂的風險以及片狀剝落的風險。在一個具體實施例中，暴 露的導電區域包括圖案化的鍍金銅層。例如，所述表面接觸區域的圖案可以是具有方形或 菱形圖案的網格。
[0021] 所述PCB元件可以包括柔性部分。如上文所述的暴露的導電區域可以被布置在所 述柔性部分上。具體地講，所述PCB元件可以包括柔性PCB。所述PCB元件的柔性部分、且 特別是柔性PCB可以允許PCB元件更好地適形于電隔離的（半）導電材料片段。這又增強 了所述PCB元件和所述（半）導電材料片段之間的電接觸，從而使接觸更可靠、減少電阻性 損耗、并促進電壓傳感器的更高準確度。所述PCB元件的柔性部分還可以允許所述PCB元 件適形于不同直徑的纜線。在一個具體實施例中，所述PCB元件包括柔性雙面PCB。
[0022] 在本發明的一個具體實施例中，感測纜線包括同中心地布置在絕緣層的至少一部 分上的導電或半導電層（即，"（半）導電層")。所述電隔離的（半）導電材料片段纜線的 (半）導電層的第一部分。因此，單獨應用的（半）導電片段并不能操作以形成感測電容器 的電極，但纜線的（半）導電層的第一部分能夠操作以形成所述電極。這是高性價比解決 方案。另外，所述（半）導電層通常良好地附接到絕緣層，并且在絕緣層和（半）導電層之 間不形成任何空隙。這降低了電應力，并且降低了（例如）絕緣層和（半）導電層之間的 放電以及隨后對纜線的損壞的風險。所述第一部分可以沿著絕緣層的至少軸向部分的整個 周長延伸。所述（半）導電層的第一部分可以形成布置在絕緣層的一部分上并與纜線的內 部導體同軸的圓柱形套管。
[0023] 根據本發明的感測纜線還可以包括額外的（半）導電材料。所述額外的（半）導電 材料可以同中心地布置在絕緣層的至少軸向區段周圍。其可被布置在所述電隔離的（半） 導電材料片段的任一側面上。所述額外的（半）導電材料可以包括兩個導電或半導電的軸 向區段。這些區段中的一個或兩個可以沿著絕緣層的至少軸向部分的整個周長延伸。所述 額外的（半）導電材料的一些或全部可以通過粘合劑附連到纜線的絕緣層。所述兩個軸向 區段中的一個或兩個可以通過非導電軸向區段而與電隔離的導電或半導電材料片段電隔 離。
[0024] 對于包括同中心地布置在絕緣層的至少一部分上的（半）導電層的纜線來說，所 述額外的半導電材料可以構成所述（半）導電層的至少第二部分。其有益之處在于，這允 許使用纜線的所述（半）導電層的若干部分作為額外的（半）導電材料。因此，無需在單 獨步驟中施加額外的材料。這可以節省成本和時間。纜線的（半）導電層的這些第二部分 可以沿著絕緣層的至少各個軸向部分的整個周長延伸。所述第二部分中的一個或兩個可以 通過非導電軸向區段而與電隔離的導電或半導電材料片段電隔離。所述額外的（半）導電 材料可以通過粘合劑附連到纜線的絕緣層。纜線的（半）導電層的這些第二部分可以通過 粘合劑附連到纜線的絕緣層，或者可以將這些第二部分涂覆或涂刷在絕緣層上。所述第二 部分可以是與絕緣層共擠出的。
[0025] 對于包括同中心地布置在絕緣層的至少一部分上的（半）導電層的纜線來說，所 述電隔離的（半）導電材料片段和所述額外的（半）導電材料可以由纜線的（半）導電層 形成。例如，可以通過下述步驟實現：移除纜線外殼，暴露出（半）導電層，并且移除（半） 導電層的兩個環形區段或軸向部分，使得被移除的軸向部分之間的（半）導電層的軸向部 分形成所述電隔離的（半）導電材料片段，并且使得鄰近所述被移除的軸向部分的（半） 導電層的其余軸向部分形成額外的半導電材料。
[0026] 所述額外的（半）導電材料可以通過非導電軸向區段而與所述電隔離的（半）導 電材料片段電隔離。這些非導電的軸向區段可以包括非導電材料或空隙。
