CN106716585B - 用于监控真空断路器的真空质量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监控真空断路器的真空质量的装置，其特征在于，其包括至少一个刚性组件(2)和电子电路；所述刚性组件(2)包括第一固定导电表面(4)，该第一固定导电表面(4)通过绝缘层(30)与连接到接地的第二固定导电表面(10)分隔开，所述组件(2)形成具有固定值的第一电容器(32)，所述第一固定导电表面(4)被布置为与所述真空断路器的电气有源元件(18)相对，以与该电气有源元件(18)形成第二电容器(34)；所述电子电路意于测量第一电容器(32)的电压变化，该电压变化表征所述断路器的真空状态的改变。

Description

用于监控真空断路器的真空质量的装置
技术领域
本发明涉及用于监控真空断路器的真空质量的装置。
本发明更具体地、但不排他地应用于真空断路器，特别是应用于三相类型的真空断路器，所述真空断路器通过气体、通过固体绝缘材料、或通过气体与绝缘隔板的组合而被绝缘，或者设有外部绝缘部(包覆模制的绝缘部)。
背景技术
例如，在美国专利US4103291中描述了通过使用电容传感器来监控真空瓶中的真空质量。在该文献描述的装置中，真空瓶(也称为真空管)包括浮动屏，该浮动屏与触点系统(contact system)形成经受电源电压的第一电容器。在真空瓶的浮动屏和接地之间产生第二电容器。在这两个电容器中流动的电流提供了对瓶中的真空状态的测量。该机制是基于真空的介电特征。相应地，在、存在适当的真空的情况下，介电耐受性(dielectricwithstand)将阻止在真空瓶的内部发生任何火花放电，使得在该电容器中流动的电容电流与电源电压、以及与串联连接的所述第一和第二电容器的值成比例。在真空有缺陷的情况下，真空的介电耐受性将降低，并且在瓶的内部将发生火花放电，使得浮动屏将处于电源电压下。屏和触点之间的第一电容器被短路，并且在第二电容器中流动的电流将增加。第二电容器中的电流由此提供瓶中的真空质量的指示。该装置的缺点之一与其对电源电压中的过电压的敏感度相关，过电压可能导致对真空损失的错误警报。此外，使用这种类型的装置需要在瓶内部存在浮动屏，从而排除其在不具有浮动屏的“不对称”类型的瓶中的使用。
文献EP2463883公开了一种采用多个电容器的检测器，用于并行监控瓶的上游和下游电路系统的有源元件和真空。由此，只要存在电压，真空质量的退化可以在所有系统条件下被检测。在该检测器的实施例中，具有接地金属屏的固体绝缘体允许产生大的电容器，其中的电容电流是强的。
上述传感器的缺点与以下事实有关，即上述传感器不能用于传统的断路器中，或者由于缺少适当的测量，或者缺少足够强的耦合以用传统的方式产生独立的检测器。此外，缺少屏蔽绝缘迫使极大地远离瓶。
图1示出了现有技术的用于监控断路器真空瓶1中的真空质量的装置的原理示意图。参考标记8表示真空瓶1的壁。该装置具有第一导电表面4，该第一导电表面4布置在金属屏18和第二导电表面10之间，该金属屏18形成真空瓶1的电气有源元件，该第二导电表面10可动地安装在连接到接地T的架12上。第一导电表面4形成包括串联的两个电容器的电容器，这两个电容器是电容器14和电容器34，该电容器14(称为真空电容器)在真空瓶1中的电极16和围绕电极16的金属屏18之间形成，该电容器34在导电表面4和金属屏18的面对该电容器34的外表面之间形成。导电表面4与第二导电表面10还形成另一电容器32。
电容器14的值被清楚地限定并取决于真空断路器的设计。相反，电容器32和34的值取决于距离D1和D2，距离D1和D2将导电表面4分别与金属屏18和第二导电表面10分隔开。在该装置中，在导电表面4处测得的瞬态电压取决于电容器14、32和34的值以及电极16上的线路电压VHV的值。由于电容器14的值远大于电容器32和34的值，所以电压VHV的大部分施加于电容器32和34上。
导电表面4上的电压V4相对于线路电压VHV的分布将与距离D1和D2的关系成比例。电容器32和34可以被认为产生于平行板式电容器。因此，电容器32的值与距离D1成反比，电容器34的值与距离D2成反比。由于电容器14的值远大于电容器32的值，因此其在近似中可被忽略。由此，导电表面4上的电压V4取决于比D2/(D1+D2)和真空断路器内部的电极上的高电压VHV：
