CN102163817A - 气体绝缘传感器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体绝缘传感器模块。气体绝缘高压测量单元(1)，其具有布置成彼此平行伸延的至少两个初级相联接件(5，6，7)和连接到初级相联接件用于测量初级相联接件(5，6，7)的初级电压的至少一个测量单元(8)。初极相联接件(5，6，7)和测量单元布置在高压测量单元的密封罩壳(3)的共同气体室(16)中。由此至少两个初级相联接件(5，6，7)布置在第二平面(35)中，使得罩壳(3)在垂直于第二平面(35)伸延的剖面(II-II)中具有伸长的罩壳横截面，罩壳(3)的罩壳长度(37)大于它的罩壳宽度(42)。

Description

气体绝缘传感器模块

技术领域

本发明涉及气体绝缘高压开关设备(也称为GIS，尤其是气体绝缘高压变换器)的模块。这种类型的高压模块用于检测在GIS开关设备中的初级导体上的电压。

背景技术

对于典型的GIS开关设备，位于不同电位的相导体的电压典型地在气体绝缘高压传感器(下述也称为电压变换器)中对于全部相共同确定或者在各个气体绝缘高压变换器中每个相分别确定。根据已知的GIS开关设备的模块性，相导体具有导体短段，其在高压传感器的区域中在横向于导体轴线的方向上伸延，并且邻近于GIS开关设备的对应密封罩壳的联接凸缘通向联接区域。对于这种GIS开关设备，具有至少一个电压变换器的电压测量单元典型地具有三个彼此平行延伸的初级相联接件，其分别与用于测量各自的初级电压的电压变换器连接。在电压测量单元的装配期间，初级相联接件联接到导体短段的联接区域处。其后，电压测量单元的金属密封罩壳填充有绝缘气体，例如六氟化硫。

在第一类型电压测量单元中，不仅三个初级相联接件而且每个相实际对应的测量单元共同密封在气体室中。由此，三个彼此平行取向的初级相联接件彼此相对布置在等边三角形中，以便实现最佳联接几何形状。第一类型的代表公开在例如EP 0603619 A1中。

在第二类型电压测量单元中，每个初级相联接件以及对于每个相实际对应的测量单元密封在分离的气体室中。因此在这种三相电压测量单元中，典型地使用三个结构相同的电压变换器。由于对于更小的但是强大的用于中压和高压设备的GIS的增加的需要，GIS的紧凑性具有决定性的意义。

当对于具有相同的保护气体和相同的功能结构以及相同的材料的GIS要求例如更高的电功率时，这通常对GIS的尺寸产生负面效果，这是因为GIS由于增大的罩壳直径或尺寸可变得更不紧凑。

发明内容

本发明的目的是提出例如以气体绝缘高压变换器的形式的GIS传感器模块，其能够实现结构更紧凑的开关板。

该目的利用根据权利要求1的主题解决。在基础实施例中，气体绝缘高压测量单元具有布置成彼此平行伸延的至少两个初级相联接件，其与连接到此的用于测量初级相联接件的初级电压的至少一个测量单元连接。初级相联接件和测量单元布置成密封在高压测量单元的罩壳中。根据本发明的高压测量单元的罩壳对于每个初级相联接件分别具有分离的罩壳侧联接开口，其包围各自的初级相联接件，并且根据实施例，例如通到罩壳的凸缘形适配器分段中。至少两个初级相联接件布置在共同平面中，使得罩壳在垂直于该平面伸延的剖面中具有伸长的罩壳横截面，罩壳的长度(罩壳长度)大于它的宽度(罩壳宽度)。初级相联接件和测量单元共同密封地布置在罩壳的气体室中。

在三相高压测量单元实施例的情况下，初级部分由此作为三相密封在气体室中，并且单个相通过插拔联接件从高压测量单元中分别导出。在每个情况中，每个罩壳侧联接开口用于分别容纳单个初级相联接件。术语“单相绝缘体”指的是电绝缘体，仅仅一个公称导体(初级相)被引导通过该绝缘体。

