CN110007181A - 对于电气设备中的故障的监控 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对电气设备的监控，所述监控包括：·电绝缘的两个电路(12，14)，·膜形式的屏(16)，所述屏布置在所述两个电路(12，14)之间，并且所述屏(16)包括基板(18)和布置在所述基板(18)上的导电线(20)，·模块(26)，所述模块构造用于使电流在所述导电线(20)中流通，并且构造用于监控所述电流。

Description

对于电气设备中的故障的监控
技术领域
本发明涉及对电气设备的监控。在电气设备中出现故障可导致严重后果，因此应对所述故障进行监控以(在必要时)采取措施，以便避免严重后果。
背景技术
本发明涉及可出现在电气设备中的故障的两个主要起因：在不同的两个电位之间的电弧的出现，所述电弧的出现可导致电绝缘元件的断裂，以及过热的出现，所述过热的出现可导致热失控(emballement thermique)。
所述过热的出现可由温度传感器检测。所述温度传感器可涉及具有正温度系数或负温度系数的电阻。所述温度传感器与可检测超过不应超过的最大化温度的电路联接。在超过的情况下，可激活警报。还可全部或部分地切断设备的供电，以便消除过热起源。
对电弧的检测可通过对在设备中流通的电流的监控以及尤其通过检测出现在所述电流中的高频分量来实施。如对于过热，检测到电弧，这可与警报关联或者与设备的供电切断关联。
发明内容
本发明提供了一种能够监控电弧的出现以及任选地监控过热的出现的简单部件。
为此，本发明旨在提供一种电气设备，所述电气设备包括：
●电绝缘的两个电路，
●膜形式的屏，所述屏布置在所述两个电路之间，并且所述屏包括基板和布置在所述基板上的导电线，
●模块，所述模块构造用于使电流在所述导电线中流通，并且构造用于通过电流流通的停止来检测所述导电线的断裂。
所述模块有利地构造用于当在所述导电线中流通的电流为零时断开开关。对于所述导电线的断裂的检测可通过检验在所述导电线中流通的电流是否转变成低于已知阈值来进行。
所述开关可确保至少一个电路的供电。
在本发明的特殊构型中，所述两个电路中的第一电路具有正表面，所述两个电路中的第二电路具有正表面，这两个正表面彼此面对。限定了与所述两个正表面的相面对的最大部分对应的共有面积(surface commune)。所述屏的面积的大小大于所述共有面积的大小。
所述导电线有利地由具有非零温度系数的电阻材料形成。因此，对于所述导电线的电阻的测量能够在所述电路中的一个过热的情况下检测到故障。
所述导电线有利地以规律的方式在所述基板的表面上蛇行延伸(serpente)。这样，可检测任何故障(甚至是局部故障)。
有利地，所述导电线由单独的两个电导体形成。这两个导体在所述导电线中的一个发生故障的情况下尤其允许冗余(redondance)。
有利地，所述两个电导体基本上覆盖所述屏的全部有效表面。所述有效表面是所述屏的凸形轮廓的最小表面，所述凸形轮廓环绕所述导电线。因此，出现在与有效表面相面对的电路中的一个中的任何故障可被检测。
有利地，所述两个电导体布置在所述基板上，以便限制由所述导电线形成的电线圈(spire)的面积。该构型能够限制由所述导电线生成的任选天线效应。
有利地，所述屏在所述两个电路之间形成静电屏。
在本发明的特殊构型中，所述电路中的每个是绕组，所述设备形成变压器。
在一种构型中或者在所述设备形成变压器的情况下，所述屏有利地与主方向平行地布置有使两个绕组耦合的磁场。这限制了所述导电线与所述绕组的电磁耦合效应。
附图说明
通过阅读作为示例给出的实施例的详细说明和附图，将更好地理解本发明，本发明的其它优点将更加清楚，在所述附图中：
图1示意性地示出了符合本发明的设备；
图2和图3示出了装配在屏上的导电线的两个实施变型，所述屏夹置在图1的设备的两个电路之间；
图2a和图3a分别示出了图2和图3上所示的导电线的等效示意图；
图4和图5以单独的方式示出了两个导体，所述两个导体形成图3和图3a上所示的导电线；
图6和图7示出了用于形成图3的导电线的两个导体的两个联结变型；
图6a和图7a分别示出了图6和图7的联结变型的等效示意图；
图8示出了与屏联结的模块的示例；
