CN103998927A - 测量溶解在电绝缘油中的气体的浓度的装置 - Google Patents
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Abstract
一种测量溶解在电绝缘油中的气体的浓度的装置，其包括测量部件(2)，其内部限定了测量腔(3)和通入测量腔(3)的管道(4)；透气隔膜(6)，其被插入管道(4)内部以隔离测量腔(3)和油，并且允许来自油中的气体向测量腔(3)通过；传感器(20)，其位于测量腔(3)内，用来测量测量腔(3)内的气体浓度；以及加固网格(8)，其被放置在管道(4)内以防止隔膜(6)变形，其中网格(8)在测量腔(3)的相反侧位于邻近隔膜(6)的位置，并且具有至少一个通过部分(9，10)，其允许油对隔膜(6)直接施加压力。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量电绝缘油中溶解的气体的浓度装置。
更具体的，本发明涉及用于评估电气设备中的绝缘油的绝缘状况的诊断装置。
本发明因此涉及诸如变压器或电缆之类的油绝缘的电气设备的诊断评估的领域。
背景技术
局部放电是经受中压或高压的油绝缘电气设备中众所周知的现象。
局部放电是局限于电气系统的绝缘部分的放电，且因此不会导致系统立即失效，而是更通常地导致系统逐渐劣化。因此，由于其本身的特性，局部放电本质上一般被限制为绝缘系统中的缺陷。
鉴于此，使用诸如油之类的液体绝缘体具有允许在油中的对流移动的优势，且由于特定的化学处理，这种类型的绝缘可以至少部分地自我恢复，即，能够至少部分地补偿在变压器的操作过程中其所经受的劣化。
发生在油中的局部放电导致气体形成是已知的。
气体产生的另一个因素是油到达非常高的温度。
为此，用来评估油绝缘的变压器的绝缘状况的诊断系统有时被使用。这些系统基于油中的气体的浓度的评估和对所述气体的分析。
在本领域中，更先进的解决方案涉及气体可透过且油不可透过的隔膜的使用，该隔膜被置于油容器(通过特定排出管连接绝缘油)和仅包含气体的测量腔之间；所述技术方案的例子在US2006/032742中描述。测量腔通过该隔膜接收油中存在的部分气体。
这样，通过将测量腔与油分开，能够将传感器放置在测量腔中来测得测量腔中的气体浓度值。该传感器是特别可靠的，因为它从不与油接触并且有利于对油中气体的成分和浓度进行持续监测。
进一步地，已经观察到隔膜对油路中的压力跃变非常敏感，例如其对故障、击穿、热冲击、维护操作很敏感。
鉴于此，应该指出的是，与油的参考压力值比较时压力跃变可以是正的(油的过压)或负的(油的低压)，据此建立了装置并且对隔膜进行校正。
为了抵消正的压力跃变，即，油中的过压，其可以在气体腔内放置一个由多孔材料(例如烧结青铜)制成的圆盘以获得用于隔膜的均匀的支撑表面，该圆盘与隔膜接触，当隔膜被油的过压推动时可以压在支撑表面上。
这样的方案被公开于例如专利文件GB2053482中。
然而，该多孔圆盘，当油内产生低压使得隔膜被及入油侧时，不能施加任何支撑动作在隔膜上。
此外，负的压力跃变，即油内的低压，形成了对装置非常危险的环境。
实际上，隔膜上的吸入动作可以引起它的破裂或使得它从其恰当的壳体中撤回，这样油会泄露进入测量腔，并且还可能引起其电气部分的损伤。
为了解决这些问题，使用完全不同的诊断系统是已知的，其中不包含隔膜的使用，可替换的，包括收集油的样品以使得溶解的气体蒸发并因此施行化学-物理(色谱)测量技术。
然而，这些后来的诊断系统，不可避免的是相当复杂和昂贵的，并且进一步的，由于它们必须在实验室中使用，因不可在电子装置的操作过程中进行现场监控。如此，这些系统带来更多的缺陷。DE19503802公开了在该隔膜的两侧完全包围该隔膜的保护屏。
然而，所述方案影响了隔膜的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量电绝缘油中溶解的气体的浓度的装置，该装置克服了现有技术中上述缺点。
特别地，本发明的目的在于提供一种测量电气设备的电绝缘油中溶解的气体的浓度的装置，特别地，其对于发生在油中的负的压力跃变的阻力是高度可靠的。
本发明的另一个目的是提供一种测量溶解在电绝缘油中的气体的浓度的装置(和制造其的方法)，其具有特别的鲁棒性和准确性。
