具体实施方式

本公开提供了一种用于测量测试点处的电压的装置(也称为“测试点电压传感器”(TPVS))，该装置在配电网的点处(诸如在可分离连接器处)提供电压和/或电力品质感测。可在无需服务技术人员/公用设施停机的情况下在配电网上的一点处安装和使用测试点电压传感器。例如，现有的绝缘插头盖可使用带电操作杆从可分离连接器(诸如T形主体)移除，并且TPVS可使用带电操作杆安装在同一位置上，使得不存在电力中断。测试点电压传感器在形状上类似于绝缘插头上的标准T形主体保护性顶盖或盖，但TPVS顶盖或盖可电连接到绝缘插头上的金属六角特征结构，使用TPVS顶盖内的电容分压器来降低电压，并且使用电线可提供周期性或连续的低电压信号以用于电网测量分析。TPVS的输出为足以使分析系统感测电压的存在、感测电压信号的时间/相位关系、提供关于故障(电压峰值、下降)的信息的低电压信号，并且通过一些校准(无论是自动化的还是手动的)，可提供合理准确的电压输出以更好地测量电缆电压。可使用测试点电压传感器获取电压读数，而可使用另外的传感器例如罗戈夫斯基线圈测量电流。电压和电流两者均可连接到监测计算机或分析单元，诸如传感器分析单元。

如本文所用，术语“高电压”是指等于或大于高电压阈值的电压。高电压阈值可基于应用于所描述的特定系统的标准、管辖要求或最终用户要求。例如，高电压可指在标准中限定的大约额定电压下工作，诸如用于额定值为2.5kV至35kV(被归类为相-相均方根或rms)的电力分配系统的可分离绝缘连接器系统的电气和电子工程师学会(IEEE)标准386(2016)，该标准以引用方式并入本文以用于任何和全部目的。根据应用，高电压阈值可等于或大于约2.5kV、约3kV、约5kV、约15kV、约25kV、约28kV、约35kV、约69kV、或更高电压(被归类为相-相rms)。

如本文所用，术语“低电压”是指小于高电压的电压。低电压可被定义为处于或低于低电压阈值。低电压阈值和高电压阈值可为相同的阈值或不同的阈值。低电压可为高电压的小于1的分数或比率。低电压可由阈值分数或比率(例如，小于或等于约1:100)限定。除非在本文的公开内容中另外指明，否则使用相-地rms来描述低电压。

如本文所用，术语“可分离连接器”是指用于高电压系统的连接件或接口，该连接件或接口可易于通过在工作接口处接合或分离该连接件而建立或断开。可分离连接器可为完全绝缘和屏蔽的，并且可用于端接电力电缆和使其绝缘、使另一个电子部件绝缘、或将绝缘的电力电缆连接到电气设备、其他电力电缆、或这两者。可分离连接器可连接到变压器或开关装置。一些可分离连接器可用于死前端变压器和开关装置，该死前端变压器和开关装置在电力行业中是指电力电缆与变压器或开关装置之间的连接器中不具有暴露的高电压表面。可分离连接器的非限制性示例包括弯头形可分离绝缘连接器和T形可分离绝缘连接器(例如，T形主体)。

如本文所用，术语“额定电压”是指被设计成使连接器工作的最大电压。额定电压可被测量为单相系统的最高相-地电压rms，或者可被测量为三相系统的最高相-地和相-相电压rms。然而，可使用任何合适类型的额定电压来描述最大工作电压。除非在本文的公开内容中另外指明，否则额定电压是指相-地rms。

如本文所用，术语“连接件”是指用于将部件电联接或机械联接在一起的接口、连接器或其他结构。例如，连接件可包括插头或插座、导线、电缆、基板上的导体、焊料件、导电通孔、或其他类似的电联接件或机械联接件。

术语“耦接”或“连接”是指两个元件彼此直接地(彼此直接接触)或间接地(具有位于两个元件之间并附接这两个元件的一个或多个元件)附接。

图1A至图1C示出了待部署在可分离连接器上的测试点电压传感器的分解示意图。图2示出了安装在基本绝缘插头上的测试点电压传感器100的剖视图。图3示出了示例性测试点电压传感器的特写剖视图。图4示出了当将测试点电压传感器连接到安装在位于配电网上的可分离连接器上的基本绝缘插头时建立的分压器电路的示意图。

