CN111323680B - 用于检测电弧故障的方法和电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测电力变压器中的故障的方法和电路，该电力变压器具有夹在电绝缘层之间的导电屏蔽层，该电绝缘层将导电屏蔽层与第一导体和第二导体分离，第二导体相对导电屏蔽层与第一导体分离，并且包括：感测激励屏蔽层的电压；将所感测的电压与对应于故障的阈值电压值进行比较；在比较满足时，当比较指示存在故障时，提供故障指示。

Description

用于检测电弧故障的方法和电路
技术领域
本公开涉及一种用于检测电气故障的方法和设备。
背景技术
电磁装置(诸如变压器)被用于利用交流电来产生电压。这些类型的电磁装置的结构通常包括由高渗透性材料构成的中心芯，以提供所需的磁路。铁或钢承载磁通量的能力远大于空气中的磁通量，这被称为芯的磁导率，并会影响用于变压器的芯部分的材料。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种电气故障检测电路，该电气故障检测电路包括：第一导体，该第一导体缠绕磁导芯；第二导体，该第二导体缠绕磁导芯；导电屏蔽层，该导电屏蔽层位于第一导体和第二导体之间；一组电绝缘层，该组电绝缘层将导电屏蔽层与第一导体分离，并且将导电屏蔽层与第二导体分离；激励源，该激励源与导电屏蔽层电联接，并激励导电屏蔽层；控制器模块，该控制器模块与导电屏蔽层电联接。控制器模块被构造成检测所激励的导电屏蔽层的电特性的变化。
在另一方面，本公开涉及一种电力变压器，其包括：线圈架；一组初级绕组，该组初级绕组周向缠绕线圈架并且与变压器电力输入连接；第一绝缘层，该第一绝缘层围绕该组初级绕组；导电屏蔽层，该导电屏蔽层周向缠绕第一绝缘层，并通过激励源以预定电压激励；第二绝缘层，该第二绝缘层围绕导电屏蔽层；一组次级绕组，该组次级绕组围绕第二绝缘层并且与变压器电力输出连接；控制器模块，该控制器模块与导电屏蔽层连接并且被构造为感测导电屏蔽层处的实际电压，并将所感测的实际电压与电压阈值进行比较，并且当所感测的实际电压超过电压阈值时，确定电力变压器中存在电气故障。
在又一方面，本公开涉及一种检测电力变压器中的故障的方法，该电力变压器具有夹在电绝缘层之间的导电屏蔽层，该电绝缘层将导电屏蔽层与第一导体和第二导体分离，第二导体相对导电屏蔽层与第一导体分离，该方法包括：感测激励屏蔽层的电压；将所感测的电压与对应于故障的阈值电压值进行比较；在比较满足时，当比较指示存在故障时，提供故障指示。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文描述的各个方面的飞行器中的电力变压器和用于检测电力变压器中的电弧故障的电路的示意图。
图2是根据本文描述的各个方面的图1的电力变压器和电路的示意图，展示了由电路检测到的一组电弧故障。
图3是根据本文描述的各个方面的示例电力变压器的立体图。
图4是根据本文描述的各个方面的沿着图2的线IV-IV截取的电力变压器的横截面。
具体实施方式
本公开所描述的方面针对与电磁装置(包括但不限于变压器或电力变压器)相关联的方法和设备。可以使用这种方法和设备的一个示例环境包括但不限于运载器(诸如飞行器)的配电系统。虽然提到了飞行器的配电系统，但它也适用于使用配电系统，电磁装置，变压器或电力变压器的任何商业或住宅环境，在这些环境中，输入电力是在初级绕组中接收的，并且基于与初级绕组成磁性关系的次级绕组的适配或构造，将不同于输入电力的电力输出到下游部件(例如一个或多个电负载)。此外，本公开的方面可以适用于利用隔离切换模式电源等的任何电路或电力环境。
尽管将描述“一组”各种元件，但应理解，“一组”可包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着部件的纵向轴线或沿着部件的纵向轴线的尺寸。同样如本文所使用的，虽然传感器可以被描述为“感测”或“测量”相应值，但是感测或测量可以包括确定指示相应值或与相应值有关的值，而不是直接感测或测量该值本身。感测或测量的值可以进一步提供给附加部件。例如，可以将该值提供给控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可以对该值执行处理以确定代表值或代表所述值的电特性。
