CN101842675B - 用于高压和中压构件的温度监测装置 - Google Patents

用于高压和中压构件的温度监测装置 Download PDF

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Abstract

一种用于高压和中压构件的温度监测装置具有变换器(1)，利用该变换器(1)可产生取决于待监测构件的温度的机械信号。将机械信号传输到例如以杆的形式的电绝缘的传输元件(3)处，并且由该传输元件(3)而传输到运动接收器(2)上。传输元件(3)有利地布置在电绝缘的中空体(9)中。通过这种结构可将运动接收器(2)与高的电压相隔绝。装置由坚固耐用的部件组成并且可具有高的使用寿命。

Description

用于高压和中压构件的温度监测装置
技术领域
本发明涉及一种用于高压和中压构件的温度监测装置。
背景技术
为了监测中压和高压构件的温度使用红外线传感器。红外线传感器允许，无接触地且间隔地测量结构元件的温度，以使得即使还存在高的雷击电压(Blitzstossspannung)的情况下也可能实现可靠的电位隔开(Potenzialtrennung)。然而，红外线传感器具有限定的例如5年的使用寿命。然而，在实际情况中，为了降低运行成本期望更长的使用寿命。
文件SE469611B公开了一种用于在低压系统中测量温度的温度监测单元，其中，在不同于这样的部位(在该部位处，脱扣单元
Figure GPA00001131056200011
被操纵)的部位处测量温度。所应用的温度传感器使用由带有记忆效应的金属所制成的弹簧。弹簧在临界温度时的运动借助于柔性的且电绝缘的鲍登线(Bowdenzug)传递到控制箱，该控制箱处于地电位(Erdpotential)。可柔性变形并因此可运动的绝缘体(该绝缘体在电位和地电位之间延伸)可在电场中引起不均匀性。尤其在中压和高压应用领域中应避免这种电场不均匀性。
在文件GB 2021265中公开了一种温度监测机构，利用该温度监测机构可控制电锅炉或房屋取暖设备。电锅炉的温度传感器经受蒸汽锅炉的压力，而用于切断加热元件的开关远离蒸汽发生所在的部位。为了将在蒸汽锅炉处存在压力的部位处所产生的切断信号远距离地传输到开关，建议使用鲍登拉索(Bowdenzugkabel)或位于毛细管中的流体，并且因此远离蒸汽发生的部位提供了脱扣器械的无问题的操作。
在文件EP 1657731中描述一种发生器开关(Generatorschalter)，其中，为了冷却位于电位上的内导体而建议使用联接的热管。为了以机械且电的方式使热管的蒸发器和冷凝器断开联接，设置有电隔绝距离(Isolationsstrecke)和可柔性变形的区段。
发明内容
因此，提出了这样的目的，即，提供用于高压和中压构件的长使用寿命的温度监测装置。
该目的由根据独立权利要求的温度监测装置而实现。相应地设置有变换器(Wandler)，该变换器产生取决于高压或中压构件的温度的机械信号。这种信号具有宏观的(makroskopisch)或微观(mikroskopisch)的运动的形式，该运动可例如为拉运动(Zugbewegung)、推运动(Stossbewegung)或扭转运动(Torsionsbewegung)。此外，以与变换器存在间隔且电绝缘的方式布置有运动接收器(Bewegungsaufnehmer)，例如机械开关，该运动接收器可将运动转换成电信号。不导电的传输元件在变换器和运动接收器之间延伸。变换器的机械信号产生传输元件的运动，利用该运动可操纵运动接收器。
这种布置具有的优点是，可使用简单地设计的、长使用寿命的部件。因此可能的是，实现所期望的长使用寿命。
例如，传输元件可设计成刚性的绝缘的杆，该杆将变换器的推运动或拉运动传输到运动接收器上。
传输元件还可包括多个相继排列的牢固的单体
Figure GPA00001131056200021
(例如球体)，单体将运动传输到运动接收器处。