如图1A所示，电压测量系统100包括可安装在部署在配电网上的一位置处的高电压可分离连接器(诸如可分离连接器120a)上的测试点电压传感器(TPVS)150a。在该示例中，可分离连接器120a包括T形主体。在另选的实施方案中，TPVS可安装在任何合适的可分离连接器上，诸如弯头可分离绝缘连接器。可分离连接器120a可包括一个、两个或更多个插孔(例如，在T形主体中)。

在图1A的示例性实施方案中，TPVS 150a可与IEEE 600A T形主体配合，该IEEE600A T形主体具有基本绝缘插头(BIP)、带有测试点、插入在其中的插孔中。如下所论述，BIP 130可为常规的BIP或其可为改性的BIP，其中设置有一个或多个电容器。在另一个另选方面，TPVS可被构造成部署用于不同的电压类、IEC装置等，包括可附接到200A“弯头”的集成测试点或600A T形主体的集成测试点的TPVS。

在另一个示例中，TPVS可在集成测试点140处与IEEE 600A T形主体120a配合。

在另一个示例中，在图1B中，TPVS 150b可与200A“弯头”120b的集成测试点140配合。

重新参照图1A，可分离连接器120a包括接收基本绝缘插头(BIP)或端部插头130的插孔122。BIP 130包括锥形插入端134和在BIP 130的另一端上的接触点132，诸如耳状物或六角头螺母。BIP 130可包括由绝缘树脂或其它绝缘聚合物(诸如广泛可商购获得的绝缘树脂或其它绝缘聚合物)形成的常规的BIP。另选地，BIP或端部插头130可为改性的端部插头，其中设置有一个或多个集成分立电容器。

在这个方面，TPVS 150a被成形为盖或端盖，该盖或端盖被成形为装配在BIP 130的头部部分135和电缆配件插孔122的外表面123之上。如图2中更详细地示出，TPVS 150a包括开口153，该开口被构造成例如经由摩擦配合紧密地装配在BIP端部135之上。此外，TPVS150a的内径被构造成使得凸缘部分157(参见图3)紧密地装配在接收BIP 130的电缆配件插孔的外表面123之上。

经由在压力垫155的接触表面上形成的导电配合表面158(参见图3)在压力垫155和接触点132之间形成电接触。接触点132和压力垫155的配合表面158之间的电接触用合适的压缩力(诸如由弹簧156提供的压缩力)保持。此外，压力垫155的导电配合表面158可包括多个表面特征结构，诸如尖锐突起，这些表面特征结构被构造用于穿透在接触点132的表面上形成的任何氧化层。

如上所述，在另选的方面，TPVS还可被构造成接合电缆配件120a或120b的集成测试点，诸如测试点140。在这些实施方案中，TPVS 150b具有被构造成与较小测试点140配合的较小外壳。TPVS 150a中所包含的相同或类似组分可包含在TPVS 150b中。

TPVS 150a的外壳可使用适当的绝缘材料(诸如EPDM或有机硅橡胶)来形成。如图2所示，在这个方面，TPVS由具有绝缘部分154和导电或半导电部分152的材料形成。在该实施方案中，TPVS 150a的外导电/半导电部分152包括导电EPDM橡胶，并且内绝缘部分包括绝缘EPDM橡胶。在一个方面，导电EPDM部分152可包覆模制到绝缘EPDM部分154上。另选地，TPVS150a的主体可由绝缘有机硅材料形成，其中外表面和配合内环涂覆有导电涂层以提供安全性和屏蔽。

此外，如图3所示，TPVS 150a可任选地包括基板，诸如印刷电路板170，其被设置并构造成装配在TPVS 150a的主体内。在该示例中，小印刷电路板170包括一个或多个电容器。在该示例中，单个电容器172设置在板170上并且用作电容分压器的“低侧”(C2)电容器，如图4中示意性地示出。另选地，低侧电容器172(或C2)可简单地耦接到地线164而不需要电路板170。在另一个实施方案中，低侧电容器172可包括一个或多个电容器。

此外，在该示例中，TPVS 150包括信号输出电缆160，该信号输出电缆包括信号线161，该信号线向分析装置(诸如数据采集装置或传感器分析单元(未示出))提供低电压信号，该低电压信号可对应于一个或多个低电压电容器上的电压；以及任选的零线/地线163，以耦接到数据分析单元的接地。在该示例中，并且如图4中示意性地示出，信号线161从与BIP接触点132(电容耦接的电压输出)电接触的压力垫155提供低电压信号。此外，地线164将连接到本地/电缆配件接地。

