CN102365553A - 由在环路形式中固定的电缆构成的电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器，包括环绕在待监视的元件周围的电缆(5)，且包含基于罗戈夫斯基原理的绕组(10)。所述传感器的特点在于在其末端(6、7)处为开放的，也就是说所述绕组(10)与所述电缆(5)的端面(25)齐平，且通过使所述两个末端对接在一起而实现所述绕组和圆周上的测量的完美连续性。此电缆可具有温度传感器和存储器，所述存储器中保持所述传感器的测量特性。所述传感器可靠且准确，且其可永久地放置在电设备中或容易地进行更换。
Description
技术领域
本发明涉及一种呈电缆形式的电流传感器，所述电缆环绕在需要由传感器监视的导体元件的周围；本发明进一步涉及设计成容纳所述电缆的电器设备或可应用所述电缆的电器设备。
背景技术
电流传感器用于电力分配设备中，由于电流在正监视的元件中流动，通过在传感器中引起的电流来识别特定种类的故障(特别是短路)。电流传感器也存在于电力分配设备中的断路器，断开电力线以便在短路发生时自动中断电流。随后不久实行电力线的自动重新闭合以便尽可能快地重建电流。然而，只有由于短路引起的故障是临时的且已消失，此操作才有价值。如果故障持续，那么断路器必须再次断开电力线；但是，例如气体绝缘变电站等一些类型的设备可能已经因重新闭合操作而受到损坏。因此，需要使用电流传感器以便检验在自动重新闭合发生之前故障确实已消失，以便防止重新闭合。
有许多电流传感器不适合此应用，因为其在测量范围的一部分上变得饱和，或因为其不具有成比例的响应，这使其不太能够监视短路所特有的高电流。这种情况尤其会出现在具有磁芯的变压器。
在不具有此缺点的电流传感器当中，可能是以下传感器：其采用用于以环路形式固定在待监视的元件周围的电缆的形式，且包含布置在电缆内并充当变压器的绕组。这些传感器基于罗戈夫斯基(Rogowski)所提出的测量原理，目前以罗戈夫斯基命名此类传感器。然而，此类传感器的已知模型确实具有一些缺点：难以以任何准确度且以可重复方式形成环路，使得测量特性随着其直径和变压器所对向的角度而变化。此困难存在于以下两种传感器中：末端被从一端延伸到另一端的条带加强使得其具有重叠部分的传感器；以及末端以面对关系啮合在套管内部的传感器，这是因为装配不准确且导致电缆末端之间存在较大间隙，且这还使测量不够准确。此外，传感器的装配方式容易随时间更改，这导致引起测量偏差的新的原因，且致使此类传感器某种程度上不适于永久安装在设备中。
发明内容
本发明针对一种上文所陈述的种类的改进的传感器，所述传感器容易安装在电设备(例如，气体绝缘变电站或导向架空电力线的户外衬套)中的固定位置中，且不因由于环路形成或随时间的变化的不确定性而带来任何测量误差。
本发明总的来说提供一种由电缆组成的电流传感器，所述电缆用于作为环路通过接合电缆的两个末端部分而固定在待监视的导体元件周围，所述电缆包含护套和布置在护套中的变压器绕组，且所述传感器进一步包含具有用于容纳并接合电缆的末端部分的孔的套管，其传感器的特征在于所述接合套管含有电子校准存储器，所述电子校准存储器含有用于传感器的校准参数，且在所述孔中，含有闭合和断开装置，所述闭合和断开装置包括可变形圆形挡止环(stop ring)，用于选择性地确保电缆固持为闭合环路且使得能够响应于适于按压所述挡止环的外部按钮而断开环路，借此抓握且接着释放电缆的末端部分中的一个，即可移动的末端部分。
位于套管内部在电缆的至少一个末端部分前方(当其插入于套管中时)的所述环(其为非回位环(non-return ring))使得电缆的此可移动末端部分能够保持在适当位置，这确保传感器在使用期间即使在较长时间期间也保持闭合，而不管其可能遭受什么影响。
在外部按钮上有意按压，能够在非回位环上施加力以便在拆卸操作期间将传感器断开。非回位装置是针对电缆的静止末端部分而提供。
