CN104380419A

CN104380419A - 水分监视系统

Info

Publication number: CN104380419A
Application number: CN201380016549.3A
Authority: CN
Inventors: 约翰·伊斯曼; 史蒂文·卡尔·谢弗
Original assignee: Franklin Fueling Systems LLC
Current assignee: Franklin Fueling Systems LLC
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2015-02-25
Also published as: EP2817815B1; US20130215548A1; IN2014DN07676A; US10883948B2; EP2817815A1; CA2865094A1; CA2865094C; WO2013126397A1; PL2817815T3

Abstract

用于具有灭弧气体的外罩(102)的监视系统(150)包括至少一个与外罩的内部(120)流体连通的流体特性传感器，以及操作耦合到该至少一个流体特性传感器的电子控制器(190)。该电子控制器基于从该至少一个流体特性传感器接收的值来预测维护事件。

Description

水分监视系统

本申请要求于2012年2月20日提交的题目为MOISTUREMONITORING SYSTEM、案卷FEC0160-03的美国临时专利申请NO.61/600,997的优先权，在此将其全部公开内容通过引用明确地合并到本文中。

相关申请

本申请涉及于2011年3月2日提交的题目为GAS DENSITYMONITORING SYSTEM、案卷FEC0160的美国临时专利申请NO.61/448,585，以及作为美国专利申请公开NO.2012-0306656公开的于2012年3月2日提交的题目为GAS DENSITY MONITORING SYSTEM、案卷FEC0160-01-US的美国专利申请NO.13/411,011，在此将其全部公开内容通过引用明确地合并到本文中。

背景技术

断路器和其它电子设备可以被设置在其中具有含SF₆的气体的外罩中。SF₆气体是灭弧气体，起到当断路器被移动到断开状态时降低电弧强度或者电弧发生率的作用。SF₆气体中过多的水分可能引起问题。例如，水分与电弧副产物混合会形成腐蚀断路器内部的酸。断路器通常装备有干燥剂包以减少SF₆气体中的水分含量。然而干燥剂包的容量有限并可能饱和。

发明内容

本发明一般涉及与监视断路器有关的系统和方法，并且尤其涉及监视与断路器相关联的水分特性。

在一个实施方式中，提供了用于包含灭弧气体的外罩的监视系统。该监视系统包括与外罩的内部流体连通的水分传感器，以及被操作耦合到水分传感器的电子控制器。该电子控制器被配置成基于从水分传感器接收的值来预测维护事件。

在本公开内容的另一个实施方式中，提供了用于包含灭弧气体的外罩的监视系统。该监视系统包括与外罩的内部流体连通的水分传感器，用于将灭弧气体传输到外罩的内部的装料口，以及被操作耦合到水分传感器的电子控制器。该电子控制器确定填充事件的发生以及确定填充事件的填充气体的水分特性。

在本公开内容的又一个实施方式中，提供了断路器系统。该断路器系统包括至少具有第一导电元件和第二导电元件的外罩，以及外罩内部中的且大体包围第一和第二导电元件的灭弧气体。该断路器系统还包括监视系统，该监视系统具有被配置成容纳填充气体并且还被配置成使填充气体流至外罩的外壳。另外，该监视系统包括由外壳承载的至少一个流体特性传感器，以及被配置成接收来自该至少一个流体特性传感器的信号的电子控制器，以确定灭弧气体的至少一个水分特性。

在本公开内容的一个实施方式中，提供了一种监视断路器的方法。该断路器具有第一导电元件以及能够相对于第一导电元件移动的第二导电元件。第一导电元件与第二导电元件相配合以提供允许电流在第一导电元件与第二导电元件之间流动的闭合状态以及第一导电元件与第二导电元件间隔开的断开状态。第一导电元件和第二导电元件位于包含灭弧气体的外罩的内部。该方法包括以下步骤：放置与外罩的内部流体连通的至少一个流体特性传感器，用该至少一个流体特性传感器监视外罩的内部的相对湿度，基于该相对湿度预测断路器的维护事件。