这些目的通过在所附权利要求中所表征的本发明的装置和方法完全实现。
应该指出的是，根据本发明的装置，特别地，是测量变压器(用纸和油绝缘)的电绝缘油中溶解的气体的浓度的装置。
然而，该装置可以被应用于其他设备，例如用浸渍的纸和分接开关装置绝缘的电缆。
特别地，该装置包括：
-测量部件，该测量部件具有测量腔和与所述测量腔连通的管道，所述管道限定了端子，该端子能够连接到用于所述设备的电绝缘油的容器；
-透气隔膜，该透气隔膜被插入管道的内侧，以将测量腔与所述容器中的油分开，并且允许来自油中的气体朝向测量腔通过；
-一个或多个传感器，该传感器位于测量腔中以测量测量腔中的气体浓度值，
根据本发明，装置(并且特别是所述测量隔膜)包括加固元件，该加固部件位于管道内的邻近隔膜的面向与测量腔相反方向的表面的位置(并且因此，当装置与电气设备结合时，有效地浸没到油中)，并且该加固部件具有多个限定了通孔的阻挡部分；该通孔形成了部分，油流过该部分并且与隔膜的所述表面有效接触。
优选地，加固元件仅安装在测量腔的相反侧；由此，优选地，在测量腔侧没有加固元件面向隔膜。这提高了装置的性能。
所述加固元件优选地直接接触隔膜。
所述加固元件优选地为刚性的。
因此，当隔膜承受油的吸入动作时(当电气设备的油管中存在负压力跃变时)，加固元件在测量腔(也称为气体腔)相反的方向对隔膜的变形构成了障碍(通过机械约束)。
在另一方面，加固元件的构造限定了预先确定的通过部分，这确保了装置是有效和灵敏的，因为油接触隔膜的表面大到足够使油内溶解的气体通过隔膜并到达测量腔。
加固元件先选地为网格形状并且围绕轴线延伸，所述通孔围绕所述轴线成角度地布置(优选地为均匀布置)。
鉴于此，阻挡部分构成了形成网格的臂。
鉴于此，应该指出的是，加固元件包括多个阻挡部分的交叉区域(即阻挡部分相遇并接合的区域)。
加固元件优选的具有环形的阻挡部分(优选的，圆形，可替换的为椭圆形或由闭合曲线限定的其他形状)，其放置在中心(即邻近隔膜的中间部分)。
因此，所述阻挡中间部分限定了加固元件的中间孔。
所述加固元件的构造特征使得加固元件占据的表面最小化(在由隔膜的所述侧限定的平面中)，同时还允许加固元件施加有效的机械约束动作，由此当油中存在负压时隔膜的变形最小。
加固元件的阻挡部分(即臂)优选地具有至少2mm的最小尺寸(在沿着隔膜所在的平面上的任何方向测量)。
进一步地，所述阻挡部分优选地在加固元件的邻近隔膜的所述表面的区域限定有圆形或圆弧形的侧边。
而且，优选地，加固元件的形状被设置成使得由阻挡部分的交叉(在所述交叉区域中)限定的边缘是圆弧形的，即它们不是尖锐的边缘。
所述特征(网格臂的最小厚度大于参考值并且在有效地接触隔膜的网格部分没有尖锐的边缘)使得装置特别稳定和可靠，同时防止了隔膜由于对抗加固元件的压力引起的破坏(当在油中存在负的压力跃变时)。
进一步地，加固元件优选地与所述测量部件制成为单件。
由于它不需要加固元件的密封垫圈，因此这使得装置在面对任何油渗透的危险时特别安全。
本发明还提供了制造测量电气设备(特别是变压器)的电绝缘油中溶解的气体的浓度的装置的方法。
该方法包括了以下步骤：准备测量部件，该测量部件具有测量腔和与所述测量腔连通的管道，所述管道限定了端子，该端子能够连接至用于所述设备中的电绝缘油的容器；准备透气隔膜，该透气隔膜被插入管道的内侧，以将测量腔和所述容器中的油分开，并且允许气体从油中向着测量腔通过；准备传感器，该传感器位于测量腔中以侧量侧量腔中的气体浓度。
根据本发明，该方法还包括以下步骤：将加固元件安装在管道内的位于邻近隔膜的面向与测量腔相反方向的表面的位置，所述加固元件具有多个阻挡部分，在多个阻挡部分之间限定了通孔，该通孔形成了部分，油流过该部分并且与隔膜的所述表面有效接触。
加固元件优选地与带有至少部分制成为单件。
鉴于此，该方法优选地包括以下步骤：
-准备所述的测量部件的至少一个部分，使得该至少一个部分至少部分地限定所述管道，并且在所述管道内侧具有壁，该壁与测量部件的所述部分被制成为单件，该壁至少部分地阻塞管道；
-在所述壁上，实施机械钻孔以获得所述阻挡部分和所述通孔。