在另一个非限制性示例中，控制模块可以包括将第一值与第二值进行比较，以及基于该比较的满足来操作或控制附加部件的操作。例如，当将感测，测量或提供的值与包括存储或预定值的另一个值进行比较时，该比较的满足可以导致可由控制器模块控制的动作，功能或操作。如所使用的，比较的术语“使满足”或“满足”在本文中用来表示第一值满足第二值，例如等于或小于第二值，或在第二值的值范围内。将理解的是，可以容易地改变这样的确定以通过正/负比较或真/假比较来满足。示例比较可以包括将感测或测量的值与阈值或阈值范围进行比较。
尽管本文中可以使用诸如“电力”的术语，但是对于本领域技术人员显而易见的是，当描述电路或电路操作的方面时，这些术语可以相对于或与相应的电压，电流或其组合有关。所有方向参考(例如，径向，轴向，上方，下方，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶部，底部，上，下，竖直，水平，顺时针，逆时针)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是对其位置，取向或用途的限制。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接，联接，连接和接合)将被广义地解释，并且可包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且彼此固定的关系。在非限制性示例中，连接或断开连接可以被选择性地构造，连接或可连接，以在各个元件之间提供，启用，禁用等。在非限制性示例中，可以选择性地构造连接或断开连接以提供，启用，禁用等各个元件之间的电连接。非限制性示例配电总线连接或断开连接可以通过开关，总线连接逻辑或构造为启用或禁用总线下游的电负载激励的任何其他连接器来启用或操作。
如本文中所使用，“系统”或“控制器模块”可包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器(例如光盘，DVD，CD-ROM等)，或这些类型的存储器的任何合适的组合。处理器可以被构造为运行被设计为执行各种方法，功能，处理任务，计算等的任何合适的程序或可执行指令，以实现或完成本文所述的技术操作或操作。该程序可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是任何可用的介质，其可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问。通常，这样的计算机程序可以包括例程，程序，对象，部件，数据结构，算法等，其具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。
另外，如本文中所使用的，电弧或电弧事件是跨传统的非导电介质(例如空气或绝缘层)的无意或不期望的电流传导。例如，在非限制性实例中，并行电弧可以包括至少部分地连接想要彼此绝缘的两个点的电弧事件。在另一个非限制性实例中，串行电弧可包括电弧事件，其中导电介质在预期导电路径的两个部分之间变为非导电或导电不良。此外，在非限制性实例中，电弧事件或“电弧故障”可包括意想不到的电力损失情况，而不管是否存在明显的电弧显示(例如，可见或视觉可识别的发生)。在另一个非限制性实例中，串行电弧可以包括意想不到的阻抗。电弧可能发生在例如电连接中的物理缺陷或其绝缘导致传输能力永久或暂时损失的环境中。
示例性附图仅出于说明目的，并且所附附图中反映的尺寸，位置，顺序和相对大小可以变化。
图1示出了具有电磁装置12的电路10的示意图，电磁装置12被构造为、能够或以其他方式使得能够将第一电力特性转换为第二电力特性，其中第二电力特性不同于第一电力特性。如图所示，电磁装置12可包括变压器16，例如电力变压器。
如图所示，适于产生或供应具有第一电力特性的第一电力的电源14与变压器16的一组初级绕组26连接。在隔离切换模式电力供应的一个非限制性示例中，电源14可以通过输入滤波和切换电路22与该组初级绕组26连接，由此电力或信号滤波器可以对来自电源14的电力供应进行滤波，并且可以通过切换能力选择地或可控制地启用或禁用来自电源14的电力供应。输入滤波和切换电路22的各方面与本公开的方面无关。在一个示例中，该组初级绕组26可包括围绕绕组的非导电层或绝缘层，以防止该组初级绕组26的绕组之间的导电接触，或该组初级绕组26与电路10或电磁装置12的其他导电部件之间的导电接触。
