CN107438761A - 用于确定存在于电气设备的舱中的流体的流体成分的特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于测量装置(1)来确定存在于电气设备的舱中的流体的流体成分的特性的方法，测量装置(1)布置在舱外且包括用于从舱接收一定量的流体的室(2)。在该方法的其他步骤中，室(2)中的光路(5)由光源(3)照射，且光的第一强度(I0)由光探测器(4)测量。然后流体从舱释放到室(2)中，且测量光的第二强度(Ix)。基于这些测量，确定流体成分的特性。

Description

用于确定存在于电气设备的舱中的流体的流体成分的特性的 方法
技术领域
本发明涉及中高压开关技术的领域，且涉及一种用于光学地确定存在于电气设备的舱中的流体的流体成分的特性的方法，以及一种用于执行该方法的测量装置，特别是用于测量存在于高压开关设备中的绝缘气体和/或绝缘气体成分的特性(根据独立权利要求)。
背景技术
电气开关装置在中高压开关应用的领域中众所周知。它们例如用于在电气故障发生时中断电流。作为示例，填充有介电绝缘流体的断路器具有打开触点且使它们彼此远离的任务，以便避免电流，即使在源自电气故障本身的高电位的情况下。
介电绝缘流体广泛地应用于使多种电气开关装置(诸如气体绝缘开关设备(GIS))中的电气有源部分绝缘。例如，中或高压金属封装的开关设备中的电气有源部分布置在不透气体的舱中，该不透气体的舱包封具有若干巴压力的绝缘气体，该绝缘气体将设备的舱与其电气有源部分电气地分离。换句话说，绝缘气体不允许电流从电气有源部分流至舱。常用的介电绝缘气体为六氟化硫(SF6)，其展示出极好的介电绝缘和电弧熄灭能力。然而，SF6对温室效应而言为强大贡献者，且因此具有高的全球变暖潜能。因此，GIS的制造商争取备选绝缘流体。确定了若干备选绝缘流体。这些备选物中的一些包括多成分流体混合物，即它们包括多于一种分子或原子种类。发现的是，此类绝缘流体混合物的某些特性对电气设备的安全操作而言为强制的。作为示例，绝缘流体的介电击穿强度强烈地取决于混合流体成分的局部浓度比和总流体压力。
在提出的SF6替换物的候选者中，与运载气体混合的具有5或6个碳原子(C5,C6)的氟酮(FK)似乎最有希望。FK报道成具有良好的介电特性，且与SF6相反，FK对全球变暖仅具有较小影响，且在大气中迅速降解。
由于这些绝缘介质包括气体的混合物或由其组成，故有必要能够确定各种成分的浓度，特别是FK的浓度，以便确保电气设备的安全性和功能性。
除了气体成分的浓度之外，还存在维持和监测电气开关装置(例如，监测舱内的湿度积聚)的过程中涉及的许多其他相关方面和/或特性，这也可严重地影响此类电气开关装置的功能性。
在以下，将描述本发明以用于气体绝缘开关设备(GIS)，该用语将因此以电气开关装置的大体意义使用。
发明内容
本发明的目的在于改进具有流体绝缘(特别是具有气体绝缘)的电气开关装置的安全和维护能力，且使绝缘流体特性的维护和监测简化。
该目的根据相应的独立权利要求的特征由一种方法和一种测量装置解决，该方法用于确定存在于电气设备的舱中的流体的至少一种流体成分的特性，该测量装置用于执行该方法。
用于借助于测量装置(其布置在舱外且包括用于从舱接收一定量的流体的室)来确定存在于电气设备的舱中的流体的至少一种流体成分的特性的方法包括以下步骤或方法元件：
a)将测量装置附接于舱的端口，
b)可选地排空测量装置的室(即，步骤b)可省去)，
c)利用由光源发射的光在室中照射光路，
d)测量由光探测器接收的光的第一强度，
e)将流体从舱释放到室中，
f)测量由光探测器接收的光的第二强度，
g)从第一强度和第二强度计算流体成分的部分粒子密度，以及
h1)通过使用部分粒子密度来确定流体成分的特性；或
h20)测量室中的流体和/或光路中的流体部分的至少一个额外参数，且
h21)通过使用部分粒子密度和该至少一个额外参数来确定流体成分的特性。
要注意的是，该方法的步骤b)为优选的，然而不是必要的。这是由于事实上，反映用于获得第一强度的基准测量的该步骤也可在不吸收任何感兴趣的波长的光的气体(例如，氩)中执行。在该情况下，室不一定必须排空。
用于执行根据本发明的方法的测量装置包括：
-壳体，其包绕用于从电气设备的舱接收流体的室，
-光源，其用于发射光到光路中，
-光探测器，其用于接收由光源发射的光，
-至少一个连接元件，其用于将测量装置连接于电气设备的舱的端口，
