專利名稱：雙重電壓指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高電壓或者中等電壓的傳輸/分布系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種用于指示是否存在電壓施加到所述系統(tǒng)的導(dǎo)體上的雙重電壓指示器。
現(xiàn)有技術(shù)在高電壓(HV)或者中等電壓(MV)系統(tǒng)中，為了避免高電壓的接觸，需要給出許多警告。作為一個表示電線處于電壓下的指示，用戶可以將電子顯示和靜態(tài)電壓變壓器一起結(jié)合使用，或可以使用非靜態(tài)電壓指示器。它們由高歐姆的電阻和用于MV的氖管指示器、或用于HV的和一些電子器件組合的容性分壓器組成。在這種靜態(tài)的或非靜態(tài)的HV檢測器的情況下，用戶必須依靠一些用于顯示的電子器件，并且必須保護低電壓設(shè)備不受高壓沖擊，或者特別是在非靜態(tài)檢測器時，用戶必須接觸高壓線時。
對于低電壓顯示，已經(jīng)推薦使用電泳膠片。它們由微囊體組成，這些微囊體充滿了有色的懸浮微粒和埋置于至少兩個電極之間的粘膠劑之中的電介質(zhì)流體。在一個2.36kV/mm和1Hz的應(yīng)用電場中，得到的對比(最大反射光功率減去最小反射光功率)為8。對于一個相同的電場在50Hz的時候它仍然大約為3(B.Comiskey，J.D.Albert，H.Yoshizawa，and J.Jacobson，“An ElectrophoreticInk for All-Printed Reflective Electronic Displays，”Natrue 394，No.6690，253-255，July 16，1998)。
來自Xerox的Gyrion旋轉(zhuǎn)球是一個平板器件，當施加一個足夠高的電場(190-1250V/mm)時，它可以在黑的表面顏色和白的表面顏色之間切換。該器件帶有黑色半球和白色半球的球體組合結(jié)構(gòu)，它們分散在硅橡膠片中并可以轉(zhuǎn)動。這些雙色的球體的大小在25μm和100μm之間(M.E.Howard，E.ARichley，R.Spraque，N.K.Sheridon“Gyricon Electric Paper”1998 SID Int.Symp.Digest of Technical Papers Society for Information Display，Vol.29 1010-13，1998)。
液晶顯示器(LCD)也廣泛作為電子顯示器，其通過施加一個低電壓(例如4V/6μm)基于一種建立完好的技術(shù)、來指示二維結(jié)構(gòu)。目前對用有機發(fā)光二極管(OLED)來替代LCD、或者用OLED作為用于LED屏幕的背景光產(chǎn)生了很強的興趣，其優(yōu)點是可以使用可以大大提高的發(fā)光強度的全部有機器件。LED發(fā)光時的發(fā)光度范圍在1.51m/W，同時如在菲利普的PolyLED給出的，其可以達到4-5倍高的值(Dino A.Pardo，Ghassan E.Jabbour and NasserPeyghambarian，Application of Screen Printing in the Fabrication of Organic Light-Emitting Devices，Adv.Mater.12(17)1249-52，2000)。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的是在電源線接上電壓、或者沒有接上電壓時，產(chǎn)生一個可靠、簡單和安全的可視指示。根據(jù)權(quán)利要求1中的雙重電壓指示器可以實現(xiàn)這些目的。優(yōu)選實施例用于支持本發(fā)明的獨立權(quán)利要求。
