CN109216106A - 一种混合气体密度继电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合气体密度继电器，包括密闭外壳和位于密闭外壳内部的参比气室、传动连杆、驱动机构、微动开关、机芯、刻度盘和指针；微动开关设置在参比气室的固定端，驱动机构设置在传动连杆的中间位置；传动连杆的一端与机芯连接，其另一端与参比气室的活动端固定连接；机芯与指针连接，带动指针在刻度盘上直观的指示混合气体的密度。本发明提供的技术方案只需要在参比气室内充入与被测的混合气体同质的参比气体即可，其具有更好的适应性具有更为迅速和更好的温度补偿效果，在混合气体密度继电器的全部工作温度区间内有一致的控制精度，能够可靠的触发微动开关发出报警信号。

Description

一种混合气体密度继电器

技术领域

本发明涉及电气设备检测技术领域，具体涉及一种混合气体密度继电器。

背景技术

六氟化硫(SF₆)已有百年历史，它是法国化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军方将其用于曼哈顿计划(核军事)，1947年提供商用。由于SF₆具有良好的电气绝缘性能和优异的灭弧性能，被广泛应用于断路器、封闭式组合电器、封闭式管道母线、互感器、避雷器等中高压电力设备。

从环境保护的角度考虑，SF₆是一种非常强效的温室气体，必须严格控制SF₆的使用，目前控制SF₆使用所采取是采用SF₆与N₂的混合气体，或SF₆与CF₄的混合气体作为绝缘介质或采用新型的环保性绝缘气体替代SF₆，从而减少SF₆的使用量甚至不使用SF₆。此外，使用含有SF₆的混合气体能有效防止带压的SF₆在低温环境中液化从而影响到高压电力设备的绝缘性能和开断容量的问题。

工程应用中，SF₆或含有SF₆的混合气体等绝缘气体按一定密度被充填于高压电力设备的密闭气室中。绝缘气体的密度决定了高压电力设备的绝缘性能和开关的开断容量，运行中必须持续监视绝缘气体的密度，一旦出现泄漏导致绝缘密度低于限定值，则发出报警信号，甚至发出设备闭锁等保护信号。

对于密闭气室，其内部气体密度值一定时，气体的压力与温度之间的关系式为其中p表示气压，T表温度，ρ表示体的密度，R表示气体常数，M表示摩尔质量。从上述公式可发现，气压与温度变化成正比关系，即温度升高则气压上升，温度降低则气压下降。

因此，常规的压力仪表和压力开关不能正确检测密闭的气室中是否出现了气体泄漏，因为在温度降低时，气压可能低于限值而发出误报警。为避免这一误报警，基于压力测量原理的监控仪表必须具有温度补偿的能力，即对环境温度变化所引起的指示和控制偏差进行修正。目前电力行业内普遍采用如图1所示的从传统波登管式压力表改造而来的密度继电器，用于监测SF₆的密度，该密度继电器使用波登管作为压力感测元件，被测气体密度变化引起的压力变化使波登管的末端产生形变位移，该位移被热双金属片在不同温度下的变形所补偿，即温度补偿，经机芯(其为传动机构)的放大后，驱动指针偏转，在刻度盘上指示气体密度(折算至20℃的压力)。指针上配有拨杆可带动磁助式电接点，当气体密度变化超过限定值时，指针驱动电接点闭合或断开，从而发出报警信号。

从上述压力表式气体密度继电器的工作过程可以看出，其实现保护功能的电接点由实现指示功能的指针带动，并且直接反映密度变化的波登管与电接点之间还存在着复杂的机械传动连接，这导致上述压力表式密度继电器控制精度受限，且非常容易受到外界振动和冲击的影响，难以提高保护的可靠性等级。其次，热双金属片按常态温度20℃选定，因此在20℃时才有最佳精度，在其它温度下偏差增大，在工作温度区间内的精度不一致。磁助式电接点的使用导致切换误差较大，因此只能使用常开接点，且由于电接点闭合力小，容易受外界振动影响导致触点跳动产生误报警，并容易出现触点烧蚀的问题。