在一优选实施例中，电缆的绕组与其末端齐平，而未插入任何实心垫片以闭合将防止绕组形成完整的圆的末端。所述末端为直线的，无任何凸起的部分。另外，套管在其整个长度上为中空的，其具有在所有情形下具有恒定横截面的孔，无任何对接元件。绕组因此借助直线末端部分的对接而形成为完整的圆，这通过简单的手动压力实现。测量质量较好。因为容纳套管内部不存在对接元件，所以无任何情况防止末端部分的此对接发生，且当装配人员感觉到两个末端部分由于正施加的力而接触时，装配人员知道传感器因而完全形成环路，而不管怎样都不必执行任何其它调整或任何其它检查。
位于套管的两侧上且在电缆的两个末端部分周围的密封环提供对传感器的密封，这在众多应用中是必要的。
套管的主体由非磁性材料(例如，非磁性不锈钢或塑料材料)制成，以免干扰电流的测量。
传感器例如借助护套而具有必要的灵活性和强度，所述护套包括聚亚安酯外层和聚亚安酯或聚酰胺内层，绕组嵌入在所述两层之间。
护套的内层足够厚以确保信号线固持在中心位置，这可改进准确性。
在两个实施例中，绕组的导体是用塑料材料的护套或用清漆绝缘的电线。
在各种改进中，传感器可包含温度传感器或校准装置，这些各种额外构件安置在套管的一分支中，所述分支经提供用于在垂直方向上与套管的容纳电缆的末端部分的两个主要分支的外部连接。温度传感器帮助作出传感器的校准调整，且校准装置含有表征传感器所进行的测量的信息，以使得能够立即将传感器接收的信号转换(在给定温度下)为沿着正监视的导体流动的电流的值。
附图说明
下文参考以下图式描述本发明。
图1表示本发明的使用的一个实例；
图2、3和4是电流传感器的三个视图：图2是一般视图，图3显示电缆的末端的接合，且图4是电连接的视图；以及
图5和6是显示其中容纳传感器的设备的两个视图(分别在轴向截面和径向截面中)。
具体实施方式
图1显示包括户外衬套1的电力传输设备，所述户外衬套1上方设有架空电力线。屏蔽电缆2在衬套1下方，向下延伸；其以已知方式具有断路器3和其它设备。根据本发明的电流传感器4显示为在架空衬套1的基底处，但其可在其它位置使用，且特定来说在断路器3周围使用。
电流传感器由电缆5组成(见图2和3)，电缆5能够形成为环路，其末端部分彼此对接。电缆5具有：护套外层8，其可由具有14mm外径的柔性聚亚安酯制成；以及护套内层9，其与外层8同心，且由聚亚安酯或聚酰胺制成。绕组10(其导体是可用塑料护套或用清漆绝缘的电线)嵌入在护套的两层之间，且在电缆5的整个长度上从电缆的一端6延伸到其另一端7。绕组10终止于输入电线11和输出电线12，其中输入电线11从电缆5延伸出来，输出电线12从末端部分7向另一末端部分6延伸到内层9内部(在其本身延伸离开电缆5之前)。护套内层9可有利地相当厚，以便不传输输出电线12的任何大量移动，且以便将其固持在电缆5的中心。传感器4进一步包含呈套管13形式的耦合件，其包括：第一分支14，用于包含紧固在其内的末端部分6；第二分支15，用于容纳另一末端部分7，使得末端部分7能够移动并完全缩回；以及第三分支16，安置为与分支14和15成直角，输入电线11和输出电线12容纳在此第三分支中。
第三分支16进一步包含温度传感器18和校准装置19，校准装置19包括含有用于传感器4的校准参数及其序列号的存储器，所述校准参数和序列号用以使由于电流在传感器所环绕的导体中流动而在绕组10中引发的电流与施感电流(inducing current)相关，以上提及的参数和序列号已事先通过适当校准获得。第三分支16终止于端子接触部件20，所述端子接触部件20具有到输入电线11的连接22、到输出电线12的连接23，以及到装置18和19的连接24。连接到分支20的控制单元(在一些其它图式中表示为41)接收流经绕组10的电流并控制装置18和19。其还可将少量电流注射到电缆5中以便周期性地检验其连续性。因为来自传感器的输出信号的振幅较小(可能几十毫伏/千安培)，所以控制单元优选地位于附近，也就是说距离不超过几米。另外，链接电缆具有用于保护信号免受电磁干扰的影响的外部屏蔽物；而其所含有的导向连接21到24的两对电线个别地拧在一起。控制单元视需要放大并处理来自传感器的输出信号。其还依据来自温度变换器18的参数和装置19的校准参数控制此信号的校正。