本公开内容的又一个实施方式中，提供了监视断路器的外罩内部中的环境的方法。该外罩包括第一导电元件和能够相对于第一导电元件移动的第二导电元件。该方法包括以下步骤：将含有灭弧气体的流体引入外罩的内部，以及监视外罩内部中的流体的相对湿度。该方法还包括以下步骤：将流体的相对湿度与预定阈值比较，以及当流体的相对湿度小于预定阈值时保持流体向外罩内部流动。

附图说明

结合附图，通过参考以下详细的描述，随着更好地理解本发明的上述方面和许多附带的优点，本发明的上述方面和许多附带的优点将会变得更加容易理解。

图1示出了包括外罩的示例断路器系统的代表性视图；

图2示出了图1的断路器系统，其中设置了到断路器系统的外罩内部的通路；

图3示出了代表性的水分传感器。

图4示出了用于图3的水分传感器的示例外壳；

图5示出了当去除了外壳的顶部的情况下图4的示例外壳；

图6示出了用于图1的断路器系统的示例填充系统的代表性视图；

图7示出了用于图1的断路器系统的示例监视系统；

图8示出了图1的外罩中的水分随时间变化的代表性视图；以及

图9示出了图6的示例填充系统的填充操作的流程图。

贯穿若干视图，相应的附图标记指示相应部件。尽管附图显示了根据本公开内容的多种特征和部件实施方式，但是未必按照比例绘制附图，并且为了更好地说明和解释本公开内容可能放大了某些特征。本文陈述的范例阐明了本发明的实施方式，并且这些范例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将对下面描述的附图中图解的实施方式做出说明。下文所公开的实施方式并不意图穷举或者将本发明限于以下的详细描述中所公开的确切形式。而是选择和描述实施方式以使得本领域其他技术人员可以运用其教导。从而，应理解的是不意在限制本发明的范围。本发明包括图示的设备和描述的方法中的任何变化和进一步的修改，以及本发明所涉及的技术领域的技术人员通常想到的本发明的原理的进一步应用。

参考图1，示出了示例高压断路器系统100。断路器系统100包括容纳断路器110的外罩102。外罩102由框架106支撑离开地面104。分别通过高压套管116和高压套管118将断路器110连接到电力线112和电力线114。

美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011中公开了示例断路器110，在此将其公开内容通过引用明确地合并到本文中。如美国临时专利申请No.61/488,585和美国专利申请No.13/411,011中所述，示例断路器110包括第一导电元件和能够相对于第一导电元件移动的第二导电元件。当第一导电元件和第二导电元件处于闭合状态时，即当第一导电元件与第二导电元件物理接触时，电流能够在第一电力线112与第二电力线114之间流动。相反地，当第一和第二导电元件处于断开状态时，即第一导电元件与第二导电元件分离时，电流一般不能够在第一电力线112与第二电力线114之间流动。

回到图1，外罩102提供容纳断路器110的密封的内部120。内部120可填充有多种气体，该多种气体具有在断路器110断开时抑制电弧事件的特性。示例气体是六氟化硫(“SF₆”)或包含SF₆的混合物。可以使用其它示例气体。作为电解质的气体的存在减小了因电弧而使断路器受到损坏的量，因为该气体起到熄灭电弧的作用。一个示例断路器110和外罩102是Siemens SPS2断路器(15kV-245kV)，可从位于444Hwy.49S inRichland,MS 39218 USA的Siemens Power Transmission andDistribution购买到.

外罩102提供围绕断路器110的大体密封的容积。外罩102中的气体随时间推移可从外罩102的内部120泄露到外罩102的外部。此外，外面的空气可以携带水分进入外罩102。该增加的水分可以导致断路器110的部件的劣化。外罩102的内部120中包括干燥构件122，干燥构件122起从外罩102的内部120中的气体除去水分的作用。示例干燥构件122包括被支持在支持器124中的干燥剂包，并且干燥剂包与外罩102的内部120中的气体接触。干燥剂包从气体中除去水分。随时间推移，干燥剂包变得水分饱和。当发生这种情况时，外罩102的内部120中的水分含量增加。

设施定期更换干燥剂包以试图防止干燥剂包的饱和。参照图2，干燥剂包被设置到外罩102的端盖130中，端盖130可以从外罩102的主体132拆卸。端盖130和主体132包括可用于将端盖130耦合到主体132的对接法兰134和对接法兰136。为了更换干燥剂包，拆去端盖130，除去旧的干燥剂包，安装新的干燥剂包，并将端盖130重新安装到主体132。

