CN101115997A - 具有输电用的电导体的装置及用于确定电导体负荷的方法 - Google Patents

Abstract

按照本发明，电导体(2，2a，2c，2d，2e，2f)被包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)环绕。从电导体(2，2a，2c，2d，2f)发射的电磁辐射由红外线传感器(5，5a，5c，5d，5e，8f，8g，8h)检测。另外，包封外壳(1f)的温度由其他的温度传感器(7d，7e，7f，7g，7h)确定，并且在考虑由温度传感器(7d，7e，7f，7g，7h)和红外线传感器(5，5a，5c，5d，5e)所测定的信息情况下确定所述电导体(2，2a，2c，2d，2e，2f)的负荷能力。

Description

具有输电用的电导体的装置及用于确定电导体负荷的方法

技术领域

本发明涉及一种具有输电用的电导体的装置，电导体被包封外壳环绕，该包封外壳形成了气体绝缘的边界，其中，该装置具有接收电磁辐射的接收装置。此外，本发明还涉及一种用于确定电导体负荷的方法。

背景技术

例如由已公开的PCT申请WO 1997/28591已知一种本文开头所述类型的装置。在该申请中，在用于高、中压的金属包封的开关设备的气体绝缘中设置了传感器。这些传感器用于检测不同的物理参数、例如电流的温度或者还有气体密度。发射和接收天线指向内部空间。通过发射和接收天线可以应答在该内部空间中设置的传感器。信息交换是通过超声波、红外线或高频传输实现的。另外可以规定，将指向内部空间的发射和接收天线设置在包封外壳之外，由此可以从外部方便地接近。

在包封外壳内部设置传感器会有问题。这样的话，为了传感器正常工作必须对其供电。但是通常传感器设置在较高的电位上，因此这就关系到显著的成本。此外，由于装入传感器也会干扰在金属包封的开关设备内的介电场。因此一直以来在寻求一种在结构紧凑、有利于介电的设计与传感器高效率之间的折衷方案。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，将本文开头所述类型的装置设计成，能够简便地检测物理参数。

上述技术问题在本文开头所述类型的装置中是这样得以解决，即，通过接收装置可接收由电导体发出的电磁辐射。

除了热辐射，可见光、无线电波和X射线辐射也属于电磁辐射。所有物体都发射和吸收辐射。也就是说电导体也是如此，尤其在有电流流过它时更是如此。电导体处于与它周围环境的热平衡中，因此以相同的速度进行发射和吸收。若物体具有比其周围环境高的温度，则它发射比吸收的多。由此它本身冷却并且使周围环境升温。

通过检测由电导体发出的电磁辐射可以获得有关电导体状态的信息。因此，检测物理参数的附加传感器就可以顺利应用了，因为电导体的主体本身用作发射器。

在一项有利的扩展设计中，所述电磁辐射是红外线辐射或紫外线辐射或可见光辐射。

电磁辐射是以电磁波的形式传播。电磁波作为无线电波、微波、红外线辐射、紫外线辐射、可见光、X射线辐射或者也可以作为伽马辐射出现。不同类型的电磁辐射的区别在于其频率及波长。400nm至800nm波长范围被称为可视频谱范围。相邻更小的波长范围被称为10nm至400nm波长范围的紫外线辐射。红外线范围包括800nm至1mm的波长。在常温下的物体的热辐射处于电磁频谱的红外线范围内。红外线辐射在确定电导体的负荷时有特别的意义。在电流流经电导体时由于电流热效应导致相对于周围环境一定程度的温度升高。电导体在红外线范围发出辐射并产生红外线辐射。通过接收装置可探测该辐射以及推断出该导体的温度，因为特定的辐射能量可以对应于电导体的特定温度。

另外在一项有利的扩展设计中规定，所述接收装置至少部分地设置在所述包封外壳内部。

在包封外壳内部通常存在一些由于制造决定的介电保护空间或范围，所述空间或范围可以不填充有源的电导体。在这些范围内可以安置接收装置的至少一些部分。在设置接收装置的至少一些部分时可以直接地由该接收装置检测红外线辐射。因为通过包封外壳可以至少部分地防止干扰侵入气体绝缘空间，因此限制了大气干扰。为了进一步处理所测定的信息可以将这些信息例如从包封外壳内部经过该包封外壳向外传输。