温度监测装置尤其适用于监测处于至少1kV、尤其为至少12.5kV电压的构件的温度，并且可无问题地如此地设计该温度监测装置，即，使得该温度监测装置承受直到150kV的雷击电压。
附图说明
本发明的其它的设计方案、优点以及应用从从属权利要求中以及从在下文中根据附图的描述中得出。其中：
图1显示温度监测装置的第一种实施方案，
图2显示温度监测装置的第二种实施方案，
图3显示温度监测装置的第三种实施方案，
图4显示温度监测装置的第四种实施方案，
图5显示温度监测装置的第五种实施方案，以及
图6显示温度监测装置的第六种实施方案。
具体实施方式
根据所示出的实施方案的温度监测装置具有变换器1(该变换器1布置在装置的第一端部处)、运动接收器2(该运动接收器2布置在与第一端部相对的装置的第二端部处)以及传输元件3(该传输元件3在变换器1和运动接收器2之间延伸)。
在运行中，变换器1与待监测的构件4(例如高压或中压开关)处于热接触。监测装置的目的为产生电信号，该信号取决于构件4的温度。信号可例如为二进制信号，其表明构件4的温度是否已超过预设的温度阈值，或者该信号还可例如为模拟信号，例如电压值，该电压值随构件的温度基本上连续地变动。
在根据图1的实施方案中，变换器1包括一个或多个、彼此叠放的速动盘(Schnappscheibe)5。在此，速动盘5为取决于温度呈现第一形状或第二形状的盘，由此，在图1的方向X中叠放的高度改变。例如，这种速动盘由双金属材料或形状记忆合金制成并且为本领域中技术人员所公知。
速动盘5的叠放布置在监测装置的底座7的腔室6中。底座7与待监测的构件4处于直接的热接触。
保持件8支承到速动盘5上。该保持件8以在方向X中可移位的方式安放(lagern)在底座7中并且支承靠着在本实施方案中设计成刚性的直杆的传输元件3的第一端部。传输元件3由绝缘的耐电压的材料制成并且布置在中空体9中。中空体9也由刚性的、绝缘的、耐电压的材料制成。在该中空体9的外侧上该中空体9具有绝缘肋(Isolationsrippe)10，以提高爬电距离(Kriechstrecke)。
底座7和变换器1布置在中空体9的第一端部处。底座7牢固地与中空体9相连接。在相对的第二端部处中空体9承载装置的头部11，在该头部11处布置有运动接收器2。
传输元件3以可在方向X上移位的方式而安放在头部11中。在头部11和传输元件3的第二端部间之间布置有压力弹簧(Druckfeder)12，该压力弹簧12以与方向X相反而朝向速动盘5的方式推压传输元件3。
靠近第二端部处，凹槽13沿着传输元件3的外侧而伸延，微型开关15的指形件14接合到该凹槽13中。这些部件形成运动接收器2。微型开关15通过保持架16而固定在头部11处。
根据图1的实施方案的中空体9为刚性的，并且该中空体9牢固地与底座7和头部11相连接。这允许，通过利用合适的固定件而将底座7安装在构件4处，同时头部11以自由且没有接触其它部件的方式而由中空体9保持，从而安装整个装置。在这种安装情况下监测装置在构件4的运动和振动时未遭受过度的机械应力。
为了使头部11和布置在该头部11处的部件充分地绝缘并且尤其为了承受直到150kV的雷击电压，中空体9和传输元件3的长度应至少为6cm、优选至少为22cm。中空体9的外侧上的爬电距离应至少为30cm长。因为布置在中空体9中的传输元件被保护免受环境影响，因此在传输元件处不必还需设置绝缘肋。假如中空体9足够长，则还可省去绝缘肋10。
根据图1的构件的工作原理如下：在低温下，监测装置位于图1中所显示的位置中，在该位置中指形件14接合到凹槽13中并且开关15断开。如果构件4的温度增加超过预设的阈温度，则速动盘5运动到其第二位置中，由此速动盘的叠放的高度在方向X中变大。由此施加纵向力到传输元件上，并且传输元件逆着压力弹簧12的力在方向X上运动。由此，将指形件14从凹槽13中推挤出去并且开关15被操纵。如果构件4的温度再次降低到阈温度以下，则速动盘5运动返回到其第一位置中，速动盘5的叠放变小，并且传输元件3由压力弹簧12再次推挤回到根据图1的位置中，由此，指形件14再次落回到凹槽13中并且开关15断开。
