CN107544002A - 用于配电设备的传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定配电设备的物理量的传感器系统(S)，该传感器系统具有：被构建成用于连接到配电设备上的传感器接头(1)，在传感器接头内设置有湿度传感器(2)和/或压力传感器(4)以及用于检测闪光的光传感器(20)。此外，本发明涉及一种配电设备，其特别是填充有保护气体，该配电设备包括至少一个这样的传感器系统(S)。

Description

用于配电设备的传感器系统
技术领域
本发明涉及一种用于测定配电设备的物理量的传感器系统。
此外，本发明涉及一种配电设备。
背景技术
一般地，在现有技术中已知配电设备以及用于确定这样的配电设备的物理量的传感器系统。
在DE 34 28 322 A1中已知用于监控气体绝缘的高压配电设备的、特别是SF6-绝缘的配电设备的绝缘气体的方法。在此，通过传感器获取绝缘气体的表示绝缘能力的状态参量，且所产生的信号以电子的方式被进一步处理和计算。在此，确定压力、温度和密度作为状态参量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种相对于现有技术改进的、用于测定配电设备的物理量的传感器系统以及改进的配电设备。
该目的在传感器系统方面通过在权利要求1给出的特征且在配电设备方面通过在权利要求16中给出的特征实现。
本发明的有利设计方案是从属权利要求的内容。
根据本发明的用于测定配电设备的物理量的传感器系统，该传感器系统包括被构建成用于连接到配电设备上的传感器接头，在传感器接头内设置湿度传感器和/或压力传感器以及用于检测闪光的光传感器。
该传感器系统实现了对配电设备的高集成度的、成本有利的监控，其中，可监控湿度、压力和密度。同时可以获取闪光。由此使得可以仅需要一个用于获取湿度、压力、密度和闪光的接头以及仅一个在配电设备上的分析装置。
获取闪光使得可以获取配电设备中的电弧，电弧可在不利的或非最佳的情况下出现。这样的不利的情况例如在于，当配电设备的保护气体中的湿度过高时。通过闪光的出现的频率或其强度，可推测配电设备的可靠性和维护状态，使得在超过闪光出现的预定频率时例如可发出警报，配电设备必须被维护。
在一个可行的设计方案中，传感器系统被构建成用于确定被填充有诸如六氟化硫(缩写:SF6)的保护气体的配电设备中的湿度、压力、密度和/或闪光。由于仅需要一个接头用于获取湿度、压力、密度和闪光以及在配电设备上的仅一个分析装置，简化了对配电设备的流体密封，且降低了保护气体泄露的危险。
相比于现有技术，将用于确定湿度、压力、密度和闪光从而监控设备的完整诊断传感系统集成在设备中，使得可以在处理时直接现场进行信号技术准备。由此在EMV-特性方面以及在设备中的布线成本方面得出明显的优点。
特别地，因此也补偿和/或最小化电插接部或接缆部的易受侵蚀性。通过受损的电传感器连接导致的中断和错误提示通过集成到设备中而被最小化。同样地，最小化在整个过程接头上的密封点的数量。
在另一个可行的设计方案中，传感器系统包括至少一个覆盖件，该覆盖件保护被设置在传感器接头中的传感器不受机械损伤。该覆盖件例如被构建成孔金属片或孔覆盖件，且设置有通口。由此确保在被设置在传感器接头中的传感器与配电设备之间的流体连接，从而确定湿度、压力和密度。
传感器接头在制造之后优选被设置有空气调节物，且之后被临时的罩封闭直至安装。该空气调节物优选是气体混合物，其被置于接头中。
传感器系统的一个扩展方案提出，湿度传感器设置在压力传感器之前。这表示，进行对保护气体的湿度测量的测量站在传感器接头中设置在压力测量的测量站之前。由此可确保，保护气体的所测量的湿度可与所测量的压力相关联。
这可由于顺序和设置而直接影响信号布线、传感器远离电路板，以及由此在质量和时间方面影响对信号传输的优化。
也可行的是，光传感器设置在湿度传感器和压力传感器之前。由此，可非常靠近配电设备且由此特别可靠地且准确地获取闪光。