在本发明中，套管13具有延伸穿过其第一分支14及其第二分支15的通孔54；电缆5的末端部分6和7是开放的，也就是说其不具有末端件；且绕组10与末端表面25齐平，所述末端表面25为平直的(即，平坦的，或无任何凸起部分)，使得当末端部分7被足够猛烈地推动到第二分支15中时电缆的末端可在孔54内部某处对接在一起。耦合件13，具有在第一分支14和第二分支15中延伸穿过且优选为圆柱形的孔54，使得能够形成末端部分6与7之间的接触。绕组10因此在几乎连续的圆周上延伸，这确保准确的测量。由于将电缆5带到此对接接触状态是所需的唯一调整，所以容易确保可靠的装配。不需要检验，也不需要任何再校准。电缆相当柔软，因此其可弯曲到孔隙35中并从外部引入到凹槽32中；另外，孔隙35在其内侧相当宽以便促进套管13的引入以及电缆5的环路的闭合。
其它重要特征为套管13具备用于阻挡电缆5的线性移动的两个挡止环42和43，这些环在第一分支14和第二分支15中，在所述第一分支14和第二分支15中其保持在凹槽中。挡止环42和43中的每一个都具有接触在末端部分6和7的护套外层8上的自由圆锥形部分44，所述部分44朝彼此定向使得由于圆锥形部分44的弹性变形而容易将末端部分6和7引入到套管13中，但末端部分的缩回受到阻碍，因为圆锥形部分将其卡在适当位置。电缆5借此在所有情形下固持在其闭合位置中，当操作安装在第二分支15中的按钮45时除外。此按钮由以下各项组成：外部部分46，其位于套管13外部且充当指垫；珠子47，其可在形成于套管13中的凹槽48(具有有限长度)中移动；以及，鼻部分49，其朝挡止环43的圆锥形部分44延伸。当推动外部部分46时，按钮45向内移动使得其鼻部分49在挡止环的圆锥形部分上施加推力以便使此圆锥形部分发生弹性变形，并从电缆末端部分7将其释放，所述电缆末端部分7因而能够撤回，使得电缆5的环路可断开。在图3所示的正常位置中，按钮45始终与挡止环43分离。凹槽48的长度和位置经选择以便确保这两个状态。套管13的第一分支14可不具有按钮，电缆末端部分6因而永久固定于此分支中。套管13进一步包含在分支14和15中的另外两个凹槽中的两个圆形密封环50和51，用于以抓握方式承载于电缆5的末端部分6和7上且用于密封两个末端的接点；第三分支16本身通过借助端子接触部件20抵靠分支压缩的第三密封件52而绝缘。
图5和6显示具有气体绝缘屏蔽电缆的传感器4的使用。此处，传感器4安置在待监视的电缆30的护套部分28和29的接点凸缘26和27之间，所述接点凸缘26和27延伸穿过护套部分28和29的中心且由绝缘体31支撑。传感器4布置在形成在凸缘的一个26中的两端连接的(endless)圆形凹槽32中，在具有气密密封件34的绝缘径向板33周围。传感器4的控制单元41显示为紧固到另一凸缘25。螺栓孔40围绕凹槽32使得这些孔不会影响测量，这是个有利的优点。
此实施例的基本要素是凹槽32应仅经由扇形孔隙35与外部连通，传感器4能够穿过扇形孔隙35引入，以电缆末端部分6开始。电缆5因此通过绕组本身渐渐推进到凹槽32中以便在耦合件13已装配到凹槽32中时自然地形成环路。出于此目的，孔隙35的边缘53相当接近凹槽32的切线，且电缆5相当柔软，使得其能够弯曲到孔隙35中且从外部引入到凹槽32中；且孔隙35在其内侧末端处足够大以使得容易引入套管13并闭合电缆5的环路。此布置使得可避免在有必要对传感器4实行任何处理时拆除电缆30的护套。
另一布置涉及独立的测试绕组36，其可用于通过注射电流(其扩增初级电流)来测试传感器4。此测试绕组36(其并非非常具有侵入性)不需要任何拆卸。其可为可用接点37形成环路的开放电缆，且可由特定数目的匝组成，由电流产生器38供应电力。其通过穿过径向板33与传感器4之间的凸缘26和27形成的孔39。另一侧在凸缘26和27外部通过以便围绕传感器4的截面。