-阀，其用于控制流体输送进和输送出室，
-至少数据采集和处理单元，其用于采集和/或处理测量和/或探测到的数据，以及
-控制器。
测量装置优选用于测量存在于高压开关设备的舱中的绝缘气体和/或绝缘气体成分的特性。
在实施例中，测量装置为部分密度传感器和/或湿度计和/或浓度传感器和/或露点传感器和/或分压传感器。
在实施例中，测量装置测量污染物和/或流体的分解产物。
根据优选实施例，流体成分的部分粒子密度通过求解以下方程来计算：
其中I0为第一强度，Ix为第二强度，且k为取决于流体且取决于几何形状的系数。特别地，k包括流体成分的吸收率和光路的长度，且对于安装于具有给定流体类型的GIS的测量装置的给定设置而言，可假设为恒定的。因此，GIS类型与k的值无关，但GIS中存在的流体与k的值相关。
在实施例中，室中的流体的总密度由密度传感器测量为所述额外参数。
在实施例中，待确定的特性为按体积百分比的流体中的流体成分的浓度，其由以下计算：
其中，ρ0为室中的流体的总粒子密度，ρx为流体成分的部分部分粒子密度，且cx为流体中的流体成分的浓度。
在实施例中，室中的流体的总压力借助于压力传感器测量为所述额外参数。
在实施例中，室中的流体的温度借助于温度传感器测量为所述额外参数。
在实施例中，使用室中的流体的至少一个状态方程导出该特性。该状态方程可例如为以以下方式公式化的理想气体状态方程：
其中p0为具有体积V0的室中的流体的所述总压力，N0为室中的流体的总粒子数，kB为玻尔兹曼常数，T0为室中的流体的绝对温度，
或以以下方式：
其中p0为室中的流体的所述总压力，ρ0为室中的流体的所述总粒子密度，Rs为特定气体常数，且T0为室中的流体的温度。
然而，优选使用以下状态方程中的一者，其产生更准确的结果。
这些状态方程中的一者为用于实际气体的van der Waals状态方程：
其中p0为室中的流体的所述总压力，R为通用气体常数，T0为室中的流体的温度，Vm为流体成分(实际气体)的摩尔体积，a为流体成分的内聚压力，且b为由流体成分的一摩尔粒子排除的体积。
另一个状态方程为用于实际气体的Peng-Robinson状态方程：
其中p0为室中的流体的所述总压力，R为通用气体常数，T0为室中的流体的温度，Vm为流体成分(实际气体)的摩尔体积，a为流体成分的内聚压力，b为由流体成分的一摩尔粒子排除的体积，且α为取决于偏心因子和降低的温度的因子。
用于实际气体的其他状态方程也可按情况使用。
因此，可能的是，测量以上参数(像总压力p0、温度T0等)中的一者或多者，且随后从以上方程导出未知参数。
要注意的是，除了浓度之外，还可导出其他特性，例如，露点或温度归一化的分压。对于露点而言，总压力p0或温度T0测量为额外参数，以便从ρx导出所述露点。对于温度归一化的分压而言，温度T0测量为额外参数。
此外，从ρx、p和T确定的流体特性也可为流体成分的分压、流体成分的温度归一化的分压、流体成分的部分质量密度(kg/m3)、或流体成分粒子数与另一气体成分的粒子数(例如，分解产物或运载气体成分)的比。测量方法也可在校准过程中使用以用于确定参数k。
在实施例中，流体成分选自以下组成的组：水、C5、CF4、HF、六氟丙烯、七氟丙烷、碳酰氟、二氧化碳、以及氧。然而，以上计算或测量分别也可用于确定其他气体(像SF6等)的特性。
在实施例中，通过针对室中的不同温度T0反复地执行该方法的步骤a)至g)，在测量装置的存储器中产生一次查找表。例如，第一强度I0和第二强度Ix对部分粒子密度或粒子数Nx的依赖性可针对不同的温度以该方式储存。对于随后的测量而言，然后可能的是，通过从查找表和温度测量导出流体成分的特性来执行该方法的步骤h1)或h20)和h21)。
要注意的是，使用查找表的该程序可作为主要工作方法来执行，或其可备选地用于上文描述的常规程序(结合流体浓度和状态方程)，作为比较两种方法的结果的手段，且从它们平均出最终结果或确认所述常规测量的准确性。
在实施例中，该方法的步骤f)、g)、h1)或f)、g)、h20)、h21)重复预定的次数，且分别从步骤h1)或h21)的所有结果平均出该特性。
优选地，在确定流体成分的特性之后，执行步骤：
k1)闭合舱和室之间的连接且随后从室排空流体，或
k2)将流体从室泵送回到舱中且闭合舱和室之间的连接。
在步骤k1的情况下，流体优选排空到流体袋中，且随后适当地处理掉，以便避免环境污染。