传感器系统的一个可行设计方案提出，温度传感器被集成到湿度传感器中，或湿度传感器与温度传感器耦接。由此可以通过简单的方式利用所获取的温度补偿湿度信号。在此可行的是，温度传感器被设置在湿度传感器之前。这表示，进行对保护气体的温度测量的测量站直接在保护气体的湿度测量的测量站之前。由此可确保，保护气体的所测量的温度可对应于保护气体的所测量的湿度或与保护气体的所测量的湿度相关。
传感器系统的另一可行设计方案提出，另一温度传感器被集成到压力传感器中，或压力传感器与温度传感器耦接。由此可以通过简单的方式利用所获取的温度补偿压力信号，通过所获取的压力和温度可以确定密度。在此可行的是，温度传感器被设置在压力传感器之前。这表示，进行对保护气体的温度测量的测量站直接在保护气体的压力测量的测量站之前。由此可确保，保护气体的所测量的温度可对应于保护气体的所测量的压力或与保护气体的所测量的压力相关。
为了可靠地且简单地确定压力，在传感器系统的一扩展方案中，湿度传感器具有通口，该通口将配电设备内的压力或过程压力引导到压力传感器上。
例如可提出，电触点将电信号从湿度传感器传递至湿度传感器电路板，其中，该电触点被熔入玻璃中且被设置在传感器接头内。由此通过简单的方式实现传感器系统的流体密封的实施方式，且电触点与其环境电绝缘。此外再次导致可靠地传递电信号。
在传感器系统的一个扩展方案中，分析电路板根据借助于配属的温度传感器获取的温度确定温度补偿的湿度信号，且温度补偿的湿度信号通过接口作为数字的数据信号被传递到上级测量站或显示器上，由此使得可以光学输出温度补偿的湿度信号。
传感器系统的一个设计方案提出，压力传感器的分析电路板根据借助于配属的温度传感器获取的温度确定温度补偿的压力信号，且温度补偿的压力信号通过接口作为数字的数据信号被传递到上级测量站或显示器上，由此使得可以光学输出温度补偿的压力信号。
此外可行的是，根据温度和压力信号确定的密度信号可通过接口作为数字的数据信号传递到上级测量站或显示器上，由此使得可以光学输出密度信号。
在传感器系统的一个可行设计方案中，针对温度补偿的湿度信号存储至少一个阈值，其中，设置有至少一个信号发生单元，在达到或超过所述至少一个阈值时该信号发生单元给出额外的信号。由此在达到或超过阀值时可通过简单的方式发出警告。
在传感器系统的另一可行设计方案中，光传感器与至少一个光导体耦接，从而将闪光从发生位置传递到上光传感器。由此，光传感器自身可被设置在传感器接头内的远离闪光发生位置、特别是受保护的位置上。此外，由于使用光导体，可以可变地且在传感器接头内至少大致自由地选择光传感器的位置。由此光传感器可通过简单的方式匹配不同的应用。
在此，光导体可通过传感器接头进入配电设备中。由此，在配电设备中的闪光可自身且由此特别可靠地且精确地被获取。
为了进一步改进获取，在一个可行的设计方案中，在光导体面对配电设备的前端部上设置光学透镜，该光学透镜使在配电设备内的光成束，且通过光导体提供给光传感器。
在传感器系统的另一可行设计方案中，光导体在面对过程侧上包括耦接装置，用于适应外部光源从而执行功能测试。借助于该功能测试，可通过简单的方式检查传感器系统的可靠性。
为了在需要时重新调节光传感器的灵敏性，传感器系统的一个扩展方案提出，该传感器系统包括集成的自测装置，用于一次性或循环的设备诊断，其中，该自测装置借助于集成的光源将光部分地耦入到光导体中，且根据被耦入的光检查光传感器的功能。
在传感器系统的一扩展方案中提出，光导体借助于至传感器接头的玻璃绝缘子被引导通过接头区域。由此通过简单的方式实现传感器系统的流体密封的实施方式。
针对这样的流体密封的实施方式，传感器接头通过适配器、锁紧件或连接件被密封地封闭。由此，打开传感器系统例如可以维护或更换传感器。
例如，连接件具有15mm至25mm、特别至少20mm的自由接头直径。这样的直径特别适用于获取测量值。在该直径变大或变小时，成本-使用比变差，且提高传感器系统的结构的复杂度。
此外在一个可行的设计方案中，由连接件包围的内腔被抽真空，或被填充有保护气体，从而在连接件内实现电绝缘和消除电弧的效果。
特别地，根据本发明的配电设备被填充有保护气体，且包括至少一个前述的传感器系统。
附图说明
下文中结合附图进一步描述本发明的实施例。附图中：
图1示意性地示出用于配电设备的传感器系统的断面图；以及
图2示意性地示出传感器系统和连接件的设置。
具体实施方式