回到图1，示出了控制箱140。控制箱140可以由外罩102承载，或者可以是独立的。设置了监视断路器110的操作以及断路器110的环境的监视系统150。美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011公开了示例监视系统150，在此将其公开内容通过引用明确地合并在本文中。如美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011中所述，监视系统可以监视断路器周围的气体的一个或更多个特性以及断路器的一个或者多个电气特性。这些所监视的特性被用来确定断路器是否需要维护和/或用来预测维护事件。在美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011中，示例气体特性是气体密度。例如，断路器系统100的故障电弧能量可以与气体密度值相关。可以在查找表中引用故障电弧能量值以及相应的气体密度值，例如美国临时专利申请No.61/448,585的图21中的查找表以及美国专利申请No.13/411,011，在此将其公开内容通过引用明确地合并到本文中。本申请的监视系统150可以确定和使用故障电弧能量值和/或气体密度值结合湿度值来进行断路器系统100的维护事件预测。

在本申请中，由监视系统150监视的一个示例气体特性是相对湿度或者指示外罩102的内部120中的气体中的水分量的另一个水分特性。在一个实施方式中，示例监视系统150被配置成监视气体密度和/或故障电弧能量特性，以及外罩102内的气体的相对湿度。

参照图1，至少一个流体特性传感器，例如至少湿度传感器152、密度传感器153和/或温度传感器，被耦合到外壳154。外壳154继而耦合到外罩102。外壳154的内部156与外罩102的内部120流体连通。在示例实施方式中，传感器152与外壳154的内部156中的流体接触。在一个实施方式中，传感器152是水分传感器，并且监视内部156中的气体的一个或者多个特性，并且从而监视外罩102中的气体。可以将传感器152放置在外罩102中或用于断路器系统100的管道网络中的任何其它位置，断路器系统100与外罩102的内部120中的气体流体连通。含有水分的气体在内部120和内部156中漂移，并被外壳154的内部156中的传感器152检测到。

示例水分传感器152是相对湿度传感器，该相对湿度传感器提供外罩102的内部120中的气体的相对湿度的指示。一个示例传感器是聚合物电容式湿度传感器，例如型号AM2303数字输出相对湿度和温度传感器模块，其可从中国广州白云区人和镇人和路56号的Aosong(Guangzhou)Electronics Co.,Ltd购买到。美国临时专利申请No.61/600,997的附录A中提供了关于AM2303传感器的更多详细信息，在此将其公开内容通过引用合并到本文中。当AM2303传感器被施以脉冲时，它在数据流中提供相对湿度和温度数据。该数据流可以通过电力连接被提供回AM2303传感器。可以通过辅助电子设备转换该数据流以提供报告相对湿度和温度的信号。经转换的信号的频率代表相对湿度，并且脉冲宽度代表温度。该输出具有与美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011中公开的气体密度传感器相同的形式。因此，可以将来自AM2303传感器的经转换的信号连接到美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011公开的监视系统。或者，其它实施方式可以利用冷镜技术测量相对湿度。

可以包括美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011公开的监视系统的功能的监视系统150可以跟踪外罩102的内部120中气体的相对湿度水平。参照图8，示出了曲线180。曲线180指示外罩102的内部120中气体的相对湿度。还示出了阈值线182。说明性地，该阈值线位于1％处。考虑了其它阈值。示例阈值包括0.5％和2％。

在曲线180的第一部分184期间，外罩102的内部120中气体的相对湿度值远低于阈值线182。在曲线180的这些部分期间，外罩102中的干燥剂包从外罩102的内部120中的气体除去水分。曲线的第二部分186中，干燥剂包已经变得饱和，并且内部120中的相对湿度已经开始上升且超过阈值线182。

在一个实施方式中，监视系统150的控制器190执行湿度维护事件预测软件192以监视相对湿度。湿度维护事件预测软件192的逻辑基于来自传感器152的所接收的相对湿度值，将相对湿度值与存储在存储器196中的阈值线182比较。如果该相对湿度值低于阈值，则监视系统150等待下一个相对湿度值。如果该相对湿度值高于阈值，则监视系统150指示警报。可以用美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011公开的警报输出之一来指示该警报。示例警报输出包括监视系统150上的灯或者被发送至远程计算设备200(见图7)的消息或者其它指示。示例远程计算设备包括监视中心处的计算设备、由服务技术人员携带的便携式计算设备、或者不位于断路器设备处的其它计算设备。在所示出的实施方式中，通过网络202访问远程计算设备200。示例网络包括有线和无线网络。

