CN101329370B - 用于能量传输线的电量测量设备 - Google Patents

Abstract

用于能量传输线的电量测量设备，与电力线的电缆或其装置件有效连接，由用于监测电压信号的设备和用于监测电流信号的设备形成。用于监测电压信号的设备具有金属圈形式的贯穿电容(TV)，其与所述电缆同轴配置，可与电容分压器连接。用于监测电流信号的设备具有至少一个具有线圈(TA)的电流传感器，由于感应效应电流穿过线圈时线圈易受影响。线圈在具有中心开口的至少一个印刷电路板上得到，其由印刷电路板的两个面上提供的放射状沉积物和配置在两个面的放射状沉积物之间的电连接形成。此外，提供了绝缘材料层，其被安置为至少部分覆盖印刷电路板；还设想了金属屏，其被安置为至少部分覆盖印刷电路板。TV和TA轴向组装并且整体的结合到绝缘材料基体中，绝缘材料基体限定了用于插入电缆的通孔。

Description

用于能量传输线的电量测量设备

技术领域

本发明涉及一种用于能量传输线的电量尤其是电压和电流测量设备。

本发明的测量设备使其方便地用于断路器、变压器、电站或其他网络装置，以提供电缆的电压和/或电流值，尤其是电塔附近的电缆。

更具体而言，本发明的设备能够向故障信号装置(fault signallers)提供对于其机能和电力线控制系统的预配置而言必须的电压和电流信号。

背景技术

已知在通过高、中和低电压线传输电流的区域，越来越需要接收准时的电压和电流信息，以允许电力线的最优化管理，尤其是允许通过遥控操作系统对故障部分的愈加有效的辨识。

更详细地说，今天越来越多地使用故障监测器，该监测器能够与操作中心通信以发送各种类型故障(地面放电、相间短路等)的转换信号。该监测器既可以配置在主干线上的断路器中，又可以配置在所谓的IMS“电塔开关/断路器”中。

众所周知，电压信号已经能够由同样的IMS断路器通过合适的电容分压器提供。

在没有提供电容分压器的电塔开关/断路器中，该信号必须通过TV电压变换器的安装或通过电容绝缘子的方式从电力线得到，其具有高昂的费用和可观的维护费用。

为了允许以更简单经济的方式监测线电压，近来市场上出现了用于配电盘、变压器、断路器或其它产品的大量绝缘子技术方案，在他们的内部具有至少一个电容，由此通过基于绝缘子以及配置的穿过网络装置的金属安全壳电站(metalcontainment station)的内部的电连接提取相对于地电势的电压信号是可能的，从中提出一个关于零电位的电压信号。这些技术方案中的一些在例如专利DE19644482、DE10000243和EP134541中得到描述。

在专利EP688075中，描述了具有一些轴向可重叠环的调制绝缘子(modulatorinsulator)，由此得到希望的绝缘，在其内部电容被预配置，这就导致当环相互堆叠时其串联排列。

被测电压信号与待测信号成比例，其根据已知等式V＝V₀C1/(C1+C2)通过电容分压器得到，其中C1是绝缘子内部的电容，C2是测量设备的电容，V₀是待测相电压。

后一个技术方案没有考虑到在大多数情况下网络装置已安装，因此用其他装备有其中集成了电容的绝缘子的新装置替换他们可能是很大的负担。

而且，必须考虑到六氟化硫开关/断路器(SF6)(因为他们允许紧凑的组合件和大量遥控操作的简单化，其被广泛的优选)容纳于密封金属盒体中，因此提取用于电压测量的电线是困难和繁重的。

电流信号通常是通过电流互感器(TA)提取的，其优选地包括由Rogowski线圈形成的电流测量设备，该线圈与电缆同轴排列并且易受感应电流通过的影响，该感应电流与线路电缆(line cable)中的电流变化成比例，类似互感器的次级电路，其初级为线路电缆(line cable)。