初级绕组26与变压器16的磁导芯42处于磁性关系，该磁导芯42进一步与一组次级绕组28处于磁性关系。该组初级绕组26进一步与该组次级绕组28电隔离(例如，处于非导电关系)，电隔离由虚线隔离栅30示意性地示出。隔离栅30可以包括但不限于非导电或电绝缘层，包裹物，涂层等，或任何电磁干扰层。
该组次级绕组28还与具有第二电力特性的电力输出18连接。在另一个非限制性示例中，该组次级绕组28可通过整流和输出滤波电路24与电力输出18连接，从而由该组次级绕组28接收的电力在传送到电力输出18之前被整流和滤波。整流和输出滤波电路24的方面也不与本公开的方面密切相关。在另一示例中，该组次级绕组28可包括围绕绕组的非导电层，电介质层或绝缘层，以防止该组次级绕组28的绕组之间的导电接触，或该组次级绕组28与电路10或电磁装置12的其他导电部件之间的导电接触。
电路10或电磁装置12可进一步包括用于操作电路10或电磁装置12的反馈机构。例如，电路10可以包括反馈信号，该反馈信号通过信号或通信线路32接收或携带来自电力输出18的反馈值。通信线路32可以将反馈值从电力线携带或传输到具有处理器38和存储器40的控制器模块36。控制器模块36又可以通过控制信号42选择性地操作电路10或电磁装置12的方面，例如输入滤波和切换电路22中的切换。因此，控制器模块36可以实现，启用或操作地控制对该组初级绕组26的电力供应，使得预计或期望的电力供应被传送到该组次级绕组28或电力输出18。在一个非限制性示例中，在将反馈值传送到控制器模块36之前，通信线路32还可以将反馈值提供给隔离器34。在该非限制性示例中，隔离器34可以适于或构造为例如隔离用于该组初级绕组26切换控制信号42的反馈。
可以进一步包括电路10或电磁装置12的方面，其中包括故障检测电路。如图所示，故障检测电路可以包括在至少该组初级绕组26和该组次级绕组28之间延伸的电导体，例如屏蔽层44或护套层。尽管在示意图中未示出，但是屏蔽层44可以例如包裹，包围，围绕或物理地定位在至少该组初级绕组26和该组次级绕组28之间。在另一个非限制性示例中，屏蔽层44可以包裹，包围，围绕或物理地定位在绕组26、28中的每个之间，以及在绕组与电路10，电磁装置12，芯42等的其他导电部件之间。屏蔽层44的非限制性示例可以包括导电箔，静电屏等。在另一个非限制性示例中，屏蔽层44可以包括两个或更多个分离的部分，以便避免变压器16中的短路匝。
屏蔽层44可以进一步与分压器46连接，该分压器46构造成或适于以已知或预定的电压激励屏蔽层44。例如，如图所示，分压器46可以布置在电源14的导电输出和接地20连接之间，并且包括电阻器(显示为R1和R2)，使得电阻器之间的输出是预定电压。在非限制性示例中，可以对分压器46的预定电压输出进行适配，构造等，可以选择电阻器R1，R2，使得预定电压输出不等于电源14的电压输出，电力输出18或该组次级绕组28的电压输出，或接地电压(即零伏)值。从这个意义上讲，可以利用来自分压器46的预定电压输出来激励或可激励屏蔽层44。
激励或可激励的屏蔽层44可以进一步与控制器模块36连接，该控制器模块36可以适于通过电压信号48感测或测量屏蔽层44的电压。从这个意义上讲，控制器模块36可以包括电压传感器(未示出)，该电压传感器适于或构造为检测，感测或测量屏蔽层44处的电压。
虽然示出了接地连接20，但是可以包括电路10的非限制性示例，其中电源14或电力输出18相对于接地20而不是相对于另一电压。在该示例中，分压器46的另一预定电压输出也可以构造成，适配成等不等于替代接地连接20的另一电压。另外，虽然相对于电源14示出了分压器46，但是分压器46可以被激励或以其他方式适于接收电力，并供应来自替代电源或非电源14的供应的预定电压。在非限制性示例中，可以包括横跨第二电阻器R2电容器47，并且电容器47可以操作以过滤电磁噪声，以防止电磁噪声从该组初级绕组26传输到该组次级绕组28。在一个示例中，电容器47可以滤除来自电磁屏(未示出)的噪声，或者其中屏蔽层44可以用作电磁屏。