测量装置优选地呈现两个选项，使得用户可例如取决于室中的流体的测量的总压力选择任一备选方案。在实施例中，室中的流体的总压力大致等于GIS的舱中的流体的压力。在其他实施例中，可为有利的是，经由减压器将测量装置连接于GIS，且因此仅将室填充流体达到预定的压力(其比GIS的压力较低)。如果测量装置的室不设计为压力室且因此不能够耐受大约7巴的压力，则这为特别有利的。在步骤k1)的情况下，舱中的压力将由于存在测量室中的气体的部分的提取而降低。因此，可期望的是，宁可将该部分重新引入舱中，以便不改变其中的压力值。然而，在大多数情况下，压降可忽略不计，因为测量室的体积相对较小，如结合根据本发明的测量方法所需的光路的长度将变得显而易见的那样，这将结合本发明的示例性实施例来描述。
本发明展示出许多优点。其允许存在于电气开关装置的舱中的绝缘流体的特性以简单且有效的方式确定，因为在测量时，测量装置具有在电气开关装置外使用的能力且仅连接于所述装置。由于所得的非连续测量解决方案，没有出现装置与流体的材料不兼容性问题。此外，本解决方案具有低复杂性，因为例如，光纤和基准通道不是必要的。继而，该优点导致针对测量装置的改进的便携性和较低的制造成本。
因此，对于GIS的现场服务和调试而言，本解决方案使快速和容易地访问GIS舱内的气体组分成为可能。服务人员能够高效地执行本领域中的以下关键程序：
•在舱填充之后验证气体组分(优选包括杂质)；
•在计划的服务期间确定舱中的气体组分；
•根据需要(例如，在怀疑显著的分解时)确定气体组分。
附图说明
本发明的实施例、优点以及应用借助于图由从属权利要求和现在的以下描述产生。其中示出了：
图1为根据本发明的测量装置的第一实施例的截面图；
图2为根据本发明的测量装置的第二实施例的截面图；
图3为根据本发明的测量装置的第三实施例的截面图；
图4为根据本发明的测量装置的第四实施例的截面图；且
图5为具有额外元件的测量装置的透视图。
具体实施方式
本发明的描述不包括电气设备(GIS)本身，因为后者的许多实施例为众所周知的，且对于该描述而言不起作用。因此，以下描述的原理应用于在各种开关装置(例如，在开头处提到的类型)中使用本发明。
在以下，相同的参照标号表示本发明的各种实施例的在结构上或功能上相同或类似的元件。为了该公开的目的，用于封装或未封装的电气设备中的流体可为SF6气体或任何其他介电绝缘介质，其可为气态和/或液态，且特别地可为介电绝缘气体或电弧熄灭气体。此类介电绝缘介质可例如包括包含有机氟化合物的介质，此类有机氟化合物选自以下组成的组：氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮、氟烯烃、氟腈、以及它们的混合物和/或分解产物。在本文中，用语“氟醚”、“环氧乙烷”、“氟胺”、“氟酮”、“氟烯烃”以及“氟腈”是指至少部分地氟化的化合物。特别地，用语“氟醚”包括氟聚醚(例如，Galden)和氟单醚两者以及氢氟醚和全氟醚两者，用语“环氧乙烷”包括氢氟环氧乙烷和全氟环氧乙烷两者，用语“氟胺”包括氢氟胺和全氟胺两者，用语“氟酮”包括氢氟酮和全氟酮两者，用语“氟烯烃”包括氢氟烯烃和全氟烯烃两者，用语“氟腈”包括氢氟腈和全氟腈两者。可从而优选的是，氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮以及氟腈完全氟化，即全氟化。
在实施例中，介电绝缘介质选自以下组成的组：一种或若干种氢氟醚、一种或若干种全氟酮、一种或若干种氢氟烯烃、一种或若干种全氟腈、以及它们的混合物。
图1示出根据本发明的测量装置1的第一实施例的截面图。在该图中以及在图2至4中，没有示出测量装置1的壳体。壳体19(图5中所示)包含用于从GIS(未示出)的舱接收流体的室2。在测量室内，提供用于沿光路5发射光的光源3。由光源3发射的光由光探测器4接收和探测。
此外，测量装置1包括用于将测量装置连接于GIS的舱的端口的连接元件7。阀6a设成用于控制流体从舱输送到室中，且反之亦然。阀6a优选地适于，一旦建立测量装置1和舱之间的连接就自动地打开，且/或一旦测量装置1与舱分离就自动地闭合。在测量装置1的该实施例中，可能的是，完成测量之后，在关于从室2排空气体的上文描述的步骤k1)或k2)之间选择。这是通过提供第二阀6b，其可用于备选地将流体排空到流体袋中。在另一个实施例中，还可能使用三通阀作为阀6a，阀6a能够选择期望的输出，回到舱中或到流体袋中。优选地，连接元件7适于直接凸缘安装。换句话说，连接元件7可以以不透气体的方式(例如，卡销锁)附接于舱的端口，且可优选地同时允许打开阀6a，使得来自舱的流体可流到室2中。类似地，一旦连接元件7从端口退出，阀6a就可自动地闭合。有利地，这通过将两个步骤组合成单个步骤来简化测量的准备。