高压测量单元的共同气体室是以三个单相密封的初级相联接件的方式形成，其中罩壳肋朝向例如凸缘形设计的适配器分段，其中，在高压测量单元的背对凸缘形适配器分段的端部上由此产生的气体室液压地通到单个气体室中。凸缘形适配器分段例如作为机械接触表面用于与联接模块的机械固定。

与多相的或者若干单相的高压测量单元相比，基础实施例也具有若干优点。第一，由于初级相联接件的多相密封，高压测量单元仅仅要求绝缘气体的单一充满。部分填充或填充有诸如二氧化碳的其它气体用于将高压测量单元运输到它的目的地，例如变电站，因此不再是必须的。第二个优点在于，高压测量单元完全可预装配并且可在此阶段作为预装配单元进行检测，这是因为在投入使用阶段之前完全可实现高压测量单元的气密隔离。这是希望的，因为高压测量单元/电压变换器经常在其它地点，例如通过供应商或第三方在远离传统GIS开关板的生产地点生产。电压变换器典型地碰到在它的具体使用地点第一次装配开关板。

第二，根据本发明的高压测量单元在操作中仅仅要求在高压测量单元的共同气体室中用于保护气体/绝缘气体的单一监测装置。第三，也仅仅单个过压保护机构(例如以防爆盘的形式)是必须的。第四，初级相联接件的多相密封使不同电位的两个邻近的初级相联接件能够距离适度地相对靠近布置。同样，这使能够改进用于高压测量单元的设计的自由度。第五，在共同气体室中初级相联接件的共同布置使能够优化高压测量单元的罩壳的尺寸。

如果高压测量单元的气体室设计为压力容器，其设计用于在各个气体室中在至少2.5巴(250000Pa)的公称压力下的操作，则由此可实现GIS高压模块。在操作中，高压测量单元因此填充有诸如六氟化硫等等的压力绝缘气体，例如，该气体根据意图的电压水平处于2、6或更多巴的压力下。

在实施例中，其中罩壳具有在长度方向上延伸的、彼此相对布置的两个罩壳侧翼，罩壳侧翼中的至少一个具有抵抗绝对压力的至少一个结构。这指的是一种结构，其给予罩壳的罩壳侧翼或多个罩壳侧翼以足够的强度，以便在高压测量单元的操作中可靠地抵抗上面提到的气压。与没有根据本发明的结构的罩壳侧翼相比，该结构还用于通过该结构提高罩壳侧翼的强度和/或形状稳定性。换言之，罩壳侧翼中的一个具有抵抗绝对压力的至少一个结构，以便在高压测量单元的操作中抵抗气体室中的绝对压力。绝对压力指的是，在气体室内与气体室外的压力/气压之间的压差。根据已知条件和实施例，该结构包括在初级联接件的方向上延伸的至少一个结构元件，例如以罩壳的肋的形式。如果罩壳通过铸造进行制造，则肋典型地能够经济地制造。通过铸造制造的罩壳在高压测量单元的优选实施例中是一块或两块。

在结构的实施例中，例如肋，它通过抵抗气体室中的绝对压力的至少一个结构通过罩壳的局部凹入而形成。根据边界条件，罩壳的局部凹入通过罩壳的宽度和/或长度的减小而实现。

对此替代地或额外地，该至少一个结构突出到罩壳的内部中。例如当突出的部分应该被避免时或者当该结构应该被保护免受外部的损坏时，那么这种实施例是有利的。

即使当罩壳的壁在罩壳横截面中观察时为长的和薄的，如果罩壳在初级相联接件之间的初级侧联接区域的至少一个分段中具有肋，则可对于罩壳获得良好的强度值。当两个罩壳侧翼在初级侧联接区域的分段中通过至少一个肋彼此连接时，那么这尤其适用。