此外，在一项有利的扩展设计中规定，所述接收装置至少部分地设置在所述包封外壳外部。

在所述外壳外部例如可以设置电子处理装置，该处理装置对所获取的有关电导体发出的电磁辐射的信息进行进一步处理。为了能够尽可能简便地通过包封外壳传输信息，在此可以将所述接收装置的至少部分设置在所述包封外壳外部。由此例如可以规定，在该包封外壳的法兰上可安置一个法兰盖，用于电磁辐射的接收装置穿过该法兰盖，从而使接收装置一些部分处于包封外壳内部以及另一些部分处于包封外壳外部。由此通过灵活地设计构造所述法兰盖还可以气密地将接收装置密封在法兰盖内。通过这种紧凑的设计结构则更好地保护此类密封结构免遭机械损坏。另外，这种设计结构还允许在现有的设备上另外安装用于电磁辐射的接收装置。但是也可以规定，将接收装置完全地安置在包封外壳内部或者完全地定位在包封外壳外部。因此可视现有设备或现有内构备件(Einbaureserven)的情况获得有利的扩展设计。在气体绝缘空间内带有大的备件的设备可以例如完全将接收装置容纳在其内部。为了传输信息可以例如将数据电缆通过包封外壳壁向外引出。另外也可以规定，采用从包封外壳内部向该包封外壳外部的无线信息传输。为此例如可以使用感应耦合装置或光学耦合装置。

对于结构极其紧凑的设备，其气体绝缘空间不允许装入用于接收电磁辐射的接收装置，该接收装置也可以完全设置在包封外壳的外部。这种布设结构具有的优点是，不必通过包封外壳壁传输信息。

在另一项有利的扩展设计中规定，所述包封外壳气密地包围气体绝缘空间。

采用气密的包封外壳，将气体绝缘空间从周围环境中限定出来。这样的话，也可以将包封外壳例如设计为压缩气体密封的以及在包封外壳内部对气体绝缘施以高压。

包封外壳的气密结构对所实施的密封提出了高的要求，以防止绝缘气体的损失并进而防止对整个装置的绝缘强度造成限制。因此另外可以有利地规定，在所述包封外壳外部检测电磁辐射。

通过在所述包封外壳外部检测电磁辐射，可以省去将在包封外壳内部检测到的数据向包封外壳外部的传输。由此不再需要气密的引线或无线传输装置。因此装置本身可以更简单地构造。通过省去复杂的传输装置使整个装置的成本更低廉。

在另一项有利的扩展设计中可以规定，所述包封外壳具有一个比其周围区域有更高频谱透射度的区域。

为了将包封外壳构造得特别耐压，通常大部分包封外壳用金属、例如铝或钢制成。为了达到足够高的耐压强度，其壁厚具有这样的大小，致使由于电磁辐射通过包封外壳壁的传输而与更大的损耗相联系。因此有利的是，所述包封外壳设有一个具有对于通过包封外壳壁传输的电磁辐射而言高的频谱透射度的特殊区域。透射度在此由透过的辐射功率与入射功率的商确定。为了确保充分地传输，所述区域的透射度的最小值应该大约为70％至75％。在透射度为90％至95％时，可以实现从包封外壳内部向外几乎无损耗地传输电磁辐射。

在此可以有利地规定，所述区域具有可透射电磁辐射的熔融体(Schmelze)。

透明的熔融体允许以简单的方式传输电磁辐射、尤其是红外线辐射。可以分别根据所希望传输的电磁辐射来选择具有特别适合于有关电磁辐射范围的透射度的适当熔融体。此外，透明熔融体可能还例如具有滤波功能，从而吸收特定的辐射谱以及仅使对于有关技术用途重要的电磁辐射透过该透明熔融体。作为透明熔融体例如可以采用不同的矿物玻璃、塑料、盐类等。

