一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器及方法与流程

本发明涉及变电领域与测量测试领域，尤其涉及一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器及方法。

背景技术：

1、断路器是电网中数量最为庞大的电力设备，起着控制和保护的作用，一旦发生故障，不但会直接导致电网事故，还会导致现有事故的扩大，给国民经济和社会稳定带来巨大的负面影响。触头的烧蚀程度是断路器寿命的决定性因素之一。动态电阻法可以直接获得准确的触头状态，但是传统动态电阻中电压的检测均需要断路器停电并使用外加电源。该方法对已投入运行的断路器有一定的损伤性，且停电测量往往需要改变断路器原本的开断速度等参数。故实现运行条件下对动态电阻中电压部分的测量成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器及方法，通过非接触式的电压传感器测量运行状态下断路器的电压，提高了对断路器进行电压测量的便捷性与安全性。

2、第一方面，本发明实施例提供一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，包括金属极板、高压瓷片电容器以及信号采集处理器；

3、其中，所述金属极板用于耦合与目标断路器相连的导线，以形成第一电容；

4、所述高压瓷片电容器用于与所述金属极板形成串联电路，以形成第二电容，进而在所述串联电路中与所述第一电容进行分压，其中，所述第二电容对应的电压为第二电压；

5、所述信号采集处理器用于获取所述串联电路中的第二电压，并根据所述第二电压计算出所述目标断路器对应的目标电压。

6、本发明实施例提供一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，通过与断路器连接的导线、金属极板和高压瓷片电容器构建了一个具备两个电容的串联电路，并通过信号采集处理器获取串联电路上第二电容对应的第二电压，利用串联电路电容分压原理，基于第二电压计算出断路器所对应的目标电压，实现非接触测量断路器电压。在测量过程中，无需对断路器停电并外加电源，可以针对性的进行测量，提高了对断路器进行电压测量的便捷性与安全性。

7、优选的，所述金属极板为不锈钢板或紫铜板。

8、本发明实施例进一步限定了金属极板的材料种类，由于目标断路器通常带有几千伏特的高电压，所以需要使用不锈钢板或紫铜板作为金属极板，提高与目标断路器进行耦合时的安全性以及所组成的串联电路的稳定性。

9、在一种可能实现的方式中，所述高压瓷片电容器用于与所述金属极板形成串联电路，具体为：

10、所述高压瓷片电容器位于pcb电路板中，所述高压瓷片电容器的一端通过探头夹子与所述金属极板相连，所述高压瓷片电容器的另一端接地，进而形成所述串联电路。

11、在一种可能实现的方式中，所述信号采集处理器包括示波器采集卡、处理器和显示装置；

12、其中，示波器采集卡用于通过导线获取所述第二电容上的电压信号；

13、所述处理器用于将所述电压信号转换为所述第二电压，并根据所述第二电压计算出所述目标断路器对应的目标电压；

14、所述显示装置用于显示所述目标电压。

15、本发明实施例提供一种信号采集处理器，通过所述串联电路将断路器触头上几千伏特的高电压转换为几伏特的第二电压，进而可以使用示波器采集卡获取第二电压的电压信号，然后使用处理器将电压信号转换为第二电压并根据第二电压反推出断路器所对应的目标电压，实现了对千伏特级电压的无接触测量，并通过显示器直接显示目标电压的具体数值，提高了对断路器进行电压测量的便捷性与安全性。

16、进一步的，所述根据所述第二电压计算出所述目标断路器对应的目标电压，具体为：

17、根据所述金属极板自身的规格参数以及所述目标断路器相连的导线的长度和直径，计算出所述第一电容的具体数值；

18、根据所述第一电容的具体数值、所述第二电压以及所述第二电容的具体数值计算出所述目标断路器对应的目标电压。

19、本发明实施例进一步说明了处理器根据第二电压计算出断路器所对应的目标电压的具体过程，根据金属极板和与金属板耦合的导线的自身规格参数确定第一电容的具体数值，进而基于串联电路分压原理，根据第一电容、第二电容以及示波器采集卡获取的第二电压计算出断路器所对应的目标电压，在不对扰断路器所在电路的正常运行产生影响的同时获取断路器的实时电压，提高了对断路器进行电压测量的便捷性与安全性。

