ДАТЧИК ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКРЫВАЮЩИМИСЯ ПО ОСИ ЭЛЕКТРОДАМИ

1. Датчик высокого напряжения для измерения напряжения между первой и второй контактными точками (2, 3, 20, 30, 21, 31), содержащий
изолятор (1) из изолирующего материала, проходящий вдоль осевого направления между первой и второй контактными точками (2, 3, 20, 30, 21, 31),
множество проводящих электродов (Eij, Es), расположенных в упомянутом изоляторе (1), причем упомянутые электроды (Eij, Es) взаимно разделены упомянутым изолирующим материалом и связаны друг с другом емкостной связью,
по меньшей мере один датчик (6) электрического поля, расположенный по меньшей мере в одной полости (7; 70, 71) датчика, в частности, точно в одной полости (7) датчика упомянутого изолятора (1),
при этом по меньшей мере для части упомянутых электродов (Eij, Es) каждый электрод по оси перекрывается по меньшей мере с другим из упомянутых электродов (Eij, Es),
причем упомянутые электроды (Eij, Es) расположены так, чтобы создавать в упомянутой полости (7; 70, 71) датчика электрическое поле, имеющее среднюю напряженность поля, большую, чем упомянутое напряжение, поделенное на расстояние между упомянутой первой и упомянутой второй контактными точками (2, 3, 20, 30, 21, 31).
2. Датчик высокого напряжения по п.1, в котором по меньшей мере один из упомянутых электродов (Eij, Es) является экранирующим электродом (Es), радиально окружающим упомянутую полость (7; 70, 71) датчика.
3. Датчик высокого напряжения по п.1, содержащий по меньшей мере первый первичный электрод (Е11), электрически соединенный с первой контактной точкой (2; 20, 21), и второй первичный электрод (Е21), электрически соединенный со второй контактной точкой (3; 30, 31), при этом упомянутые электроды (Eij, Es) формируют емкостный делитель напряжения между первым и вторым первичными электродами (E11, E21).
4. Датчик высокого напряжения по п.1, в котором упомянутый датчик (6) поля по оси перекрывается с упомянутым первым первичным электродом (Е11), а также с упомянутым вторым первичным электродом (E21), и, в частности, упомянутый датчик (6) электрического поля измеряет линейный интеграл поля по длине 1 упомянутого датчика (6) поля.
5. Датчик высокого напряжения по п.2, в котором упомянутый датчик (6) поля по оси перекрывается с упомянутым первым первичным электродом (Е11), а также с упомянутым вторым первичным электродом (Е21), и, в частности, упомянутый датчик (6) электрического поля измеряет линейный интеграл поля по длине 1 упомянутого датчика (6) поля.
6. Датчик высокого напряжения по п.3, в котором упомянутый датчик (6) поля по оси перекрывается с упомянутым первым первичным электродом (Е11), а также с упомянутым вторым первичным электродом (Е21), и, в частности, упомянутый датчик (6) электрического поля измеряет линейный интеграл поля по длине 1 упомянутого датчика (6) поля.
7. Датчик высокого напряжения по п.1, в котором упомянутый по меньшей мере один датчик (6) электрического поля является датчиком локального электрического поля, который измеряет упомянутое поле только на части осевой длины полости датчика.
8. Датчик высокого напряжения по п.2, в котором упомянутый по меньшей мере один датчик (6) электрического поля является датчиком локального электрического поля, который измеряет упомянутое поле только на части осевой длины полости датчика.
9. Датчик высокого напряжения по п.3, в котором упомянутый по меньшей мере один датчик (6) электрического поля является датчиком локального электрического поля, который измеряет упомянутое поле только на части осевой длины полости датчика.
i
i
i
i
10. Датчик высокого напряжения по любому из пп.1-9, в котором для каждой полости (7; 70, 71) датчика упомянутые электроды (Eij, Es) содержат первый набор электродов E1, где i=1…N1, и второй набор электродов E2, где i=1…N2, причем электроды E1 первого набора расположены в первой области (10) упомянутого изолятора (1) и первая область (10; 100, 101) проходит от плоскости (16; 160, 161) отсчета упомянутой полости (7; 70, 71) датчика к упомянутой первой контактной точке (2; 20, 21), а электроды Е2 второго набора расположены во второй области (11; 110, 111) упомянутого изолятора (1) и вторая область (11; 110, 111) проходит от упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета к упомянутой второй контактной точке (3; 30, 31), при этом упомянутая плоскость (16; 160, 161) отсчета проходит в радиальном направлении через упомянутую полость (7; 70,71) датчика и, в частности, N1=N2.
11. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором первый электрод Е11 упомянутого первого набора образует упомянутый первый первичный электрод, и первый электрод Е21 упомянутого второго набора образует упомянутые вторые первичные электроды.
i
i+1
i+1
i
12. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором для каждого набора j электродов электроды Ej и Ej по оси перекрываются в осевом направлении вдоль упомянутой секции перекрытия, при этом в упомянутой секции перекрытия электрод Ej расположен по радиусу в направлении наружной стороны от электрода Ej.
i
i+1
i+1
i
13. Датчик высокого напряжения по п.11, в котором для каждого набора j электродов электроды Ej и Ej по оси перекрываются в осевом направлении вдоль упомянутой секции перекрытия, при этом в упомянутой секции перекрытия электрод Ej расположен по радиусу в направлении наружной стороны от электрода Ej.
14. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором для каждого набора j электродов
каждый электрод имеет центральный конец (14), обращенный к упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета, и контактный конец (15), расположенный по оси напротив упомянутого центрального конца (14),
i+1
i
i+1
i
центральный конец (14) электрода Ej находится ближе к упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета, чем центральный конец (14) электрода Ej, а контактный конец (15) электрода Ej находится ближе к упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета, чем контактный конец (15) электрода Ej,
i+1
i
i
i+1
i
i
центральный конец (14) электрода Ej имеет осевое расстояние Bj от центрального конца (15) электрода Ej, и контактный конец (14) электрода Ej имеет осевое расстояние Cj от контактного конца (14) электрода Ej, и
i
i+1
i+1
i
электроды Ej и Ej по оси перекрываются друг с другом между контактным концом (15) электрода Ej и центральным концом (14) электрода Ej.
15. Датчик высокого напряжения по п.13, в котором для каждого набора j электродов
каждый электрод имеет центральный конец (14), обращенный к упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета, и контактный конец (15), расположенный по оси напротив упомянутого центрального конца (14),
i+1
i
i+1
i
центральный конец (14) электрода Ej находится ближе к упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета, чем центральный конец (14) электрода Ej, а контактный конец (15) электрода Ej находится ближе к упомянутой плоскости (16; 160, 161) отсчета, чем контактный конец (15) электрода Ej,
i+1
i
i
i+1
i
i
центральный конец (14) электрода Ej имеет осевое расстояние Bj от центрального конца (15) электрода Ej, и контактный конец (14) электрода Ej имеет осевое расстояние Cj от контактного конца (14) электрода Ej, и
i
i+1
i+1
i
электроды Ej и Ej по оси перекрываются друг с другом между контактным концом (15) электрода Ej и центральным концом (14) электрода Ej.
i
i
i
i
i
i
i
i
16. Датчик высокого напряжения по п.14, в котором для каждого набора j электродов осевое расстояние Bj меньше, чем осевое расстояние Cj, и/или в котором каждый набор j электродов имеет разное i-e осевое расстояние Bj (например. B1≠B2) и/или разное i-e осевое расстояние C1 (например, C1≠C2).
i
i
17. Датчик высокого напряжения по п.14, в котором для каждого набора j электродов осевые расстояния Bj, по существу, равны общему расстоянию B и/или осевые расстояния Cj, по существу, равны общему расстоянию C.
18. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором упомянутый экранирующий электрод (Es) по оси перекрывается по меньшей мере с одним электродом упомянутого первого набора и по меньшей мере с одним электродом упомянутого второго набора,
6
6
6
6
и, в частности, экранирующий электрод (Es) по оси перекрывается с радиально наиболее удаленным от оси электродом (Е1) упомянутого первого набора и с радиально наиболее удаленным от оси электродом (Е2) упомянутого второго набора и расположен радиально снаружи от упомянутых наиболее удаленных от оси электродов (Е1, Е2) упомянутого первого и упомянутого второго наборов.
19. Датчик высокого напряжения по п.2 или 17, в котором упомянутый экранирующий электрод (Es) по оси перекрывается по меньшей мере с одним электродом упомянутого первого набора и по меньшей мере с одним электродом упомянутого второго набора,
6
6
6
6
и, в частности, экранирующий электрод (Es) по оси перекрывается с радиально наиболее удаленным от оси электродом (Е1) упомянутого первого набора и с радиально наиболее удаленным от оси электродом (Е2) упомянутого второго набора и расположен радиально снаружи от упомянутых наиболее удаленных от оси электродов (Е1, Е2) упомянутого первого и упомянутого второго наборов.
20. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором упомянутые электроды расположены асимметрично относительно плоскости (16, 160, 161) отсчета, и/или упомянутые электроды заделаны в материал изолятора, обладающий разными диэлектрическими постоянными по обеим сторонам плоскости (16, 160, 161) отсчета.
21. Датчик высокого напряжения по п.18, в котором упомянутые электроды расположены асимметрично относительно плоскости (16, 160, 161) отсчета, и/или упомянутые электроды заделаны в материал изолятора, обладающий разными диэлектрическими постоянными по обеим сторонам плоскости (16, 160, 161) отсчета.
i
1
3
i
2
4
22. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором по меньшей мере для одной полости (7; 70, 71) датчика первый набор электродов E1 образует первую емкость (C, С), и второй набор электродов E2 образует вторую емкость (С, C).
1
3
2
4
1
2
3
4
23. Датчик высокого напряжения п.22, в котором первая емкость (C, С) и вторая емкость (С, С) выполнены большими, чем любая паразитная емкость, присутствующая в установленном состоянии датчика высокого напряжения, и/или отношение первой и второй емкости (C/С, С/С) находится в диапазоне 1,1-1,5.
1
3
2
4
24. Датчик высокого напряжения по п.22, в котором для увеличения первой емкости (C, С) выше второй емкости (С, С):
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
первый набор электродов E1 содержит или состоит из i-x электродов E1, имеющих более длинные осевые длины, чем i-e электроды E2 второго набора; и/или первый набор электродов E1 содержит другое количество электродов, чем второй набор электродов E2; и/или первый набор электродов E1 содержит другой интервал (Р) между электродами E1 по сравнению со вторым набором электродов E2; и/или выбранные соседние электроды в первом и/или втором наборе электрически замыкаются накоротко; и/или первый набор электродов E1 содержит материал изоляции с более высокой диэлектрической постоянной, чем второй набор электродов E2.
1
3
2
4
25. Датчик высокого напряжения по п.23, в котором для увеличения первой емкости (C, С) выше второй емкости (С, С):
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
первый набор электродов E1 содержит или состоит из i-x электродов E1, имеющих более длинные осевые длины, чем i-e электроды E2 второго набора; и/или первый набор электродов E1 содержит другое количество электродов, чем второй набор электродов E2; и/или первый набор электродов E1 содержит другой интервал (Р) между электродами E1 по сравнению со вторым набором электродов E2; и/или выбранные соседние электроды в первом и/или втором наборе электрически замыкаются накоротко; и/или первый набор электродов E1 содержит материал изоляции с более высокой диэлектрической постоянной, чем второй набор электродов E2.
i
i
26. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором электроды E1 упомянутого первого набора распределены равномерно в радиальном направлении, и электроды E2 упомянутого второго набора распределены равномерно в радиальном направлении.
i
i
27. Датчик высокого напряжения по п.18, в котором электроды E1 упомянутого первого набора распределены равномерно в радиальном направлении, и электроды E2 упомянутого второго набора распределены равномерно в радиальном направлении.
28. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором упомянутые электроды расположены симметрично относительно плоскости (16; 160, 161) отсчета, проходящей в радиальном направлении через упомянутую полость (7; 70, 71) датчика.
29. Датчик высокого напряжения по п.18, в котором упомянутые электроды расположены симметрично относительно плоскости (16; 160, 161) отсчета, проходящей в радиальном направлении через упомянутую полость (7; 70, 71) датчика.
i
30. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором по меньшей мере часть, в частности, все из упомянутых электродов (Ej, Es) являются, по существу, цилиндрическими и/или коаксиальными относительно друг друга.
i
31. Датчик высокого напряжения по п.18, в котором по меньшей мере часть, в частности, все из упомянутых электродов (Ej, Es) являются, по существу, цилиндрическими и/или коаксиальными относительно друг друга.
32. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором упомянутый датчик (6) поля является оптическим датчиком, вводящим зависимый от поля фазовый сдвиг между первой поляризацией или модой и второй поляризацией или модой света, проходящего через него, и, в частности, упомянутый оптический датчик содержит
4
3
12
4
3
12
электрооптическое устройство с кристаллом с зависящим от поля двойным лучепреломлением, в частности, кристаллом BiGeO (BGO), или BiSiO (BSO), или поляризованным волноводом, демонстрирующими эффект Поккельса, или
пьезоэлектрическое устройство, в частности, кристаллический кварц или пьезоэлектрическую керамику, и волновод, пропускающий, по меньшей мере, две моды, причем упомянутый волновод соединен с упомянутым пьезоэлектрическим устройством таким образом, что длина упомянутого волновода зависит от поля.
33. Датчик высокого напряжения по п.18, в котором упомянутый датчик (6) поля является оптическим датчиком, вводящим зависимый от поля фазовый сдвиг между первой поляризацией или модой и второй поляризацией или модой света, проходящего через него, и, в частности, упомянутый оптический датчик содержит
4
3
12
4
3
12
электрооптическое устройство с кристаллом с зависящим от поля двойным лучепреломлением, в частности, кристаллом BiGeO (BGO), или BiSiO (BSO), или поляризованным волноводом, демонстрирующими эффект Поккельса, или
пьезоэлектрическое устройство, в частности, кристаллический кварц или пьезоэлектрическую керамику, и волновод, пропускающий, по меньшей мере, две моды, причем упомянутый волновод соединен с упомянутым пьезоэлектрическим устройством таким образом, что длина упомянутого волновода зависит от поля.
34. Датчик высокого напряжения по п.33, в котором упомянутый датчик (6) поля имеет два оптических выходных канала, имеющих фазовый сдвиг относительно друг друга, не кратный π, и, в частности, который является фазовым сдвигом относительно друг друга, по существу, равным π/2.
35. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором первый конец (60) упомянутого датчика (6) поля имеет контактный электрод (64), который электрически соединен, в частности, проводом (66), с упомянутой первой контактной точкой (2; 20, 21), а второй конец (62) упомянутого датчика (6) поля имеет другой контактный электрод (64), который электрически соединен, в частности, проводом (66), с упомянутой второй контактной точкой (3; 30, 31).
36. Датчик высокого напряжения по п.32, в котором первый конец (60) упомянутого датчика (6) поля имеет контактный электрод (64), который электрически соединен, в частности, проводом (66), с упомянутой первой контактной точкой (2; 20, 21), а второй конец (62) упомянутого датчика (6) поля имеет другой контактный электрод (64), который электрически соединен, в частности, проводом (66), с упомянутой второй контактной точкой (3; 30, 31).
37. Датчик высокого напряжения по п.35, в котором по меньшей мере один из контактных электродов (64) содержит переднюю часть (640) для размещения гибкого соединения (641), в частности, резинового кольца или силикона, с датчиком (6) электрического поля, и/или передняя часть (640) имеет скругленные края для минимизации напряженности электрического поля на конце (60, 62) датчика (6) электрического поля и обеспечивает полость (642), где поле отсутствует, в качестве объема для выпуска воздуха (642) во время процедуры заделки датчика (6) электрического поля в изолирующий материал, в частности, в сжимаемый силикон или полиуретановую пену.