为了理解该关系式的推论，考虑以下现实条件：在具有额定中压的真空断路器中，真空断路器和断路器架之间的距离(D1+D2)通常为10cm。电压VHV通常为10kV。为了在导电表面4上具有低于48伏的完全安全的工作电压，距离D2须与断路器架12上的接地板10相距0.5mm。在距离D2上的5mm的变化在导电表面4上将造成500V的电压，以10倍超过对于低压测量设备所允许的电压水平。显然，在实际工作条件下，将D2保持为0.5mm的安全距离是困难的。
缺少对距离D1和D2和/或电容器32和34的有效控制，会危及测量和电子电路，如下所述：
-如果导电表面4和断路器架12之间的距离D2过小，则瞬态电压将是弱的，并且过于难以检测。这不允许检测真空断路器瓶中的真空损失。
-如果该距离过大，导电表面4上的电压V4将变得过大，这可导致对电子构件的损坏或在测量电路中产生短路。该距离将受到导电表面4被安装在架12上的方式的影响。
本发明的一个目的是克服现有技术的上述缺点。
更具体地，本发明的目的是一种装置，该装置允许检测断路器的真空瓶中真空缺陷，而不与断路器的带电部分之间物理接触。
发明内容
本发明通过一种用于监控真空断路器的真空质量的装置来实现其目的，该装置包括第一固定导电表面和电子电路，该第一固定导电表面通过绝缘层与第二固定导电表面分隔开以形成具有固定值的第一电容器，该电子电路意于测量所述第一电容器上的电压的变化，该电压变化表征断路器的真空状态的改变。根据本发明的另一特征，所述第一固定导电表面与真空断路器的电气有源元件形成第二固定电容器。
根据本发明的另一特征，刚性组件布置在柱形电屏蔽件的内部，该柱形电屏蔽件的至少一个外表面与接地形成第二固定电容器。绝缘层由蜂窝结构、或泡沫结构、或环氧树脂板形成。
在根据本发明的装置的第一实施方式中，刚性组件在印刷电路板上形成，由绝缘体分隔开的第一导电表面和第二导电表面被刻在该印刷电路上。
在该实施方式的第一变型中，刚性组件安装在连接到接地的可动架上。
在第二变型中，刚性组件布置在围绕真空断路器的柱形电屏蔽件的内部，所述屏蔽件被连接到第二导电表面，所述第一导电表面连接到形成真空瓶的所述电气有源元件的金属屏，且第二电容器在电屏蔽件的外表面和接地之间形成。
在另一变型中，刚性组件可以作为与所述电气有源元件电接触的“贴片”的固定在真空瓶的外表面上。
根据本发明的装置允许监控三相真空断路器的真空质量。在该情况下，对于每个相，该装置包括所述刚性组件。该刚性组件还包括附加电容器，该附加电容器被布置为恢复用于对电子电路供电的电流，该电子电路意于检测真空状态的改变。
附图说明
参照附图，本发明的其它特征和优点将通过以示例性而非限制性的方式提供的说明显而易见，在附图中：
图1如上所述示出了现有技术的用于监控真空断路器的真空质量的装置的原理示意图；
图2示出了根据本发明的用于监控真空断路器的真空质量的装置的第一实施方式的示意图；
图3示出了根据本发明的用于监控真空断路器的真空质量的装置的第二实施方式的示意图；
图4示出了根据本发明的用于监控真空断路器的真空质量的装置的第三实施方式的示意图；
图5是描述工业真空断路器中的介电耐受电压变化的曲线。
具体实施方式
为了清楚起见，相同的附图标记将表示如图1所示的现有技术的装置的以及根据本发明的装置的元件。
图2示意性地示出真空断路器，其包括架12、至少一个真空瓶1以及刚性组件2，该刚性组件2形成用于检测瓶1的真空状态的变化的检测器。该检测器包括第一固定导电表面4，其通过绝缘层30与连接到接地T的第二固定导电表面10分隔开。由第一固定导电表面4和第二固定导电表面10形成的刚性组件2形成具有固定值的第一电容器32。由此形成的刚性组件安装在架12上，并被布置为使得第一固定导电表面4与真空断路器的电气有源元件18相对。第一导电表面4由此与该电气有源元件18形成第二电容器34。电子电路(未示出)与刚性组件2连接，用于测量第一电容器32和第二电容器34中的电流变化，并根据测量结果提供瓶1的真空状态的指示。
第二固定导电表面10连接到接地通过螺栓或铆钉40实现，该螺栓或铆钉40约束绝缘层30并将其牢固地连接到架12。固定在螺栓40上的间隔部件41允许在刚性组件2和安装在装设于架12上的检测电路上的电子构件之间保持足够的距离。由于获得的组件的刚性，电容器32具有固定值。绝缘层30的厚度为0.1至10mm。过低的值导致电容器32的值的过度增加，并不适当地减小在第一固定导电表面4上测得的瞬态电压。