图9示出了实施本发明的变压器；
为了清楚起见，相同的元件在不同的附图中采用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了电气设备10的示例，所述电气设备包括电绝缘的两个电路12和14。为了实施本发明，两个电路12和14可确保任何类型的功能并且可包括任何类型的电气或电子组元。所述两个电路中的一个可为简单的电气接地。当过热风险可发生在两个电路中的至少一个中时并且/或者当电弧风险可发生在两个电路之间时，本发明找到自身用途。
为了检测故障，电气设备10包括布置在两个电路12和14之间的屏16。所述屏16包括绝缘的基板18和布置在所述基板18上的导电线20。两个电路12和14分别具有称作正表面的表面22(对于电路12)和24(对于电路14)。这两个正表面22和24彼此面对。屏16具有膜的形式，所述膜夹置在两个正表面22和24之间。电气设备10还包括模块26，所述模块构造用于使电流在导电线20中流通，并且构造用于监控该电流。
稍后将看到，对电流的监控如何能够检测出现在所述电路中的一个12或14中的过热或在两个电路12和14之间发生的电弧。
两个正表面22和24可具有不同的尺寸。限定了与两个表面22和24的相面对的最大部分对应的共有面积30。所述屏16的面积的大小可小于所述共有面积的大小30。所述屏16由此布置成与电路12和14的区域相面对，在所述区域中，存在过度加热和/或电弧的风险。然而，关于电弧风险，所述电弧风险可发生在两个电路12和14的与正面22和24不同的其它面之间。该风险通过示意图示出在图1上，在该图上，电弧36发生在电路12的侧面32与电路14的侧面34之间。有利地，所述屏16的面积的大小大于所述共有面积的大小30，以便能够检测发生在两个正表面22和24之间以及还发生在两个电路12和14的两个其它表面之间的电弧。实际上，当电弧36突然发生在所述两个电路之间时，所述屏16被击穿。
图2示出了由基板18承载的导电线20的第一实施变型，所述基板例如由例如基于聚酰亚胺或聚醚醚酮(PEEK)的柔性膜形成。
所述导电线20例如由具有非零温度系数的电阻材料实施。该系数可为正的或负的。因此在所述电路中的一个12或14过热的情况下，过热通过传导传输到导电线20并且所述导电线的电阻增加。通过监控在所述导电线20中流通的电流，所述模块26可检测过热。
另外，发生在两个电路12和14之间的电弧倾向于通过给屏穿孔(perforant)而穿过所述屏16。当导电线20由于给屏16穿孔而被切断时，可发生检测到电弧。内部试验证明了，在发生电弧的情况下，在屏16中观察到呈现多个cm2的孔。导电线20因此布置在存在电弧风险的基板18上。
有利地，导电线20以规律的方式在基板18的面上蛇行延伸。因此，可在屏16的整个表面上进行对故障(例如电弧或任选地过热)的检测。导电线20的宽度和所述导电线在基板18上的分布限定成电弧可切断导电线20。换句话说，导电线20需具有充分小以可由电弧切断的宽度。内部试验证明了，在出现电弧时，膜16在至少1cm2上被穿孔。由于导电线20的宽度小于5mm并且在导电线的两个相邻段之间的距离也小于5mm，当出现电弧时，导电线的断裂几乎是确定的。图2a示出了图2的导电线20的等效示意图。此处涉及有阻组元，所述有阻组元具有与模块26联接的两个联结端子38和40。
导电线20在基板18上的规律性分布还使屏16能够执行在两个电路12和14之间的静电屏的功能。
图3示出了由基板18承载的导电线20的第二实施变型。导电线20此处由两个电导体42和44形成，所述两个电导体可两个全都与模块26联结。因此可确保导电线20的冗余。图3a示出了两个导体42和44的等效示意图。当然可由分开的多于两个的导体形成导电线20。
图4和图5以单独的方式示出了两个导体42和44，所述两个导体可分别布置在基板18的面中一个上。所述两个导体有利地定尺寸成使得在叠置时(分别在面上)所述两个导体基本上这两个本身覆盖所述屏16的全部有效表面46，所述有效表面在图3上以虚线示出。所述有效表面46是屏16的凸形轮廓的最小表面，所述凸形轮廓环绕用于形成导电线20的一个或多个导体42和44。因此，当电弧通过给有效表面46穿孔而穿过屏16时，两个导体中的至少一个42或44被损坏，这改变了所述导体的电阻。通过监控在导体42或44中流通的电流，由此可通过使在导体42和44中流通的电流与预确定阈值比较来检测电弧。在该阈值下方，可认为发生电弧。在出现电弧的情况中的大多数下，两个导体中的至少一个42或44断开。