在一个实施方式中，警报的指示可以使控制断路器的状态的控制器防止断路器的断开。

如上所述，监视系统150监视所测量的相对湿度何时超过阈值线182。在一个实施方式中，监视系统150基于所测量的温度来提供不同的阈值水平。在一个实施方式中，可由操作员设置阈值水平。

在一个实施方式中，监视系统150还将所测量的相对湿度值作为历史湿度值194保存在储器196中。监视系统150可以确定所储存的历史湿度值194的至少一部分的斜率，以预测曲线180将何时与阈值线182相交。以这种方式，监视系统150可以预测即将发生的维护事件以及发生的预计时间。可以基于接收到的湿度值实施其它趋势分析。

在一个实施方式中，接收到的湿度值和接收到的温度值被用于预测维护事件或者用于确定警报水平。尽管相对湿度是外罩102的内部120中气体的水分特性的一个示例，但是可以估计其它水分特性。示例水分特性包括露点、霜点、体积百万分比、以及相对湿度。

参照图3，示出了示例湿度传感器152。参照图4，示出了示例外壳154。外壳154包括基座220和盖子222。基座220包括可以耦合至管道155的第一端口224，管道155继而耦合至外罩102。外壳154的内部156通过盖子222与外罩102的内部120流体连通。在一个实施方式中，外壳154是DC-400铸铝外罩。

基座220包括可以与传感器耦合的第二端口226。在一个实施方式中，该传感器是气体密度传感器153。美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011中公开了示例气体密度传感器。尽管基座220被示出为具有单个传感器端口226，但是在一个实施方式中，基座220包括多个传感器端口以提供用于将各传感器连接到外罩102的内部120中气体的传感器支管。在一个实施方式中，电动搅拌器被设置在基座220的底部以辅助循环内部156中的空气。

传感器152被置于内部156中。传感器152的连接线延伸通过盖子222中的端口230。在一个实施方式中，传感器152和用于转换传感器输出的辅助电子设备被灌封于盖子222的内侧。因此，可以由替换盖子222来替换传感器152。盖子222还包括排放阀232。

参照图6，在一个实施方式中，外壳154包括具有耦合至注入阀252的第三端口250。气体源224可以被耦合到注入阀252以在填充操作期间通过外壳154向外罩102的内部120提供气体。另外，在一个实施方式中，第二阀240被设置在外壳154的第一端口224与外罩102之间。第二阀240允许操作员关闭外壳154，使得内部156不与内部120流体连通。一个原因可以是在更换传感器152时防止气体从内部120流出。一旦替换了传感器152，可以打开阀240并制动排放阀232以允许气流从外罩102的内部120流入外壳154的内部156。

在从气体源244提供气体的填充操作期间，第二阀240处于打开配置以允许气体从内部156流入外罩102的内部120。通过在填充操作期间使气体流经传感器152，监视系统150可以监视填充气体的水分含量。在一个实施方式中，监视系统150检测何时发生填充操作。在一个示例中，监视系统150监视外罩102的内部120中的气体的密度，并且当该密度水平上升到高于阈值量时，监视系统150假设发生填充操作。美国临时专利申请No.61/448,585和美国专利申请No.13/411,011中提供了关于填充操作的检测的更多详细信息。

当发生填充操作时，监视系统150监视填充气体的相对湿度。如果填充气体相对湿度高于阈值水平，监视系统150可以发起警报。该警报可以被发送至远程计算设备200或者在本地显示。在一个实施方式中，基于填充气体中的水分水平，可以变更应付给供应气体的供应商或者供应气体的供应商所要求的报酬。示例性报酬变更包括气体供应商可以被扣除发票金额的一部分或者因导致替换外罩102的干燥构件122的过早需求而向气体供应商收费。在一个实施方式中，如果填充气体中的水分水平高于阈值量，监视系统150可以关闭第二阀240以结束填充事件。在一个实施方式中，监视系统150可以针对气体供应商提供评价，该评价可用于今后对气体供应商的选择。