在电路10的操作期间，故障检测电路可以被适配或构造为提供故障保护，电弧故障保护，故障检测，电弧故障检测，或者确定可疑的，确认的或可能的电气故障事件。如图2所示，示例第一故障160显示在该组初级绕组26中。在该示例中，第一故障是意外的或无意的导电事件，其中电流从该组初级绕组26中传导出，其被示出到达屏蔽层44。在一个非限制性示例中，该第一故障160可以由该组初级绕组26，芯42等的绝缘层的击穿引起。在该示例中，屏蔽层44将具有更接近于该组初级绕组26处的电压的电压电平，但是屏蔽层44将不具有预定电压的电压电平。如前所述，屏蔽层44的电压电平可以通过电压信号48传送到控制器模块36。
控制器模块36还可以被构造为将从电压信号48检测到或感测到的电压与预定电压进行比较。在确定检测到的或感测到的电压信号48的电压不等于预定电压(例如由于第一故障160的存在)，或完全超过了与预定电压的比较阈值(例如，与预定电压的差大于5伏)时，确定已发生或可能发生电气故障，并可控制地禁用电路10，电磁装置12等。例如，在确定发生或已经发生电气故障时，控制器模块36可以例如通过控制信号42控制输入滤波和切换电路22来实现，禁用或可操作地停止从电源14向该组初级绕组26供应电力。在另一个非限制性示例中，控制器模块36可以进一步或替代地将实际或怀疑的电气故障，日志和错误通知另一个系统，提供警报等。
类似地，示出了示例第二故障162，其示出了该组次级绕组28和屏蔽层44之间的示意电气故障，这将导致屏蔽层44具有电压电平，该电压电平与预定电压相比更接近该组次级绕组28处的电压。另外，示出了示例第三故障164，其示出了屏蔽层44与电接地20(或另一参考电压电平)之间的示意电气故障。在这些电气故障160、162、164的任何集合或子集中，电压信号48将向控制器模块36提供感测或检测到的电压值，该电压值与预定电压不同，并指示电气故障160、162、164。可以包括本公开内容的非限制性示例，其中，例如，控制器模块36可以例如通过区分电压信号48的感测或测量的电压电平，来进一步确定哪些部件包括在电气故障中。例如，在电源14电压处或附近的电压信号48可以指示第一故障，在该组次级绕组28电压处或附近的电压信号48可以指示第二故障162，并且在电气接地20电压处或附近的电压信号48可以指示第三故障164。示出的故障160、162、164的特定位置仅是电路10，电磁装置12或变压器16处的电弧事件的非限制性示意示例。
图3示出了本公开的方面的一个非限制性立体图。如图所示，可以包括电路210或变压器216。电路210或变压器216类似于电路10或变压器16；因此，除非另有说明，否则将用增加200的相似数字来标识相似部件，应当理解，电路10或变压器16的相似部件的描述适用于电路210或变压器216。一个不同之处在于，变压器216包括磁导芯242，显示为芯242，该芯242包括与第二芯区段272间隔开的第一芯区段270。
至少两组绕组282(例如导电线圈284)可以围绕线圈架278缠绕，包裹或以其他方式形成。线圈架278可进一步横跨第一芯区段270和第二芯区段272中的每一个的中心腿276被承载。另外，线圈架278可包括在第一芯区段270和第二芯区段272之间的方向上彼此相对定位的轴向间隔开的盖280。线圈架278和盖280可包括非导电材料，例如塑料，导热塑料或复合材料。
如所描述的，至少两组绕组282或导电线圈284可相对于线圈架278以及相对于绕组282本身周向地缠绕。例如，第一组绕组(例如初级绕组)可以首先缠绕线圈架278，并因此被定位成更靠近线圈架278的径向中心，随后该第一组绕组可以被第二组绕组重叠。如前所述，至少两组绕组282中的每个绕组或导电线圈284中的每个线圈，导线等可以通过非导电绝缘层与相邻的绕组或线圈层叠，包裹或以其他方式绝缘。
第一芯区段270和第二芯区段272，线圈架278和至少两组绕组282可被安装到共同的结构，示意性地示出为安装支架274。
在图4中还可以看到电路210或变压器216，这是沿图3的线IV-IV截取的电路210的横截面视图。为了易于理解，示意性地示出了图4。如图4中更好地显示，线圈架278的结构以及至少两组绕组226、228的缠绕可包括线圈架278的径向中心内的中心腿276。第一径向层可以包括该组初级绕组226，其可以类似于图1和图2的该组初级绕组26。非导电绝缘层288覆盖或包围该组初级绕组26，该非导电绝缘层288例如可以缠绕该组初级绕组26，以进一步确保不暴露导电绕组的导电接触。