相互对应的部分在所有附图中具有相同的参考标记。
在图1中示出用于测定未示出的配电设备的物理量的根据本发明的传感器系统S的一个可行实施例。在此特别地，配电设备被填充有保护气体，例如被填充有六氟化硫(缩写:SF6)。
传感器系统S包括被构建成用于连接到配电设备上的，即，用于朝向待监控过程定向的传感器接头1。此外，传感器系统S包括套形壳体18，其例如由不锈钢管形成。
在传感器接头1内设置有相对于过程、即配电设备向前被定向和被支承的湿度传感器2。传感器接头1在覆盖件30中包括通口O，该通口将配电设备内的过程压力引导到被设置在湿度传感器2之后的压力传感器4上，使得该压力传感器与该过程关联。压力传感器4与湿度传感器2间隔地被固定到、例如被焊接到被模制在传感器接头1中的台阶3上。
覆盖件30被构建成所谓的孔金属片，且被设置在传感器接头1中用于保护传感器不受机械损伤。覆盖件被安装到环形的环状间隙34中，且被预紧张或挤压。对此，覆盖件30在安装位置上设置有半径。覆盖件30例如由不锈钢构成，其中，通口O额外使得可以通过钩形工具简单拆卸。
温度传感器5被集成到湿度传感器2中，或温度传感器5与湿度传感器2耦接。在该实施例中，温度传感器5直接被设置在湿度传感器2上。
温度传感器6也被集成到压力传感器4中，或温度传感器6与压力传感器4耦接，其中，温度传感器6在该实施例中通过例如被构建成硅胶垫的热桥被耦接到压力传感器4上。
通过湿度传感器2以及压力传感器4具有直接耦接的温度传感器5、6，各传感器信号可匹配实际的传感器温度。即，可产生温度补偿的湿度信号和温度补偿的压力信号。
直接在压力传感器4之后设置与其关联的分析电路板7，用于分析由压力传感器4和温度传感器6获取的数据，且用于通过该数据测定过程压力和关联的温度。对此，分析电路板7计算分析从压力传感器4通过接头13传递到其上的压力数据以及由温度传感器6传递的温度数据。通过分析电路板7在压力传感器4上的直接的位置靠近的定位，从压力传感器4通过接头13至分析电路板7的线路非常短，且由此低消耗地被实施。由此可行的是，压力传感器4与分析电路板7一同可提供非常精确的、温度补偿的压力信号。
同样地，分析电路板7包括用于用于零点稳定的措施以及至压力传感器4的修正数据，修正数据特别是在制造压力传感器4期间在校准时以补偿的方式被存储在分析电路板7上。
分析电路板8被设置在分析电路板7之后，用于计算分析由湿度传感器2获取的数据。
分析电路板8通过机械柔性的导体膜16连接到接头14，特别是所谓的接头管脚，其密封地通过玻璃绝缘子15在传感器接头1的前部区域中接收湿度传感器2的数据。
在传感器系统内，湿度传感器2的数据和关联温度传感器5的数据通过导体膜16被进一步引导到分析电路板8上，从而测定温度补偿的湿度信号。
此外，在分析电路板8上设置闪光分析单元，闪光分析单元包括优选由光探测器形成的光传感器20。该光传感器利用光导体21与传感器接头1连接，其中，在一个未示出的实施例中，光导体21的至少一个前端部21"被引导通过未示出的玻璃绝缘子至传感器接头1。
在所示的实施例中，光导体21被实施成两部分的，具有前端部21"和后端部21'，其中，前端部21"和后端部21'借助于耦接点22相互耦接。
光导体21的前端部21"通过湿度传感器2或另一结构被支撑。
为了实施光导体21的前端部21"通过覆盖件30，该覆盖件在区域23中具有凹部，使得闪光能够以入射角31被获取且被计算分析。
在此，光导体21的前端部21"通过传感器接头1进入配电设备。为了进一步改进获取，在一个未示出的可行设计方案中，在光导体21的前端部21"上设置光学透镜，该光学透镜使在配电设备内的光成束，且通过光导体被提供给光传感器。
特别地，监控闪光是否与振动或压力峰值信号同时出现。也可计算分析闪光的强度以及其持续时间。
两个分析电路板7、8通过螺栓17被固定在朝向过程定向的传感器接头1上。两个分析电路板7、8再次将其信号数据提供至上级总线电路板9。针对该传送特别使用所谓的绞合线插接件19、19'、19"。
总线电路板9选择性地或同时提供压力、湿度、温度或由此导出的在传感器接头1上的过程的密度。