利用高压测量单元能够达到特别小的气体体积，在其中，初级相联接件和/或测量单元布置成在形状上彼此啮合。该表达“在形状上彼此啮合”指的是初级相联接件和/或测量单元彼此相对的几何定向或对齐。在测量单元为各具有铁芯和绕组包的电压变换器的实施例中，测量单元在初级相联接件的方向上观察具有在测量单元的区域中的十字状横截面。两个邻近的测量单元的彼此啮合可通过测量单元围绕初级相联接件的各自的纵轴线以倾斜角进行旋转以及其后在罩壳长度的方向上的彼此相对推动而实现。结果，一个测量单元的凸分段接合到邻近测量单元的凹分段中，由此，两个测量单元和初级相联接件的距离可减小。后者具有减小气体室的体积的积极效果。作为布置成在形状上彼此啮合的初级相联接件的示例，此处可称为各具有U形横截面的两个邻近的初级相联接件，其中，第一初级相联接件的分支布置在第二初级相联接件的两个分支之间。

如果罩壳横截面在罩壳长度的方向上和/或在初级相联接件的方向上至少部分地跟随测量单元和/或初级相联接件的共同包线，则可实现气体体积的进一步减小。

在根据本发明的高压测量单元的特别易于装配的实施例中，至少一个初级联接件在初级侧联接区域可与干式插接连结件连接。如果所有初级相联接件通过诸如以干式插接连结件的形式的插接连结件连接，则这是特别有利的。

如果插拔联接件构造为干式插拔联接件，则这使高压测量单元能够联接到邻近的模块(联接模块)处，而不需要绝缘气体操纵，诸如高压测量单元的或邻近模块的气体体积的抽空。因此，该实施例允许经济的维修和(再)投入使用过程。表达干式插拔联接件指的是电绝缘插拔联接件，其允许在其环境空气处高压绝缘。由此，干式插拔联接件的初级联接接触件或接触联接件与典型地处于地电位的罩壳通过固体绝缘体电绝缘。根据干式插拔联接件的实施例，由诸如硅的可延展绝缘材料制成的高压绝缘体紧靠到固体绝缘体和/或接触联接件处。换言之，利用插入在适配器分段中或在插拔联接件的联接区域中的密封件确保在高压测量单元与联接模块之间的连接的所需要的气密性。对于连结过程，可延展绝缘材料最大程度地从插拔连结件中排挤环境空气。