该方法优选地包括后序步骤，对所述阻挡部分(即，网格的臂)进行机械倒角，以去除加固元件的面向隔膜部分的尖锐边缘，并且使得当隔膜承受油的吸入动作时，阻当部分和隔膜之间存在有效的接触。
附图说明
参考相应附图，本发明的这些和其他特征从本发明的优选的、非限制性的实施例的下述描述中将变得更明显，在附图中：
图1显示了根据本发明的装置的截面图；
图2显示了图1的装置的一部分的截面图；
图3显示了图1的装置的部件；
图4显示了图3的部件的细节的前视图；
图5A是根据图4的基线V-V的图3的部件的截面图；
图5B显示了图5A的放大的细节图。
本发明的优选实施例的详细描述
图1中的附图标记1表示根据本发明的装置。
装置1是用于测量溶解于电气设备的电绝缘油中的气体的浓度的装置，例如用于中压或高压的变压器。
更具体地，装置1是用于推导溶解于电气设备3(通常是变压器，不过也可能是电缆或其他油绝缘的电气设备)的绝缘油200中的气体的浓度的装置。
这种类型的推导初步分析了溶解于油200中的气体，被称为DGA(溶解气体分析)。
如已知的，这种类型的分析(DGA)被用于诊断目的，该诊断目的用于推导与电气设备3的绝缘状况相关的信息。
实际上，溶解于油200中的气体是由于油中所发生的局部放电(或者发生在电气设备3经受电场并与油200接触的部分中)或由于油200的过热而产生；这两种情况构成故障的可能原因，或者在任何情况下是电气设备3的操作性风险的标志。
电气设备3(由于其不属于本发明的部分，因此其在图中未显示)包括用于容纳电绝缘油的通用容器，典型的还包括油循环管道，该油循环管道设置有排出管，通过该排出管部分油可以被收集并且分析以测量其中溶解的气体浓度。
如图1和图2中更详细的细节所示，装置1包括测量部件2，该测量部件2内部限定了测量腔3和进入测量腔3的管道4。
特别地，管道4具有端子4a，该端子可连接至电绝缘油的容器(典型地为油路的排出管部分)，并且在端子的相对侧通向测量腔3。
管道优选地至少部分由测量部件的第一部分2a限定，该第一部分示例性地显示在了随附的附图中并在图3中是清楚可见的，该第一部分为环形-或圆盘形并且围绕限定管道4的轴的轴线“X”延伸。
位于测量腔3的相反侧的测量部件2的第一部分2a优选地与连接端子5连接，该连接端子5与轴线“X”同轴并且限定了管道4直到端子4a的延伸。连接端子5例如通过螺纹被牢固地连接到测量部件2的第一部分2a。
管道4的内侧是透气隔膜6，隔膜6的功能是将测量腔3和油路中的油隔离，并且同时允许气体从油中进入测量腔3。
由于隔膜6的使用，测量腔与油隔离并且仅仅用于接收气体，该气体由于油内的局部放电或过热产生并且通过隔膜6。
因此，用于测量测量腔3内的一种或多种气体浓度的传感器20可以放置在测量腔内。
传感器6可以测量一种或多种预先确定类型的气体的浓度，优选地，但并不限于以下气体：
-一氧化碳，表示为CO；
-氢气，表示为H2；
-二氧化碳，表示为CO2；
-乙炔，表示为C2H2；
-乙烯，表示为C2H4；
-甲烷，表示为CH4。
可替换的，除了单一传感器，装置1可以包括多个传感器，每个传感器设计为测量预先确定种类的气体的浓度。
装置1还包括控制单元(未示出)或处理器或其他处理设备，与传感器20电连接以接收来自后者的对应于在测量腔3中测量的预定种类的气体的浓度值的信号，并且根据已知类型的算法处理该信号。
隔膜6，其可弹性变形并且优选地由特氟龙和/或由其共聚衍生物制成，该隔膜6位于垂直于轴线“X”的平面上。
隔膜6优选地放置于管道4内的朝向测量腔3偏移的位置，并且特别地，该隔膜被放置于在面向测量腔3的测量部件2的第一部分2a的前表面2c上形成的环形槽7(图3)。
测量部件2还包括第二部分2b，该第二部分可以牢固地抵接(例如通过使用螺纹部件的连接)到上述前表面2c。因此，测量部件2的所述第二部分2b与第一部分2a配合限定了用于隔膜6的壳体。
进一步的，测量部件2的第二部分2b优选地包括完整的圆盘，该圆盘至少部分地由多孔材料制成，优选地为烧结青铜，该圆盘对于溶解于油内的至少一种气体是可透过的并且其功能是用于防止隔膜朝向测量腔3变形。
换句话说，多孔材料的圆盘形成了隔膜的连续的约束表面，当被从循环油路中来的油的压力从相反侧施压时，隔膜可以位于该约束表面上。