該基本想法是使用存在于任何施加有電壓的導(dǎo)體表面附近的電場，以使得一個光敏層反射光、或者發(fā)光以警告加有電壓，該光敏層是上述低壓顯示器類型的，并覆蓋到導(dǎo)體上。從本發(fā)明的上下文可以意識到，不需要第二電極(反電極)和光敏層連接使得后者工作。相反，該第二電極放置在距離該導(dǎo)體一定距離的地方，并且選擇形狀使得光敏層(由于該導(dǎo)體和第二電機的電壓差)附近的電場足夠強。
進一步的，該指示器并不只是工作于隨時間恒定的電場，例如具有高電壓的DC傳輸系統(tǒng)，而且也能很好地工作在線頻振蕩的AC電場，特別是范圍為10-24kV的中等電壓或者范圍為70-750kV的高電壓。在這種情況下，該第二電極可以是三相電傳輸或分布系統(tǒng)中另外兩個導(dǎo)體中的一個。
該光敏層優(yōu)選形成例如“警告”的詞語，以警告公眾導(dǎo)體上施加有電壓。在低電壓顯示器中被認為的缺點，也就是一旦電壓切斷后信息就會不持久或逐漸消退，現(xiàn)在變成了電壓指示器文本的一個有用的特征。另一方面，當處于電壓下時，用來指示沒有電壓的詞語、諸如“接地”可以被同樣反射率、或者顏色作為光敏層的背景包圍。這樣，如果沒有電壓施加到導(dǎo)體上，該詞語或信息還是可讀的。
對導(dǎo)體線的表面上的電場的估計證明了所提出想法的可行性。對于圓柱形的幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體表面上的所述電場為E＝E＝λ/(2πε0r)，其中λ是導(dǎo)體每單位長度上的電荷，ε0是介電常數(shù)，r是該導(dǎo)體的半徑。該導(dǎo)體表面上所產(chǎn)生的電勢綜合為V＝λln(R/r)/(2πε0r)，其中R是(地面)電勢相對于施加到導(dǎo)體的電壓所處的假定距離。消除λ，電場E變?yōu)镕＝V/(rln(R/r))。
對于半徑為0.5cm、距離地面15cm、電壓為15kV的導(dǎo)體，該導(dǎo)體表面的電場變?yōu)镋＝882V/mm。對于r＝1cm，R＝30cm，電壓為36kV的導(dǎo)體表面存在1.06kV/mm的電場。對于半徑為5cm、距離地面400cm、電壓為400kV的導(dǎo)體，E＝1.82kV/mm。在起始所提到的電泳層在1kV/mm開始產(chǎn)生好的對比。
附圖簡述在下面的文字中將參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明的主題進行更詳細的說明，在所附的示意圖中描述了該實施例，其中

圖1是在變電站中所使用的電壓指示器的效果；圖2、圖3和圖4所示為穿過根據(jù)本發(fā)明實施例的電壓指示器的橫截面；附圖中所使用的附圖標記和它們的意義以提要的形式列在附圖標記表中。原則上在附圖中相同的部分采用相同的附圖標記。
優(yōu)選實施例的詳細描述圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的電壓指示器在MV變電站中的一個可能的應(yīng)用。高電壓可以通過變壓器2和MV電閘3施加到三相導(dǎo)體塊1、1′、1″上。第一導(dǎo)體塊1在印刷有由光敏層5組成的字母上面或者它的旁邊涂有背景層4。當沒有電場存在時(圖1a)，該背景層4具有與光敏層5相同的顏色。當電閘閉合時(圖1b)，電場就會影響光敏層5的反射率和發(fā)射率，印刷字母相對于背景層4就顯現(xiàn)出來。所述電場是由于處于MV或者HV電勢的導(dǎo)體1和另一個導(dǎo)體1′或地電勢6之間的電壓差產(chǎn)生的。分別相距第一導(dǎo)體1為距離d1和d2的第二導(dǎo)體1′或地電勢6用作光敏層5的第二電極。
可替換的，第三導(dǎo)體1″涂有背景層4″，該背景層4″在電場(圖1b)的影響下具有與光敏層5″相同的顏色。在這種情況下，當沒有電壓施加到導(dǎo)體上時(圖1a)，這些字母顯現(xiàn)。