38. Датчик высокого напряжения по п.35, в котором по меньшей мере один из контактных электродов (64) содержит центрующие штыри (648) для радиальной центровки датчика (6) электрического поля в отверстии (5) датчика высокого напряжения, и/или по меньшей мере один из контактных электродов (64) изготовлен из упругого материала, такого как электропроводящая резина или эластомер, или из электропроводящего формуемого полимерного материала, такого как электропроводящий термопластичный материал или термореактивный материал.
39. Датчик высокого напряжения по п.35, в котором по меньшей мере один из контактных электродов (64) содержит заднюю часть (643), обеспечивающую внутренний объем (645) для размещения оптического сборочного узла (180) для оптического соединения датчика (6) поля с оптическим кабелем (480), при этом, в частности, внутренний объем (645) имеет уплотнение (644) и/или заполняющий материал для защиты оптического сборочного узла (180) от взаимодействия с изолирующим материалом.
40. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором изолятор (1) содержит твердое вещество, жидкость, газ или вакуум, при этом, в частности, изолятор (1) размещен внутри высоковольтного с полой сердцевиной внешнего изолятора (25), предпочтительно изготовленного из армированной волокном эпоксидной трубки с внешним ребристым изолятором (19), предпочтительно изготовленным из силиконового эластомера, для размещения в его полости изолятора (1), содержащего полость (7; 70, 71) датчика и зазор снаружи изолятора (1) для приема оптических волокон, таких как обратное волокно (27) или передающее волокно (26), для последующего оптического соединения с корпусами модулей датчиков или другими оптическими датчиками, причем зазор заполнен, в частности, полиуретановой пеной.
41. Датчик высокого напряжения по п.32, в котором изолятор (1) содержит твердое вещество, жидкость, газ или вакуум, при этом, в частности, изолятор (1) размещен внутри высоковольтного с полой сердцевиной внешнего изолятора (25), предпочтительно изготовленного из армированной волокном эпоксидной трубки с внешним ребристым изолятором (19), предпочтительно изготовленным из силиконового эластомера, для размещения в его полости изолятора (1), содержащего полость (7; 70, 71) датчика и зазор снаружи изолятора (1) для приема оптических волокон, таких как обратное волокно (27) или передающее волокно (26), для последующего оптического соединения с корпусами модулей датчиков или другими оптическими датчиками, причем зазор заполнен, в частности, полиуретановой пеной.
42. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором оптическое волокно, такое как обратное волокно (27) или передающее волокно (26) для последующего оптического присоединения корпусов модулей датчиков или других оптических датчиков, установлено в отверстии (5) изолятора (1), содержащего полость (7; 70, 71) датчика, причем отверстие (5) заполнено, в частности, сжимаемым силиконом.
43. Датчик высокого напряжения по п.40, в котором оптическое волокно, такое как обратное волокно (27) или передающее волокно (26) для последующего оптического присоединения корпусов модулей датчиков или других оптических датчиков, установлено в отверстии (5) изолятора (1), содержащего полость (7; 70, 71) датчика, причем отверстие (5) заполнено, в частности, сжимаемым силиконом.
44. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором изолятор (1), содержащий полость (7; 70, 71) датчика, имеет канавку в форме спирали на внешней стороне, и оптическое волокно, такое как обратное волокно (27) или передающее волокно (26) для оптического присоединения последующих корпусов модулей датчиков или других оптических датчиков, уложено в канавке и залито сверху, предпочтительно, силиконом, с тем, чтобы сформировать внешний ребристый изолятор 19 непосредственно на изоляторе (1).
45. Датчик высокого напряжения по п.40, в котором изолятор (1), содержащий полость (7; 70, 71) датчика, имеет канавку в форме спирали на внешней стороне, и оптическое волокно, такое как обратное волокно (27) или передающее волокно (26) для оптического присоединения последующих корпусов модулей датчиков или других оптических датчиков, уложено в канавке и залито сверху, предпочтительно, силиконом, с тем, чтобы сформировать внешний ребристый изолятор 19 непосредственно на изоляторе (1).
46. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором изолятор (1), содержащий полость (7; 70, 71) датчика, выполнен из пропитанной смолой бумаги или волоконной изоляции, при этом оптическое волокно, такое как обратное волокно (27) или передающее волокно (26) для оптического присоединения последующих корпусов модулей датчиков или других оптических датчиков, заделано в пропитанную смолой бумагу или волоконную изоляцию во время обмотки.
47. Датчик высокого напряжения по п.40, в котором изолятор (1), содержащий полость (7; 70, 71) датчика, выполнен из пропитанной смолой бумаги или волоконной изоляции, при этом оптическое волокно, такое как обратное волокно (27) или передающее волокно (26) для оптического присоединения последующих корпусов модулей датчиков или других оптических датчиков, заделано в пропитанную смолой бумагу или волоконную изоляцию во время обмотки.
s
48. Датчик высокого напряжения по п.10, в котором внешний диаметр датчика высокого напряжения увеличивается в местах по оси, имеющих высокую напряженность электрического поля или превышающую среднюю напряженность электрического поля, и уменьшается в местах по оси, имеющих низкую или ниже средней напряженность электрического поля, при этом, в частности, диаметр увеличивается вокруг осевого нижнего концевого положения экранирующего электрода (E).
s
49. Датчик высокого напряжения по п.2 или 40, в котором внешний диаметр датчика высокого напряжения увеличивается в местах по оси, имеющих высокую напряженность электрического поля или превышающую среднюю напряженность электрического поля, и уменьшается в местах по оси, имеющих низкую или ниже средней напряженность электрического поля, при этом, в частности, диаметр увеличивается вокруг осевого нижнего концевого положения экранирующего электрода (E).
50. Сборочный узел из нескольких, в частности, идентичных датчиков высокого напряжения по любому из пп.1-49, расположенных последовательно.
51. Сборочный узел по п.50 с несколькими датчиками высокого напряжения по п.21, в котором оптическая фазовая пластина (38), в частности, фазовая пластина со сдвигом λ/4, размещена только для части датчиков (6) поля, с тем чтобы добавить дополнительное фазовое запаздывание на пути прохождения света через датчик (6) поля.
52. Сборочный узел по п.50 с несколькими датчиками высокого напряжения по п.34, в котором часть упомянутых датчиков (6) поля, в частности, один из упомянутых датчиков (6) поля, имеют размеры, обеспечивающие создание фазового сдвига, который существенно отличается от фазовых сдвигов остальных датчиков (6) поля, в частности, фазового сдвига на ±π/2 или меньше, при максимальном напряжении, которое должно измеряться упомянутым сборочным узлом.
53. Сборочный узел по п.51 с несколькими датчиками высокого напряжения по п.34, в котором часть упомянутых датчиков (6) поля, в частности, один из упомянутых датчиков (6) поля, имеют размеры, обеспечивающие создание фазового сдвига, который существенно отличается от фазовых сдвигов остальных датчиков (6) поля, в частности, фазового сдвига на ±π/2 или меньше, при максимальном напряжении, которое должно измеряться упомянутым сборочным узлом.
54. Сборочный узел по п.50, в котором только часть датчиков высокого напряжения снабжена датчиком поля.
55. Сборочный узел по п.51, в котором только часть датчиков высокого напряжения снабжена датчиком поля.
56. Сборочный узел по п.52, в котором только часть датчиков высокого напряжения снабжена датчиком поля.
57. Сборочный узел по п.50, в котором контактные точки (2, 3, 20, 30, 21, 31) снабжены металлическими контактами (4) и наиболее удаленный на стороне высокого напряжения металлический контакт (4) сборочного узла имеет наибольший диаметр из всех металлических контактов (4).
58. Сборочный узел по п.50, в котором оптические неразъемные соединения оптических волокон размещены внутри полого объема в месте механического соединения между соседними датчиками высокого напряжения, при этом, в частности, механический соединитель содержит боковое отверстие для доступа к оптическому волокну и для сопряжения оптических волокон.