参照图9，示出了示例填充操作。如280所示，当气体源244被耦合到注入阀252时，可以发起填充操作。如282所示，如果气体源244没有被耦合到注入阀252，则不发生填充操作。然而，如框284所示，如果气体源244被耦合到注入阀252，则确定第二阀240是否打开。如框286所示，如果第二阀240没有打开，则不发生填充操作，因为内部156中的气体不能流入内部120。相反地，如果第二阀240打开，则开始填充操作。

在图9的示例填充操作期间，测量填充气体的相对湿度。如框288所示，将所测量的填充气体的相对湿度与相对湿度阈值比较。如框290所示，如果所测量的填充气体的相对湿度大于相对湿度阈值，则关闭第二阀240，并且填充操作结束。然而，如果所测量的填充气体的相对湿度小于相对湿度阈值，则填充操作继续(见框292)。继续填充操作直到监视系统150接收到来自密度传感器153的指示外罩102中的气体的密度对应于预定量的信号。如框294所示，当外罩102中的气体的密度等于预定阈值量时，填充操作结束。

另外，在填充操作期间，测量来自供应气体的供应商的填充气体的水分。如框296所示，如果填充气体的水分量大于预定阈值量，则可以调整供应填充气体的供应商的报酬，例如付款(见框298)。例如，可以扣除供应气体的供应商发票金额的一部分或者因导致替换外罩102的干燥构件122的过早需求向气体供应商收费。另外，如果来自供应商的填充气体中的水分量大于预定阈值量，监视系统150也可以选择结束填充操作。

从湿度传感器152获得的所测量的相对湿度和温度数据可以与从密度传感器153获得的密度数据相结合，以确定或预测外罩102中的干燥剂包何时将变得饱和从而提高外罩102的内部120中的相对湿度。该预测还可以用于确定其他信息，例如外罩102中水是否结冰或冷凝。例如，利用相对湿度、温度、以及密度数据，如下面等式(1)所示的马格纳斯方程提供关于水的饱和蒸汽压作为温度的函数。基于根据马格纳斯方程的计算(重现为以下方程(1))及其变量，监视系统150被配置成用于预测外罩102中的条件何时可以损坏断路器系统100(例如，增加外罩102中的相对湿度、水)。在这种条件下，监视系统150可以发起警报和/或防止断路器系统100工作以防止对其造成损坏。

e_{w} = 611.2 \cdot \exp (\frac{17.62 \cdot t}{243.12 + t})

等式(1)

其中，e_w为关于水的饱和蒸汽压，单位为Pa

t为温度，单位为℃。

在一个实施方式中，如下面等式(2)中所示，电子控制器190利用马格纳斯等式(等式(1))的变型来计算已知蒸汽压下的露点温度。例如，电子控制器190可以利用由等式(1)计算的或者由传感器测量的蒸汽压来确定外罩102的露点温度。该露点温度可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或被用于关于外罩102的条件的另外的计算。等式(2)在约-45℃-50℃温度范围上有效。

t_{d} = 243.12 \frac{\ln (\frac{e}{611.2})}{17.61 - \ln (\frac{e}{611.2})}

等式(2)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

t_d为露点温度，单位为℃

在另一个实施方式中，如下面等式(3)中所示，电子控制器190利用马格纳斯方程(等式(1))的变型来计算已知蒸汽压下外罩102的霜点温度。例如，电子控制器190可以利用由等式(1)计算的或者由传感器测量的蒸汽压来确定外罩102的霜点温度。该霜点温度可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或被用于关于外罩102的条件的另外的计算。等式(3)在约-65℃-0℃温度范围上有效。

t_{f} = 272.62 \frac{\ln (\frac{e}{611.2})}{22.46 - \ln (\frac{e}{611.2})}

等式(3)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

t_f为霜点温度，单位为℃

霜点和露点与气压有关，并且在标准气压(100kPa)或者在系统气压(例如，450kPa)下测量。因此，在一个实施方式中，电子控制器190可以利用以下等式(4)-(6)将第一气压下的霜点温度或露点温度转换为第二气压下的霜点温度或露点温度。例如，电子控制器190可以利用以上等式(1)、(2)或(3)或者来自传感器的测量值，以使用在第一温度下确定的第一蒸汽压以及第二蒸汽压计算第二霜点温度或第二露点温度。该第二霜点温度或第二露点温度可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或被用于关于外罩102的条件的另外的计算。

e_{1} = 611.2 \cdot \exp (\frac{22.46 \cdot t_{1}}{272.62 + t_{1}})