[0027] 在另一方面，本發明還提供了用于電接觸高壓或中壓電力網纜線的導電或半導電 層的印刷電路板元件（"PCB元件"）的用途，其中所述印刷電路板元件包括提供延伸的二 維表面接觸區域的暴露的導電區域，并且其中所述暴露的導電區域在兩個維度上且在延伸 的區域上方機械接觸和電接觸所述纜線的導電或半導電層。出于所述目的而使用PCB元件 是有利的，因為PCB能夠支撐多種電學或電子元件。這可以允許在緊鄰纜線處進行信號處 理。PCB元件的使用可以利用到支撐老式的電學或電子元件的其它專用元件。另外，可以用 相對低的成本來制造 PCB。
[0028] 所述PCB元件可以是柔性的。柔性的PCB元件可以容易地彎曲以適形于纜線的一 個層周圍。所述PCB元件可以包括柔性PCB。使用標準技術，PCB可以容易地設置有暴露的 導電區域，從而提供延伸的二維表面接觸區域。
[0029] 在所述PCB元件上可以產生傳感器電壓，其表示纜線的內部導體的電壓。傳感器 導線可以附接到PCB，用于將傳感器電壓從PCB元件傳輸到PCB元件外部的電測量電路。接 地導線可以附接到纜線的電接地層，用于將電接地連接到所述電測量電路。電測量電路可 操作以確定內部導體相對于接地的電壓。在纜線包括額外的（半）導電材料的一個實施例 中，其中所述額外的（半）導電材料同中心地布置在絕緣層的至少軸向區段周圍、在所述電 隔離的（半）導電材料片段的任一側上，接地導線可以附接到所述額外的（半）導電材料。 在其中纜線包括（半）導電層并且其中額外的（半）導電材料構成所述（半）導電層的一 部分的一個具體實施例中，所述接地導線可以附接到所述（半）導電層。
[0030] 現在將參考以下對本發明的特定實施例進行舉例說明的附圖來更詳細地描述本 發明：
[0031] 圖1為根據本發明的感測纜線的透視圖，示出了導電材料片段和接觸所述導電材 料片段的PCB ;
[0032] 圖2為圖1的感測纜線、導電材料片段和PCB的橫截面；
[0033] 圖3為圖1和2的柔性PCB下側的平面圖；
[0034] 圖4為可供選擇的柔性PCB下側的平面圖；
[0035] 圖5為根據本發明的可供選擇的感測纜線的透視圖；并且
[0036] 圖6為根據本發明的電壓傳感器的電路圖。
[0037] 本發明的各種實施例在下文中進行描述并在附圖中示出，其中類似的元件具有相 同的參考標號。
[0038] 在圖1的透視圖中，中壓或高壓電力網纜線1包括布置在中心內部導體（在該圖 中不可見）周圍的電絕緣層10、半導電層20和電絕緣纜線外殼30。沿著纜線的長度，這些 層同中心地布置在內部導體周圍。然而，在圖1所示的纜線位置中，纜線外殼30和半導電 層20已被沿著纜線1的軸向區段移除，因此暴露出絕緣層10。導電材料片段布置在纜線1 的暴露的絕緣層10上，所述片段形成導電墊片40。墊片40與絕緣層10的曲率一致。在纜 線1的軸向方向上，所述墊片的延伸使得在墊片40和半導電層20的各個邊緣之間留下空 間。在周長方向上，所述墊片的延伸使得覆蓋絕緣層10的一部分，約為絕緣層10的周長的 25%。導電材料的墊片40包括銅層，所述銅層形成電壓傳感器100的感測電容器的第一電 極，所述電壓傳感器可測量纜線1的內部導體的電壓，即內部導體和接地之間的電壓。所述 感測電容器的第二電極是纜線的內部導體。絕緣層10的位于墊片40下方的部分形成感測 電容器的電介質。墊片40通過導電材料的墊片40下側（即，在徑向內側上）的薄粘合劑 層50附連到絕緣層10。