更确切地，有效表面46是屏16的封闭表面，在所述封闭表面中，可进行对故障的检测。基板18可比有效表面46更大，以便尤其确保两个导体42和44相对于彼此电绝缘，并且以便确保导体42和44与模块26的电连接。为了覆盖全部有效表面46，两个导体42和44中的每个占据有效表面46的至少一半。所述两个导体42和44由印刷在基板18上的轨迹形成。所述两个导体42和44有利地具有在整个长度上基本恒定的轨迹宽度。所述导体42和44可交叠。
所述导体42或44占据全部有效表面46的事实还能够改善过热的检测可能性。
为了执行静电屏的功能，不需要此处由所述两个导体42和44形成的导电线20覆盖所述屏16的全部有效表面46。未经覆盖的区域可继续存在。所述导体42和44的布置根据可在静电屏蔽功能方面保护所述屏16的最大化频率来限定。
图6示出了两个导体42和44的第一联结变型。在该变型中，所述两个导体42和44并联联结。图6a示出了图6的变型的等效示意图。所述两个导体42和44的并联联结能够确保在导电线20的运行中的冗余。
图7示出了两个导体42和44的第二联结变型，在所述第二联结变型中，所述两个导体42和44串联联结。图7a示出了图7的变型的等效示意图。两个电导体42和44布置在基板18上，以便限制由导电线20形成的电线圈的面积。换句话说，导体42和44在基板18上的布置能够限制导电线20的电感。更确切地，导体42在两个端部50和52之间延伸。同样，导体44在两个端部54和56之间延伸。导体42和44的串联连接通过使端部52和56连接来实施。另外，端部50和54布置成尽可能彼此靠近，以形成导电线20的与模块26连接的端子。在各自的端部之间，两个导体42和44按照相同的形状(一个导体处在基板18的面中的一个上而另一导体处在另一面上地)蛇行延伸。轻微的错位实施在两个导体42和44之间，以便覆盖全部有效表面46。可构造导体42和44，以使得所述导体完全沿着在各自的端部之间的走向部分地覆盖。
图8示出了与屏16联结的模块26的示例。导电线20被供应直流电压。模块26包括继电器60，所述继电器具有能够触发开关64的线圈62。导电线20和线圈62串联联结。当额定电流在导电线20中以及在线圈62中流通，开关64处于例如闭合的第一状态。当电流的强度转变成低于预确定阈值时，开关64转变成处于例如断开的第二状态。开关的两个状态当然可颠倒。电流的减小可源自导电线20的断裂，例如当电弧穿过屏16时。预确定阈值表示导电线20的断裂。实际上，所述预确定阈值被确定为强度值，所述强度值充分低以使得在额定运行时在导电线中流通的电流的强度总是大于已知值。
电流的减小还可源自屏16的温度的过度增加。如上所述，导电线20可借助于具有正温度系数的有阻导体形成。当屏16的温度增加时，导电线20的电阻增加并且在所述导电线中流通的电流降低，这可促使警报或促使开关64的状态改变。继电器60由此被校准，以便当在所述导电线中流通的电流的强度变成小于第二预确定阈值(所述第二预确定阈值大于导电线20的断裂检测阈值)时改变状态。因此，在过热的情况下，可实施警报或使继电器60切换。
所述模块26可包括第二继电器66，所述第二继电器布置在第一继电器下游。更确切地，开关64能够给第二继电器66的线圈68供电，然后所述线圈依次改变第二继电器66的开关70的状态。第二继电器66的安置能够在需要的情况下安置开关70，该开关允许比开关64更大的额定电流的流过。
开关64或(在存在时)开关70可安置在电路中的一个12或14的供电电路中或在两个电路12和14的供电电路中。在发生使导电线20的电阻增加的故障的情况下，尤其是当导电线20被切断时，所涉及的电路的供电中断，这能够消除故障的起因。在两个电路12和14之间存在电弧(所述电弧通过导电线20的切断来检查)的情况下，电路中的一个的供电立即被切断。可选地，开关64可触发警报，所述警报允许在电路中的一个12或14上的其它类型的操作。