图3示出了本发明的第二种实施方式，其中，刚性组件2布置在包围真空瓶1的柱形电屏蔽件50的内部。所述屏蔽件连接到第二导电表面10，第一导电表面4连接到真空瓶的电气有源元件18。第二电容器34在电屏蔽件50的外表面和接地之间形成。
如图4所示，由此实现的组件可以作为“贴片(patch)”围绕金属屏18施加在真空瓶1的外表面上。导电表面4与电气有源元件18直接电接触。
由于与金属屏18的直接接触，该系统可以自供电。
在操作中，第一电容器32的电压V32用于监控真空断路器中的真空状态。在真空断路器具有良好的真空水平的情况下，包括电容器14、32和34的链允许确定在这些电容器中流动的电流并因此使用以下公式推导电压V32：
在断路器具有真空缺陷的情况下，断路器的真空瓶中的压强规则地增加，并且断路器的介电耐受性遵循帕邢定律(Paschen’s law)，如图5所示。
当断路器中的真空水平达到所谓的“帕邢最小值(Minimum de Paschen)”的值时，介电耐受性低于系统电压。这导致电极16和金属屏18之间的短路。电容器14因此短路，导致流动穿过包括电容器32和34的剩余的链的电流增加。电压V32因此如下地变化：
因此，存在真空瓶1中的真空缺陷的情况下，电压V32增加。

Claims (9)

1.一种用于监控真空断路器的真空质量的装置，其特征在于，其包括：
至少一个刚性组件(2)，所述刚性组件(2)包括通过绝缘层(30)与第二固定导电表面(10)分隔开的第一固定导电表面(4)，由此形成具有固定值的第一电容器(32)，和
电子电路，所述电子电路用于测量所述第一电容器(32)上的电压变化，该电压变化表征所述断路器的真空状态的改变，
其中，所述第一固定导电表面(4)与所述真空断路器的电气有源元件(18)联合形成第二固定电容器。
2.一种用于监控真空断路器的真空质量的装置，其特征在于，其包括：
至少一个刚性组件(2)，所述刚性组件(2)包括通过绝缘层(30)与第二固定导电表面(10)分隔开的第一固定导电表面(4)，由此形成具有固定值的第一电容器(32)，和
电子电路，所述电子电路用于测量所述第一电容器(32)上的电压变化，该电压变化表征所述断路器的真空状态的改变，
其中，所述刚性组件(2)布置在柱形电屏蔽件(50)的内部，该柱形电屏蔽件(50)的至少一个外表面与接地联合形成第二固定电容器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述绝缘层(30)由蜂窝结构形成。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述绝缘层(30)由泡沫结构形成。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述绝缘层(30)由环氧树脂板形成。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述刚性组件(2)在印刷电路板上形成，通过绝缘体(30)分隔开的第一导电表面(4)和第二导电表面(10)被蚀刻到该印刷电路板上。
7.根据权利要求1或2中的一项所述的装置，其中，所述刚性组件(2)安装在连接到接地(T)的可动架(12)上。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述刚性组件(2)以“贴片”的形式附接到所述真空断路器的真空瓶(1)的外表面，与所述电气有源元件(18)电接触。
9.一种用于监控三相真空断路器的真空质量的装置，其特征在于，其对于每个相包括如权利要求1所述的刚性组件(2)，且在于，每个所述刚性组件(2)还包括附加电容器，该附加电容器被布置为恢复用于对电子电路供电的电流，该电子电路被设计为检测真空状态的改变，
其中，所述刚性组件(2)的第一固定导电表面(4)与所述真空断路器的电气有源元件(18)联合形成第二固定电容器(34)。
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