等式(4)

e_{2} = \frac{p_{2}}{p_{1}} e_{1}

等式(5)

t_{2} = 272.62 \frac{\ln (\frac{e_{2}}{611.2})}{22.46 - \ln (\frac{e_{2}}{611.2})}

等式(6)

然而在说明性的实施方式中，由水分传感器152确定相对湿度，也可以利用由等式(1)-(6)、传感器、或者其它计算确定的蒸汽压数据来确定相对湿度。例如，在一个替选实施方式中，电子控制器190可以使用蒸汽压和温度数据与以下等式(7)、(8₁)，或(8₂)以计算相对湿度。该相对湿度可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或可以被用于关于外罩102的条件的另外的计算。

RH = \frac{e}{e_{w}} \cdot 100

等式(7)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

e_w为在给定温度t下关于水的饱和蒸汽压

RH = \frac{e}{e_{w}} \cdot 100

对于t≥0 等式(81)

RH = \frac{e}{e_{i}} \cdot 100

对于t＜0 等式(8₂)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

e_w为在高于0℃的温度t下关于水的饱和蒸汽压

e_i为针对低于0℃的给定温度t的关于冰的饱和蒸汽压

另外，在一个实施方式中，电子控制器190可以利用由以上等式(1)-(8₂)中的任意等式确定的蒸汽压值来确定单位为体积百万分比(ppm_V)的体积比或者单位为重量百万分比(ppm_W)的重量比，分别如以下等式(9)和(10)中所示。例如，电子控制器190可以使用蒸汽压值来报告体积百万分比值。该体积百万分比值可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或用于关于外罩102的条件的另外的计算。

{ppm}_{v} = \frac{e}{p - e} \cdot 10^{6}

等式(9)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

p为在测量蒸汽压e时的总气压

{ppm}_{w} = \frac{M_{v}}{M_{g}} \cdot \frac{e}{p - e} \cdot 10^{6}

等式(10)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

p为在测量蒸汽压e时的总气压

M_v为水(H₂O)的分子量，18.02g/mol

M_g为载体气体的分子量

例如，如果六氟化硫(SF₆)是载体气体，则电子控制器190利用SF₆的分子量(M_g)，已知为146.05g/mol，来计算重量百万分比，以确定水的质量相对于SF₆的质量的比。在一个实施方式中，重量百万分比值可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或可以用于关于外罩102的条件的另外的计算。

在另在一个实施方式中，如以下等式(11)中所示，电子控制器190可以计算单位为体积百万分比(ppm_V)测量的体积分数以提供水分子的数目相对于分子的总数目的比。例如，电子控制器可以利用由以上等式(1)-(10)中的任意等式或者传感器确定的蒸汽压和总气压值以报告水分子的数目相对于分子的总数目的体积分数。该体积百万分比可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或被用于关于外罩102的条件的另外的计算。

{ppm}_{v} = \frac{e}{p} \cdot 10^{6}

等式(11)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

p为测量蒸汽压e时的总气压

在另外的实施方式中，如下面等式(12)中所示，电子控制器190可以计算以单位为重量百万分比(ppm_W)测量的重量分数以确定水的质量相对于全部气体的质量的比率。例如，电子控制器可以利用由以上等式(1)-(10)中的任意等式或者传感器确定的蒸汽压和总气压值，以及外罩102中的水和载体气体的分子量，以报告外罩102中的水的质量相对于全部气体的质量的重量分数。该重量百万分比可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或用于关于外罩102的条件的另外的计算。

{ppm}_{w} = \frac{M_{v}}{M_{g}} \cdot \frac{e}{p} \cdot 10^{6}

等式(12)