如果干式插接连结件包括至少部分地集成的电绝缘体，则高压测量单元的建造体积和/或气体体积可进一步减少。

附图说明

在附图中，完全示意性地示出本发明的实施例。其中：

图1示出通过用于三相的高压测量单元的第一实施例的纵截面图，高压测量单元的初级相联接件通过干式插接连结件可与邻近模块电连接；

图2示出第一实施例沿图1中的剖面II-II的简化示出的罩壳横截面图；

图3示出类似图2示出的第二实施例的简化示出的罩壳横截面图；

图4示出类似图2示出的第三实施例的简化示出的罩壳横截面图；

图5示出类似图2示出的在下半附图中示出的第四实施例的简化示出的罩壳横截面图；以及

图6示出具有干式插接连结件的替代实施例的用于三相的高压测量单元的第五实施例。

部件列表

1，1a，1b，1c，1d    高压测量单元

2                    盖子

3                    高压测量单元的罩壳

4                    螺纹联接件

5，6，7              初级相联接件

8                    测量单元、测量变换器

9                    插拔联接件

10                   绕组

13                   插座元件、插座状的配合接触件

14                   高压测量单元的分段

15                   插座

16                   气体室

17                   罩壳侧联接开口

19                   凸缘形适配器分段

20                   螺纹联接件

22                    第一平面

23                    第一罩壳肋

24                    铁芯

25                    隔离主体，绝缘主体

26                    杯状隔离元件

30                    测量接头

31                    防爆装置

32                    密封监测器

33                    填满和排空联接短段

34                    气体室的分室

35                    第二平面

36                    第一直线

37，37a，37b，37c     罩壳长度

38                    距离

39                    罩壳侧翼

40                    倾斜角

41，41a，41b，41c     加强肋、第二罩壳肋

42，42a，42b          罩壳宽度

45                    销状接触联接件

46                    隔离套筒

47                    包线

具体实施方式

通过在图1中处于断开状态的两个三相密封的HV-GIS模块的第一实施例的纵截面图示出气体绝缘高压测量单元1，其可与未示出的邻近模块(以下也称为第二模块)连接。高压测量单元构造为电压变换器，而邻近模块，例如连接模块，示出为在气体绝缘开关板中。高压测量单元1具有整体的套筒形罩壳3，其可在端侧处通过程式化示出的螺纹联接件4由盖子2气密性封闭或封闭。因为盖子的形状在本文中仅仅扮演从属的角色，所以术语“罩壳”下面通常理解为具有利用盖子2和罩壳3一起限制的共同气体空间的总的罩壳结构。接下来将单独研究盖子2。罩壳3包括三个公称导体联接件5、6、7(也称为相导体或初级相联接件)，其与以测量变换器的形式的对应测量单元8连接。高压测量单元的在Z方向上延伸的相导体5、6、7可与第二模块的不同电势的对应相导体分别通过每个相一个插拔联接件9彼此电连接。高压测量单元的相导体5、6、7与第二模块2的相导体的电连接由此排它地通过插拔联接件9实现。在图1中示出的高压测量单元1的实施例中，高压测量单元的初级相联接件5、6、7各在端侧具有插座元件13。对应地，联接模块的初级相联接件在端侧形成为各个插拔联接件9的互补部分，为插拔联接件9的凸出部分。如果联接模块的初级相联接件同样设计为插座元件，则两个对应插座元件的电接触例如可通过连接两者的接触销/接触联接件实现。

在基础变型中，插座元件13的隔离分段是由模铸树脂制造，而传导的金属插座15作为插座元件13的公称导体联接件。然而根据要求，代替模铸树脂的其它适合的材料可使用于此。插拔联接件9的电连接通过插座15和同样为金属的接触联接件实现。

罩壳3限制气体室16，它的每个初级相联接件分别通到罩壳侧联接开口17中，其包围各自的初级相联接件5、6、7并且通到凸缘形适配器分段19中。

根据联接模块的实施例，凸缘形适配器分段19例如通过程式化示出的螺纹联接件20可彼此机械连接。

气体室16的凸缘侧密封通过插座元件13的隔离分段实现，其在操作中同时确保初级相联接件相对地面的电隔离(参见罩壳3)。设计为多块的隔离主体25包括插座元件13的对应的三个隔离分段。三个隔离分段分别实现为杯状隔离元件26。

另外从图1中得出，插座元件13完全布置在在第一平面22中延伸的轮廓线内。例如在装配期间，第一平面22最优地提供自己作为用于高压测量单元的临时存储的放置表面。此外，在该变型中，初级导体联接件或插接部分被较好地保护免受诸如击打等等的外部的干扰影响。

罩壳3同样具有用于与盖子固定的在背对凸缘形适配器分段的端部中的凸缘联接件，其具有例如通孔或内螺纹用于建立与盖子2的螺纹联接件4。在盖子2处布置电压测量的所有次级侧接口，以下简称为测量接头30。可从测量接头30提取数据/信号用于评估单元。另外，盖子2围绕与绝缘气体联系所需要的所有单元，例如带防爆盘装置的防爆装置31和例如以压力传感器的形式的密封监测器32，以及填满和排空联接短段33。

结合图2，在图1中示出的高压测量单元的罩壳的实施例将更加明显。第一实施例沿图1中的截面II-II的在图2中简化示出的罩壳横截面在XY平面的方向或XY方向上伸延。

高压测量单元1的共同气体室16朝向凸缘形适配器分段19通过诸如三相密封的初级相联接件的第一罩壳肋23而形成，其中，气体室16的由此产生的分室34在高压测量单元1的背对凸缘形适配器分段19的端部上液压地通到单个气体室16。罩壳肋23布置在初级相联接件之间的初级侧联接区域的罩壳分段14中。

在图2中示出具有它们各自的绕组10和铁芯24的三个测量单元或测量变换器8，其中，铁芯24没有在剖面中示出。

从图2的截面图中一起参见图1另外得出，三个初级联接件的轴线布置在第二平面35中。因为在XY方向或XY平面中延伸的第一平面22垂直于在XZ方向上延伸的第二平面35延伸，所以产生在X方向上延伸的剖面线。因此，联接开口17的各自的中间位于共同的第一直线36上，布置成彼此相隔固定的距离38。固定的距离38也是高压测量单元1的模块的、多方面的可使用性的主要特征，其至少部分地对开关板的紧凑性负责。