模块26的其它实施是可能的。例如可在此处安置比较器，所述比较器用于使在所述导电线20中流通的电流或在所述导电线的端子处存在的用作参考的电压甚至是与多个电流或参考电压比较。比较器的输出由此发送关于是否存在故障的信息。如上所述，该信息可用于切断电路中的一个12或14(甚至是两个)的供电。
图9示出了实施本发明的变压器80。所述变压器80包括电绝缘且磁性耦合的两个绕组82和84。所述绕组82和84中的每个形成上文描述的电路12和14中的一个的实施例。由屏16分开的绕组82和84因此能够检测绕组中的一个的过热或发生在两个绕组82和84之间的电弧。
在所示的示例中，两个绕组82和84围绕磁芯86缠绕。所述两个绕组82和84例如围绕磁芯86同心地缠绕。屏16环绕绕组84并且布置在绕组82内侧。在两个绕组82和84的该同心构型中，屏16与主方向88平行地布置有使两个绕组82和84耦合的磁场。因此，尽管屏16形成电流回路，所述电流回路不会或非常弱地由变压器80的磁场穿过。

Claims (13)

1.一种电气设备，所述电气设备包括：
●电绝缘的两个电路(12，14)，
●膜形式的屏(16)，所述屏布置在所述两个电路(12，14)之间，并且所述屏(16)包括基板(18)和布置在所述基板(18)上的导电线(20)，●模块(26)，所述模块构造用于使电流在所述导电线(20)中流通，并且构造用于通过电流流通的停止来检测所述导电线(20)的断裂。
2.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述模块(26)构造用于当在所述导电线(20)中流通的电流为零时断开开关(64，70)。
3.根据权利要求2所述的电气设备，其中，所述开关(64，70)确保至少一个电路(12，14)的供电。
4.根据权利要求2或3所述的电气设备，其中，所述模块(26)构造用于当在所述导电线(20)中流通的电流转变成低于已知阈值时断开所述开关(64，70)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备，其中，所述两个电路中的第一电路(12)具有正表面(22)，所述两个电路中的第二电路(14)具有正表面(24)，这两个正表面(22，24)彼此面对，其中，限定有与所述两个正表面(22，24)的相面对的最大部分对应的共有面积(30)，并且其中，所述屏(16)的面积的大小大于所述共有面积(30)的大小。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备，其中，所述导电线(20)由具有非零温度系数的电阻材料形成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备，其中，所述导电线(20)以规律的方式在所述基板(18)的表面上蛇行延伸。
8.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备，其中，所述导电线(20)由单独的两个电导体(42，44)形成。
9.根据权利要求8所述的电气设备，其中，所述两个电导体(42，44)基本上覆盖所述屏(16)的全部有效表面(46)，所述有效表面(46)是所述屏(16)的凸形轮廓的最小表面，所述凸形轮廓环绕所述导电线(20)。
10.根据权利要求8或9所述的电气设备，其中，所述两个电导体(42，44)布置在所述基板(18)上，以便限制由所述导电线(20)形成的电线圈的面积。
11.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备，其中，所述屏(16)在所述两个电路(12，14)之间形成静电屏。
12.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备，其中，所述电路(12，14)中的每个是绕组(82，84)，所述设备形成变压器(80)。
13.根据权利要求12所述的电气设备，其中，所述屏(16)与主方向(88)平行地布置有使两个绕组耦合的磁场(82，84)。
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