專利名稱：一種光學電壓傳感頭的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于傳感器技術領域，具體涉及一種光學電壓傳感頭。
背景技術：
現有電力系統高電壓測量的電壓互感器，由于采用電磁感應原理，具有鐵芯和線圈，隨著系統電壓的升高其絕緣結構越來越復雜，體積和重量也不斷增加，并且存在磁飽和和鐵磁諧振，頻帶窄，以及存在二次壓降、充油不安全等問題。上世紀八十年代以來，國內外己研制出一些光學電壓互感器，成功用于測量電力系統的高電壓，它具有安全可靠，精度高，體積小，重量輕，頻帶寬，數字化等優點。這些光學電壓互感器大致可分為兩類一類為電容分壓式的有源光電電壓互感器，另一類為用電光晶體的無源光學電壓互感器。這種電光晶體的無源光學電壓互感器不是模塊化結構，而且所測的電壓不是直接加在傳感器上，測量準確度和穩定度都存在問題，難以推廣應用。
發明內容
本實用新型的目的在于提供一種新的光學電壓傳感頭，該傳感頭為模塊化結構，具有精度高、安全可靠、體積小、重量輕且不易受電磁干擾的特點。
本實用新型提供的一種光學電壓傳感頭，上極頭通過上極頭套嵌在上屏蔽電極內，下極頭嵌在下屏蔽電極內，主絕緣棒的上部的外表面加工有若干個傘裙，其下部開有園柱形孔，孔內粘結有用于測量主絕緣棒電壓的傳感部件；絕緣套筒的側面開有通氣孔，絕緣套筒與上、下屏蔽電極連成一體；主絕緣棒位于絕緣套筒內，其上端與上極頭相連，其下端與下極頭相連。
所述傳感部件的結構為在金屬底板的一面粘結有鍺酸鉍晶體，在晶體的兩端部分別粘結有90°轉角棱鏡；在金屬底板的另一面粘結有二個分別與轉角棱鏡位置相對的起偏振鏡和檢偏振鏡，金屬底板上開有通孔；檢偏振鏡的反射光的一側粘結有90°轉角棱鏡；三個帶光纖的自聚焦透鏡分別粘結在起偏振鏡的輸入端、檢偏振鏡和90°轉角棱鏡的輸出端；入射光依次通過自聚焦透鏡、起偏振鏡和通孔進入轉角棱鏡，由其反射后進入晶體，再經轉角棱鏡反射后通過另一通孔進入檢偏振鏡；由檢偏振鏡分成二路光，其中一路反射光經轉角棱鏡反射后進入自聚焦透鏡，再經光纖傳送至光電二極管處理；另一路透射光進入自聚焦透鏡至光纖傳送至另一光電二極管。
本實用新型采用電光晶體為傳感元件，構成模塊化結構的無源光學電壓傳感頭，可用于測量110kV、220kV的高電壓，其測量準確度可達0.2級。將其裝入硅橡膠絕緣子中，與相應的光路系統和電路系統配合，可組成獨立式光學電壓互感器和組合式光學電流電壓互感器。該實用新型具有精度高、安全可靠、體積小、重量輕、不易受電磁干擾等優點。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖2為圖1中傳感部件的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與實例對本實用新型作進一步的說明。
如圖1所示，本實用新型所說的模塊化結構光學電壓傳感頭包括上屏蔽電極1、上極頭套2、上極頭3、主絕緣棒4、絕緣套筒5、傳感頭部件6、下極頭7和下屏蔽電極8。上、下屏蔽電極均由鋁合金做成拋光的橢園屏蔽電極。上、下屏蔽電極之間用絕緣套筒5和主絕緣棒4隔開，主絕緣棒4位于絕緣套筒5內，用螺釘將絕緣套筒5與上、下屏蔽電極連成一體。上極頭3通過上極頭套2嵌在上屏蔽電極1內，主絕緣棒4的上端與上極頭3相連，使高電壓依次通過上屏蔽電極、上極頭套2和上極頭3加在主絕緣棒上。主絕緣棒4的下端與下極頭7相連，下極頭7嵌在下屏蔽電極8內，下極頭通過下屏蔽電極8與接地導電管(即地電位)相連。主絕緣棒4由含氧化鋁的環氧樹脂制成，并在其上部的外表面加工有若干個傘裙，以增加其爬距，其下部加工有園柱形孔，其內粘結傳感部件6。絕緣套筒5用四氟乙稀做成，其側面鉆有若干通氣孔9，以便SF6氣體進入。被測的高電壓直接加在光學電壓傳感頭的上、下屏蔽電極之間。
如圖2所示，傳感部件6的結構為在金屬底板e的一面粘結有鍺酸鉍(BGO)晶體a，在晶體a的兩端部分別粘結有90°轉角棱鏡b1、b2。在金屬底板e的另一面粘結有二個分別與轉角棱鏡b1、b2位置相對的起偏振鏡c和檢偏振鏡d，金屬底板e上加工有二個通孔g1、g2。檢偏振鏡d的反射光的一側粘結有90°轉角棱鏡b3。三個帶光纖的自聚焦透鏡f1、f2、f3分別粘結在起偏振鏡c的輸入端、檢偏振鏡d和90°轉角棱鏡b3的輸出端。