然后覆盖该组初级绕组26的非导电绝缘层288可以被屏蔽层244(例如图1和2中示意性表示的屏蔽层44)覆盖或包围。屏蔽层244可以进一步被另一非导电绝缘层288覆盖或包围。在屏蔽层244的外面覆盖或包围绝缘层288的可以是另一组导电绕组，例如一组次级绕组228，其可以类似于图1和2的该组次级绕组28。该组次级绕组228还可以可选地分别被非导电绝缘层288覆盖或包围，随后是另一屏蔽层344。
尽管示出了多个绝缘层288，但是本公开的方面可以包括在导电层226、228、244之间或将它们彼此隔离的附加的或更少的绝缘层288。此外，尽管该组绝缘层288均以相似的横截面示意性地示出，但是独立的绝缘层288可以包括不同或不相似的介电或非导电材料。例如，第一绝缘层288可包括非导电的灌封物，而第二绝缘层288可包括复合物，纸，塑料等的非导电包裹物。在另一个非限制性示例中，每个盖280可以进一步包括相应组绕组226、228和盖280之间的轴向面屏蔽层444。
尽管示出了特定且分离的绝缘层288，但是本公开的非限制性示例可以包括相应层之间的任何种类的绝缘层或电绝缘。例如，绝缘层288可以包括不完整或不均匀的层，例如设置在分离导电层(例如，该组初级绕组226，该组次级绕组228，或屏蔽层244)中的一个或其组合上的绝缘带，绝缘涂层。在另一个示例中，绝缘层288可以包括另一非导电导热灌封或绝缘材料。
在操作期间，该组初级绕组226可以与电压源(例如图1和2的电源14)连接。最终将电压传送到该组初级绕组226，从而在该组次级绕组228中产生感应电压，该感应电压进一步提供给例如图1和2的电力输出18。
在该组绕组226、228的电隔离层或非导电层损毁，磨损，损坏等的情况下，或在绝缘层288中的一个损毁，磨损，损坏等的情况下，导电接触事件，电弧事件或电气故障事件(例如图2的第一故障160，第二故障162或第三故障164)可能会导致电压被施加到至少一个屏蔽层244上。相应屏蔽层244处的电压差由控制器模块36检测，该控制器模块36根据需要通过操作电路10、210或变压器16、216来作出响应。
因此，设置在导电组绕组226、228之间的屏蔽层244的布置可以检测电气故障。此外，设置在该组绕组226、228的外侧或外部的屏蔽层244的布置(例如，最径向远端的屏蔽层244)可以进一步检测将以其他方式被引导到变压器216外部的电气故障。在又一个非限制性示例中，相应组绕组226、228和盖280之间的轴向面屏蔽层444可以检测并轴向定向电气故障。在又一个非限制性示例中，屏蔽层244可以被包括在第一导电组绕组226与线圈架278或中心脚276之间。
在又一个非限制性示例中，尽管图1和2的示意电路10显示了具有激励屏蔽层44的单个电压输出的分压器46，但是可以包括本公开的方面，其中每个相应的屏蔽层44、244、444(包括图4的不同径向布置的屏蔽层44)可以以不同的电压激励，并且与控制器模块36具有独立的连接以提供单独的电压信号48。从这个意义上讲，控制器模块36可以被构造或适配为基于该组电压信号48来确定哪个屏蔽层44、244、444检测到电气故障。此外，控制器模块36可以被构造或适配为基于感测或测量的电压信号48来确定电气故障的哪个电源(例如，该组初级绕组26、226，该组次级绕组28、228，电接地20等)导致故障。因此，控制器模块36可以被构造或适配为识别哪个屏蔽层44、244、444检测到电气故障，以及故障来自哪个电压源。这样的确定在维护人员响应于控制器模块36对电气故障的确定而执行维护动作的维修和诊断动作中可能是有用的。