此外，上述压力表式气体密度继电器需参照高压电力设备正常运行所需的SF₆等容线进行校准。如将其用于监测包含SF₆的混合气体(即绝缘气体)的密度，则应参照混合气体的等容线校准。对于高压电力设备在各种电压等级、各种环境条件下的应用，可能用到不同组分、不同比例的混合气体，其等容线也各不相同，这给波登管和热双金属片的匹配选择以及校准增加了复杂性和生产加工难度，不仅无法确保性能的一致性，也不利于设备的运行管理和维护。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种混合气体密度继电器，通过设置密闭外壳和位于密闭外壳内部的参比气室、传动连杆、驱动机构、微动开关、机芯、刻度盘和指针，实现了混合气体密度的直观指示。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种混合气体密度继电器，包括密闭外壳和位于密闭外壳内部的参比气室、传动连杆、驱动机构、微动开关、机芯、刻度盘和指针；所述微动开关设置在参比气室的固定端，所述驱动机构设置在传动连杆的中间位置；所述传动连杆的一端与机芯连接，其另一端与参比气室的活动端固定连接；所述机芯与指针连接，用于驱动指针在刻度盘上指示混合气体的密度。

所述参比气室包括同轴设置的第一波纹管和第二波纹管，所述第一波纹管的外径大于第二波纹管的外径，所述第一波纹管与第二波纹管之间构成的密闭空间中填充有参比气体。

所述第一波纹管和第二波纹管均采用金属波纹管。

所述金属波纹管的材料为青铜、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金或因康镍尔合金。

所述第一波纹管的波数小于第二波纹管的波数，所述第一波纹管的波高大于第二波纹管的波高，所述第一波纹管的波距大于第二波纹管的波距。

所述参比气室中的参比气体和被测气室中的混合气体的组分和压力均相同；

所述混合气体包括六氟化硫。

所述混合气体密度继电器通过压力接口与被测气室实现气路上的连通。

所述微动开关设有电接点，所述驱动机构在传动连杆的作用下向参比气室的活动端运动，其一端设有的凸起与电接点接触，触发电接点动作，所述微动开关发出报警信号。

所述传动连杆的材质采用包括下述重量百分数计的组分制备而成的合金：

碳为0.075％、硅为0.94％、锰为0.97％、磷为0.035％、硫为0.025％、铬为14.0％、余量为铁。

所述驱动机构和密闭外壳的材质均采用包括下述重量百分数计的组分制备而成的合金：

镁为2.0～2.8％、锰为0.15～0.4％、铜量为0.1％、铁为0.2％、硅为0.4％、钛为0.1％，余量为铝。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的混合气体密度继电器，通过设置参比气室、传动连杆、驱动机构、微动开关、机芯、刻度盘和指针，实现了混合气体密度的直观指示；

本发明提供的技术方案中，参比气室由第一波纹管、第二波纹管和第一波纹管和第二波纹管之间的参比气体构成，基于压差工作原理，不需要针对混合气体的类型进行校准，对于不同的混合气体应用，只需要在参比气室内充入与被测的混合气体同质的参比气体(即标准气体)即可，第一波纹管、第二波纹管等本身不需要进行任何的针对性调整或选择，使本发明提供的混合气体密度继电器具有更好的适应性；

本发明提供的技术方案在温度补偿过程中没有任何的促成部分发生形变，因此具有更为迅速和更好的补偿效果，在混合气体密度继电器的全部工作温度区间内有一致的控制精度，能够可靠的触发微动开关发出报警信号；

本发明提供的技术方案中，第一波纹管和第二波纹管能够反映气体密度变化，两者与实现保护功能的电接点之间没有复杂的啮合机械机构，位移传动极为简单直接，具有很高的抗振抗冲击能力；