根据变换器1的设计方案，该变换器1可施加拉力和/或推力(Stosskraft)到传输元件3上。如果该变换器1能够既施加拉力又施加推力时，则弹簧12也可能省略。可考虑的是，替代弹簧12而设置手动或电磁复位器或类似者。
例如，变换器1还可通过由形状记忆材料制成的弹簧而形成，该弹簧在超过阈温度时伸长或收缩并且因此操纵传输元件3。
代替杆状的传输元件，还可使用由多个相继排列的可纵向运动的坚固的单体(例如球体17)组成的传输元件，如在根据图2的实施方案中所示出的那样。在装置的第一端部处球体17中的第一个触碰第一推杆18处，该第一推杆18承担图1的实施方案的保持件8的作用。在装置的另一端部处球体17中的最后一个触碰靠着第二推杆19，该第二推杆19承担根据图1的传输元件的头部端的作用。尤其，第二推杆逆着弹簧12的力而被支承并且在其外侧上具有凹槽13，指形件14接合到该凹槽13中。
通过在超过阈温度时球体17由第一推杆18朝向第二推杆19而被推压并且使第二推杆19在方向X中移位，以使得开关15被操纵，从而图2的实施方案的功能类似于根据图1的实施方案。
替代球体，传输元件3可由其它坚固的单体所形成，例如由多个短的圆柱形的相继排列的部件形成。
在图3中示出的另一实施方案中，传输元件3由抗扭转的杆形成。该杆以可绕其纵轴线旋转的方式而安放在中空体9的内部中。在这种实施方案中，变换器通过由双金属材料或形状记忆材料制成的螺旋形件(Spirale)20而形成，该螺旋形件20在其外周缘处固定在底座7处并且在其中间固定在传输元件3处。如果构件4的温度改变，则螺旋形件施加旋转力到传输元件3上并且使传输元件3绕着其纵轴线而旋转。
在根据图3的实施方案中，在传输元件3的第二端部处该传输元件3直接与旋转式电位器21的轴相联接。如果构件4的温度改变，则在这种实施方案中电位器21的抽头电阻(Abgriffwiderstand)同样改变，以使得可产生取决于于温度的模拟电压信号。
替代电位器，还可设置有旋转开关，该旋转开关类似于根据图1或图2的实施方案产生二进制信号。另一方面，在根据图1和图2的实施方案中(以及在下文中所描述的实施方案)中，还可使用线型电位器来替代开关。
在图4中显示了这样的实施方案，即，在该实施方案中可使用仅产生较小的机械行程和较小的力的变换器1。为此，类似于根据图1的实施方案，传输元件3设计成可在方向X上移位并且其第二端部操纵开关15的杆。在装置的第一端部处传输元件3由保持件8所保持，该保持件8就其自身而言由锁止机构逆着压力弹簧22的力而固定。锁止机构由变换器3所形成。为此设置有球体23，该球体23由变换器的速动盘5推压到保持件8的侧向凹口24中。
根据图4的实施方案的功能如下：在低温时装置位于图4中所示的位置中。压力弹簧22被施加预紧力并且球体23由速动盘22推压到凹口24中。
只要超过阈温度，速动盘5就改变其形状，确切说使得球体23可从凹口24中退出(zurückweichen)并且因此使锁止机构解锁。此时，压力弹簧22使传输元件3在方向X中运动并且因此闭合开关15。
为了重置装置，传输元件3必须在低于阈温度后手动或者通过电机再次被推回，以使得锁止机构可再次闭锁(einrasten)。
如已经提及的那样，在变换器1和运动接收器2之间的连接还可设计成柔性的。在这种情况下可能的是，一方面使变换器1牢固地与构件4相连接，并且另一方面使运动接收器2牢固地与例如静止的基座相连接，而不会造成装置的过度的机械负荷。
图5显示了相应的装置，在该装置中传输元件3和中空体9设计成柔性的。通过使传输元件3设计成例如由玻璃纤维制成的抗拉的绳索并且中空体设计成在纵向上耐压的柔性的塑料软管，从而传输元件3和中空体9形成鲍登线。