如本文所述，本公开的各方面还可包括一种用于检测电力变压器中的故障的方法。例如，该方法可以包括具有夹在电绝缘层288之间的导电屏蔽层44、244的电力变压器，该电绝缘层288将导电屏蔽层44、244与第一导体(例如，该组初级绕组26、226)和第二导体(例如该组次级绕组28、228)分离，第二导体相对导电屏蔽层44、244与第一导体分离。如上所述，该方法例如在控制器模块36中，可以感测激励屏蔽层44、244的电压，并且进一步将感测到的电压与阈值电压值进行比较，该阈值电压值对应于故障。在满足比较之后，当比较指示存在故障时，该方法可以提供故障指示。故障指示可以包括记录系统中的错误，生成警报消息或警报声音，调度维护事件或维护动作等。如本文所使用的，维护事件或维护动作可以包括响应于指示故障的存在来调度动作，以调查，修理，更换或以其他方式提供或执行纠正动作。
所描述的序列仅出于理解目的，并不意味着以任何方式限制该方法，因为应理解，该方法的各部分可以以不同的逻辑顺序进行，可以包括附加或中间部分，或方法的所描述部分可以分为多个部分，或者可以省略方法的所描述部分而不会减损所描述的方法。例如，该方法可以包括响应于比较的满足来停止经过电力变压器16、216的任何电信号的传输(例如，通过控制器模块36或控制信号42控制输入滤波和切换电路22)。在另一示例中，比较可以进一步包括将感测到的电压与一组阈值电压值进行比较，该阈值电压值至少包括该组初级绕组26、226的第一预定激励电压(例如，电源14的电压)和该组次级绕组28、228的第二预定激励电压(例如，电力输出18处的电压)，并且在满足比较的情况下确定电绝缘层的故障。
在又一个非限制性示例中，该方法可以进一步包括在感测到的电压与该组初级绕组26、226的第一预定激励电压的比较满足时，确定将导电屏蔽层44、244与该组初级绕组26、226分离的绝缘层288中的故障，并且在感测到的电压与该组次级绕组28、228的第二预定激励电压的比较满足时，确定将导电屏蔽层44、244与该组次级绕组28、228分离的绝缘层288中的故障。在又一个非限制性示例中，该组阈值电压值包括接地电压值(例如，在接地20处或相对接地值)，并且在满足比较时确定电绝缘层288的接地故障发生。
除了上述附图中所示的之外，本公开的方面还设想了许多其他可能的方面和构造。例如，虽然描述和示出了径向布置的绕组226、228，但是可以包括用于切换模式电力供应的电力变压器的附加构造。例如，一组初级绕组可以沿着线圈架278(或中心腿276的长度)与一组次级绕组轴向间隔开，并且其中电屏蔽层(包括隔离非导电绝缘层)可以确保轴向间隔开的绕组之间的轴向屏障检测或感测故障。在轴向屏障包括非导电屏障(例如线圈架278本身的一部分(例如类似于盖状结构))的情况下，可以包括附加的电屏蔽层，类似于本文描述的轴向面屏蔽层444。另外，各种部件的设计和放置可以重新布置，使得可以实现许多不同的串行构造。
本文公开的方面提供了一种用于检测电弧故障发生的方法和电路。技术效果是，上述方面使得能够操作电路，从而允许或能够检测电路中(例如，变压器中)的一个或多个电弧故障。在本公开的上述方面中可以实现的一个优点是，电弧故障的检测和熄灭(例如，通过操作输入滤波和切换电路22)可以限制在电弧事件期间能量逸出的损坏。
这种架构中的电力转换器(例如变压器)，需要减轻电隔离部件的故障。本文描述的本公开的各方面在主变压器(或其绕组)周围，内部和附近使用屏蔽层，以防止初级绕组到次级绕组，或到接地或另一导电连接的击穿，以及提供改进的产品并因此改进飞行器安全。变压器由于最小的绝缘厚度而特别易于击穿或局部放电，该绝缘厚度通常被最小化以最大化变压器的功率密度。
在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。不能在所有方面中示出的一个特征并不意味着解释其不能有，而是为了描述简洁。因此，不管是否明确地描述了新方面，都可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征以形成新方面。本文所描述的特征的组合或置换被本公开覆盖。
本书面描述使用示例来公开本公开的各个方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种电气故障检测电路，包括：第一导体，该第一导体缠绕磁导芯；第二导体，该第二导体缠绕磁导芯；导电屏蔽层，该导电屏蔽层位于第一导体和第二导体之间；一组电绝缘层，该组电绝缘层将导电屏蔽层与第一导体分离，并且将导电屏蔽层与第二导体分离；激励源，该激励源与导电屏蔽层电联接，并激励导电屏蔽层；控制器模块，该控制器模块与导电屏蔽层电联接，其中，控制器模块被构造成检测所激励的导电屏蔽层的电特性的变化。