其中，e为蒸汽压，单位为Pa

p为在测量蒸汽压e时的总压气压

M_v为水(H₂O)的分子量，18.02

M_g为载体气体的分子量

例如，如果载体气体是SF₆，则电子控制器190使用SF₆的分子量(M_g)，即146.05g/mol来计算重量百万分比，以确定外罩102中水的质量相对于全部气体的质量的重量分数。在一个实施方式中，该重量百万分比值可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或用于关于外罩102的条件的另外的计算。

在一个实施方式中，通过分别使用等式(13)和(14)，电子控制器190可以利用体积百万分比(ppm_V)的值来相对于系统的总气压计算蒸汽压和霜点。在另在一个实施方式中，分别使用等式(15)和(16)，电子控制器190可以利用霜点来相对于系统的所测量的气压计算蒸汽压以及体积百万分比(ppm_V)。例如，蒸汽压值、霜点值，和/或体积百万分比可以被电子控制器190作为输出进行报告，可以被电子控制器190用以确定何时存在警报条件，和/或用于关于外罩102的条件的另外的计算。

e_{i} = \frac{pp m_{v} \cdot p}{{ppm}_{v} + 10^{6}}

等式(13)

t_{f} = 272.62 \frac{\ln (\frac{e_{i}}{611.2})}{22.46 - \ln (\frac{e_{i}}{611.2})}

等式(14)

e = 611.2 \cdot \exp (\frac{22.46 \cdot t_{f}}{272.62 + t_{f}})

等式(15)

{ppm}_{v} = \frac{e}{p - e} \cdot 10^{6}

等式(16)

虽然本发明已被描述为具有示例设计，但是在本公开内容的精神和范围内，可以进一步修改本发明。因此本申请旨在利用其一般原理覆盖本发明的任何变化、用途，或者改变。另外，本申请旨在覆盖与本发明相关的领域中的已知的或惯用的实践方式之内的相对于本公开内容的偏离。

Claims

1.一种监视断路器的方法，所述断路器具有第一导电元件和能够相对于所述第一导电元件移动的第二导电元件，所述第一导电元件与所述第二导电元件相配合以提供允许电流在所述第一导电元件与所述第二导电元件之间流动的闭合状态以及所述第一导电元件与所述第二导电元件间隔开的断开状态，所述第一导电元件和所述第二导电元件位于包含灭弧气体的外罩的内部，所述方法包括以下步骤：

放置与所述外罩的内部流体连通的至少一个流体特性传感器；

用所述至少一个流体特性传感器监视所述外罩的内部的相对湿度；以及

基于所述相对湿度预测所述断路器的维护事件。

2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：将所述外罩的内部的所述相对湿度与预定阈值比较。

3.如权利要求2所述的方法，还包括步骤：当所述外罩的内部的所述相对湿度大于所述预定阈值时，控制所述第一导电元件和所述第二导电元件的状态。

4.一种监视断路器的外罩的内部中的状态的方法，所述外罩包括第一导电元件和能够相对于所述第一导电元件移动的第二导电元件，所述方法包括以下步骤：

将含有灭弧气体的流体引入所述外罩的内部；

监视所述外罩的内部中的所述流体的相对湿度；

将所述流体的所述相对湿度与预定阈值比较；以及

当所述流体的所述相对湿度小于所述预定阈值时，保持所述流体向所述外罩的内部流动。

5.如权利要求4所述的方法，其中至少一个流体特性传感器被配置成与电子控制器相配合以在所述监视步骤期间测量所述流体的所述相对湿度。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述至少一个流体特性传感器是水分传感器。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述至少一个流体特性传感器包括温度传感器和密度传感器。

8.如权利要求7所述的方法，还包括步骤：根据所述温度传感器的数据以及来自所述密度传感器的数据计算所述流体的所述相对湿度。

9.如权利要求4所述的方法，还包括步骤：监视所述外罩的内部中的所述流体的密度。

10.如权利要求9所述的方法，还包括步骤：当所述流体的所述密度大于预定阈值时，中止所述流体向所述外罩的内部流动。

11.如权利要求4所述的方法，还包括步骤：当将所述流体引入所述外罩的内部时，监视所述流体中的水分量。

12.如权利要求11所述的方法，还包括步骤：接收来自气体供应商的所述流体，以及当所述流体中的所述水分量大于预定阈值量时调整对所述气体供应商的报酬。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述报酬是付款。