[0039] 雙面柔性PCB60被布置在墊片40的徑向外側上，并且電接觸和機械接觸墊片40 的外側。PCB60與墊片40的曲率一致。PCB60在其下側（即，其徑向內側）上具有暴露的 導電區域（在圖1中不可見），PCB60通過所述暴露的導電區域接觸墊片40的外側。多個 所謂的通路70提供從下側的暴露的導電區域到PCB60的上側（S卩，徑向外側）上的導電跡 線的導電路徑。PCB60的上側承載導電跡線和電子元件，尤其是與導電墊片40串聯連接的 次級電容器66。次級電容器66結合上文所述的感測電容器形成電容性分壓器。所述電容 器分壓器的輸出電壓用于測量纜線1的內部導體的電壓。該測量技術的原理是已知的。下 文將更詳細地描述所述電路。傳感器導線80將電容性分壓器的輸出電壓從PCB60傳輸到 測量裝置90。接地導線82提供從半導電層20經過PCB60到測量裝置90的電連接。半導 電層20通常連接到電接地。通過確定電容性分壓器的輸出和接地之間的電壓，以及通過考 慮感測電容器和次級電容器66的電學值，測量裝置90可用已知的方式確定內部導體相對 于接地的電壓。內部導體、半導電層20、感測電容器、次級電容器66和PCB60形成電容性電 壓傳感器100。感測電容器由內部導體和作為電極的隔離導電墊片40形成，其中絕緣層10 是感測電容器的電介質。次級電容器66是常規電容器元件，與感測電容器串聯連接并布置 在PCB60上。次級電容器66的輸入端電連接到感測電容器和傳感器導線80。次級電容器 的輸出端電連接到接地導線82。接地導線82電連接到纜線1的半導電層20。在傳感器導 線80和接地導線82之間測得的電壓表示內部導體和接地之間的電壓。
[0040] PCB60機械接觸并電接觸電隔離導電墊片40。為了獲得良好的、即低歐姆電接觸， 希望在PCB60下側的暴露的導電區域62 (圖2中所示）與墊片40之間具有壓力接觸。接觸 壓力應當是高的。在所示實施例中，將收縮套管（未示出）應用于其中已移除了纜線外殼 30的整個纜線區段上方。在應用所述收縮套管并將PCB60保持就位之前，可通過橡膠帶將 PCB60的位置暫時地保持在導電墊片40上。一旦已啟動收縮套管，S卩，其已縮短，所述收縮 套管就會將PCB60壓到墊片40上。所述收縮套管可以在其內側上包括導電或半導電層，所 述導電或半導電層電接觸半導電層20的暴露部分并將其電連接。該收縮套管層然后將在 其中移除了纜線1的半導電層20的纜線1區域中提供電應力控制。然而，在這種情況下， PCB60必須與收縮套管的（半）導電內層電隔離，例如通過在PCB60的頂部（即，外側上） 的隔離層。該隔離層可為（例如）電絕緣粘合帶，其纏繞在纜線上以便覆蓋PCB60和導電 墊片40。為了用替代方式固定PCB60,可將PCB60成型以使其與墊片40 -起沿著絕緣層10 的幾乎整個周長來延伸。這允許用一段粘合帶將PCB60的一端固定到PCB60的相對端，使 得PCB60與墊片40緊密地壓力接觸。
[0041] 圖2是圖1的感測纜線1的橫截面，沿著圖1中的字母"A"所指示的平面截取。 為清晰起見，已極大地夸大了一些徑向尺寸。纜線1的內部導體5由絕緣層10同中心地環 繞。電隔離墊片40通過粘合劑層50粘結性地附連到絕緣層10。柔性PCB60包括在PCB60 下側的暴露的導電區域62以及PCB基底64。圖中可見兩個通路70,其提供從暴露的導電 區域62經過基底64到PCB60的上部徑向外側的導電路徑，其中PCB60的上部徑向外側布 置有導電跡線、次級電容器和其它電子元件。