这些电流测量设备技术方案中的一些在例如专利EP573350和WO01/0575543中被描述。

这些电流测量设备的缺点在于它们不能以足够的精度测量电流强度值，尤其是在高电压和中电压的电力线上，因为它们受到了干扰，干扰是由于存在电力线自身产生的电场。

事实上该电场产生了电容耦合和干扰源，其影响了TA和同一设备的电子电路，该电子电路用于处理电力线附近发现的信号，因此使得在裸电缆上，上述设备的测量精度很小。

市场上普遍使用的电流和电压测量设备在实践中发现很难设置在电力线中。

而且，两个测量设备的不同技术需求使得它们几乎不可能组装到单个测量设备中。

发明内容

因此，本发明的基本目的是，提供用于能量传输线的电量测量设备，其能够以简单经济的方式容易的与电力线连接，尤其是在无机械牵引的部分，以克服上述已知类型的技术方案出现的缺点。

本发明进一步的目的是提供既监测电缆的电压又监测电缆的电流的测量设备，其不受可能危及其精度的干扰的影响。

本发明进一步的目的是提供易于校准和检查的测量设备。

本发明进一步的目的是提供制造上结构简单经济并且在操作中完全可靠的测量设备。

附图说明

根据上述目的，本发明的技术特点可以在以下所述的权利要求的内容中发现，相同的优点参考附图从以下的详细说明中更加显现，其描述的仅仅是一些例子和非限制性的实施例，其中：

图1显示了本发明目的的测量设备的剖面示意图；

图2显示了图1的设备的侧面图；

图3显示了根据本发明的设备示例的侧面剖面图；

图4显示了根据本发明的电流传感器的平面图，带有中心结合的管状导管；

图5显示了根据本发明的设备的实施例；

图6显示了根据本发明的设备的进一步的实施例；

图7显示了沿着管状导管的中心的纵向剖面的图6的设备的侧面剖面图；

图8显示了沿着管状导管的纵向剖面并且相对于图7的剖面旋转的图6的设备示例的进一步的侧面剖面图；

图9显示了从管的轴向看的图6的设备图。

具体实施方式

根据附图，本发明的目的的测量设备，整体上标识为1。

根据附图中说明的示例性实施例，设备1可与电缆线3有效连接，例如具有中或高电压的三相，尤其用于25或36KV电压，并且也能够应用于低电压，用来测量指示电力线的相电压和/电流的信号。

有利地，设备1打算用在屏蔽线或裸线、用于断路器的电塔、变压器、架空电站(aerial station)或其他任何一种市场上提供的网络装置。

如下将要进一步解释的，上述设备1计划不仅设置于在牵引下的电力线上，而且设置于弹性端部，也就是说，没有遭受机械牵引的电缆线的终端部，其通常合适地提供在电力线中用于能量传输。

根据本发明的设备1也能够在不脱离本发明限定的保护范围下通过与任何一个装置件(断路器、电站等)的绝缘子连接而设置。

上述设备1包括具有贯穿电容(through capacitor)2的用于监测电压信号的设备，以下及附图中均用TV表示，其形式为以电缆线3为轴配置的金属环或金属圈，其中电缆线3的电压必须被测量。

有效地，为了监测电压信号，例如，它可以与电容分压器连接，其中电容分压器本身是已知类型，因此在此不作详述。

为了获得期望电容值C，带高H和带长L，或环半径，以及金属类型都可以根据需要选择的。

本发明目的的技术方案此外还提供了用于测量电力线上的电流信号的设备，其主要包括具有线圈的电流传感器，线圈易受感应效应的感应电流通过的影响，其中感应电流与电缆线中的电流的变化成比例，诸如变压器的次级电路，其初级为电缆线。

该线圈(以下及附图中均用TA表示)在至少一个具有中心开口13的印刷电路板(其用4表示)上。

TA由提供在印刷电路板的双面上的放射状沉积物14和配置在两个表面的沉积物之间的电连接形成。

两个表面的沉积物之间的电连接由轴向穿孔15得到，该轴向穿孔15通过贯穿印刷电路板制作，设置电路的两个表面连接，接下来进行由此制作的孔中的焊接。

有利地，TA可包括两个绕组，其互相串联并在两个相反的方向具有恒定的匝数密度，其在同一印刷电路板上或组装在夹层结构中的两个分离的印刷电路板上，夹层结构具有插入的绝缘材料层。

