CN105340025B

CN105340025B - 导体组件

Info

Publication number: CN105340025B
Application number: CN201480035177.3A
Authority: CN
Inventors: 马克·格雷弗曼; 弗里德里希·A·布泽曼; 格哈德·洛迈尔; 延斯·魏克霍尔德; 贝恩德·舒伯特; 迈克尔·H·斯塔尔德; 帕斯夸莱·扎诺利; 吉尔利亚诺·博尔卡托
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: WO2014205170A1; CA2915392A1; EP2816361B1; EP2816361A1; TW201512669A; US9739820B2; AR096656A1; CN105340025A; US20160124035A1

Abstract

一种用于电网的导体组件(1)，所述导体组件(1)包括内导体(5)、同心地布置在所述内导体(5)周围的绝缘层(10)，以及布置在所述绝缘层(10)的径向外侧，并且可作为电压传感器的感测电容器的第一电极操作的感测电极(40)。所述导体组件(1)还包括电压拾取元件(70)，所述电压拾取元件(70)包括导电主表面(71、72)，所述第一主表面(71)与所述感测电极(40、40)表面接触。所述导体组件还包括电极线(80)，所述电极线(80)与所述电压拾取元件(70)电接触和机械接触，用于将所述电压拾取元件(70)与被设置远离所述感测电极(40)的电气部件或电子部件电连接。

Description

导体组件

本发明涉及导体组件，诸如用于在电网中电力传输的缆线，所述缆线配备有电容式电压传感器。本发明还涉及包括此类导体组件的缆线，并且涉及包括此类缆线的电网。

电力网的操作者使用电压和电流传感器在所述传感器的安装位置和各个缆线上监测所述电力网的状态。在英国专利GB1058890中描述了一种用于高压和中压电力缆线的电压传感器的例子，其中缆线的绝缘导体和场感测探针电极由保护电极围绕，并且其中保护电极和探针电极连接到高增益放大器的输入端子。

在德国专利申请DE 3702735 A1中，用于缆线的电压测量设备包括电容分压器。作为电容器中的一种，高压电容器是使缆线的中心导体与包封所述中心导体的导电层绝缘而形成的。测量电容器位于所述缆线的导电层和屏蔽网之间。

日本公布的专利申请JP 60256068 A2涉及测量高压电力缆线的充电电压。所述专利申请提出了剥除电力缆线的屏蔽电极的一部分以暴露出绝缘体。导电或半导电构件部分地缠绕在绝缘体的外周边表面上以形成悬浮电极。引线嵌入到所述电极中并连接至所述电极。

某些感测电极可能难以电接触。然而，为了精确电压感测，需要到感测电极的良好的电连接。提供容易且成本有效以进行组装的导体组件看起来是可取的。本发明寻求处理此类问题。

本发明提供了用于电网的导体组件，该导体组件包括

-限定轴向方向和径向方向的内导体，

-同心地布置在所述内导体的至少轴向截面周围的绝缘层，以及

-感测电极，所述感测电极布置在所述绝缘层的径向外侧，并且可作为电压传感器的感测电容器的第一电极操作，

其特征在于所述导体组件还包括

-电压拾取元件，所述电压拾取元件包括导电第一主表面和相对的导电第二主表面，所述第一主表面与所述感测电极表面接触，以及

-电极线，所述电极线与所述电压拾取元件电接触和机械接触，用于将所述电压拾取元件与被设置远离所述感测电极的电气部件或电子部件电连接。

所述电压拾取元件包括导电主表面，所述导电主表面与所述感测电极处于延伸的表面接触。

延伸的表面接触提供了在所述电压拾取元件和所述感测电极之间进行电接触的大量的点。这可以减少跨所述感测电极和所述电压拾取元件之间接口的电阻损耗和/或电压降。所述电压拾取元件的主表面可以提供大量的甚至带有感测电极的接触点，所述感测电极是不规则形状的或具有结构化表面。