测量装置1还至少包括用于采集和/或处理测量和/或探测到的数据的数据采集和处理单元16以及控制器。这些单元在图5中示出，且大体由标号16参照，其代表测量装置1的整个电子电路，且还包括存储器，存储器例如用于储存上文提到的查找表和/或中间计算值。所述单元和控制器16经由数据和控制总线8连接于光源3和探测器4。数据采集和处理单元16的主要任务是从探测器4取出数据且处理它。控制器16(例如，微控制器)能够执行用于确定流体成分的特性的所有必要的方程。控制器16具有通过接通光源3和激活探测器4来触发测量的任务。它还可用于将用户界面命令转换成对应的动作，例如，根据用户请求或在湿度测量(之后描述)和光学测量之间的切换来重置测量装置1。
优选地，光源3和探测器4之间的光路5的长度在5mm到30mm、更优选地10mm到20mm的范围中选择。因此，明显的是，室2的尺寸保持相对较小。这不仅改进了测量装置1的便携性，而且允许舱和室2之间的较快压力平衡。此外，从电气设备提取的流体量非常小，故该流体可被处理掉而不会过多影响舱中的压力。要理解的是，也可使用其他长度的光路5。此类示例将结合图3和4的实施例描述。在图1至3中，光路以灰色等级示出，以用于示出从光源3朝探测器4的光强度的降低。
优选地，光源3适于以包括240nm到380nm之间的波长的紫外波谱发射光。300nm的波长对于使用C5气体作为绝缘流体的电气设备而言为优选的，因为该气体在该波长处具有其吸收峰。优选地，LED用作用于本发明的所有实施例的光源。它们具有的优点在于，较小且对室2内的总体温度T0只有微不足道的影响。此外，优选使用具有尽可能窄的发射光谱的LED，因为这对测量的准确性具有积极的影响。目前，具有市场上最窄的光谱的LED由美国SETI公司提供。在实施例中，光源适于连续地操作。然而，测量装置可包括用于在光源的连续操作模式和脉冲操作模式之间切换的调制模块，其中操作模式优选为用户可选择的。要注意的是，数据采集和处理单元16还优选地包括整个驱动器电子设备，其包括用于光源3的调制模块。
要注意的是，光源3可在另一波长波谱中操作，该另一波长波谱可更适合于在GIS中使用的流体的其他流体成分。为了该目的，光源3以一种方式安装，使得它可替换成另一个源。
图2示出根据本发明的测量装置1的第二实施例的截面图。该实施例与第一实施例的不同之处仅在于，其额外地包括湿度传感器9，湿度传感器9能够测量总湿度作为额外参数，且通过使用该值能够确定实际湿度。湿度传感器9由控制器控制且连接于控制和数据总线8。湿度传感器9可为基于电容或电阻测量原理的膜湿度传感器9。取决于使用的湿度传感器9的类型，可能有必要取决于存在于室2中的流体成分来校正结果，因为湿度传感器9可展示出对于所述流体成分而言的交叉灵敏度。例如，如果使用C5气体，则一些湿度传感器9(例如，结合电容测量使用陶瓷板的那些(例如，由芬兰Vaisala或瑞士Rotronic制造))可产生错误的值，因为陶瓷板不仅吸收湿度而且吸收C5，从而窜改最终结果。在该情况下，可使用以下描述的程序。因此，实际湿度由湿度传感器9根据以下步骤来确定：
i1)通过在已知的水浓度、优选不存在水的情况下，使湿度传感器9经受流体成分的气氛，来测量由流体成分(例如，C5气体)对湿度传感器9的影响引起的虚拟湿度至少一次，
i2)测量室2中的流体的总湿度至少一次作为额外参数，以及
i3)从先验已知的虚拟湿度和额外参数“总湿度”导出实际湿度。
步骤i1)可包括一组测量，即生成C5分压对虚拟湿度读数的曲线。该功能然后用于确定在步骤i2)中进行的测量的湿度偏移，且用于校正该测量，从而产生正确的湿度读数。
步骤i3)通常包括作为温度的函数的校正。然而，在最好的情况下，其可由之前确定的虚拟湿度的简单减法组成，即在湿度传感器的交叉灵敏度与温度无关时。
在该实施例中，湿度传感器9可与流体成分的已经描述的浓度确定组合使用，以用于导出湿度为额外参数。例如，其结果可在一定程度上用于流体成分的浓度确定，使得所述浓度的更准确的结果通过考虑流体中的水的浓度来寻求。然而，因为湿度在一些情况下可为可忽略不计的，故该选项优选为用户可选择的。