传感器数据选择性地模拟地或数字地或以客户指定的总线协议被提供。对此，该数据通过向外朝向的密封接头系统被引导至显示器或测量站，密封接头系统优选包括多个所谓的插销。对此，可使用另一被支承在总线电路板9与接头系统11之间的接头电路板10，在该接头电路板上集成用于产生电磁兼容性(缩写:EMV)的措施，且在易受干扰性方面改进传输性能。
接头系统11，即，插销特别通过压入或压力注塑包封密封地从壳体外壳12向外被引导。
为了维护目的，具有接头系统11的壳体外壳12从壳体18被取下，且再次借助于被构建成O形环的密封件32和螺旋盖33密封地被封闭。
选择性地，接头系统11被构建成光导体形式的，光导体使得可以将传感器信息或测量值光学传递到控制台上。
此外，光导体21既可在传感器接头1内由覆盖件保护地结束，或然而如所示地从传感器接头1突出。可选地，可在光导体21的前端部21”上插上插装透镜ASL。
此外，可选地，可在光导体21上安置延长部VLG，从而延长光传感器20进入适配器或接头。
此外，为了检查光传感器20，可在接头内或在设备内在Y-光导体上设置测试灯TL，使得可根据要求或以通常预设或被编程的间隔检查对光传感设备，即，光传感器20的要求。因此，也可探测对插装透镜ASL或光导体21的污染。
同样地，可检查耦接点22或光分析装置LS的功能，特别也检查光电耦合器，其在光分析装置LS内将光信号转换成电信号从而进行计算分析。
在本发明的另一实施方式中，传感器系统S通过罩被封闭，或具有其他保护装置，其防止或最小化在将传感器系统S安装在配电设备上之前对传感器预负载。
图2示出具有根据图1的传感器系统S和连接件35的设置。
在此，连接件35被设置用于联接传感器系统S与配电设备，且包括阀37，该阀在连接件35与配电设备流体密封连接之后才被打开。在此特别地，连接件35具有15mm至25mm、特别为至少20mm的自由接头直径d。
特别地，连接件35包括管适配器，该管适配器将阀37容纳在其中。阀37由弹簧支承的阀盘37.1和被构建成O形环的密封件37.2形成。阀37在接触配电设备的内腔时才打开，且由此连接件35打开，且因此连通传感器系统S与设备环境。连接件通过锁紧螺母38被稳固在配电设备上。
为了识别闪光，阀盘37.1特别是透视的，例如由玻璃或塑料制成，或可选地具有闪光至传感器的光学成束功能。
替选地，光传感设备，特别是光导体21然而也通过延长部VLG或插装透镜ASL被补充，其通过适配器部分IG应用。
为了流体密封地耦接传感器系统S与连接件35，设置直的或被构建成肘形件的套筒36。在使用肘形件的情况下，此外可以移动传感器的玻璃纤维，由此可以延长其达到配电设备的内腔。
在此，传感器系统S通过在传感器接头1上的外螺纹AG被拧入在套筒36上的内螺纹IG。
套筒36再次被固定在连接件35上。
借助于传感器系统S产生的测量信号可能由于与环境空气接触而至少在安装在配电设备上的开始时间上被伪造。为了不损害传感器系统S的获取，在传感器接头1内的内腔40、在套筒36内的内腔40'以及由连接件35围绕的内腔40"被抽真空，或填充有保护气体，例如干燥气体、氮气或六氟化硫(缩写:SF6)。特别通过连接件35实现抽真空或填充气体。
传感器系统S因此被保持在干燥的、空气调节的状态下，且可在安装在配电设备上之后立即提供正确的测量数据。
同样可行的是，不充气地且不抽真空地实现传感器系统S的封闭，因为可在内腔40、40'、40"中设置比在环境空气中更低的湿度。
在此实施的本发明不被在此示出的实施方式所限制，而能够以多种方式变化。
参考标记列表
1 传感器接头
2 湿度传感器
3 台阶
4 压力传感器
5 温度传感器
6 温度传感器
7 分析电路板
8 分析电路板
9 总线电路板
10 接头电路板
11 接头系统
12 壳体外壳
13 接头
14 接头
15 玻璃绝缘子
16 导体膜
17 螺栓
18 壳体
19 绞合线插接件
19' 绞合线插接件
19" 绞合线插接件
20 光传感器
21 光导体
21' 端部
21" 端部
22 耦接点
23 区域
30 覆盖件
31 入射角
32 密封件
33 螺旋盖
34 环状间隙
35 连接件
36 套筒
37 阀
37.1 阀盘
37.2 密封件
38 锁紧螺母
40 内腔
40' 内腔
40" 内腔
