一種斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器設計

陸漢兵 吳興燕

摘 要：當前，我國配電系統發展迅猛，且隨著居民生活水平的日益提高，人們對電力系統的各項性能又提出了高要求與新標準，基于此背景，本文對一種斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器設計進行了論述，旨在全面排除電力系統運行中的重大故障隱患，并有效保障工作人員及配電設備的安全。

關鍵詞：斷路器開關；電容型內置式；電壓傳感器；設計

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0134-02

在本次研究設計中，采用配網自動化采樣控制相關技術，對一種斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器進行設計，確保新型傳感器功能強大、適用范圍廣、兼容性強。除此之外，小信號輸出可進行直接轉換，無須二次轉換，從而有效保障工作人員及設備的安全。

1 背景技術

近年來，隨著現代科技的快速發展，微機型繼電保護裝置已被廣泛應用于電力領域，因此，在維護及修復電力故障時，應將能量流與信息流進行間隔，監測設備可直接實現對高功率輸出的傳感器采樣。現階段，我國電網情況日益復雜，因此傳感器設計需以提高功率因數及改善電網質量為切入點，采用智能化電流電壓互感器。由于ZW20斷路器柱上開關存在一定缺陷，無法滿足當前電力工業的發展需求，因此，開展對一種配電設備用斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器設計的研究工作勢在必行。

2 項目設計內容

本文研究目的為設計一種斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器（常見傳感器如圖1所示），其結構簡單，功能強大，能有效保障電力人員及設備的安全。

本實用新型所采用的技術方案如下：一種斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器的設計思路需從固定底座與屏蔽雙絞線兩部分出發；在固定底座上分別配制三臺相零序一體化傳感器，并從三個輸出口對電路進行連接，本次設計所采用的相零序一體化傳感器的殼體內部由相序聚丙烯電容以及高壓端零序聚丙烯電容組成；以上所述兩者均采用環氧混合料，該材料可封閉密封絕緣，從而起到確保各個配電設備不被氧化的作用；此外，該新型傳感器采用四根屏蔽雙絞線分別對信號進行傳輸，并保障電力信號從A相、B相、C相電路的電壓相繼輸出（傳感器工作原理如圖2所示）。

預期效果：使得本次設計出的新型電壓傳感器較傳統結構而言具有以下優勢：（1）新型傳感器采用環氧樹脂混合料同環氧樹脂殼體，并結合高壓端相序聚丙烯電容以及高壓端零序聚丙烯電容混合料整體密封技術，對整個設備進行了絕緣處理，從而保障聚丙烯電容不受影響，延長了傳感器各個配件的全周期使用壽命；（2）設備中各項高壓電容及低壓電容的材料均一致，增強其穩定性；（3）相序、零序信號采用同一材料二次電容進行并聯微調，并能根據配電運行狀況進行自我調節，在負荷不同的情況下，符合比值差要求；（4）采用常溫環氧樹脂混合料對設備整體進行粘合，真正做到節能、環保，為新興能源的開發提供有效依據。

總之，通過本次研究設計所得的傳感器適用范圍廣，兼容性強。此外，該新型傳感器功能強大，小信號可直接進行輸出，無須二次轉換，在一定程度上減輕了電力人員的工作任務，從而促進了電力工業的“數字化、智能化、網絡化”建設。小電壓信號的直接傳輸有利于降低電力系統運行中的重大故障隱患發生率。

3 具體功能實施與應用

為了對本次研究進行進一步清晰說明，以下筆者將對本實用新型傳感器作如下詳細說明：

由圖3可見，在該實用新型傳感器結構中，8和9分別為傳感器固定底座與屏蔽雙絞線，兩者作用在于對傳感器進行固定，并將一體化傳感器置于底座上，對位置進行固定后，再從A相、B相、C輸出口對電路進行對應連接；2為殼體，4為高壓端相序聚丙烯電容，5為高壓端零序聚丙烯電容，1為殼體上端設置的出線端口；殼體與高壓端相序聚丙烯電容的空隙間需加入環氧混合料，即3；6為低壓端相序聚丙烯電容，6分別與三臺相零序一體化傳感器進行對應連接，此外，7為共用的低壓端零序聚丙烯電容；總而言之，傳感器中各項元件間的相互協作，實現了A相、B相、C相電路信號的同時傳輸。

本實用新型的具體實施：本次設計采用的高壓電容共六個，為電壓的一次電容，分別輸出三相零序一次電壓，從而使各項設備工作效率得到有效提高；壓電容共四個，為電壓的二次電容，分別輸出三相相序二次電壓和共用二次零序電壓。以上兩種電容均為兩路組合成一個輸入端子，再分為兩路小電壓信號輸出；三相六路輸出，另有三路零序輸出再合并成一路零序輸出，正好成四路輸出，為三個相序加一個零序。由圖3與圖5可知，A相、B相、C相電路需采用高壓端相零序聚丙烯電容來實現對電壓小信號的輸出，這種輸入方式能有效保證相序與零序電壓小信號的同時輸出互不干擾，極大程度上提高了新型內置式電壓傳感器的各項性能（新型電容型內置式電壓傳感器電路結構如圖4）。

由新型電容型電壓傳感器結構原理圖（圖3）可知，本次設計所采用的不銹鋼固定底座能對內部元件進行良好的固定，并同時實現對二次微調電容的比值差調節，以此滿足不同條件下，配電設備對負荷比值差的要求。除此之外，本次設計還采用八芯成對屏蔽雙絞線對電壓信號進行輸出，除保證了傳感器內部設備所有電壓的相序與零序四對信號同時輸出外，還在極大程度上提高了電容型內置式電壓傳感器的綜合工作效率與質量，關于具體設計方案還需與客戶溝通交流，盡最大可能滿足客戶所需。

簡言之，在本次實用新型傳感器的設計研究中，其結構均采用內部線路的智能組合模式，將三相電壓采樣、檢測、修復等多種性能進行有機結合，并應用于配電設備一二次融合柱上開關中，從而充分促進一二次深度融合。除此之外，還需對整個產品內部零部件進行依次排列，避開電磁場干擾，對設備元件進行有機結合，從而實現對四路電壓小信號的同時輸出。

針對材料的選取而言，相較于傳統設計方式，本次設計采用雙路聚丙烯高壓一次電容與聚丙烯低壓二次電容進行共同分壓采樣，來進行對各項元件的測量和保護及放電。采用常溫環氧樹脂同環氧樹脂外殼對設備整體進行封閉絕緣，采用不銹鋼固定底座，有利于增強系統穩定性，節約投資成本，便于設備后期維護與修復。并且，由上述內容可知，產品輸出為小電壓信號，幾乎對各項控制設備不產生影響，可直接利用儀表、繼電保護裝置等二次綜合自動化設備接口，從而實現電壓采樣、測量、保護、零序與放電的多功能要求。由此可見，本次設計所得的實用性傳感器結構簡單，低能耗，工作效率高，全周期使用壽命長。

4 結語

綜上所述，在本次設計中，該傳感器采用新型用環氧樹脂外殼、聚丙烯電容用常溫環氧樹脂混合料為原材料，并實現對電壓信號的同時輸出，除能有效減少能源消耗外，還能在一定程度上促進人類健康水平的整體提升。對所屬領域的技術人員而言，其具體設計方案可能還會根據所在地域的環境情況而有所變化，但大致設計思路不變，通過本文對一種斷路器開關用電容型內置式電壓傳感器進行設計，以期為我國配電系統的健康發展提供參考依據。

參考文獻

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