在另一项有利的扩展设计中可以规定，可借助至少一个传感器监控所述包封外壳的温度。

为了达到足够的耐压强度，包封外壳通常由金属管构成。这些管件一方面可以通过由电导体发出的热量被加热，另一方面通过这些管件可以将附加的能量带入到系统中。这尤其是指当包封外壳例如设置在加热的场所或受到阳光照射时的情况。另外通过包封外壳也可以将热量散发到周围环境以及因此间接冷却电导体。因为例如气体绝缘的电导线可以用于长达10km或100km的长距离的高能量传输，因此可能会沿着铺设线路出现不同的温度状况。例如在个别位置受到强烈的阳光照射以及在另一些位置、例如在地下铺设的部段上可以通过包封外壳壁达到良好的散热。电导体可承受的负荷基本上由其耐温性限定。电导体仅允许被加热到既不损害导电材料、也不损害所采用的绝缘材料的程度。通过监控包封外壳的温度提供了这样的可能性，即，对局部过热迅速作出反应并例如降低要传输的能量，以防止对包封外壳的电导体及气体绝缘空间和其他的绝缘件造成持续性损害。因此尤其在沿铺设线路设置大量的用于监控包封外壳温度的传感器时可以实现可靠地监控整个装置。

其中在各种不同的方案中均可以采用传感器。这样，可以例如直接将热电偶或与温度相关的电阻安置在包封外壳的表面上。另外也可以规定，与所述表面间隔距离地设置温度传感器以及无接触地检测温度。这样做的优点是，传感器本身在包封外壳强烈受热时不会损坏。

本发明要解决的另一个技术问题在于，提供一种用于确定输电用的电导体的负荷的方法，该电导体被包封外壳环绕，该包封外壳形成了气体绝缘空间的边界，其中，与所述电导体对应配设用于接收电磁辐射的接收装置，该接收装置可以更好地监控电导体的状态。

按照本发明，这一技术问题在上述类型的方法中是这样得以解决，即，

-所述接收装置接收反映所述电导体温度的电磁辐射，

-确定所述包封外壳的温度，

-对反映所述电导体及包封外壳的温度的数据进行处理，以及

-根据所处理的数据确定所述电导体的负荷率。

由电导体和环绕该电导体的包封外壳构成的装置的主要部分被流过电导体的电流从内部加热了。其热量要尽可能快速地散发到周围环境中。因为温度升高会导致电导体的电阻增大以及因此增大传输损耗，所以关键是快速向外散热。根据电导体温度与包封外壳温度的比例关系、尤其是它们随时间的变化可以推断出，是否是基于包封外壳热辐射特性可迅速降低的局部温升，或者是否要沿整个导体对危害电导体工作安全性的温升进行调整。可以对所获取的有关电导体和包封外壳温度的数据形式的信息进行再处理以及描述出电导体负荷。在此也可以结合其他的能量传输装置、例如平行的导线、电缆、架空线等来确定有关温度的信息。因为在包封外壳内部具有电导体且电导体通过绝缘气体相对于包封外壳绝缘的气体绝缘导线也可以超负荷地运行，同时不会受到持久性的损坏，所以这种电能传输装置相宜地也可以短时间地超负荷运行。由此例如可以在输电网内阻截峰值负荷以及因此可以经济地运行现有的电网。

既在电导体上也在包封外壳上分布多个温度探测点，这实现了检测随时间及地点不同的温度变化。另外，由此可以相宜地识别被加热的薄弱点，即尤其经常具有比其他位置更高温度的位置。这样的话还可以相应地考虑补救措施，以便例如达到更好通过包封外壳散热或者排除温度升高的原因，例如在电导体的不同区段上的触点接通区域处过渡电阻引起的温度升高。