AG 外螺纹
d 接头直径
IG 内螺纹
O 通口
S 传感器系统

Claims (16)

1.一种用于测定配电设备的物理量的传感器系统(S)，该传感器系统具有：
-被构建成用于连接到配电设备上的传感器接头(1)，在传感器接头内设置：
-湿度传感器(2)，和/或
-压力传感器(4)，以及
-用于检测闪光的光传感器(20)。
2.根据权利要求1所述的传感器系统(S)，其特征在于，湿度传感器(2)设置在压力传感器(4)之前，和/或光传感器(20)设置在湿度传感器(2)和压力传感器(4)之前。
3.根据权利要求1或2所述的传感器系统(S)，其特征在于，温度传感器(5)被集成到湿度传感器(2)中，或湿度传感器(2)与温度传感器(5)耦接；和/或温度传感器(6)被集成到压力传感器(4)中，或压力传感器(4)与温度传感器(6)耦接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，湿度传感器(2)具有通口(O)，该通口将配电设备内的过程压力引导到压力传感器(4)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，电触点将电信号从湿度传感器(2)传递至分析电路板(7)，其中，该电触点被熔入玻璃中且被设置在传感器接头(1)内。
6.根据权利要求5所述的传感器系统(S)，其特征在于，分析电路板(7)根据借助于配属的温度传感器(5)获取的温度确定温度补偿的湿度信号，且温度补偿的湿度信号通过接口作为数字的数据信号被传递到上级测量站或显示器上。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，压力传感器(4)的分析电路板(8)根据借助于配属的温度传感器(6)获取的温度确定温度补偿的压力信号，且温度补偿的压力信号通过接口作为数字的数据信号被传递到上级测量站或显示器上，和/或根据温度和压力信号确定的密度信号可通过接口作为数字的数据信号传递到上级测量站或显示器上。
8.根据权利要求6或7所述的传感器系统(S)，其特征在于，针对温度补偿的湿度信号存储至少一个阈值，其中，设置有至少一个信号发生单元，在达到或超过所述至少一个阈值时该信号发生单元给出额外的信号。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，光传感器(20)与至少一个光导体(21)耦接，从而将闪光从发生位置传递到光传感器(20)上。
10.根据权利要求9所述的传感器系统(S)，其特征在于，光导体(21)在面对过程侧上包括耦接装置，用于适应外部光源从而执行功能测试。
11.根据权利要求9或10所述的传感器系统(S)，其特征在于，集成的自测装置，该自测装置用于一次性或循环的设备诊断，其中，自测装置借助于集成的光源将光部分地耦入到光导体(21)中，且根据被耦入的光检查光传感器(20)的功能。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，所述光导体(21)借助于至传感器接头(1)的玻璃绝缘子被引导通过接头区域，和/或光导体(21)突出超过传感器接头(1)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，在光导体(21)面对配电设备的前端部(21")上设置有光学透镜。
14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统(S)，其特征在于，传感器接头(1)通过适配器、锁紧件或连接件(35)被密封地封闭，特别具有15mm至25mm、特别至少20mm的自由接头直径d。
15.根据权利要求14所述的传感器系统(S)，其特征在于，由连接件(35)包围的内腔(40")被抽真空，或被填充有保护气体。
16.一种配电设备，其特别是填充有保护气体，该配电设备包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统(S)。
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