如上所述，BIP 130可包括常规的或改性的BIP或端部插头。如果BIP 130包括具有电容C的常规的BIP，则TPVS可检测电压信号和波形，其中来自TPVS的所得电压数据信号可为未校准的。如果存在为系统提供校准因子的电压的独立测量，则可确定信号电压振幅的准确值并将其与线路电压关联。通过测量附接到TPVS的绝缘插头处的温度，可利用温度校正因子。然而，应当注意，常规的BIP或端部插头在温度上可能比具有电容器的改性的端部插头漂移更多，从而使所得电压数据信号依赖于温度，如果BIP 130包括带有具有已知电容的一个或多个电容器的改性的BIP(诸如以引用的方式全文并入本文的PCT专利公布WO2018/211358中有所描述)，可校准输出信号(如果确定了校准因子)。高电压电容器C1的额定电压的非限制性示例包括至少约2.5kV、约3kV、约5kV、约10kV、约15kV、约20kV、约25kV、或约30kV的额定值。

在一些实施方案中，高电压电容器C1具有可在约10pF至约100pF的范围内进行选择的电容。电容的非限制性示例包括约10pF、约30pF、约50pF、约70pF以及约90pF。C1还具有阻抗。基频(例如，50/60Hz)下的阻抗的量值可等于大阻抗值，诸如约100MΩ。C1可包括一个或多个陶瓷电容器。陶瓷电容器可在工作温度范围内提供精确性和稳定性。陶瓷电容器的类型的非限制性示例包括1类电介质，诸如C0G/NP0。

低侧电容器172(C2)具有可在约10nF至约1μF的范围内进行选择的电容。电容的非限制性示例包括约10nF、0.1μF、约0.3μF、约0.5μF、约0.7μF以及约0.9μF。可选择电容值以提供约100:1、约1,000:1、约10,000:1、或约100,000:1的高电压电容器C1与低电压电容器C2的电容比率。电容器172具有阻抗，其中基频(例如，50/60Hz)下的阻抗的量值可等于低阻抗，诸如约10kΩ。电容器172(C2)可包括一个或多个陶瓷电容器。陶瓷电容器可在工作温度范围内提供精确性和稳定性。电容器172可包括表面安装电容器。基于这些值，电压数据信号可具有小于或等于约0.5V、约1V、约10V、约42V、约100V、或约300V的最大电压。

TPVS的工作温度范围的非限制性示例包括等于或大于约-40℃、约-30℃、约-20℃、约-5℃或更高的下限。工作温度范围的非限制性示例包括等于或小于约105℃、约85℃、约65℃、约40℃或更低的上限。工作温度范围的非限制性示例包括介于约-5℃至约40℃、约-20℃至约65℃、约-30℃至约85℃、约-40℃至约65℃以及约-40℃至约105℃之间。

TPVS 150a可具有额定电压或被额定以在高电压系统诸如系统100中工作。额定电压可被设计成满足标准、管辖要求或最终用户要求。三相系统中的TPVS的额定电压的非限制性示例包括约2.5kV、约3kV、约5kV、约15kV、约25kV、约28kV、约35kV、或约69kV或更大(被归类为相-相rms)。在一些实施方案中，额定电压为至少5kV。

在一些方面，使TPVS足够准确的频率范围可被描述为工作频率范围。工作频率范围内的频率响应可为平坦的或基本上平坦的，这可对应于最小变化。平坦度的非限制性示例可包括正或负(+/-)约3dB、约1dB、约0.5dB以及约0.1dB。频率响应可被设计成满足标准、管辖要求或最终用户要求。工作频率范围可延伸到可分离连接器104中存在的高电压信号的基频的约第50谐波、或甚至最多至第63谐波。工作频率范围的非限制性示例可包括约60Hz(或约50Hz)的基频、约3kHz(或约2.5kHz)的第50谐波、约3.8kHz(或约3.2kHz)的第63谐波以及更高频率中的一个或多个。频率响应也可在全部或基本上全部工作温度范围内保持稳定。某些远程终端单元(RTU)或智能电子装置(IED)可分析并报告这些高阶谐波。