本发明提供的技术方案中，微动开关的电接点由动作簧片触发瞬动，其动作速度与传动机构的动作速度无关，实现更高的动作精度，切换误差更小。

附图说明

图1是现有技术中压力表式气体密度继电器结构图；

图2是本发明实施例中混合气体密度继电器结构图；

图1中，1-波登管，2-热双金属片，3-机芯，4-指针，5-刻度盘；

图2中，6-密闭外壳，7-压力接口，8-第一波纹管，9-第二波纹管，10-传动连杆，11-驱动机构，12-微动开关，13-机芯，14-刻度盘，15-指针，16-参比气室，17-被测气室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种混合气体密度继电器，其中的混合气体包括六氟化硫，该混合气体密度继电器的具体结构如图2所示，其包括密闭外壳6，以及位于密闭外壳6内部的参比气室16、传动连杆10、驱动机构11、微动开关12、机芯13、刻度盘14和指针15；上述组成部分之间的位置关系如下：

参比气室16的一端为固定端，其另一端为活动端，其中的微动开关12设置在参比气室16的固定端，驱动机构11设置在传动连杆10的中间位置(即位于传动连杆10靠近机芯13的一侧)；其中的传动连杆10的一端与机芯13接触，传动连杆10的另一端与参比气室16的活动端固定连接；其中的机芯13与指针15连接，机芯13驱动指针15在刻度盘14上指示混合气体的密度。

上述的参比气室16为密闭结构，参比气室16包括同轴设置的第一波纹管8和第二波纹管9，第一波纹管8的外径大于第二波纹管9的外径，第一波纹管8与第二波纹管9之间构成的密闭空间中填充有参比气体。

第一波纹管8和第二波纹管9均采用金属波纹管，该金属波纹管的材料为青铜、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金或因康镍尔合金。当然第一波纹管8和第二波纹管9采用其他类型的波纹管也能够实现本发明实施例所要实现的检测混合气体密度的目的。

第一波纹管8和第二波纹管9的结构相同，两者在尺寸上有如下关系：

第一波纹管8的波数小于第二波纹管9的波数，第一波纹管8的波高大于第二波纹管9的波高，第一波纹管8的波距大于第二波纹管9的波距。

上述的微动开关12设有电接点，驱动机构11在传动连杆10的作用下向参比气室16的活动端运动，其一端设有的凸起与电接点接触，触发电接点动作，微动开关12发出报警信号。

微动开关12上的电接点由动作簧片触发瞬动，其动作速度与传动机构的动作速度无关，实现更高的动作精度，切换误差更小。由于采用单刀双掷触点，还可同时提供一个常开和一个常闭电接点。上述的切换误差是指在同一信号电接点的压力设定点上，电接点接通和断开时所显示的压力差值。

参比气室16中的参比气体和被测气室17中的混合气体的组分和压力均相同，如被测的气体为30％的六氟化硫与70％的氮气组成的混合气体，压力为0.8MPa，则参比气体中六氟化硫和氮气也是相同的体积比和压力。

传动连杆10采用碳含量为0.075％、硅含量为0.94％、锰含量为0.97％、磷含量为0.035％、硫含量为0.025％、铬含量为14.0％、余量为铁的合金制备，其中的百分数为重量百分数，传动连杆10具有高强度、韧性好、耐久度的优点，且传动连杆10耐腐蚀性强，适用温度范围广。

驱动机构11和密闭外壳6均采用镁含量为2.5％、锰含量为0.2％、铜含量为0.1％、铁含量为0.2％、硅含量为0.4％、钛含量为0.1％，其余为铝的合金制备，其中的百分数为质量百分数，驱动机构11和密闭外壳6具有轻巧、硬度高的优点，便于机械加工。