在其他实施例中，可能的是，检查的是湿度本身，即，流体成分在该情况下是水作为流体的成分。因此，H2O浓度为待确定的特性。在该情况下，光源3适于以红外波谱发射光，该红外波谱包括720nm到4µm之间的波长，特别是大致750nm的波长，优选1350nm-1450nm或1850nm-1950nm的范围中的波长，由于这是包括针对水的吸收波长的波长波谱。浓度的确定遵循上文描述的相同步骤，结合绝缘气体作为流体成分。然而，对于该类型的测量，优选使用布置在光路5中的光学带通或高通过滤器(未示出)。该过滤器选择成仅针对感兴趣的波长为透明的，且有助于限制光源3的甚至更多波长波谱。使用此类过滤器对于光学湿度测量而言为优选的，因为许多其他类型的成分在红外波谱范围中吸收，除了例如，C5在紫外波谱范围中吸收。
对于该类型的测量而言，可使用湿度传感器(湿度计)9作为针对通过光学方法测量的湿度比较的源。然而，在该情况下不必要使用湿度传感器9。
光学湿度测量的另一方面事实上如提到的那样，湿度可非常低且因此更难以探测。因此，可优选使用较大的光路5以用于此类测量，以便增加存在于光路中的水分子数，目的是达到可较容易探测的增加的光吸收。路径长度5的选择在该情况下还取决于探测器4的灵敏度，且取决于来自光源3的发射的光的波长波谱可做成多窄。以下描述的第三和第四实施例解决光路5的长度增加的该方面。
要注意的是，光路5的长度不一定是光学湿度测量的限制，尤其是结合湿度计9。此外，湿度计9也可在第三和第四实施例中使用。
图3示出根据本发明的测量装置1的第三实施例的截面图。在该实施例中，光源3和探测器4布置在室2外。两个光学馈通元件10在光源3和探测器4之间的光路5中以不透流体的方式各自布置在室2的壁中，使得它们允许光穿过所述壁从光源3行进至探测器4。在以反射工作时，一个光学馈通元件10可为足够的。
以该方式，可能将光路延长至最大。限制大致上为室2的宽度。取决于预期的应用(即，将检查何种类型的流体成分)，室2可根据该方面来设计。例如，如果污染物或分解产物为测量装置1的主要检查目标，则将室设计成尽可能宽的可为有利的。这些物质中的一些可仅以极小量存在，使得它们基于吸收波谱的探测需要尽可能长的光路5。
由于该方面，第三实施例具有的优点在于，其允许更准确地确定流体成分的第二强度Ix。另一个优点在于，第三实施例使得较容易将光源3替换成以不同波长波谱发射的光源，如果此类替换必要。
图4示出根据本发明的测量装置1的第四实施例的截面图。该实施例也解决了光路5的增加，然而通过保持测量装置1的紧凑性的优点，其中光源3和探测器4布置在室2内。在该实施例中，测量装置还包括光偏转元件11，其以一种方式布置在光路5中，使得从光源3发射的光5a在到达探测器4之前偏转多次(至少两次)。在示出的示例中，示出了三个偏转元件11，且相对于从光源3至探测器4的直接光路5以预定角度布置。如由示例性光束5a可见的那样，所述束5a的路径与从光源3至探测器4的直线相比显著增加，从而也增加了强度探测的准确性。
图5示出具有额外元件的测量装置1的透视性示意图。元件的位置是出于解释性的原因来选择，且可与实际测量装置1中的实际位置不同。在以下，仅描述额外元件，且将假定测量装置1的之前描述的实施例全部与这些元件兼容。
测量装置1优选地包括独立电源13，像可再充电锂离子电池。这使测量装置1便携，这对于已经投产的GIS的现场测量而言特别有利。
此外，泵14(优选为微型泵14)布置在测量装置1的壳体19内。泵14负责按情况而将位于室2内的流体经由阀6a和/或6b泵送回到GIS的舱中或到流体袋中。此外，泵14可针对根据本发明的方法的可选步骤b)使用，以在流体从舱进入之前排空室2的内含物。要理解的是，泵14尺寸确定成能够在测量之后将流体泵送回到舱中，即，其能够略微克服总压力P0。优选地，对于所述步骤b)，该泵也将可切换成操作为用于排空室2的真空泵14。要注意的是，通常，流体将从电气设备的舱流到测量装置1的室2中，而不需要泵14，因为室2通常将具有比舱远远较低的压力。
测量装置1具有重置按钮15，其用于重置包括数据采集和处理单元、控制器和存储器的电子电路16的某些参数。此外，提供用于触发测量或选择之前描述的某些操作模式的手段。
优选地，一旦连接元件7连接于舱，连接元件7就适于支撑(即，机械地保持)整个测量装置1。因此，用户在测量期间不需要保持测量装置1。从阀6a(未示出)至室2的流体的入口部分优选地包含粒子过滤器18，以用于过滤可例如积聚在舱的连接端口和/或阀6a和/或连接元件7上的污垢或灰尘。