在印刷电路板4的表面上，可以预配置电子部件7，其执行调节来自TA的信号的功能，其方便了测量仪器接下来的采集和处理。

更详细地说，设置在印刷电路板4上的电子部件可包括适合调节来自TA的信号的积分器、分流器、放大器和滤波器。

设备1监测的电流和电压测量结果，优选地是通过电缆传输至设备，该设备处理测量结果和传输可能的故障信号。

设备的输出电缆装配有环氧/硅树脂的凸缘，以增加可能的放电的爬电距离(creepage distance)。

根据本发明下的思想，设备1还包括金属屏6，其有利地安置以至少部分的覆盖印刷电路板4，并且其允许得到由于高强度电场的存在引起的电容耦合的大衰减，其将影响TA和同一设备1的用于信号处理的电子部件，其建立在电缆线附近的印刷电路板4上。

如果必要，该金属屏6可以安置为完全覆盖印刷电路板以达到显著地高测量精度水平，或者使得设备1对特别高强度干扰呈献出很小的灵敏度。

根据特定实施例，金属屏6由连续的金属薄片得到，其可由被冲压的金属板制造，其被折叠以围住印刷电路板4，接下来密封以完全覆盖印刷电路板4。

该金属屏6的厚度，优选地是在10-50微米范围内，然而，在不脱离本发明限定的保护范围时，对于期望的容限也可以使用不同的厚度。

有利地，为当前测量设备提供的技术方案是，被安置为至少部分覆盖所述印刷电路板4的绝缘材料层5，插在印刷电路板和金属屏之间，适于防止屏自身和形成TA的金属沉积物或可能存在的电子部件7之间的接触，电子部件7用于处理TA自身传输的信号。

该设想的绝缘层5由云母、聚酰亚胺胶片或者其他能够保证电绝缘并适合环氧/硅树脂的注射/模制温度的材料形成。

该设想的绝缘层5可以配置有允许其粘结金属屏表面和印刷电路板的胶面(biadhesive faces)。

有利地，金属屏6具有固定的支承绝缘层5的面。

根据本发明的测量设备技术方案1进一步提供为，TV和TA轴向组装并完整地结合在绝缘材料基体9中，绝缘材料基体9限定了用于插入电缆3的通孔20。

特别地，用于制造基体9的绝缘材料可以为玻璃纤维-加强塑料或环氧/硅树脂。

根据图3和4的例子，印刷电路板4具有支撑带12，其从印刷电路板的中心开口13放射状延伸到通孔20，并且其承担在绝缘基体9的注射步骤期间对准TA中心和支撑TV的功能。然而，该带12在以下和附图6、7中描述的优选实施例中不存在。

根据本发明要求的进一步特征，测量设备1包括形成设备1的主要部分的管状支撑10，其与通孔20同轴安置以对通孔进行限定。

管状支撑10可靠的安置，尤其是在通过带12的自由端铸造期间，带12也承担对准管状支撑10的中心的功能。

依靠合适的固定器件11，管状支撑10允许可移动的锁定待测线路的电缆3上的设备1，其通常由线的终端建立，不属于机械牵引，并且其在悬浮线的牵力下与电缆连接或进入网络装置。

优选地，部件16被提供，其将精确地插入管状支撑10中，通过上述固定器件11可将其固定到管状支撑10。

该部件16被制成固体电缆或管的形状。

固定器件可以被提供成例如销子的形式，然而在不超出本发明目的时可以使用不同形式的固定器件。

上述管状支撑10可以由金属材料制成，在这种情况下它将与电缆等电位，或由绝缘材料制成，并且这种情况下它将只是部件16的支撑。

通过已知类型的紧固系统，诸如例如通过压接连接器或金属带17，后者可依次连接到线路电缆(line cable)的有牵引部分或无牵引部分(参见图5)。

管状支撑10和部件16的预配置带来各种优点。

第一个优点在于具有在牵力下完美地在电缆上对准中心固定设备，因为它包括将被精确插入管状导管10的部件16。

因此，不需要为了在牵力下固定到电缆而改变设备，并且与设备1的机械连接特别安全和稳定。

第二个优点在于事实上，管状支撑10中的部件的可移动性允许便利设备1的校准和检查操作。

事实上，上述校准和检查步骤要求用极高电流(1000A的数量级)通过设备1的通孔13，一旦部件16不插入，该电流可以通过在孔20中插入附加的线圈匝数而容易的得到。

如果部件16与管状支撑10整体的形成，则在单匝时同样的电流将较难产生。

更详细地说，关于附图，根据图2中说明的实施例，根据本发明的设备1包括与电缆3同轴配置形式为金属环2的贯穿电容(through capacitor)TV，以及在印刷电路板4的两个面上的放射状沉积物和两个面的沉积物间的电连接形成的电缆TA。