傳感部件6所測量的電場是主絕緣棒上所分得的電壓。
發光二極管LED發出的光通過自聚焦透鏡f1、起偏振鏡c、通孔g1進入轉角棱鏡b1，由其反射后進入晶體a，再轉角棱鏡b2反射后通過通孔g2進入檢偏振鏡d。由檢偏振鏡d分成二路光，其中一路反射光經轉角棱鏡b3反射后進入自聚焦透鏡f3，再經光纖傳送至光電二極管PIN2。另一路透射光進入自聚焦透鏡f2至光纖傳送至光電二極管PIN1。
該金屬底板e的溫度系數α≤10-4/℃，根據傳感器的測試穩定度來選擇相應的材料。金屬底板e直接與地電位相通。自聚焦透鏡的一根光纖接從LED來的輸入光I0，另兩根光纖分別接輸出光I1和I2，分別經光電二極管PIN接收后，變成電信號，經過處理電路處理后，得到與被測電壓成正比的模擬或數字電壓信號，實現對高電壓的測量和保護。
傳感頭的上屏蔽電極1的上部設有用于與高電壓導電管相連的螺紋，下屏蔽電極設有用于與接地導電管相連的螺紋。接地導電管內放置與傳感部件6連接的光纖。整個模塊化結構光學電壓傳感頭置于充有SF6的硅橡膠絕緣子中，其外絕緣由硅橡膠絕緣子承擔，其內絕緣由SF6氣體、主絕緣棒和絕緣套筒承擔。SF6氣體的壓力為0.35MP。
本實用新型的模塊化結構的光學電壓傳感頭，其上、下電極形狀和尺寸以及電場分布都可以采用計算機軟件進行設計計算，其內絕緣也同樣可以進行設計計算。
該傳感頭密封在硅橡膠復合絕緣子內，內充SF6氣體。使用時，上電極1經高電壓導電管接至高壓側法蘭盤，下電極8經接地導電管與底部的接地法蘭相連，使被測高電壓直接加在電壓傳感頭兩端，通過BGO晶體的電光效應，實現對所加高電壓的測量。傳感頭的光纖沿接地導電管鋪設并與密封穿過底部法蘭的光纖連接。
權利要求1.一種光學電壓傳感頭，其特征在于，上極頭(3)通過上極頭套(2)嵌在上屏蔽電極(1)內，下極頭(7)嵌在下屏蔽電極(8)內，主絕緣棒(4)的上部的外表面加工有若干個傘裙，其下部開有園柱形孔，孔內粘結有用于測量主絕緣棒電壓的傳感部件(6)；絕緣套筒(5)的側面開有通氣孔(9)，絕緣套筒(5)與上、下屏蔽電極(1、8)連成一體；主絕緣棒(4)位于絕緣套筒(5)內，其上端與上極頭(3)相連，其下端與下極頭(7)相連。
2.根據權利要求1所述的傳感頭，其特征在于所述傳感部件的結構為在金屬底板(e)的一面粘結有鍺酸鉍晶體(a)，在晶體(a)的兩端部分別粘結有90°轉角棱鏡(b1、b2)；在金屬底板(e)的另一面粘結有二個分別與轉角棱鏡(b1、b2)位置相對的起偏振鏡(c)和檢偏振鏡(d)，金屬底板(e)上開有通孔(g1、g2)；檢偏振鏡(d)的反射光的一側粘結有90°轉角棱鏡(b3)；三個帶光纖的自聚焦透鏡(f1、f2、f3)分別粘結在起偏振鏡(c)的輸入端、檢偏振鏡(d)和90°轉角棱鏡(b3)的輸出端；入射光依次通過自聚焦透鏡(f1)、起偏振鏡(c)、通孔(g1)進入轉角棱鏡(b1)，由其反射后進入晶體(a)，再經轉角棱鏡(b2)反射后通過另一通孔(g2)進入檢偏振鏡(d)；由檢偏振鏡(d)分成二路光，其中一路反射光經轉角棱鏡(b3)反射后進入自聚焦透鏡(f3)，再經光纖傳送至光電二極管處理；另一路透射光進入自聚焦透鏡(f2)至光纖傳送至另一光電二極管。
專利摘要本實用新型公開了一種光學電壓傳感頭，上極頭通過上極頭套嵌在上屏蔽電極內，下極頭嵌在下屏蔽電極內，主絕緣棒的上部的外表面加工有若干個傘裙，其下部開有圓柱形孔，孔內粘結有用于測量主絕緣棒電壓的傳感部件；絕緣套筒的側面開有通氣孔，絕緣套筒與上、下屏蔽電極連成一體；主絕緣棒位于絕緣套筒內，其上端與上極頭相連，其下端與下極頭相連。使用時，高電壓依次通過上屏蔽電極、上極頭套和上極頭加在主絕緣棒上，下極頭與通過下屏蔽電極與地電位相連。本實用新型具有精度高，安全，不易受電磁干擾等優點。
文檔編號G01R1/00GK2748924SQ20042011182
公開日2005年12月28日 申請日期2004年12月6日 優先權日2004年12月6日
發明者葉妙元, 董增平, 肖霞, 毛立新, 徐雁 申請人:華中科技大學, 江蘇省如高高壓電器有限公司, 上海思源電氣股份有限公司
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