测量装置1还可包括压力传感器17和/或温度传感器和/或密度传感器和/或湿度传感器9，其中仅压力传感器17在图5中示例性地示出。
此外，测量装置1可包括显示元件，以用于在测量之后示出像室2内的总压力或流体成分的浓度cx的某些参数。显示元件可为允许电子电路16与用户相互作用的触摸屏元件。此外，测量装置1可装备有用于连接至外部计算机的输入/输出端口，其用于读出参数、校准值、查找表且用于更新微控制器16的程序等。
测量装置1可以以全自动的方式操作，例如，仅通过按压启动按钮，此后所有的测量步骤自动地执行，或它可由用户构造，以根据某些用户可选择的参数来操作。取决于使用的领域和测试复杂性，某些构件可排除或替换。此外，测试场景可经由用户接口端口实施后验。
本发明提供评估GIS的内部状态(在其绝缘流体方面)的有效方式，且因此提供对此类电气设备的调试和维护所需的信息。根据本发明的测量装置1在测量可能性方面为灵活的，其能够测量GIS的流体的不同流体成分的特性。由于其测量原理，其非常紧凑，因此易于携带，且装备有自主的电源，使得其适合于现场测量。
虽然示出和描述了本发明的当前优选实施例，但要清楚地理解的是，本发明不限于此，而是可另外在以下权利要求的范围内不同地体现和实践。因此，像“优选”或“特别是”或“特别地”或“有利地”或“可选”等用语仅表示可选和示例性实施例。
参照标号清单
1 测量装置
2 室
3 光源
4 探测器
5 光路
5a 光束
6a 第一阀
6b 第二阀
7 连接元件、凸缘、机械保持结构
8 数据和控制总线
9 湿度计
10 光馈通元件
11 偏转元件
13 电源
14 泵
15 重置按钮
16 电子电路
17 压力传感器、分压传感器
18 粒子过滤器
19 壳体。

Claims (36)

1.一种用于借助于测量装置(1)来确定存在于电气设备的舱中的流体的至少一种流体成分的特性的方法，所述测量装置(1)布置在所述舱外且包括用于从所述舱接收一定量的所述流体的室(2)，所述方法包括以下步骤：
a)将所述测量装置(1)附接于所述舱的端口，
b)可选地排空所述测量装置(1)的室(2)，
c)利用由光源(3)发射的光在所述室(2)中照射光路(5)，
d)测量由光探测器(4)接收的光的第一强度(I0)，
e)将流体从所述舱释放到所述室(2)中，
f)测量由所述光探测器(4)接收的光的第二强度(Ix)，
g)从所述第一强度(I0)和所述第二强度(Ix)计算所述流体成分的部分粒子密度(ρx)，以及
h1)通过使用所述部分粒子密度(ρx)来确定所述流体成分的特性；或
h20)测量所述室(2)中的流体和/或所述光路(5)中的流体部分的至少一个额外参数，且
h21)通过使用所述部分粒子密度(ρx)和所述至少一个额外参数来确定所述流体成分的特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体成分的部分粒子密度ρx通过求解以下方程来计算：
其中Ix为所述第二强度，I0为所述第一强度，k为取决于流体且取决于几何形状的系数，特别地其中k包括所述流体成分的吸收率和所述光路(5)的长度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述室(2)中的流体的总密度ρ0由密度传感器测量为所述额外参数或额外参数。
4.根据权利要求2和权利要求3所述的方法，其特征在于，所述特性为按体积百分比的所述流体中的所述流体成分的浓度cx，其由以下计算：
其中ρ0为所述室(2)中的流体的总粒子密度，且ρx为所述流体成分的部分粒子密度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述室(2)中的流体的总压力p0借助于压力传感器(17)测量为所述额外参数或额外参数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述室(2)中的流体的温度T0借助于温度传感器测量为所述额外参数或额外参数。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述特性使用所述室(2)中的流体的至少一个状态方程导出，特别地使用理想气体状态方程或van der Waals状态方程或Peng-Robinson状态方程。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，总湿度由湿度传感器(9)确定为所述额外参数或额外参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，实际湿度由所述湿度传感器(9)根据以下步骤确定：