[0042] 圖3在平面圖中示出了圖1和2的柔性雙面PCB60的下側。暴露的導電區域62 是包括鍍金銅層且覆蓋PCB60下側的主要部分的連續區域。暴露的導電區域62的鍍金是 涂覆在銅層上的。所述鍍金層用于提供高導電率和保護銅免受腐蝕。所述鍍金布置在銅層 上，且背對PCB60的基底64,而所述銅層布置在基底64和鍍金之間。在PCB60的邊界處， PCB60的非導電基底64是暴露的，即并未被暴露的導電區域62覆蓋。通路70提供從暴露 的導電區域62經過基底64到PCB60的相對側的電連接。由于暴露的導電區域62在兩個 維度上的延伸，其提供PCB60的延伸的、二維表面接觸區域。由于暴露的導電區域62的延 伸，其可形成與墊片40的延伸的、大表面的接觸。所述大接觸表面會潛在地提供使暴露的 導電區域62與墊片40電接觸的大量點。這使得電接觸是可靠的，并且潛在地縮短了電子 在到達接觸點并進入暴露的導電區域62之前經過墊片40所必須行進的道路。
[0043] 與圖3所示的連續暴露的導電區域62相反，PCB60下側的暴露的導電區域62可被 結構化或圖案化。在圖4中以平面圖示出了圖案化的暴露的導電區域62的例子。在該實 施例中，圖案化的暴露的導電區域62由布置成方形圖案（S卩，交叉平行線圖案）的多個導 電跡線110形成，所述導電跡線彼此電連接。跡線110因此形成導電網。每個導電跡線110 都包括鍍金的銅層，使得鍍金被暴露出來并背對PCB60的基底64。所述鍍金被布置在銅層 上，所述銅層被布置在PCB60的基底64上，使得所述銅層被布置在基底64和鍍金之間。導 電跡線110彼此間隔開約1mm。這確保了暴露的導電區域62提供PCB60的延伸的二維表面 接觸區域。由于暴露的導電區域62的延伸，其可形成與墊片40的延伸的、大表面接觸。所 述大接觸表面雖然被圖案化，但仍會潛在地提供使暴露的導電區域62與墊片40電接觸的 大量點。這使得電接觸是可靠的，并且潛在地縮短了電子在到達接觸點并進入暴露的導電 區域62之前經過墊片40所必須行進的道路。
[0044] 導電跡線110之間的空間被留空，因此在該圖中，PCB60的基底64在跡線110之 間是可見的。通路70提供從暴露的導電區域62經過基底64到PCB60的相對側的電連接。 通路70的定位使得每個通路都與暴露的導電區域62的至少一個跡線110電接觸。
[0045] 據信圖案化的暴露的導電區域62比連續的暴露的導電區域62更具柔性。因此， PCB60的彎曲可以更容易，且PCB60可以因此更好地適形于纜線1的絕緣層10上的墊片40。 另外，圖4所示的圖案化的暴露的導電區域62可以可彎曲地圍繞較小半徑的彎曲墊片40， 而不致使PCB60或形成暴露的導電區域62的一個層的斷裂或片狀剝落。
[0046] PCB60與許多通用PCB的不同之處在于，此類通用PCB具有覆蓋PCB的前表面和后 表面的阻焊層，但其中可形成電接觸（通常通過焊接）的導電區域除外。在圖4所示實施 例的PCB60中，在PCB60下側不存在任何阻焊劑。由于暴露的導電區域62的銅層在鍍金之 前已被圖案化，因此并不需要在PCB60下側的、通常抑制圖3所示的平坦鍍金的片狀剝落的 阻焊層。據信所述圖案化的銅層比實心銅箔更易于耗散機械應力。
[0047] 圖5是根據本發明的感測纜線1的可供選擇的實施例的透視圖。其與圖1和2所 示的實施例類似，不同之處在于電隔離的導電材料片段以及存在額外的半導電材料。雖然 在圖1中電隔離的導電材料片段形成了墊片40,但圖5中的電隔離的導電材料片段構成了 纜線1的半導電層20的一部分。半導電層20的該部分沿著絕緣層10的軸向部分的整個 周長延伸。在圖5所示的實施例中，半導電層20的所述部分形成布置在絕緣層10上且與 纜線1的內部導體5共軸的圓柱形套管140。在軸向方向上，圓柱形套管140通過套管140 的任一側上的間隙150與半導電層20的其它部分分離開。間隙150是非導電軸向區段。