TPVS 150a还可包括孔眼或孔162，该孔眼或孔被构造用于接收常规“带电操作杆”或绝缘拉杆(未示出)的钩状特征结构。例如，技术人员可识别电网中的现有位置以监测电压、电流和/或功率。技术人员可使用带电操作杆从安装的BIP或端部插头移除现有端盖。然后技术人员可使用带电操作杆将现有端盖替换为接地的TPVS，以将TPVS放置在测试点或BIP和电缆配件插孔外壁表面之上。来自TPVS的信号线/零线/地线可连接到适当的监测/分析装置或接地位置以开始数据监测/收集。这样，TPVS 150可在不必断电的情况下安装到BIP 130上。

在另一个另选方面，TPVS 150c可用于在使用时提供一致的密封，并且易于安装/移除。如图5所示，TPVS 150c可包括单向空气阀165，该单向空气阀设置在形成于TPVS 150c的主体中的空气轴167中。阀包括释放销166，该释放销在被压下/激活时打开阀并且允许空气流通过轴167。当释放销166未被压下/激活时，通过轴167的空气流被阻挡。在安装期间，技术人员可使用带电操作杆将现有端盖替换为接地的TPVS 150c，以将TPVS 150c放置在测试点或BIP和电缆配件插孔外壁表面之上。带电操作杆可在钩端上具有平坦表面，并且可在将TPVS 150c放置在测试点/BIP/插孔之上时压下释放销166。通过TPVS主体的空气流允许直接安装。当移除带电操作杆并且释放销返回到其“闭合”位置时，通过TPVS 150c的空气流被阀165阻挡，从而形成强抽吸密封。当移除TPVS 150c时，带电操作杆可激活阀165/释放销166，打开空气流并移除抽吸，从而允许更直接地移除TPVS 150c。鉴于本发明，对本领域的普通技术人员显而易见的是，还可以采用替代阀构造和取向。

因此，测试点电压传感器150a、150b、150c允许在无需公用设施/客户停机的情况下将可改进型电压传感器部署到配电网。虽然电压信号可能不是高度准确的，但由于BIP/端部插头电容值的可变性，输出确实与线路电压成比例。TPVS可提供足够的电压信号，使得监测硬件/分析单元可至少检测故障、电力流和电力品质。如果经校准，TPVS也可检测相对准确的电压量值。TPVS的电容分压器可有利于超出基础频率或基频的测量，并且可有利于标准高电压DC调试测试的使用而不存在通过分压器的额外泄漏电流。TPVS可用于智能电网应用中。

本文所述的示例性TPVS构型可用于多种不同的可分离连接器产品和测试点，包括屏蔽端接，具体地讲，200A或600A可分离连接器。此外，包括此类传感器的传感器和产品可用于网络诸如电网网络中。

在一个示例中，测试了以类似于上述装置的方式构造的TPVS。图6的上部图像示出了示例性TPVS在40kV电压耐压期间的电压输出。下部图像示出了根据IEEE 386标准在+125kV脉冲测试期间的信号捕获。

本领域的技术人员将会知道，在不脱离本发明的范围的条件下，可构造本文所述的示例性实施方案和另选实施方案的各种更改形式和修改形式。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于本文具体描述的方式来实施。例如，本文所述的示例性实施方案可彼此以多种方式进行组合。

本文中所引用的所有参考文献及出版物全文以引用方式明确地并入本公开中，它们可能与本公开直接冲突的内容除外。

除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中普遍使用的含义。本文提供的定义将有利于理解本文频繁使用的某些术语，并且不意味着限制本公开的范围。

除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的表达结构尺寸、量和物理特性的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。

通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)及该范围内的任何范围。本文中，术语“最多至”或“不大于”数值(例如，最多至50)包括该数值(例如，50)，并且术语“不小于”数值(例如，不小于5)包括该数值(例如，5)。

与取向相关的术语诸如“端部”用于描述部件的相对位置，并且不旨在限制所设想的实施方案的取向。

对“一个实施方案”、“实施方案”、“某些实施方案”或“一些实施方案”等的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、配置、组合物或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。因此，贯穿本公开在各处出现的此类短语不一定是指本公开的相同实施方案。此外，具体特征、构型、组合物或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式进行组合。

除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。

如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”等等均以其开放性意义使用，并且一般是指“包括但不限于”。应当理解，“基本上由...组成”、“由...组成”等包含在“包含”等之中。

术语“和/或”是指所列出的要素中的一个或全部或所列出的要素中的任意两个或更多个的组合(例如，铸造和/或处理合金是指铸造、处理、或既铸造又处理合金)。

后接列表的短语“……中的至少一个(种)”、“包含……中的至少一个(种)”和“……中的一个(种)或多个(种)”是指列表中项目中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。