附图说明

下面在附图中简略地表示出本发明的具体实施例并对其予以详细阐述。附图中：

图1表示气体绝缘的电导线和在第一包封外壳内部设置的第一红外线传感器；

图2表示气体绝缘的电导线和在第二包封外壳外部设置的第二红外线传感器；

图3表示气体绝缘的电导线和在第三包封外壳外部设置的第三红外线传感器；

图4表示气体绝缘的电导线和在第四包封外壳内部及外部设置的第四红外线传感器和第一温度传感器；

图5表示气体绝缘的电导线和在第五包封外壳外部设置的第五红外线传感器以及用于检测该第五包封外壳温度的第二温度传感器；

图6表示第六包封外壳及多个用于检测电导体上的电磁辐射的测量点和多个用于检测该第六包封外壳温度的传感器。

具体实施方式

首先示范性地借助于图1描述气体绝缘的电导线结构。图2、图3、图4、图5及图6在其中所示出的气体绝缘的电导线中具有同类型的结构。

图1具有第一包封外壳1。该第一包封外壳1基本上设计为管状以及由金属材料、例如铝或钢制成。该第一包封外壳1设计为气密的以及在其内部包含有绝缘气体、例如六氟化硫或氮气。在包封外壳1内包含的气体具有较高的压强。第一电导体2设置在该包封外壳1内部的中央。该第一电导体2借助于(未示出的)支承绝缘子保持在该第一包封外壳内部的中央。

第一包封外壳1和第一电导体2例如可以是气体绝缘的电导线的组成部分。这类装置用于长距离地传输高的电能量。但是也可以规定，第一包封外壳1和第一电导体2是气体绝缘的开关设备的一部分。

第一包封外壳1在外表面上具有第一连接法兰3。该第一连接法兰3由第一法兰盖4封闭。第一连接法兰3构成介电的防护腔，也就是说，在该防护腔内可以顺利地安装内构件，而不会损害第一包封外壳1内部的绝缘强度。在第一连接法兰3的内部安置第一红外线传感器5。该第一红外线传感器5例如是红外线照相机，其检测范围对准第一电导体2。数据导线气密地穿过第一法兰盖4，以便将由第一红外线传感器5提供的数据经过第一包封外壳1的壁传输出来。另外也可以规定，实现由第一包封外壳1内部经过该第一包封外壳1的壁的无线信息传输。为此例如采用感应耦合、无线电耦合或者还采用光传输路径。

第一红外线传感器5对准第一电导体2的一段。由第一电导体2发射的电磁辐射(在此情况下是红外线辐射)由第一红外线传感器5探测以及转变为电子可处理的数据形式。依据由第一电导体2发出的辐射的强度可以推断出该第一电导体2的温度。

下面阐述监控电导体温度的其他不同方案。在此上文所述的实施方案本质上也适用于下述实施例。

图2表示第二包封外壳1a及第二电导体2a。在该第二包封外壳1a上设置第二连接法兰3a。该第二连接法兰3a被第二法兰盖4a封闭。该第二法兰盖4a设有第一视孔玻璃6。第一视孔玻璃6用作可透过电磁辐射的区域。第一视孔玻璃6例如由矿物玻璃或塑料制成以及气密地嵌装到第二法兰盖4a中。在第二包封外壳1a外部设置第二红外线传感器5a。该第二红外线传感器5a通过第一视孔玻璃6对准第二电导体2a定向以及检测由第二电导体2a发射的还穿过第一视孔玻璃6的红外线辐射。第一视孔玻璃6具有相对于红外线辐射而言90％至95％的透射度。

在图3中示出第三包封外壳1c及第三电导体2c。该第三包封外壳1c在其外表面上具有凹槽，在该凹槽中气密地置入第二视孔玻璃6a。将第三红外线传感器5c直接安置到第二视孔玻璃6a上。由此减少了干扰辐射从第三包封外壳1c周围的侵入。

图4表示第四包封外壳1d。在该第四包封外壳1d内部安置第四电导体2d。在第四包封外壳1d的表面区域布设第四连接法兰3d。第四连接法兰3d由第四法兰盖4d封闭。其中将第四法兰盖4d设计成，使得第四红外线传感器5d部分地处于第四包封外壳1d的内部以及部分地处于第四包封外壳1 d的外部。另外在第四法兰盖4d上还固定有第一温度传感器7d。借助于该第一温度传感器7d可以检测第四包封外壳1d的温度。第一温度传感器7d设计成与温度相关的电阻元件。该第五红外线传感器5d检测由第四电导体2d发射的红外线辐射。

对于将红外线传感器和温度传感器共同布设在法兰盖上，存在这样的可能性，即，可以事后简便地将它们安装在一个现存的设备中。这样的话，例如可以利用检查孔或安装孔，来监视电导体及包封外壳。另外，通过这种布设装置达到方便地替换和维修有故障的红外线传感器或温度传感器，因为可以将它们包括法兰盖在内一起迅速更换。

