一种断路器开关用电容型内置式电压传感器设计

陆汉兵 吴兴燕

摘 要：当前，我国配电系统发展迅猛，且随着居民生活水平的日益提高，人们对电力系统的各项性能又提出了高要求与新标准，基于此背景，本文对一种断路器开关用电容型内置式电压传感器设计进行了论述，旨在全面排除电力系统运行中的重大故障隐患，并有效保障工作人员及配电设备的安全。

关键词：断路器开关；电容型内置式；电压传感器；设计

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0134-02

在本次研究设计中，采用配网自动化采样控制相关技术，对一种断路器开关用电容型内置式电压传感器进行设计，确保新型传感器功能强大、适用范围广、兼容性强。除此之外，小信号输出可进行直接转换，无须二次转换，从而有效保障工作人员及设备的安全。

1 背景技术

近年来，随着现代科技的快速发展，微机型继电保护装置已被广泛应用于电力领域，因此，在维护及修复电力故障时，应将能量流与信息流进行间隔，监测设备可直接实现对高功率输出的传感器采样。现阶段，我国电网情况日益复杂，因此传感器设计需以提高功率因数及改善电网质量为切入点，采用智能化电流电压互感器。由于ZW20断路器柱上开关存在一定缺陷，无法满足当前电力工业的发展需求，因此，开展对一种配电设备用断路器开关用电容型内置式电压传感器设计的研究工作势在必行。

2 项目设计内容

本文研究目的为设计一种断路器开关用电容型内置式电压传感器（常见传感器如图1所示），其结构简单，功能强大，能有效保障电力人员及设备的安全。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种断路器开关用电容型内置式电压传感器的设计思路需从固定底座与屏蔽双绞线两部分出发；在固定底座上分别配制三台相零序一体化传感器，并从三个输出口对电路进行连接，本次设计所采用的相零序一体化传感器的壳体内部由相序聚丙烯电容以及高压端零序聚丙烯电容组成；以上所述两者均采用环氧混合料，该材料可封闭密封绝缘，从而起到确保各个配电设备不被氧化的作用；此外，该新型传感器采用四根屏蔽双绞线分别对信号进行传输，并保障电力信号从A相、B相、C相电路的电压相继输出（传感器工作原理如图2所示）。

预期效果：使得本次设计出的新型电压传感器较传统结构而言具有以下优势：（1）新型传感器采用环氧树脂混合料同环氧树脂壳体，并结合高压端相序聚丙烯电容以及高压端零序聚丙烯电容混合料整体密封技术，对整个设备进行了绝缘处理，从而保障聚丙烯电容不受影响，延长了传感器各个配件的全周期使用寿命；（2）设备中各项高压电容及低压电容的材料均一致，增强其稳定性；（3）相序、零序信号采用同一材料二次电容进行并联微调，并能根据配电运行状况进行自我调节，在负荷不同的情况下，符合比值差要求；（4）采用常温环氧树脂混合料对设备整体进行粘合，真正做到节能、环保，为新兴能源的开发提供有效依据。

总之，通过本次研究设计所得的传感器适用范围广，兼容性强。此外，该新型传感器功能强大，小信号可直接进行输出，无须二次转换，在一定程度上减轻了电力人员的工作任务，从而促进了电力工业的“数字化、智能化、网络化”建设。小电压信号的直接传输有利于降低电力系统运行中的重大故障隐患发生率。

3 具体功能实施与应用

为了对本次研究进行进一步清晰说明，以下笔者将对本实用新型传感器作如下详细说明：

由图3可见，在该实用新型传感器结构中，8和9分别为传感器固定底座与屏蔽双绞线，两者作用在于对传感器进行固定，并将一体化传感器置于底座上，对位置进行固定后，再从A相、B相、C输出口对电路进行对应连接；2为壳体，4为高压端相序聚丙烯电容，5为高压端零序聚丙烯电容，1为壳体上端设置的出线端口；壳体与高压端相序聚丙烯电容的空隙间需加入环氧混合料，即3；6为低压端相序聚丙烯电容，6分别与三台相零序一体化传感器进行对应连接，此外，7为共用的低压端零序聚丙烯电容；总而言之，传感器中各项元件间的相互协作，实现了A相、B相、C相电路信号的同时传输。

本实用新型的具体实施：本次设计采用的高压电容共六个，为电压的一次电容，分别输出三相零序一次电压，从而使各项设备工作效率得到有效提高；压电容共四个，为电压的二次电容，分别输出三相相序二次电压和共用二次零序电压。以上两种电容均为两路组合成一个输入端子，再分为两路小电压信号输出；三相六路输出，另有三路零序输出再合并成一路零序输出，正好成四路输出，为三个相序加一个零序。由图3与图5可知，A相、B相、C相电路需采用高压端相零序聚丙烯电容来实现对电压小信号的输出，这种输入方式能有效保证相序与零序电压小信号的同时输出互不干扰，极大程度上提高了新型内置式电压传感器的各项性能（新型电容型内置式电压传感器电路结构如图4）。

由新型电容型电压传感器结构原理图（图3）可知，本次设计所采用的不锈钢固定底座能对内部元件进行良好的固定，并同时实现对二次微调电容的比值差调节，以此满足不同条件下，配电设备对负荷比值差的要求。除此之外，本次设计还采用八芯成对屏蔽双绞线对电压信号进行输出，除保证了传感器内部设备所有电压的相序与零序四对信号同时输出外，还在极大程度上提高了电容型内置式电压传感器的综合工作效率与质量，关于具体设计方案还需与客户沟通交流，尽最大可能满足客户所需。

简言之，在本次实用新型传感器的设计研究中，其结构均采用内部线路的智能组合模式，将三相电压采样、检测、修复等多种性能进行有机结合，并应用于配电设备一二次融合柱上开关中，从而充分促进一二次深度融合。除此之外，还需对整个产品内部零部件进行依次排列，避开电磁场干扰，对设备元件进行有机结合，从而实现对四路电压小信号的同时输出。

针对材料的选取而言，相较于传统设计方式，本次设计采用双路聚丙烯高压一次电容与聚丙烯低压二次电容进行共同分压采样，来进行对各项元件的测量和保护及放电。采用常温环氧树脂同环氧树脂外壳对设备整体进行封闭绝缘，采用不锈钢固定底座，有利于增强系统稳定性，节约投资成本，便于设备后期维护与修复。并且，由上述内容可知，产品输出为小电压信号，几乎对各项控制设备不产生影响，可直接利用仪表、继电保护装置等二次综合自动化设备接口，从而实现电压采样、测量、保护、零序与放电的多功能要求。由此可见，本次设计所得的实用性传感器结构简单，低能耗，工作效率高，全周期使用寿命长。

4 结语

综上所述，在本次设计中，该传感器采用新型用环氧树脂外壳、聚丙烯电容用常温环氧树脂混合料为原材料，并实现对电压信号的同时输出，除能有效减少能源消耗外，还能在一定程度上促进人类健康水平的整体提升。对所属领域的技术人员而言，其具体设计方案可能还会根据所在地域的环境情况而有所变化，但大致设计思路不变，通过本文对一种断路器开关用电容型内置式电压传感器进行设计，以期为我国配电系统的健康发展提供参考依据。

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