有利地，测量部件2还包括放置在管道4内的加固元件8，该加固元件也用于防止隔膜6在测量腔3相反方向上变形，即是，由于油传递的负压造成的变形。
加固元件8放置在邻近隔膜的面向“油侧”的表面的位置，即，面向测量腔3的相反侧。
优选地，加固元件8主要位于垂直于轴线“X”的平面内，并且因此平行于隔膜6所在的平面。
有利地，加固元件8还具有允许油通过，以在隔膜6的上述表面直接施加压力的至少一个部分。
在优选的实施例中，并且如附图所示，加固元件8通过网格获得，使油通过的部分由用于油的多个通孔9限定，该通孔9围绕轴线“X”成角度地布置(优选为均匀放置)。优选为6个通孔9围绕轴线“X”排列，并且它们基本采用等边三角形的形式。
意外地，上述加固元件8的网格结构在约束隔膜6时特别有效，即，防止隔膜在油的吸入动作时的变形，并且同时允许隔膜6以足够大的面积接触油，使得充分允许气体从油中进入测量腔3，从而确保了提高精确性和测量敏感度。
加固元件8还优选地具有位于轴线“X”中心的中心通孔10。
所述通孔提供了进一步提高气体通过隔膜6的效率的功能，通过如此方式的作用以允许油在部分隔膜6上的作用，这对于气体的通路更为有效。
进一步地，所述中心通孔10通过在最大机械应力点上约束隔膜提供了增强对于负压的阻挡的功能。
在它们之间，通孔9确定加固元件8的各个阻挡部分，其功能为约束隔膜6的变形。在所述的实施例中，所述阻挡部分通过多个径向臂11限定，该径向臂11限定了油的上述通孔。
加固元件8(网格)由刚性材料制成，优选为金属(例如阳极氧化铝)。
为了允许隔膜6和加固元件8的径向臂11之间的优良的机械的相互作用，在垂直于臂11的径向延伸方向的平面，如图5B的详细显示，径向臂11优选地具有圆形或圆弧形的侧边。在隔膜压靠加固元件8时，这阻挡了径向臂11的侧边切入或破坏隔膜6。
所述侧边的半径“R1”优选的范围为0.5mm到2mm，更优选地，为大约1mm。
进一步地，基于同样的理由，加固元件8具有在加固元件8的上述平面上的圆弧形侧边，加固元件8至少在其一部分上适于接受隔膜6，优选的具有范围为2mm到15mm的最小上半径“R2”；最小上半径“R2”更特别的为大约5mm。
还是基于同样的理由，优选地，上述阻挡部分(不管它们是否由上述径向臂11限定或由其也实施例限定)的最小尺寸“D”(该最小尺寸被沿着平行于隔膜6所在的平面的平面测量)等于或大于2mm。
在优选实施例中，并且如附图所示，加固元件8与测量部件2的第一部分2a被制成为单件。
在该实施例中，加固元件8可以通过以下工艺过程获得：
-准备测量部件2的上述的第一部分2a，该第一部分已经其在内侧(因此在管道4内侧)具有壁，该壁至少部分地阻塞了管道4，该壁与测量部件2的第一部分2a被制成为单件；
-在所述壁上，实施机械钻孔和/或形成倒角，以在壁上获得至少一个通过部分，从而制成加固元件8。
如图1和2所示，测量部件2还具有油温和湿度传感器12，其在管道4内侧延伸并放置在隔膜6附近。
测量部件2还可以具有空气的排放通道13，该排放通道在第一部分2a上形成并且在装置的装配中用于从油路排放空气。
此外在图1中，装置1包括保护罩14，该保护罩连接测量部件2(并且特别地连接上述第一部分2a)，并且除了不同端子和外部接点之外，该保护罩容纳用于的存储数据、通信、报警和处理传感器20产生的信号的电子部件。
可理解的是，此处描述的本发明可用于多种工业应用，且在不背离本发明概念的范围的情况下可以数种方式修饰和改变。此外，本发明的所有细节可以被技术上等同的元件替代。
Claims (14)
1.一种用于测量溶解在电绝缘油中的气体的浓度的装置，包括：
测量部件(2)，该测量部件具有测量腔(3)和与所述测量腔(3)连通的管道(4)，所述管道(4)限定了端子(4a)，该端子能够连接到用于所述设备的电绝缘油的容器；
透气隔膜(6)，该透气隔膜被插入管道(4)的内侧，以将测量腔(3)与所述容器中的油分开，并且允许来自油中的气体朝向测量腔(3)通过；
传感器(20)，该传感器位于测量腔(3)中以测量测量腔(3)中的气体浓度值，