14.一种断路器系统，包括：

外罩，其至少具有第一导电元件和第二导电元件；

灭弧气体，其在所述外罩的内部中并且大体包围所述第一导电元件和所述第二导电元件；以及

监视系统，所述监视系统包括：

外壳，被配置成接收填充气体并且还被配置成使所述填充气体流至所述外罩；

至少一个流体特性传感器，其被所述外壳承载；以及

电子控制器，被配置成接收来自所述至少一个流体特性传感器的信号以确定所述灭弧气体的至少一个水分特性。

15.如权利要求14所述的断路器系统，其中所述监视系统还被配置成确定以下方面的至少之一：所述外罩的内部中的密度；以及所述第一导电元件和所述第二导电元件的故障电弧能量。

16.如权利要求15所述的断路器系统，其中所述至少一个流体特性传感器包括水分传感器。

17.一种用于包含灭弧气体的外罩的监视系统，所述监视系统包括：

水分传感器，其与所述外罩的内部流体连通；以及

电子控制器，其操作耦合到所述水分传感器，所述电子控制器基于从所述水分传感器接收的值来预测维护事件。

18.如权利要求17所述的监视系统，其中所述水分传感器被配置成测量所述外罩的内部的相对湿度。

19.如权利要求18所述的监视系统，其中所述水分传感器被配置成测量所述外罩的内部的温度。

20.如权利要求19所述的监视系统，其中将所述外罩的内部的所测量的相对湿度与预定相对湿度阈值进行比较。

21.如权利要求20所述的监视系统，还包括警报器，所述警报器被配置成在所测量的相对湿度值大于所述预定相对湿度阈值时做出指示。

22.如权利要求21所述的监视系统，其中所述电子控制器被电耦合到远程设备并且把所述警报器的指示提供给所述远程设备。

23.如权利要求21所述的监视系统，其中所述监视系统被设置在断路器组件上，并且所述控制器被配置成：当所测量的相对湿度值大于所述预定相对湿度阈值时，防止所述断路器组件在断开状态和闭合状态之间切换。

24.如权利要求20所述的监视系统，其中所述阈值在约0.5％-2.0％之间。

25.如权利要求24所述的监视系统，其中所述预定相对湿度阈值随所测量的温度值变化。

26.如权利要求20所述的监视系统，还包括用于存储所测量的相对湿度值的存储器，其中所述监视系统被配置成生成所测量的相对湿度值何时将超过所述预定相对湿度阈值的预测。

27.如权利要求26所述的监视系统，其中使用所述外罩的内部的所测量的温度值来生成所述预测。

28.一种用于包含灭弧气体的外罩的监视系统，所述监视系统包括：

水分传感器，其与所述外罩的内部流体连通；

装料口，用于将灭弧气体传输到所述外罩的内部；以及

电子控制器，其操作耦合到所述水分传感器，所述电子控制器确定填充事件的发生以及确定所述填充事件的填充气体的水分特性。

29.如权利要求28所述的监视系统，还包括具有基座和盖子的外壳，其中至少所述水分传感器被承载在所述外壳中，并且由所述基座承载所述装料口。

30.如权利要求29所述的监视系统，其中所述装料口被配置成使所述填充气体流入所述外罩，所述外罩包含第一导电元件和能够相对于所述第一导电元件移动的第二导电元件，所述第一导电元件与所述第二导电元件相配合以提供允许电流在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间流动的闭合状态以及所述第一导电元件与所述第二导电元件间隔开的断开状态，并且所述第一导电元件和所述第二导电元件位于所述外罩的内部。

31.如权利要求30所述的监视系统，其中当所述填充气体从所述装料口流向所述外罩时，所述填充气体流经所述水分传感器。

32.如权利要求30所述的监视系统，其中所述电子控制器接收来自所述水分传感器的信号，所述信号指示所述填充气体中的水分量。

33.如权利要求32所述的监视系统，其中当所述填充气体中的所述水分量大于预定水分阈值时，所述监视系统被配置成发起下列信号中的至少之一：警报信号；以及防止所述装料口处的所述填充气体流入所述外罩的信号。

34.如权利要求28所述的监视系统，其中所述监视系统被配置成通过确定所述外罩的内部中的密度变化来检测何时发生填充操作。