圖2所示為使用電泳膠片作為光敏層5的電壓指示器的基本結(jié)構(gòu)。該膠片5由分散在基質(zhì)8、也就是粘膠劑或噴漆中的微囊體7組成，并將其涂到導(dǎo)體1上。包含微囊體7的區(qū)域例如是與背景層4相鄰印刷有字母，或者是染成具有與非定向電泳層相同的顏色的粘膠劑區(qū)域。微囊體7包含有電介質(zhì)流體70和帶有電荷的可見對比顆粒的懸浮物71。導(dǎo)體的電場會引起微囊體7中的有色顆粒71定向和遷移。這樣就導(dǎo)致看向膠片時它的顏色/亮度的改變。可替換的，微囊體7可以包含在可視對比流體中的電介質(zhì)顆粒71。當施加電場時，顆粒沿著電場的方向定向成鏈。這樣導(dǎo)致當從頂上看去時膠片顏色的改變。
該微囊體具有的大小典型的為1-100μm，優(yōu)選的為2-30μm，同時顆粒的直徑為0.1-5μm，優(yōu)選的為0.5-1.5μm。使用0.5μm的顆粒，它們可以在低至2kV/mm的電場中以400μm/s的速度移動。在直徑為4μm的微囊體中就可以以50Hz在囊體中從一邊到另一邊的來回移動。因此對于1kV/mm(例如36kV的線，1cm半徑的導(dǎo)體，30cm的地面高度)，為了讓顆粒能夠移動一個往返，微囊體優(yōu)選的不大于2μm。
該顆?？梢詳y帶本身的電荷或者通過充電控制劑被充電。有用的材料是TiO2、ZnO、SnO2，它們很昂貴并是白色的。對于黑色顆粒，可以采用碳黑顆粒。充電控制劑使得該顆粒表面上的電勢為Z，它可以是聚合物，例如聚乙烯、聚丁烯琥珀酰亞胺或者聚乙烯吡啶塊的共聚物。該顆?？梢允菬o機(TiO2)和有機材料在霧化器中制成的復(fù)合體，或者是具有聚合物外涂層的無機顆粒，該顆粒可以通過球磨研磨或化學(xué)方法準備。顆粒的密度優(yōu)選與微囊體中電介質(zhì)流體的密度相同，這些顆粒懸浮在微囊體中。這可以是暗色的憎水流體，如輕油、異鏈烷烴的石油溶劑、脂肪族烴或者四氯乙烯。
微囊體的形成是在水包油的乳狀液(或者其它不易被水沾濕的液體)中進行的。這些顆粒然后被包含在石油滴中。微囊體通過已知的處理，例如凝聚過程、界面聚合、或者在存在聚丙烯酸中使用例如尿素/甲醛濃縮處理的原處聚合在石油滴周圍形成。該微囊體最終分散在粘膠劑中，該粘膠劑應(yīng)該是透明并也許是可固化的。例如是環(huán)氧化物、聚乙烯醇、凝膠或者其它樹脂。
圖3所示為使用Gyrion旋轉(zhuǎn)球顯示材料的光學(xué)指示器的電壓指示器的基本結(jié)構(gòu)。小雙色球體72內(nèi)置于一個流體填充的第二球體7中，并由于雙極動量的相互作用可以隨著電場E轉(zhuǎn)動，并沿著后者定向。在將相同顏色的半球充電成相同極性的情況下，對于這些場定向的顆粒可以出現(xiàn)一個強的光學(xué)對比。這些雙球7、72最終包括在一種基質(zhì)8中，例如清澈樹脂中，由于對比的原因它也可以使用顏料涂色。該微球體7的典型大小為25-100μm。
特別是當一種類型的半球更加吸引導(dǎo)體時，例如通過物理吸著或者化學(xué)吸著效應(yīng)，(它可能具有顆粒表面的原始性質(zhì))，這個半球很可能粘著導(dǎo)體，并且即使在AC電場下也會出現(xiàn)強的光學(xué)對比。
圖4所示為使用發(fā)光層5作為光學(xué)指示器的電壓指示器的基本結(jié)構(gòu)。光在復(fù)合中心9產(chǎn)生，其中注入的正電荷和負電荷載體復(fù)合發(fā)出可見光。對于將發(fā)光層5結(jié)構(gòu)化應(yīng)用到導(dǎo)體1上，例如作為字母或符號，當施加足夠強度的電場時，這些圖案開始發(fā)光。
作為一種合適的材料，可以使用有機發(fā)光二極管(OLED)的激活層材料。這些材料可以由適合應(yīng)用到材料表面的小的有機分子或者聚合物組成，對于小分子使用物理汽相沉淀(PVD)，或者對于聚合物使用子旋涂或溶劑澆鑄技術(shù)。按照這種方法，與HV導(dǎo)體相鄰的表面和暴露在空氣或惰性氣體(例如N2或者SF6)的表面二者，置于電場時，都作為電荷載體注入?yún)^(qū)域。其中有機層就是產(chǎn)生并發(fā)射出光的復(fù)合中心。