i1)通过在已知的水浓度、优选不存在水的情况下，使所述湿度传感器(9)经受所述流体成分的至少一种特定浓度，来测量由所述流体成分对所述湿度传感器(9)的影响引起的虚拟湿度至少一次，
i2)测量所述室(2)中的流体的总湿度至少一次作为额外参数，以及
i3)从所述虚拟湿度和所述总湿度导出实际湿度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体成分选自以下组成的组：水、C5、CF4、HF、六氟丙烯、七氟丙烷、碳酰氟、二氧化碳、氧、以及它们的混合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过针对所述室(2)中的不同温度(T0)反复地执行所述方法的步骤a)至g)，在所述测量装置(1)的存储器中产生一次查找表。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过将所述流体成分的特性从所述查找表导出而执行所述方法的步骤h1)或h21)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光源(3)和所述探测器(4)之间的光路(5)的长度在5mm到30mm的范围中、优选在10mm到20mm的范围中选择。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤f)、g)、h1)或f)、g)、h20)、h21)重复预定的次数，且分别从步骤h1)或h21)的所有结果平均出所述特性。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述流体成分的特性之后，执行步骤
k1)闭合所述舱和所述室(2)之间的连接且随后从所述室(2)排空所述流体，或
k2)将所述流体从所述室(2)泵送回到所述舱中且闭合所述舱和所述室(2)之间的连接。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述特性选择为以下中的一者：露点、温度归一化的分压、所述流体成分的分压、所述流体成分的温度归一化的分压、所述流体成分的部分质量密度、流体成分粒子数与另一种气体成分的粒子数的比、以及特别是此类量的组合。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体，特别是介电流体或介电气体，包括有机氟化合物，所述有机氟化合物选自以下组成的组：氟醚、特别是氢氟单醚，氟酮、特别是全氟酮，氟烯烃、特别是氢氟烯烃，氟腈、特别是全氟腈，以及它们的混合物和/或分解产物。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体包括背景气体，特别是选自以下组成的组：空气、具体为合成空气和/或技术性空气，空气成分、具体为氮和/或氧，二氧化碳，氮氧化物，以及它们的混合物。
19.用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的测量装置(1)，其包括：
-壳体(19)，其包绕用于从电气设备的舱接收流体的室(2)，
-光源(3)，其用于发射光到光路(5)中，
-光探测器(4)，其用于接收由所述光源(3)发射的光，
-至少一个连接元件(7)，其用于将所述测量装置(1)连接于所述电气设备的舱的端口，
-阀(6a)，其用于控制流体输送进和输送出所述室(2)，
-至少数据采集和处理单元(16)，其用于采集和/或处理测量和/或探测到的数据，以及
-控制器(16)。
20.根据权利要求19所述的测量装置(1)，其特征在于，所述光源(3)适于以包括240nm到380nm之间的波长、特别地300nm的波长的紫外波谱发射光。
21.根据权利要求19所述的测量装置(1)，其特征在于，所述光源(3)适于以包括720nm到4µm之间的波长、优选在1350nm-1450nm或1850nm-1950nm的范围中的波长、特别地750nm的波长的红外波谱发射光。