套 管140因此通過間隙150與半導電層20的其它部分電隔離開。該布置方式使套管140能 夠操作以形成電壓傳感器100的感測電容器的電極，所述電壓傳感器可測量纜線1的內部 導體5的電壓。所述感測電容器的第二電極是纜線的內部導體5。絕緣層10的位于墊片 40下方的部分形成感測電容器的電介質。套管140以與半導電層20的其他部分附連到絕 緣層10的方式相同的方式附連到絕緣層10。例如，這種方式可以是共擠出、涂覆或借助粘 合劑。套管140與半導電層20具有相同的組成。這是因為，套管140是通過移除半導電層 20的兩個軸向區段（即間隙150)而由纜線1的初始連續半導電層20形成的。
[0048] 在所示實施例中，半導電層20中的間隙150是通過移除纜線的初始連續、無中斷 半導電層20的軸向區段而形成的。從而，間隙150提供套管140與半導電層20的其它部 分的電隔離。這種電隔離也可以通過用非導電材料填充一個或兩個間隙150來實現。可適 當選擇間隙150的寬度（S卩，其軸向長度）。通常，小的間隙150是有益的。這是因為，半導 電層20是應力控制層。在間隙150的區域中，半導電層20僅存在減少的應力控制，或完全 不存在應力控制。這增加了局部過量高電場強度的風險，從而可以導致放電和對纜線1的 損害。如果間隙150較小，則這種風險也較小。
[0049] 半導電層20的在套管140任一側上的其它部分形成額外的半導電材料，所述額外 的半導電材料同中心地布置在絕緣層10周圍、在套管140的任一側上。間隙150分離該額 外的半導電材料與套管140。因此，所述額外的半導電材料構成纜線1的半導電層20的兩 個部分。
[0050] PCB60布置在套管140的外表面上。PCB60、其在套管140上的固定、傳感器導線 80、接地導線82以及測量裝置90與在圖1的上下文中描述的對應元件和方法是類似的。
[0051] 圖6是示出了根據本發明的電容性電壓傳感器100的各個元件的電功能的電路 圖。感測電容器200具有第一電極201和第二電極202。第一電極201對應于纜線1的內 部導體5,第二電極202對應于電隔離的導電或半導電材料片段，例如圖1的墊片40或圖5 的套管140。感測電容器200與次級電容器66串聯電連接，所述次級電容器布置在印刷電 路板元件60上。印刷電路板元件60和所述電隔離的（半）導電材料片段之間的電接觸是 通過印刷電路板元件60的暴露的導電區域62實現的。次級電容器66 -方面電連接到感 測電容器200,且另一方面電連接到接地。感測電容器200的第一電極201相對于接地的電 壓是通過測量在次級電容器66上的電壓而測量的。因此，次級電容器66通過傳感器導線 80和接地導線82電連接到測量裝置90。測量裝置90通過傳感器導線80和接地導線82 并聯地電連接到次級電容器66。測量裝置90測量傳感器導線80和接地導線82之間的電 壓。接地導線82通過導電或半導電元件220電連接到接地，所述導電或半導電元件對應于 額外的半導電材料，例如纜線1的半導電層20的一部分。元件220電連接到接地。
【權利要求】
1. 一種用于在電力網中分配電力的感測纜線（1)，所述感測纜線（1)包括內部導體 (5)和絕緣層（10)，所述絕緣層（10)同中心地布置在所述內部導體（5)的至少軸向區段周 圍，其中所述感測纜線（1)還包括用于感測所述內部導體（5)的電壓的電容性電壓傳感器 (100)， 其特征在于， 所述傳感器（100)包括印刷電路板元件（60)， 所述印刷電路板元件（60)被設置在電隔離的導電或半導電材料片段（40, 140)上方， 所述電隔離的導電或半導電材料片段（40, 140)被布置在所述纜線（1)的所述絕緣層 (10)上且能夠操作以形成所述電容性電壓傳感器（100)的感測電容器的電極。