在图2示出的具有零度倾斜角40的绕组10和铁芯24的布置造成在X方向上延伸的罩壳长度37，它的横截面在XY平面中延伸。

对于每个在X方向上延伸的罩壳侧翼39，罩壳3相应具有以加强肋41的形式的抵抗绝对压力的两个结构元件，其在X方向上布置在两个邻近的测量单元8之间的大致中心。以加强肋41的形式在初级联接件的方向上延伸的结构元件突入到罩壳3的内部，也就是突入气体室16中，使得罩壳的外部横截面轮廓保持不受影响。

图3示出类似于图1和图2的第一实施例的高压测量单元的第二实施例，其类似沿剖面线II-II的截面图。由于相似性，以下仅仅研究与图2的区别。相同的或起相同作用的元件具有相同的附图标记。

不同于高压测量单元的第一实施例，在高压测量单元的第二实施例1a中，以加强肋41a的形式的抵抗绝对压力的结构分别通过罩壳3的或罩壳壁的局部凹入而形成。绕组10和铁芯24的增大的倾斜角40造成在X方向上延伸的罩壳长度37a，其对于相同的边界条件，如对于高压测量单元的第一实施例，比第一实施例的罩壳长度37略短一些。在Y方向上延伸的罩壳宽度42a类似地适用，其比高压测量单元的第一实施例的罩壳宽度42更短。该措施使能够相对于第一实施例减小气体室16的体积。

图4示出类似于图3的第二实施例的高压测量单元的第三实施例1b。由于相似性，以下仅仅研究与图3的区别。相同的或起相同作用的元件再次具有相同的附图标记。

与第二实施例不同，绕组10和铁芯24不仅旋转倾斜角40，而且此外布置成在X方向上在形状上彼此啮合。该措施使罩壳长度与罩壳长度37a相比能够减小，造成罩壳长度37b。该措施使能够相对于第一实施例进一步减小气体室16的体积。

图5中示出的高压测量单元的第四实施例1c实际不具有与相对于在图4的方向上的横截面的一半(也为‘上半’)上的第二平面35的在图4中示出的精确相同的横截面，而是具有对应于横截面的背对图4的一半(也为横截面的‘下半’)的横截面。换言之，上半因此对应于第三实施例，而仅仅下半实际上图示地反映第四实施例的一半。由于高压测量单元的第四实施例与第三实施例的相似性，以下仅仅研究与图3的区别。相同的或起相同作用的元件再次具有相同的附图标记。

从在图5中示出的横截面的下半得出，罩壳横截面在XY平面中大致跟随全部测量单元8的共同包线47。该措施使能够相对于第三实施例另外减小气体室16的体积。如果罩壳侧翼39也在Z方向上，即在测量单元8的共同包线47的方向上跟随并且在任何情况下跟随初级联接件，可实现气体室16的体积的进一步减小。在图5中，为了有利于附图的清晰，包线47仅仅部分地示出为虚线。

类似于图1的表示，图6示出类似于第一实施例的高压测量单元的另外的实施例1d。由于相似性，以下仅仅研究与图1的区别。相同的或起相同作用的元件再次具有相同的附图标记。

不同于高压测量单元的第一实施例，高压测量单元的实施例1d不仅具有插拔联接件9的凹进接触部分，而且具有插拔联接件9的凸出接触部分。由此获得的编码允许在高压测量单元1d在邻近模块处装配时明确的安装位置。由此，开始就能够可靠地排除错误的相5、7，例如错误的R和T相造成的潜在错误。

如从图6中示出的插拔联接件9的位置中得出，初级相联接件在左边(5)和中间(6)各具有销状接触联接件45，而仅仅初级相联接件在右边(7)具有插座元件13。不仅销状接触联接件45，而且插座元件13形成可松开的插拔联接件9的部分。