例如從劍橋設(shè)備技術(shù)公司得到的綠色發(fā)光聚亞乙烯苯(PPV)可以用作激活發(fā)光材料。其它有機發(fā)光材料例如有N，N′-二苯基-N，N′-雙(3-甲基苯基)-(1，1′-二苯基)-4，4′-二胺(也就是TPD)或者8-三-羥基喹啉鋁(也就是Alq3)或者聚-(2-mothoxy-5-(2′-乙基己氧基)-1，4-亞乙烯基苯(也就是MEH-PPV)。激活發(fā)光層的厚度為大約60nm至200nm，可以被從3V到16V的電壓驅(qū)動發(fā)光，該電壓對應(yīng)于15-266kV/mm的電場強度。
標記表1、1′、1″導(dǎo)體2 變壓器3 電閘4、4″ 背景層5、5″ 光敏層6 地面電勢7 微囊體70 流體71 有色顆粒
72雙色球體8 基質(zhì)9 復(fù)合中心
權(quán)利要求
1.一種雙重電壓指示器，包括第一電極，它作為第一導(dǎo)體(1)的一部分，其中第一電壓(U1)可以施加給所述第一導(dǎo)體(1)，第二電極，其設(shè)置與第一電極相距距離(d)，光敏層(5)，其附到第一導(dǎo)體(1)上，并由發(fā)光材料或吸光材料組成，該材料在通過第一電壓(U1)產(chǎn)生的電場(E1)的影響下會改變它的發(fā)光率和反射率。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓指示器，其特征在于第一電壓(U1)是以線頻在中等電壓或高電壓范圍內(nèi)變化的電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓指示器，其特征在于第二電極是三相電傳輸或分布系統(tǒng)的第二導(dǎo)體(1′)的一部分。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓指示器，其特征在于第二導(dǎo)體是接地電勢(6)。
5.如權(quán)利要求1所述的電壓指示器，其特征在于光敏層(5)和第二電極之間的間隙充滿空氣或絕緣氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的電壓指示器，其特征在于光敏層(5)的光吸收層包括電泳材料。
7.如權(quán)利要求6所述的電壓指示器，其特征在于電泳材料包括微囊體(7)，該微囊體包含對電場(E1)產(chǎn)生不同響應(yīng)的多個可視對比部分(70、71、72)。
8.如權(quán)利要求1所述的電壓指示器，其特征在于光敏層(5)的發(fā)光材料是有機發(fā)光二極管(OLED)的活性材料。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的電壓指示器，其特征在于光敏層(5)采用字母的形式警告公眾第一導(dǎo)體上施加有所述第一變化電壓(U1)，或者指示公眾第一導(dǎo)體上沒有施加所述第一變化電壓(U1)。
10.由發(fā)光材料或吸光材料組成的光敏層(5)作為雙重電壓指示器以及指示施加到第一導(dǎo)體(1)上的電壓(U1)是否存在方面的應(yīng)用，其中所述光敏層在電場(E1)的影響下，會改變其發(fā)光率或反射率，所述光敏層附于第一導(dǎo)體(1)上，第一導(dǎo)體處于作為第一導(dǎo)體(1)一部分的第一電極和與第一電極相距距離(d)的第二電極之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高電壓或者中等電壓設(shè)備的雙重電壓指示器。該指示器包括光敏層(5)，當其被置于一個電場中時，該光敏層能夠改變它的反射率或發(fā)射率，并且該光敏層直接被應(yīng)用到導(dǎo)體的表面上。該光敏層是基于用作低電壓顯示的材料，例如電泳膠片。
文檔編號G01R13/40GK1589408SQ02823025
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月20日
發(fā)明者R·斯特呂姆普勒, J·格拉茨－賴興巴赫 申請人:Abb研究有限公司