Claims (12)
1.一种电流传感器(4)，其由电缆(5)组成，所述电缆(5)用于通过将所述电缆(5)的两个末端部分(6、7)接合而以环路形式固定在待监视的导体元件(30)周围，所述电缆包含护套(8、9)和布置在所述护套中的变压器绕组(10)，且所述传感器进一步包含具有用于容纳并接合所述电缆(5)的所述末端部分(6、7)的孔(54)的套管(13)，所述传感器的特征在于，所述接合套管含有电子校准存储器(19)，所述电子校准存储器(19)含有用于所述传感器的校准参数，且在所述孔(54)中，含有闭合和断开装置，所述闭合和断开装置包括可变形圆形挡止环(43)，用于选择性地确保所述电缆固持为闭合环路，且使得能够响应于适于按压所述挡止环的外部按钮(45)而断开所述环路，借此抓握且接着释放所述电缆的所述末端部分中的一个，即可移动的末端部分(7)。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于所述孔(54)延伸穿过整个所述套管(13)，所述绕组(10)与所述电缆的所述末端部分的平坦端面(25)齐平，借此使得所述电缆的所述直线末端部分能够相互依靠地彼此对接。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电流传感器，其特征在于所述挡止环具有用于以抓握方式承载于所述电缆的所述末端部分上的圆锥形部分(44)。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的电流传感器，其特征在于其还包含另一可变形圆形挡止环(42)，用于确保所述电缆的作为静止末端部分(6)的另一末端部分通过以抓握方式承载于所述静止末端部分上而得以固持。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的电流传感器，其特征在于所述套管(13)具有围绕所述电缆(5)的所述末端部分的密封环(50、51)。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的电流传感器，其特征在于所述护套包括聚亚安酯外层(8)和聚亚安酯或聚酰胺内层(9)，且所述绕组(10)嵌入在所述两层(8、9)之间。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的电流传感器，其特征在于其包含温度传感器(18)。
8.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的电流传感器，其特征在于由所述温度传感器(18)和所述校准存储器(19)组成的群组中的至少一个安置在所述套管(13)的分支(16)中，所述分支(16)适于连接到外部电控制单元(41)且垂直于所述套管的容纳所述电缆(5)的所述末端部分(6、7)的另外两个分支(14、15)。
9.一种电设备，其适于包含根据任一前述权利要求所述的电流传感器，所述电设备的特征在于其具有经由向外分叉的孔隙(35)与外部连通的圆形内部凹槽(32)。
10.根据权利要求9所述的电设备，其特征在于其包含用于测试所述电流传感器(4)的测试绕组(36)，所述测试绕组围绕所述凹槽的一部分而布置，部分在所述设备的孔(39)中。
11.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的电流传感器，其应用于监视气体绝缘变电站(3)。
12.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的电流传感器，其应用于监视导向架空电力线的户外衬套(1)。
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