本发明实施例提供的混合气体密度继电器工作原理如下：

混合气体密度继电器通过压力接口7与被测气室17实现气路上的连通，在正常运行时，第一波纹管8、第二波纹管9构成的参比气室16内外侧的气体同质，具有相同的热力学特性，两侧的气体密度也相同，此时指针15所指示的密度即为被测混合气体的密度，驱动机构11按照校准设定与微动开关12保持一定的间距；当环境温度变化时，参比气室16两侧压力变化同步，波纹管无形变，指针15保持不动，微动开关12的电接点未被触发维持常态。如果被测气室17发生了气体泄漏，被测的混合气体密度降低，参比气室16两侧的压力平衡被打破，第一波纹管8、第二波纹管9纵向膨胀，参比气室16的活动端带动连杆和驱动机构11纵向移动，当气体密度下降至设定值时，驱动机构11触发微动开关12的电接点动作，发出报警信号。

基于上述工作原理可知，与现有技术相比，本发明实施例提供的混合气体密度继电器不需要针对混合气体的类型进行校准，对于不同的混合气体应用，只需要在参比气室16内充入与被测的混合气体同质的参比气体(即标准气体)即可，第一波纹管8、第二波纹管9等本身不需要进行任何的针对性调整或选择，具有更好的适应性；

本发明提供的技术方案在温度补偿过程中没有任何的促成部分发生形变，因此具有更为迅速和更好的补偿效果，在混合气体密度继电器的全部工作温度区间内有一致的控制精度，能够可靠的触发微动开关12发出报警信号，且微动开关12的电接点由动作簧片触发瞬动，其动作速度与传动机构的动作速度无关，实现更高的动作精度，切换误差更小。第一波纹管8和第二波纹管9能够反映气体密度变化，两者与实现保护功能的电接点之间没有复杂的啮合机械机构，位移传动极为简单直接，具有很高的抗振抗冲击能力。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合气体密度继电器，其特征在于，包括密闭外壳和位于密闭外壳内部的参比气室、传动连杆、驱动机构、微动开关、机芯、刻度盘和指针；所述微动开关设置在参比气室的固定端，所述驱动机构设置在传动连杆的中间位置；所述传动连杆的一端与机芯连接，其另一端与参比气室的活动端固定连接；所述机芯与指针连接，用于驱动指针在刻度盘上指示混合气体的密度。

2.根据权利要求1所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述参比气室包括同轴设置的第一波纹管和第二波纹管，所述第一波纹管的外径大于第二波纹管的外径，所述第一波纹管与第二波纹管之间构成的密闭空间中填充有参比气体。

3.根据权利要求2所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述第一波纹管和第二波纹管均采用金属波纹管。

4.根据权利要求3所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述金属波纹管的材料为青铜、黄铜、不锈钢、蒙乃尔合金或因康镍尔合金。

5.根据权利要求2或3所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述第一波纹管的波数小于第二波纹管的波数，所述第一波纹管的波高大于第二波纹管的波高，所述第一波纹管的波距大于第二波纹管的波距。

6.根据权利要求1所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述参比气室中的参比气体和被测气室中的混合气体的组分和压力均相同；

所述混合气体包括六氟化硫。

7.根据权利要求6所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述混合气体密度继电器通过压力接口与被测气室实现气路上的连通。

8.根据权利要求1所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述微动开关设有电接点，所述驱动机构在传动连杆的作用下向参比气室的活动端运动，其一端设有的凸起与电接点接触，触发电接点动作，所述微动开关发出报警信号。

9.根据权利要求1所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述传动连杆的材质采用包括下述重量百分数计的组分制备而成的合金：

碳为0.075％、硅为0.94％、锰为0.97％、磷为0.035％、硫为0.025％、铬为14.0％、余量为铁。

10.根据权利要求1所述的混合气体密度继电器，其特征在于，所述驱动机构和密闭外壳的材质均采用包括下述重量百分数计的组分制备而成的合金：

镁为2.0～2.8％、锰为0.15～0.4％、铜量为0.1％、铁为0.2％、硅为0.4％、钛为0.1％，余量为铝。