通常线被用于将感测电极的电压信号传导到远离感测电极的位置。某些感测电极可能不适用于固定或附接线到所述感测电极，例如，因为它们太薄、太易碎，或者它们的材料与焊接或熔接不兼容。电压拾取元件可以构成在线和此类感测电极之间的合适接口。可以选择电压拾取元件，使得线可以例如通过焊接、熔接或以粘接方式被固定或附接到电压拾取元件。然后，与感测电极处于延伸的表面接触的电压拾取元件的第一主表面可以提供在线和感测电极之间的电接触。

电压拾取元件的存在可以使将电极线附接或固定到感测电极废弃。这可以节省时间，并且因此可以使导体组件的制造更容易且更成本有效。

一般来说，根据本发明，导体组件可以适用于在电网中承载电力，例如，用于在国家电网中分配电力。导体组件可以适用于以50安培或更高的电流电平和以10千伏特(kV)或更高的电压承载电力。例如，导体组件可以包括中压缆线或高压缆线或此类缆线的一部分。

内导体可以是伸长的导体。它的长延伸限定轴向方向。通过垂直于轴向方向限定径向方向。内导体可以具有圆形、椭圆、矩形或不规则横截面。绝缘层可以被布置在内导体的周围，例如，同心地布置在至少内导体的轴向截面中。绝缘层可以被布置在内导体上，即，在内导体径向外表面上。另选地，中间层可以被布置在内导体和绝缘层之间。在这种情况下，可以说绝缘层被布置在内导体周围，但不在内导体上。

感测电极被布置在绝缘层的径向外侧。这包括感测电极被布置在绝缘层上即在绝缘层的径向外表面上的情况。这还包括感测电极被布置在绝缘层周围例如延伸绝缘层的整个周长的情况。这还包括中间层或中间元件被布置在感测电极和绝缘层之间的情况。

感测电极可作为电压传感器的感测电容器的第一电极操作。电压传感器可以是用于感测内导体例如相对于电接地或相对于一些其他电势的电压的电压传感器。电压传感器可以是电容式电压传感器。在这种情况下，电压传感器可以包括电容分压器。此类电容分压器可以包括彼此电连接的第一分压电容器和第二分压电容器。感测电容器可以作为第一分压电容器操作。

感测电容器可以包括第一电极、第二电极和电介质。导体组件的感测电极可作为感测电容器的第一电极操作。

导体组件的内导体可作为感测电容器的第二电极操作。另选地，电连接到导体组件的内导体的导电元件，即，“导体延伸”，可作为感测电容器的第二电极操作。

绝缘层被径向布置在内导体和感测电极之间。导体组件的绝缘层或绝缘层的一部分可作为感测电容器的电介质操作。更广义地，感测电容器的电介质可以包括导体组件的绝缘层的一部分。感测电容器可包括可作为感测电容器的电介质操作的另外的元件，例如，导体组件的另外的层。因此，电介质可以包括不只绝缘层或绝缘层的一部分。

一般来说，感测电极可以包括一块导电或半导电材料。感测电极和/或该块导电或半导电材料可以是电绝缘的，即，与导体组件的其他元件例如与内导体和/或者与屏蔽层是电绝缘的。除了用于使感测电极的信号在远离感测电极的位置处可用的电连接以外，感测电极或该块(半)导电材料可以是电绝缘的，即，与导体组件的其他元件是电绝缘的。

在本发明的具体实施例中，导体组件的内导体可以包括中压或高压电力缆线的内导体。导体组件的绝缘层可以包括绝缘高压或中压电力缆线的绝缘层。绝缘高压或中压电力缆线可以是成本有效、容易获得的装置以制造具有电压感测功能的导体组件。相反地，此类导体组件可以提供电力缆线的内导体的高精度电压感测，因为此类导体组件使用电力缆线的现有元件，所以此类导体组件可以是成本有效的。

为了感测内导体的电压，感测电极可以电连接到其他电气部件或电子部件，使得例如感测电极的电压信号对于用于感测内导体的电压的那些其他电气部件或电子部件是可取的。电压拾取元件拾取来自感测电极的电压信号。电极线与感测电极电接触和机械接触。电极线可用被用于将来自电压拾取元件的电压信号传输到那些其他部件。