可自明的是，不同成形的元件13、45要求不同的绝缘体用于初级部分相对地面(罩壳)的电绝缘。多块形成的隔离主体25包括在初级相联接件7右边的杯状隔离元件26，而左边和中间初级相联接件5、6的销状接触联接件45例如在基础实施例中仅仅具有隔离套筒46。不仅杯状隔离元件26，而且隔离套筒46形成在电绝缘体与罩壳3之间的在凸缘形适配器分段19的区域中的气密的、固定的联接件。换言之，隔离套筒46和杯状隔离元件26共同形成高压测量单元1a的隔离主体25。

作为对高压测量单元作为用于测量高压的高压变换器的实施例的替代，高压测量单元的另外的实施例可具有至少一个电容分压器。

Claims (14)

1.一种气体绝缘高压测量单元(1，1a，1b，1c，1d)，其具有布置成彼此平行伸延的至少两个初级相联接件(5，6，7)和连接到所述初级相联接件用于测量所述初级相联接件(5，6，7)的初级电压的至少一个测量单元(8)，其中，所述初级相联接件(5，6，7)和所述测量单元布置在所述高压测量单元的密封罩壳(3)中，其中，所述至少两个初级相联接件(5，6，7)布置在第二平面(35)中，使得所述罩壳(3)在垂直于所述第二平面(35)伸延的剖面(II-II)中具有伸长的罩壳横截面，所述罩壳(3)的罩壳长度(37，37a，37b)大于它的罩壳宽度(42，42a，42b)，其中，所述初级相联接件(5，6，7)和所述测量单元(8)共同密封地布置在所述罩壳(3)的气体室(16)中，并且其中，所述罩壳(3)具有在所述罩壳长度(37，37a，37b)的方向上延伸的、彼此相对布置的两个罩壳侧翼(39)，其特征在于，所述罩壳侧翼(39)中的至少一个具有抵抗绝对压力的至少一个结构(41，41a，41b，41c)。

2.根据权利要求1所述的高压测量单元，其特征在于，所述罩壳在所述高压测量单元的初级侧联接区域中气密地关闭，并且围绕所述气体室的所述罩壳(3)设计为用于所述高压测量单元在绝缘气体的至少250,000帕的公称压力下操作的压力容器。

3.根据权利要求1或2所述的高压测量单元，其特征在于，所述结构(41，41a，41b，41c)具有在所述初级联接件(5，6，7)的方向(Z)上延伸的至少一个结构元件。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，所述至少一个结构元件包括肋(41，41a)。

5.根据权利要求3至4中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，抵抗绝对压力的所述至少一个结构(41a)通过所述罩壳(3)的局部凹入而形成。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，所述至少一个结构(41，41a，41b，41c)突入到所述罩壳(3)的内部中。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，所述罩壳(3)在所述初级相联接件之间的所述初级侧联接区域的至少一个分段(14)中具有肋。

8.根据权利要求7所述的高压测量单元，其特征在于，所述两个罩壳侧翼(39)在所述初级侧联接区域的至少一个分段(14)中通过至少一个第一罩壳肋(23)彼此连接。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，所述初级相联接件(5，6，7)和/或所述测量单元(8)至少在所述罩壳长度(37，37a，37b)的方向上布置成在形状上彼此啮合。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，所述罩壳横截面在所述罩壳长度(37，37a，37b)的方向上和/或在所述初级相联接件(5，6，7)的方向上至少部分地跟随所述测量单元(8)和/或所述初级相联接件(5，6，7)的共同包线(47)。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，所述初级联接件(5，6，7)中的至少一个在所述初级侧联接区域通过干式插接连结件(9)可与联接模块连接。

12.根据权利要求11所述的高压测量单元，其特征在于，所述干式插接连结件(9)包括至少部分地集成的电绝缘体(26，46)。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的高压测量单元，其特征在于，三个初级相联接件(5，6，7)布置在所述第二平面(35)中。

14.一种气体绝缘开关设备，其具有根据权利要求1至13中的任一项所述的至少一个高压测量单元(1，1a，1b，1c，1d)。

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