在图5中示出了第五包封外壳1e。在该第五包封外壳1e内部安置第五电导体2e。在第五包封外壳1e的外表面中气密地嵌装第三视孔玻璃6e。如同对图3的说明，第五红外线传感器5e直接安置到第三视孔玻璃6e上并通过第三视孔玻璃6e检测由第五电导体2e发射的红外线辐射。

为了监控第五包封外壳1e的温度，采用另一个红外线传感器7e，其检测由第五包封外壳1e发出的红外线辐射并且显示该第五包封外壳1e的温度。

在图6中原理性地示出多个沿着电导体分散地设置的红外线传感器及多个沿该包封外壳分散地设置的用于检测包封外壳温度的传感器的配合作用。

在第六包封外壳1f上分散地设置其他的温度传感器7f、7g、7h。另外，采用其他的用于监视位于第六包封外壳1f内部的第六电导体2f的红外线传感器8f、8g、8h。为这些其他的红外线传感器8f、8g、8h中的每一个分别对应地配设一个其他的用于监控第六包封外壳1f温度的温度传感器7f、7g、7h。但是也可以与这种直接的对应配设不同以及根据需要采用或多或少数量的温度传感器。

其他的红外线传感器8f、8g、8h以及其他的用于检测第六包封外壳1f温度的温度传感器7f、7g、7h沿第六电导体2f的铺设线路以均匀的距离X分散地布设。

由其他的红外线传感器8f、8g、8h及其他的温度传感器7f、7g、7h检测到的信息被传输到数据总线9上。借助数据总线9将信息例如传送到控制中心以及在那里进行分析。在控制中心安装有检测及分析设备10。与在第六包封外壳1f或第六电导体2f上温度取决于随时间的变化及局部位置地确定关于第六电导体2f的可能的过负荷及可能达到的潜力。从沿第六电导体2f及沿第六包封外壳1f的不同温度变化中可以推断出，热量是怎样从绝电导线的内部散发到周围环境中的或者例如在包封外壳外部发生的现象是否会引起包封外壳内部的温度升高。

在控制台根据这些信息可以作出有关第六电导体2f的提高电流负荷或降低电流负荷的抉择。为此可以规定，例如将由与电导线或包封外壳对应配设的温度传感器提供的数据在一个神经网络中处理以及提出优化负荷状况的建议。神经网络的优点是，随着逐渐积累的操作经验可以采集大量的典型温度变化并可以随后从中对出现的状况提出预测。

在各幅图1、2、3、4、5、6中所示的传感器及其布局的设计方案可相互组合。

Claims (10)

1.一种具有输电用的电导体(2，2a，2c，2d，2e)的装置，该电导体被包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)环绕，该包封外壳形成了气体绝缘空间的边界，其中，该装置具有接收电磁辐射的接收装置(5，5a，5c，5d，5e)，其特征在于，通过所述接收装置可接收由所述电导体(2，2a，2c，2d，2e)发射的电磁辐射。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁辐射是红外线辐射或紫外线辐射或可见光辐射。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述接收装置(5，5a，5c，5d，5e)至少部分地设置在所述包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)内部。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述接收装置(5，5a，5c，5d，5e)至少部分地设置在所述包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)外部。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)气密地包围气体绝缘空间。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)外部检测电磁辐射。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)具有一个比其周围区域有更高频谱透射度的区域(6，6a，6e)。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述区域(6，6a，6e)具有可透射电磁辐射的熔融体。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，可借助至少一个传感器监控所述包封外壳(1，1a，1c，1d，1e)的温度。

10.一种用于确定输电用的电导体(2f)的负荷的方法，该电导体被包封外壳(1f)环绕，该包封外壳形成了气体绝缘空间的边界，其中，为所述电导体(2f)对应配设用于接收电磁辐射的接收装置(8f，8g，8h)，其特征在于，

-所述接收装置(8f，8g，8h)接收反映所述电导体(2f)温度的电磁辐射，

-确定所述包封外壳(1f)的温度，

-对反映所述电导体(2f)及包封外壳(1f)的温度的数据进行处理，以及

-根据所处理的数据确定所述电导体(2f)的负荷率。

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