2. 根據權利要求1所述的感測纜線（1)，其中所述印刷電路板元件（60)與所述電隔離 的導電或半導電材料片段（40, 140)電接觸。
3. 根據權利要求1或2中任一項所述的感測纜線（1)，其中所述印刷電路板元件（60) 包括雙面印刷電路板（60)。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的感測纜線（1)，其中所述印刷電路板元件（60) 包括提供延伸的二維表面接觸區域的暴露的導電區域￠2)，其中所述暴露的導電區域 (62)在兩個維度上且在延伸的區域上方機械接觸和電接觸所述電隔離的導電或半導電材 料片段（40, 140)。
5. 根據權利要求4所述的感測纜線（1)，其中所述暴露的導電區域￠2)包括鍍金的銅 層。
6. 根據權利要求4或5中所述的感測纜線（1)，其中所述暴露的導電區域￠2)提供連 續表面接觸區域或圖案化表面接觸區域。
7. 根據權利要求4至6中任一項所述的感測纜線（1)，其中所述印刷電路板元件（60) 包括柔性部分，并且其中所述暴露的導電區域￠2)被布置在所述柔性部分上。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的感測纜線（1)，其中所述纜線（1)包括同中心 地布置在所述絕緣層（10)的至少一部分上的導電或半導電層（20)， 并且其中所述電隔離的導電或半導電材料片段（40, 140)構成所述導電或半導電層 (20)的第一部分。
9. 根據權利要求8所述的感測纜線（1)，其中所述半導電層（20)的所述第一部分沿著 所述絕緣層（10)的至少軸向部分的整個周長延伸。
10. 根據前述權利要求中任一項所述的感測纜線（1)，其還包括同中心地布置在所述 絕緣層（10)的至少軸向區段周圍、在所述電隔離的導電或半導電材料片段（40,140)的任 一側上的額外的導電或半導電材料，所述額外的導電或半導電材料包括兩個導電或半導電 軸向區段，所述兩個軸向區段通過非導電軸向區段（150)與所述電隔離的導電或半導電材 料片段電隔離。
11. 根據權利要求10所述的感測纜線（1)，其中所述纜線（1)包括同中心地布置在所 述絕緣層（10)的至少一部分上的導電或半導電層（20)， 并且其中所述額外的半導電材料構成所述導電或半導電層（20)的至少第二部分。
12. 根據前述權利要求中任一項所述的感測纜線（1)，其中所述電隔離的導電或半導 電材料片段（40, 140)或者所述額外的半導電材料的一些或全部通過粘合劑（50)附連到所 述絕緣層（10)。
13. -種用于電接觸高壓或中壓電力網纜線⑴的導電或半導電層（20)的印刷電路板 元件（60)的用途， 其中所述印刷電路板元件￠0)包括提供延伸的二維表面接觸區域的暴露的導電區域 (62)，其中所述暴露的導電區域￠2)在兩個維度上且在延伸的區域上方機械接觸和電接 觸所述導電或半導電層（20)。
14. 根據權利要求13所述的用于電接觸高壓或中壓電力網纜線⑴的導電或半導電層 (20)的印刷電路板元件（60)的用途， 其中所述印刷電路板元件￠0)包括柔性部分。
【文檔編號】G01R15/16GK104160283SQ201280064042
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月21日
【發明者】克里斯蒂安·魏因曼, 霍爾格·庫爾茨哈爾斯, 邁克爾·斯塔爾德, 塞巴斯蒂安·埃格特, 延斯·魏克霍爾德 申請人:3M創新有限公司