其特征在于，所述测量部件(2)包括加固元件(8)，该加固部件位于管道(4)内的邻近隔膜(6)的面向与测量腔(3)相反方向的表面的位置，并且该加固部件具有多个阻挡部分(11)，在该多个阻挡部分之间限定了通孔(9)；该通孔形成了部分(9，10)，油流过该部分并且与隔膜(6)的所述表面有效接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述加固元件(8)为网格形状并且围绕轴线(X)延伸，所述通孔(9)围绕轴线(X)成角度地布置在所述网格(8)上。
3.根据权利要求2所述的装置，包括多个通孔(9)，该多个通孔均匀地布置并且由径向排列的相应的阻挡部分(11)分隔。
4.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其中所述加固元件(8)具有中心定位的环状阻挡部分，并且在加固元件(8)上限定了中心通孔(10)。
5.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其中所述加固元件(8)是刚性的。
6.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其中所述阻挡部分(11)具有至少2mm的最小尺寸(D)，该最小尺寸是在沿着隔膜(6)所在的平面上的任一方向测量的。
7.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其中所述阻挡部分(11)在邻近隔膜(6)的所述表面的加固元件(8)的区域限定了圆形或圆弧形侧边。
8.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其中加固元件(8)具有多个阻挡部分(11)的交叉区域，并且加固元件被成形为使得由所述交叉限定的边缘是圆弧形的，没有棱角。
9.根据上述任意一项权利要求所述的装置，其中所述测量部件(2)包括至少第一部分(2a)，该第一部分限定了所述管道(4)的至少一段，并且其中加固元件(8)与所述第一部分(2a)被制成为单件。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述测量部件(2)包括第二部分(2b)，该第二部分能够抵接所述第一部分(2a)并且与第一部分(2a)配合限定用于容纳隔膜(6)的座(7)，所述第二部分(2b)包括完整的圆盘，该圆盘至少部分地由多孔材料制成，该圆盘能够透过气体并且被放置在隔膜(6)的面向测量腔(3)的表面附近的位置，以防止隔膜(6)朝向测量腔(3)变形。
11.一种制造测量电气设备中电绝缘油中溶解的气体的浓度的装置的方法，包括以下步骤：
准备测量部件(2)，该测量部件具有测量腔(3)和与所述测量腔(3)连通的管道(4)，所述管道(4)限定了端子(4a)，该端子能够连接至用于所述设备中的电绝缘油的容器；准备透气隔膜(6)，该透气隔膜被插入管道(4)的内侧，以将测量腔(3)和所述容器中的油分开，并且允许来自油中的气体朝向测量腔(3)通过；准备传感器(20)，该传感器位于测量腔(3)中以测量测量腔(3)中的气体浓度，
其特征在于，该方法还包括以下步骤：将加固元件(8)安装在管道(4)内的位于邻近隔膜(6)的面向与测量腔(3)相反方向的表面的位置，所述加固元(8)件具有多个阻挡部分(11)，在多个阻挡部分之间限定了通孔(9)，该通孔形成了部分(9，10)，油流过该部分并且与隔膜(6)的所述表面有效接触。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述加固元件(8)与测量部件(2)的至少一个部分(2a)被制成为单件。
13.根据权利要求12所述的方法，包括如下步骤：
准备所述的测量部件(2)的至少一个部分(2a)，使得该至少一个部分至少部分地限定所述管道(4)，并且在所述管道(4)内侧具有壁，该壁与测量部件(2)的所述部分(2a)被制成为单件，该壁至少部分地阻塞管道(4)；
在所述壁上，实施机械钻孔以获得所述阻挡部分(11)和所述通孔(9)。
14.根据权利要求13所述的方法，包括对所述阻挡部分(11)进行机械倒角，以去除加固元件(8)的面向隔膜部分的尖锐边缘，并且使得当隔膜承受油的吸入动作时，阻挡部分和隔膜之间存在有效的接触。
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