20、进一步的，所述根据所述金属极板自身的规格参数以及所述目标断路器相连的导线的长度和直径，计算出所述第一电容的具体数值，具体公式为：

21、

22、其中，c1为所述第一电容的具体数值，l为被测导线的长度，2r为被测导线的直径，a、b分别为金属极板平行于导线方向和垂直于导线方向的长度，h为金属板与导线的距离，ε0为真空介电常数。

23、进一步的，所述根据所述第一电容的具体数值、所述第二电压以及所述第二电容的具体数值计算出所述目标断路器对应的目标电压，具体公式为

24、u＝u2(c1+c2)/c1

25、其中，u为所述目标断路器对应的目标电压，u2为所述第二电压，c1、c2分别为所述第一电容和第二电容的具体数值。

26、第二方面，相应的，本发明实施例提供一种用于测量运行状态下的断路器电压的方法，在断路器正常运行的过程中，使用本发明提供的任意一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器以无接触的方式测量所述断路器的实时电压。

27、本发明实施例提供一种用于测量运行状态下的断路器电压的方法，通过使用本发明提供的传感器测量以无接触的方式测量所述断路器的实时电压。本方法利用串联电路电容分压原理，基于传感器自身电路中的第二电压计算出断路器所对应的目标电压，实现非接触测量断路器电压，在测量过程中，无需对断路器停电并外加电源，可以针对性的进行测量，提高了对断路器进行电压测量的便捷性与安全性。

技术特征：

1.一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，包括金属极板、高压瓷片电容器以及信号采集处理器；

2.如权利要求1所述的一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，所述金属极板为不锈钢板或紫铜板。

3.如权利要求1所述的一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，所述高压瓷片电容器用于与所述金属极板形成串联电路，具体为：

4.如权利要求1所述的一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，所述信号采集处理器包括示波器采集卡、处理器和显示装置；

5.如权利要求4所述的一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，所述根据所述第二电压计算出所述目标断路器对应的目标电压，具体为：

6.如权利要求5所述的一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，所述根据所述金属极板自身的规格参数以及所述目标断路器相连的导线的长度和直径，计算出所述第一电容的具体数值，具体公式为：

7.如权利要求5所述的一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器，其特征在于，所述根据所述第一电容的具体数值、所述第二电压以及所述第二电容的具体数值计算出所述目标断路器对应的目标电压，具体公式为u＝u2(c1+c2)/c1

8.一种用于测量运行状态下的断路器电压的测量方法，其特征在于，在断路器正常运行的过程中，使用如权利要求1至7中所述的任意一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器以无接触的方式测量所述断路器的实时电压。

技术总结
本发明提供了一种用于测量运行状态下的断路器电压的传感器及方法，所述传感器包括金属极板、高压瓷片电容器以及信号采集处理器；其中，所述金属极板用于耦合与目标断路器相连的导线，以形成第一电容；所述高压瓷片电容器用于与所述金属极板形成串联电路，以形成第二电容，进而在所述串联电路中与所述第一电容进行分压，其中，所述第二电容对应的电压为第二电压；所述信号采集处理器用于获取所述串联电路中的第二电压，并根据所述第二电压计算出所述目标断路器对应的目标电压，通过非接触式的电压传感器测量运行状态下断路器的电压，提高了对断路器进行电压测量的便捷性与安全性。

技术研发人员：姚聪伟,周丹,孙帅,李健俊,庞小峰,杨贤,李兴旺,张炳球,蔡玲珑,邰彬,孙文星,李端姣,刘建明
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11