印刷电路板定义了中心开口13，穿过印刷电路板的电连接相对于该中心开口定义了一个较大半径的圆周。

在图中高光显示的是：安置为覆盖印刷电路板4的表面的绝缘材料层5和优选地安置为完全覆盖印刷电路板4和电子部件7的连续金属薄片6，其也延伸到覆盖电路厚度。

有利地，连续金属薄片6承担绝缘材料层5在其一个面上的直接固定。

印刷电路板4包括从印刷电路板4的中心开口13的内边缘放射状延伸到所述通孔20中心的带12并且在带12上TV直接邻接。

根据该实施例，印刷电路板4的开口13的半径大于TV的。

TV和TA整体地结合在树脂基体9中。

后者具有通孔20，通孔内部固定有管状支撑10，通过销11，部件16同轴固定在管状支撑10内。

设备1，本发明的目的，允许以实用简单的方式(也由于部件16)安装在任何一个用于能量传输的线路电缆(line cable)上或者对不同电力装置的终端输入部分。

设备1，本发明的目的，允许使用单个设备对电流和电压精确监测，不受特殊的设想的配置带来的干扰的影响。

设备1，本发明的目的，能够容易地校准，并且用有限的花费容易的生产。

有利地，设备1，本发明的目的，能够提供：绝缘材料基体9装备有如图6、7中所示的那样配置的环状凸缘49，以增加电流的爬电距离，当由于静电场而表面放电时电流可能上升。

当然，即使没有详细说明该配置在图6-9中也一直存在。

更详细地，在来自管状支撑10的电缆3的输入50或输出51和金属屏6的主体(mass)或甚至电子电路7的主体(mass)之间，在合适的绝缘控制下的爬电距离可以得到辨识。

进一步地，在来自管状支撑10的电缆3的输入50或输出51和设备1的电连接线52之间，爬电距离必须考虑，电连接线52适于向设备供电和传送信号。

为了这个目的，两组第一凸缘53被提供，其安置在印刷电路板4的旁边以防止关于金属屏的爬电，并且安置在设备1的连接线52上的第二组凸缘54靠近印刷电路板4，由此防止关于电连接52的爬电。

优选地，为了使设备1紧凑并且因为机械和功能的原因，绝缘基体9的结构是“T”形，其中在T的两个分支上的第一组53的环49的对称轴与安置在T的主干上的第二组54的环49的对称轴正交。

根据本发明不同的有利实施例，在绝缘材料基体9的远处，在印刷电路板4或TV和管状支撑10之间没有提供机械连接。这个特点使得设备1具有更少的僵硬，或更多的弹性，因此能够更好的响应压力和振动，没有可能引起阅读误差的变形或损坏。而且，该特点限制了电流爬电的建立，其随着时间可能导致绝缘材料9的恶化。

为了免去管状支撑10和印刷机械电路4之间的机械连接器件，后者具有放射状延伸60，其只在长度上延伸以适于支撑TV(参见图8)。在由相反的薄片模制的步骤中，一个薄片通过啮合在封口55中的螺钉插入印刷电路板4的放射状延伸60上的孔70中而支撑印刷电路板4，并且另一个薄片关于印刷电路板4在中心位置支撑管状支撑10。由于事实上其从两个薄片上的设想(envisaged)的开口突出或更由于它是孔的事实，管状支撑10容易地支持在该模制薄片上。

一旦绝缘材料基体9的注射(其适于完全地封闭设备)被执行，设想(envisaged)得到啮合在封口55中的螺钉被移除并且封口被绝缘材料层(其适于封闭螺钉留下的孔)覆盖。

TV和TA的关于管的轴向中心保证没有具有上述缺点的直接连接器件。

应当指出连接线52有利地与印刷电路板4电连接并且为了该目的其安置成相同高度一行。因此，绝缘材料基体9具有对称凸出部56以允许电子电路7的覆盖。

因此，优选地由单个模制步骤制作的绝缘基体9的结构能够克服绝缘方面和疲劳、脉冲压力和阻力到大气压力(盐度、温度、湿度等)测试方面的规律规定的限制。

根据本发明的发现获得了预建立的目的。当然，在其实际的成果中，在不脱离本发明的范围时，它也可以采用不同于以上所述的形式和结构。而且，所有的细节可以被技术上等同的元件替换，并且使用的形状、尺寸和材料根据需要可以是任何类型。