电压拾取元件具有两个相对的导电主表面。主表面可彼此平行。在与第一主表面垂直的方向上电压拾取元件的延伸相对于在与第一主表面平行的方向上电压拾取元件的延伸可以是较小的。换句话说，电压拾取元件可以是薄的。例如，电压拾取元件可包括膜或箔。电压拾取元件可由膜或箔组成。

电压拾取元件的两个主表面是导电的。从而，电压拾取元件可以允许建立与感测电极的紧密电接触，并且为电极线的附接提供主表面。第一主表面和导电第二主表面可以彼此电连接。这可以使由电压拾取元件拾取的电压信号在第二主表面上是可用的。从而，第二主表面可以被用于导电元件的附接，例如，可以将电压信号传输到远程位置的电极线的附接。

电压拾取元件可具有导电主体部分。该主体部分可以被布置在第一主表面和第二主表面之间。一般来说，电压拾取元件的主表面可以通过导电主体部分彼此电连接。一般来说，电压拾取元件可以是完全导电的，并且具有两个相对的主表面。此类电压拾取元件可以是特别成本有效的且坚固的。

另选地，电压拾取元件可以具有电绝缘主体部分。该绝缘主体部分可以被布置在第一主表面和第二主表面之间。可以通过布置在非导电主体部分上的导电涂层或导电层形成第一主表面和/或第二主表面。如果在导电主表面之间的主体部分是电绝缘的，则第二主表面与第一主表面可以不是电连接的。与第一主表面电绝缘的第二主表面可作为电容器的电极操作。因此，电绝缘主体部分可以提供保持第二主表面在与第一主表面不同的电势上的可能性，其可以使电压拾取元件和导体组件更灵活。

例如，电压拾取元件可以包括金属化箔或膜，或者，一般来说，包括金属表面或金属化表面的元件。例如，电压拾取元件可以包括导电箔或膜、导电聚合物膜、导电金属膜或导电金属片。一般来说，只有第一主表面的一部分可以与感测电极处于延伸的表面接触。导电第一主表面或导电第二主表面可以是连续的。另选地，它们可以具有空隙。

一般来说，电极线可以与第二主表面机械接触和电接触。这可以是有利的，因为第二主表面可以比第一主表面更容易接近，这继而可以促进建立接触。另外，因为在第一主表面上不需要用于容纳触点的空间，所以将触点布置在第二主表面上可以允许使第一主表面和感测电极之间的接触面积最大化。

根据本发明，导体组件可以还包括电绝缘隔层。该隔层可以被径向布置在绝缘层和感测电极之间。隔层可以提供内导体和感测电极之间即感测电容器的电极之间所需的距离。隔层或隔层的一部分可作为感测电容器的另外的电介质操作。它的介电特性可以影响感测电容器的容量。因此，隔层可以允许调整感测电极的电压信号，使得电压信号在所需的范围内。隔层还可以允许覆盖感测电极的暴露部分，并且从而保护感测电极不受环境的影响。

一般来说，电压拾取元件可以包括可适形的部分或者是可适形的。适形能力可以允许电压拾取元件与感测电极适形。这可以建立与感测电极的更好的、更紧密的延伸的表面接触，并且从而减少电阻损耗，并且提高电压感测的精度。

一般来说，电压拾取元件可以在若干位置建立到感测电极的电接触。从而，电压拾取元件拾取来自感测电极的电压。在若干位置的电接触可以避免只在感测电极上的一个位置具有电接触的缺点。首先，如果一个触点是例如不完整的、被腐蚀的或损坏的，则在若干位置的电接触可以避免由在一个位置中的坏的电接触产生的问题。在腐蚀或损坏的情况下，在电压拾取元件上无法测得电压或仅可测得较低的电压，导致传感器的不正确电压读数。其次，其也避免了由于从感测电极的边缘行进到单个接触位置的电子在较长路径上受到感测电极的电阻这一事实而引起的问题。继而所述问题又可以引起电压降，并且最终导致测得较不精确的电压。