22.根据权利要求19至权利要求21中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述连接元件(7)适于直接凸缘安装。
23.根据权利要求19至权利要求22中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述阀(6a)适于，一旦建立所述测量装置(1)和所述舱之间的连接就自动地打开，且/或一旦所述测量装置(1)与所述舱分离就自动地闭合。
24.根据权利要求19至权利要求23中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述测量装置(1)还包括独立电源(13)，特别地所述测量装置(1)为手持式的。
25.根据权利要求19至权利要求24中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，一旦所述连接元件(7)连接于所述舱，所述连接元件(7)就适于支撑整个测量装置(1)。
26.根据权利要求19至权利要求25中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述测量装置(1)还包括至少一个光偏转元件(11)，所述至少一个光偏转元件(11)以一种方式布置在所述光路(5)中，使得从所述光源(3)发射的光路在到达所述探测器(4)之前偏转至少两次。
27.根据权利要求19至权利要求26中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述测量装置(1)还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器选自以下组成的组：压力传感器(17)、温度传感器、密度传感器、和湿度传感器(9)、以及它们的组合。
28.根据权利要求19至权利要求27中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述测量装置(1)还包括用于排空包含在所述室(2)中的流体的额外阀(6b)。
29.根据权利要求19至权利要求28中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述测量装置(1)还包括用于分别调节流体引进或引出所述室(2)的第一泵(14)，特别地其中所述泵(14)还适于将所述室(2)的流体内含物排空到外部容器中。
30.根据权利要求19至权利要求29中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，光学带通或高通过滤器布置在所述光路(5)中。
31.根据权利要求19至权利要求30中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述光源(3)和所述探测器(4)布置在所述室(2)内。
32.根据权利要求19至权利要求30中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述光源(3)和所述探测器(4)布置在所述室(2)外，且其中一个或两个光学馈通元件(10)在所述光源(3)和所述探测器(4)之间的光路(5)中各自以不透流体的方式布置在所述室(2)的壁中，使得它们允许光穿过所述壁从所述光源(3)行进至所述探测器(4)。
33.根据权利要求19至权利要求32中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述连接元件(7)包括减压器。
34.根据权利要求19至权利要求33中任一项所述的测量装置(1)的用途，其用于测量存在于高压开关设备的舱中的绝缘气体和/或绝缘气体成分的特性，特别是用于根据权利要求1至权利要求18中任一项所述的方法来测量，其中所述测量装置(1)为选自以下组成的组的传感器：部分密度传感器、湿度计(9)、浓度传感器、露点传感器、和分压传感器(17)、以及它们的组合。
35. 根据权利要求34所述的用途，其特征在于，所述测量装置(1) 测量污染物和/或流体的分解产物。
36.根据权利要求1至权利要求18和权利要求2中任一项所述的测量方法在校准过程中的用途，其用于确定取决于流体且取决于几何形状的系数k。
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