Claims (1)

1.一种用于能量传输线的电量测量设备，其与电力线的电缆或其装置件有效连接，包括：

至少一个用于监测电压信号的设备，其具有能够与电容分压器连接的电容(2)以监测所述电压信号；

至少一个用于监测电流信号的设备，其具有：

至少一个具有线圈的电流传感器，线圈易受感应电流通过的影响，其特征在于：所述电容(2)是与所述电缆(3)同轴配置的金属圈形式的贯穿电容，所述电流传感器在至少一个具有中心开口(13)的印刷电路板(4)上，所述线圈是由在印刷电路板的两个面上提供的放射状沉积物(14)和配置在两个面的沉积物之间的电连接形成的；

绝缘材料层(5)，其被安置为至少部分覆盖所述印刷电路板(4)；

金属屏(6)，其被安置为至少部分覆盖所述印刷电路板；

所述贯穿电容(2)和所述线圈轴向组装并整体地结合到绝缘材料基体(9)中，绝缘材料基体限定了用于插入所述电缆(3)的通孔(20)。

2. 根据权利要求1的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述金属屏(6)完全覆盖所述印刷电路板的表面。

3.根据上述权利要求中任何一个的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述金属屏(6)由金属材料的连续薄片得到。

4.根据权利要求1的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于其包括从所述印刷电路板(4)的中心开口(13)的内边缘朝所述通孔(20)的中心放射状延伸的支撑带(12)。

5.根据权利要求4的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述贯穿电容邻接在所述支撑带上。

6.根据权利要求1的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述金属屏(6)承担固定在一个面上的所述绝缘材料层(5)。

7.根据权利要求1的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于其包括在通孔(20)内同轴地固定到电量测量设备的管状支撑(10)。

8.根据权利要求7的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于其包括固定器件(11)以将所述管状支撑(10)固定到所述电缆(3)。

9.根据权利要求8的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于其包括能精确地容纳在所述管状支撑内的部件(16)，通过所述固定器件(11)，所述部件（16）被稳固地锁定到所述管状支撑（10），该部件（16）在其端部能连接到电力线的电缆(3)或电力线的装置。

10.根据权利要求9的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述部件(16)是固体电缆或管的形式。

11.根据权利要求1的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述金属屏(6)的厚度在20-50μm的范围内。

12.根据权利要求7的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述绝缘材料基体(9)具有环状凸缘(49)以增加来自管状支撑(10)的电缆(3)的输出(51)或输入(50)和金属屏(6)或电量测量设备(1)的电连接线(52)之间的爬电距离。

13.根据权利要求12的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述绝缘材料基体(9)具有安置在印刷电路板(4)侧面的至少两组第一凸缘(53)以防止朝所述金属屏(6)的爬电。

14.根据权利要求12的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述绝缘材料基体具有安置在印刷电路板(4)附近的电量测量设备(1)的电连接线(52)上的至少一个第二凸缘组(54)以防止关于电连接的爬电。

15.根据权利要求12的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述绝缘材料基体(9)具有安置在印刷电路板(4)侧面的至少两组第一凸缘(53)以防止朝所述金属屏(6)的爬电，所述绝缘材料基体具有安置在印刷电路板(4)附近的电量测量设备(1)的电连接线(52)上的至少一个第二凸缘组(54)以防止关于电连接的爬电，绝缘材料基体的结构是T形，其中第一凸缘(53)的对称轴与第二凸缘组(54)的对称轴正交。

16.根据权利要求7的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述印刷电路板(4)与所述管状支撑(10)仅通过所述绝缘材料基体(9)机械连接。

17.根据权利要求1的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于包括与印刷电路板电连接的电连接线（52），所述电连接线(52)与印刷电路板(4)对准排列。

18.根据权利要求7的用于能量传输线的电量测量设备，特征在于所述用于监测电压信号的设备由从印刷电路板(4)延伸出来且不与所述管状支撑(10)连接的放射状延伸(60)支撑。

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