相比之下，根据本发明的具有电压拾取元件的导体组件可以在电压拾取元件的不同位置上，并从而在感测电极的不同位置上提供大量接触点。这创建冗余，使得单个被腐蚀的、不完整的或被损坏的接触点不能导致电压的错误测量。另外，大量接触点将缩短电子从感测电极的边缘到电压拾取元件上的下一个最近的接触位置所必须行进的路径。这可以引起小得多的电压降和较高精度的电压读数。

电压拾取元件可以是例如通过电极线可电连接或连接到电路板。如果感测电极被布置在闭合件中，则电路板可以被布置在与感测电极相同的闭合件中。如果感测电极由套筒覆盖，则电路板可以由与感测电极相同的套筒覆盖。

电极线适用于将电压拾取元件与电气部件或电子部件电连接，例如，与远离感测电极的电气部件或电子部件电连接。电极线与电压拾取元件电接触和机械接触。电极线是导电的。

电极线可以是伸长的，并且可以具有第一末端部分和第二相对的末端部分。电极线的第一末端部分可以与电压拾取元件电接触和机械接触。它可以与电压拾取元件的第一主表面或与电压拾取元件的第二主表面电接触和机械接触。第一末端部分可以附接或固定到电压拾取元件。第一末端部分可以附接或固定到电压拾取元件的第一主表面或者附接或固定到电压拾取元件的第二主表面。例如，第一末端部分可以通过焊接或熔接或以粘接方式附接或固定到第一主表面或第二主表面。

电极线可以是柔性的。电极线可以是绝缘线或者包括绝缘的部分。绝缘的或部分绝缘的电极线可以包括不绝缘的末端部分。这可以有利于电极线接触电压拾取元件或者电气部件或电子部件。

现在将参考以下示例了本发明特定实施例的附图更详细地来描述本发明。这些图未按比例绘制，并且为了更大的清晰度，一些尺寸，特别是某些层的一些厚度被放大。

图1是根据本发明的第一导体组件的示意性横截面图；

图2是根据本发明的第二导体组件的示意性横截面图；

图3是根据本发明的第三导体组件的示意性横截面图；

图4是根据本发明包括多层电路板的第四导体组件的示意性横截面图；

图5是根据本发明的第一导体组件的概略透视图。

本发明的各种实施例在本文下面有所描述并在所述附图中示出，其中类似的元件具有相同的附图标记。

图1是根据本发明的第一导体组件1和电路板的示意性横截面图。绝缘层10被同心地布置在圆形横截面的内导体5上。内导体5和绝缘层10是高压电力缆线的内导体和绝缘层。导体5纵向垂直于附图的平面延伸，限定径向方向和轴向方向。指向离开内导体5的中心的径向方向120由箭头120指示，轴向方向垂直于附图的平面。

感测电极40被布置在绝缘层10的径向外侧，并且被布置在绝缘层10上。感测电极40是导电的并且包括一块导电金属箔。感测电极40在横截面中在绝缘层10的周长的一部分周围(即，大约周长的五分之一周围)延伸。感测电极40被以粘接方式附接到绝缘层10。感测电极40和内导体5可作为感测电容器的电极操作，其中绝缘层10布置在电极之间可作为感测电容器的电介质操作。继而，感测电容器是电连接的，以便可作为电容分压器中的第一分压电容器操作。电容分压器包括第二分压电容器(未示出)，第二分压电容器与第一分压电容器且与电接地电连接。电容分压器是用于感测内导体5相对于电接地的电压的传感器的一部分。

内导体5和绝缘层10被包括在高压电力缆线中。在距图1的横截面截取的区域的轴向距离处，该缆线包括另外的层：缆线包括布置在绝缘层10上的半导电层、布置在半导电层上的屏蔽层，以及布置在屏蔽层周围的缆线护套。在感测电极40被布置在绝缘层10上的轴向截面中，已经去除了缆线的外层以便暴露绝缘层10。感测电极40被应用在缆线的剥离截面中的绝缘层10上。