在这种情况中，在装置的第一端部处变换器1必须施加拉力到传输元件3上。这在根据图5的实施方案中通过使中空体9固定在底座7处并且传输元件3与由形状记忆材料制成的拉线(Zugdraht)25的端部相连接而实现。拉线25的另一端部同样牢固地固定在底座7处。底座7与构件4相连接并且优选形成罩壳(未显示)，在该罩壳中拉线25被保护并且被保持在待监测的构件的温度下。拉线25的长度与温度有关。
在装置的第二端部处必须施加拉力到传输元件3上并且必须检测该传输元件3的纵向运动。这在根据图5的示例中通过使中空体9固定在头部11处并且传输元件3与摇杆26相连接而实现。摇杆26由拉力弹簧(Zugfeder)27逆着传输元件3的拉力而保持。
如果拉线25在超过阈温度时收缩，则摇杆26逆着拉力弹簧27的力在方向Y中朝向开关15运动并且操纵该开关15。如果构件4再次低于阈温度，则拉线25伸长，摇杆26返回，并且开关15断开。
在目前所显示的实施方案中传输元件3在中空体9中被引导，该中空体9(根据图5的实施方案除外)还可承载运动接收器2。然而如图6所示，还可考虑，将运动接收器2固定在以相对于待监测的部件4在位置上基本上固定的方式而布置的、不带高压或中压的支座28(例如基座)处。在这种情况中，还可有利地省去中空体9。必要时传输元件3可在其外侧处设有绝缘肋(在图6中未显示)。在其它方面，根据图6的实施方案设计成与根据图1的实施方案尽可能相同。
通常可表明的是，利用本发明实现用于测量和监测中压或高压模块的温度的坚固耐用且简单的可行性。
变换器可以不同的方式而设计。如提及的那样，变换器尤其可产生模拟的连续信号或还可产生二进制的不连续信号。如果使用形状记忆合金时，则变换器可实施成单向或双向作用元件。按照合金此处还可能实现连续的(模拟的)或跳变的(数字的)变形。
传输元件应将机械的偏移(Auslenkung)以电绝缘的方式传输到运动接收器上。
在每个实施形式中运动接收器可设计成按钮式或接触式开关或电位器。此外，大多数情况下可设置有复位机构。该复位机构可通过常规的回位弹簧而实施，该回位弹簧还应阻止，在转换情况(Schaltfall)下由于可能的振动使温度监测器激活(所谓的颤动(Prellen))。此外，还可考虑借助于磁力线圈(Hubmagnet)、利用电机或通过手动实现回位。按照实施方案运动接收器还可作为力传感器起作用并且将传输元件的最小程度的微观运动转换成电信号。
参考标号列表
1    变换器
2    运动接收器
3    传输元件
4    待监测的构件
5    速动盘
6    腔室
7    底座
8    保持件
9    中空体
10   色缘肋
11   头部
12   压力弹簧
13   凹槽
14   指形件
15   微型开关
16   保持架
17   球体
18   第一推杆
19   第二推杆
20   双金属螺旋形件
21   电位器
22   压力弹簧
23   球体
24   凹口
25   由形状记忆材料制成的拉线
26   摇杆
27   拉力弹簧
28   不带高压的支座

Claims (18)

1.一种设计成用于测量高压或中压构件的温度的温度监测装置，所述温度监测装置带有：
变换器(1)，利用所述变换器(1)可产生取决于所述高压或中压构件的温度的机械信号，
以与所述变换器(1)存在间隔且电绝缘的方式而布置的运动接收器(2)，以及，
在所述变换器(1)和所述运动接收器(2)之间延伸的、不导电的传输元件(3)，
其中，所述变换器(1)的机械信号产生所述传输元件(3)的运动，并且利用所述传输元件(3)的运动可操纵所述运动接收器(2)，其特征在于，所述传输元件(3)为笔直延伸的杆，所述杆可传输拉运动、推运动或扭转运动。
2.根据权利要求1所述的温度监测装置，其特征在于，所述传输元件(3)未布置在中空体中。
3.根据权利要求1或2所述的温度监测装置，其特征在于，在所述传输元件(3)的外侧处布置有绝缘肋(10)。