导体组件1还包括电压拾取元件70。电压拾取元件70具有第一主表面71和相对的第二主表面72。电压拾取元件70是导电聚合物膜。因为聚合物膜本身是导电的，所以电压拾取元件70的主表面71、主表面72也是导电的。第一主表面71被布置在感测电极40的径向外主表面上。因此，电压拾取元件70的第一主表面71与感测电极40表面接触。感测电极40和电压拾取元件70的第一主表面71是电连接的，并且在相同的电势上。因此，可以说电压拾取元件70拾取感测电极40的电压。由于这些元件之间延伸的接触区域，感测电极40和电压拾取元件70之间的电阻损耗被减少。在横截面中，相比感测电极40延伸，电压拾取元件70在绝缘层10的周长的较小部分周围延伸。

导电电极线80在第二主表面72上的接触点90处附接到电压拾取元件70。导电电极线80的末端部分被焊接到接触点90，使得电极线80与电压拾取元件70电接触和机械接触。接触点90是导电的，并且将电压拾取元件70和电极线80彼此电连接。从而，电极线80、接触点90、电压拾取元件70和感测电极40彼此电连接。

电极线80从接触点90延伸到电路板100。电极线80的末端部分附接到电路板100。在电路板100上，电极线80电连接到另外的电容器。该另外的电容器是电容分压器的第二分压电容器。电容分压器允许感测内导体5相对于电接地的电压。用于该电压感测的电路是已知的。除另外的电容器之外，用于感测内导体5的电压的其他电气部件或电子部件被布置在电路板100上。另外的电容器和其他电气部件或电子部件和/或电路板100被布置离开感测电极40超过10毫米，换句话说，它们被布置远离感测电极40。电极线80使感测电极40的电压信号在远离感测电极40的位置处是可用的。

图2是根据本发明的第二导体组件1'和电路板100的示意性横截面图。在横截面中，第二导体组件1'和电路板100与图1所示的第一导体组件1和电路板100相同，不同的是感测电极40'在绝缘层10的整个周长周围延伸。另外，在第二导体组件1'中，内导体5和绝缘层10分别是高压电力缆线的内导体和绝缘层。由缆线的半导电层的环形部分形成感测电极40'，缆线的半导电层的环形部分与缆线的半导电层的其他部分是电绝缘的。该半导电层是缆线的规则层。在图2的横截面中所示的缆线的剥离部分中，除了在半导电层的环形轴向截面被留在绝缘层10上的缆线的轴向截面中，已经去除了半导电层以便暴露缆线的绝缘层10。该环形截面形成图2中可见的感测电极40。剩余的环形截面与没有通过剥离去除的缆线的半导电层的其他部分是电绝缘的，使得该环形截面可以用作感测电极40'。

电压拾取元件70和电极线80与图1中所示的导体组件中对应的元件是相同的。同样，电路板100远离感测电极40'进行定位。

图3是根据本发明的第三导体组件1”的另外的示意性横截面图。它类似于第一导体组件1，不同的是存在隔层25，隔层25被布置在绝缘层10的外表面上，并且因此在绝缘层10和感测电极40之间。在横截面中，隔层25在绝缘层10的整个周长周围延伸。由于隔层25的一部分被布置在绝缘层10和感测电极40之间，所以隔层25可作为感测电容器的另外的电介质操作，感测电容器包括内导体5和感测电极40作为电极，并包括绝缘层10作为电介质。隔层25在感测电极40和内导体5之间建立一定距离。通过选择隔层25的具体厚度和具体电性质，可以调整在感测电极40上的电压信号，使得该信号对于给定的内导体电压在一定电压范围内。

图4是根据本发明的第四导体组件1”'的另外的示意性横截面图。它类似于第一导体组件1，不同的是电压拾取元件70'包括多层电路板240。多层电路板240具有第一表层230和相对的第二表层210。表层210、表层230两者均是导电的。表层210、表层230是多层电路板240的最外层。第一表层230包括电压拾取元件70'的第一主表面71。第二表层210包括电压拾取元件70'的第二主表面72。中间层220被布置在表层210、表层230之间。中间层220包括导电通孔225，导电通孔225提供第一表层230和第二表层210之间的电连接。从而，电压拾取元件70'的第一主表面71和第二主表面72彼此电连接。

中间层220可以容纳用于处理从感测电极40拾取的电压信号的电气部件或电子部件227。中间层220可以容纳用于将表层210、表层230和/或电气部件或电子部件彼此电连接的导电迹线(未示出)。