4.根据权利要求1或2所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)施加推力或拉力到所述传输元件(3)上。
5.根据权利要求1或2所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)具有至少一个由形状记忆材料制成的弹簧和/或速动盘(5)，所述弹簧和/或速动盘(5)以取决于温度的方式呈现第一形状和第二形状。
6.根据权利要求1或2所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)施加旋转力到所述传输元件(3)上，并且其中，所述变换器(1)具有由双金属材料或形状记忆材料制成的螺旋形件(20)。
7.根据权利要求1或2所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)形成锁止机构(5，23，24)，所述锁止机构(5，23，24)逆着力而固定所述传输元件(3)并且在超过阈温度时解锁。
8.根据权利要求1或2所述的温度监测装置，其特征在于，所述运动接收器(2)为可由所述传输元件(3)操纵的开关或可由所述传输元件(3)操纵的电位器。
9.一种设计成用于测量高压或中压构件的温度的温度监测装置，所述温度监测装置带有：
变换器(1)，利用所述变换器(1)可产生取决于所述高压或中压构件的温度的机械信号，
以与所述变换器(1)存在间隔且电绝缘的方式而布置的运动接收器(2)，以及
在所述变换器(1)和所述运动接收器(2)之间延伸的、不导电的传输元件(3)，
其中，所述变换器(1)的机械信号产生所述传输元件(3)的运动，并且利用所述传输元件(3)的运动可操纵所述运动接收器(2)，所述传输元件(3)布置在绝缘的中空体(9)中，并且其中，所述变换器(1)布置在所述中空体(9)的第一端部处，而所述运动接收器(2)布置在所述中空体(9)的第二端部处，其特征在于，所述中空体(9)沿着所述传输元件(3)笔直延伸并且承载所述运动接收器(2)，并且所述传输元件为杆形的或包括多个相继排列的、纵向上可运动的、牢固的单体(17)。
10.根据权利要求9所述的温度监测装置，其特征在于，在所述中空体(9)的外侧处布置有绝缘肋(10)。
11.根据权利要求9或10的温度监测装置，其特征在于，所述单体为球体(17)。
12.根据权利要求9或10所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)施加推力或拉力到所述传输元件(3)上。
13.根据权利要求9或10所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)具有至少一个由形状记忆材料制成的弹簧和/或速动盘(5)，所述弹簧和/或速动盘(5)以取决于温度的方式呈现第一形状和第二形状。
14.根据权利要求9或10所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)施加旋转力到所述传输元件(3)上，并且其中，所述变换器(1)具有由双金属材料或形状记忆材料制成的螺旋形件(20)。
15.根据权利要求9或10所述的温度监测装置，其特征在于，所述变换器(1)形成锁止机构(5，23，24)，所述锁止机构(5，23，24)逆着力而固定所述传输元件(3)并且在超过阈温度时解锁。
16.根据权利要求9或10所述的温度监测装置，其特征在于，所述运动接收器(2)为可由所述传输元件(3)操纵的开关或可由所述传输元件(3)操纵的电位器。
17.一种根据上述权利要求中任一项所述的温度监测装置的应用，以用于监测处于至少1kV的电压的构件的温度。
18.根据权利要求17所述的温度监测装置的应用，其特征在于，所述电压为至少12.5kV。
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