图5是图1的第一导体组件1和电路板100的概略透视图。导体组件1包括高压电力缆线2。缆线2包括同心地布置在内导体5(不可见的)周围的绝缘层10。导体5限定径向方向120和由双箭头110指示的轴向方向。半导电层20被同心地布置在绝缘层10周围，并且电绝缘缆线护套30被布置在缆线2的半导电层20周围。在轴向截面中，缆线2进行了剥离，即，缆线护套30和半导电层20被去除，使得绝缘层10被暴露。在被剥离截面中，感测电极40被布置在绝缘层10上，并且电压拾取元件70被布置在感测电极40上，使得感测电极40被径向布置在绝缘层10和电压拾取元件70之间。在缆线2的节段中截取图1的横截面，在缆线2的节段中感测电极40和电压拾取元件70被布置在绝缘层10上。

电极线80在连接点90处附接到电压拾取元件70。电极线80将感测电极40的电压信号传导到远程定位的电路板100，电容分压器的第二分压电容器(未示出)被布置在电路板100上，电容分压器的第二分压电容器是用于感测内导体5的电压的电压传感器的一部分。

Claims

1.一种用于电网的导体组件(1、1'、1”、1”')，所述导体组件(1、1'、1”、1”')包括

-内导体(5)，所述内导体(5)限定轴向方向(110)和径向方向(120)，

-绝缘层(10)，所述绝缘层(10)同心地布置在所述内导体(5)的至少轴向截面周围，

-感测电极(40、40')，所述感测电极(40、40')布置在所述绝缘层(10)的径向外侧，并且可作为电压传感器的感测电容器的第一电极操作，

-所述内导体或导体延伸能够作为电压传感器的感测电容器的第二电极操作，

所述导体组件(1、1'、1”、1”')还包括

-电压拾取元件(70、70')，

所述电压拾取元件(70、70')包括导电第一主表面(71)和相对的导电第二主表面(72)，所述第一主表面(71)与所述感测电极(40、40')表面接触，和

-电极线(80)，所述电极线(80)与所述电压拾取元件(70、70')电接触和机械接触，用于将所述电压拾取元件(70、70')与被设置远离所述感测电极(40、40')的电气部件或电子部件电连接，

其特征在于

所述电压拾取元件包括可适形的部分或者是可适形的。

2.根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”、1”')，其中所述电压拾取元件(70、70')的所述第一主表面(71)和所述第二主表面(72)彼此电连接。

3.根据权利要求2所述的导体组件(1、1'、1”、1”')，其中所述电极线(80)与所述电压拾取元件(70、70')的所述第二主表面(72)机械接触和电接触。

4.根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”)，其中所述电压拾取元件(70)具有布置在所述第一主表面(71)和所述第二主表面(72)之间的导电主体部分。

5.根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”)，其中所述电压拾取元件(70)包括导电金属膜或金属化膜。

6.根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”)，其中所述电压拾取元件(70)包括导电聚合物膜。

7.根据权利要求1所述的导体组件(1”)，还包括径向布置在所述绝缘层(10)和所述感测电极(40、40')之间的电绝缘隔层(25)。

8.根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”、1”')，其中所述内导体(5)包括中压或高压电力缆线(2)的内导体，并且其中所述绝缘层(10)包括中压或高压电力缆线(2)的绝缘层。

9.根据权利要求1所述的导体组件(1”')，其中所述电压拾取元件(70')包括具有导电第一表层(230)和相对的导电第二表层(210)的多层电路板(240)，并且其中所述电压拾取元件(70')的所述第一表面(71)包括所述第一表层(230)的至少一部分。

10.根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”、1”')，其中所述感测电极(40、40')和所述电压拾取元件(70、70')被包括在缆线辅助装置、缆线接头主体或缆线端子主体中。

11.一种高压或中压电力缆线(2)，所述高压或中压电力缆线(2)包括根据权利要求1所述的导体组件(1、1'、1”、1”')。

12.一种电网，所述电网包括根据权利要求11所述的高压或中压电力缆线(2)。