2.根据条项1所述的故障检测电路，其中控制器模块包括传感器，该传感器与导电屏蔽层电联接，并且感测所激励的导电屏蔽层的电特性。
3.根据条项2所述的故障检测电路，其中控制器模块被构造为提供所感测的电特性的比较、所感测的电特性的比较的指示、或者响应于所感测的电特性的比较而控制至少一个功能中的至少一项。
4.根据条项3所述的故障检测电路，其中控制器模块进一步包括存储在存储器中的电特性阈值，其中控制器模块将所感测的特性与特性阈值进行比较。
5.根据条项4所述的故障检测电路，其中电特性阈值进一步包括一组电特性阈值，其中该组电特性阈值包括第一导体的预定激励电压和第二导体的预定激励电压。
6.根据条项5所述的故障检测电路，其中控制器模块被构造为基于所感测的电特性与该组电特性阈值的比较来确定第一导体或第二导体中的哪一个到导电屏蔽层有故障。
7.根据条项1所述的故障检测电路，其中激励源包括分压器输出，该分压器输出供应导电屏蔽层的预定激励电压。
8.根据条项1所述的故障检测电路，其中第一导体是用于电力变压器的一组初级绕组，并且第二导体是用于电力变压器的一组次级绕组。
9.根据条项8所述的故障检测电路，进一步包括线圈架，该线圈架用于缠绕该组初级绕组、该组次级绕组、导电屏蔽层和该组电绝缘层。
10.一种电力变压器，包括：
线圈架；
一组初级绕组，该组初级绕组周向缠绕线圈架并且与变压器电力输入连接；
第一绝缘层，该第一绝缘层围绕该组初级绕组；
导电屏蔽层，该导电屏蔽层周向缠绕第一绝缘层，并通过激励源以预定电压被激励；
第二绝缘层，该第二绝缘层围绕导电屏蔽层；
一组次级绕组，该组次级绕组围绕第二绝缘层并且与变压器电力输出连接；和
控制器模块，该控制器模块与导电屏蔽层连接并且被构造为感测导电屏蔽层处的实际电压，并将所感测的实际电压与电压阈值进行比较，并且当所感测的实际电压超过电压阈值时，确定电力变压器中存在电气故障。
11.根据条项10所述的电力变压器，进一步包括第二导电屏蔽层，该第二导电屏蔽层围绕该组次级绕组并且以预定电压被激励，并且其中，控制器模块与第二导电屏蔽层连接并且被构造为感测第二导电屏蔽层处的实际电压，并且将第二导电屏蔽层处的所感测的实际电压与电压阈值进行比较，并且当第二导电屏蔽层处的所感测的实际电压超过电压阈值时，确定电力变压器中存在电气故障。
12.根据条项10所述的电力变压器，进一步包括第二导电屏蔽层，该第二导电屏蔽层围绕该组次级绕组并且以第二预定电压被激励，并且其中，控制器模块与第二导电屏蔽层连接并且被构造为感测第二导电屏蔽层处的第二实际电压，并且将第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压与第二电压阈值进行比较，并且当第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压满足第二电压阈值时，确定电力变压器中存在电气故障。
13.根据条项12所述的电力变压器，其中电压阈值和第二电压阈值不同。
14.根据条项10所述的电力变压器，其中线圈架包括轴向间隔开的端盖，该端盖限定面向相对端盖的表面并且具有位于每个端盖表面上的第二导电屏蔽层，第二导电屏蔽层以第二预定电压被激励，并且其中，控制器模块与第二导电屏蔽层连接，并且被构造为感测第二导电屏蔽层处的第二实际电压，并且将第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压与第二电压阈值进行比较，并且当第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压满足第二电压阈值时，确定电力变压器中存在电气故障。
15.一种检测电力变压器中的故障的方法，该电力变压器具有夹在电绝缘层之间的导电屏蔽层，该电绝缘层将导电屏蔽层与第一导体和第二导体分离，第二导体相对导电屏蔽层与第一导体分离，该方法包括：
感测激励屏蔽层的电压；
将所感测的电压与对应于故障的阈值电压值进行比较；和
在比较满足时，当比较指示存在故障时，提供故障指示。
16.根据条项15所述的方法，进一步包括响应于比较满足而停止任何电信号传输经过电力变压器。
17.根据条项15所述的方法，其中比较进一步包括将所感测的电压与一组阈值电压值进行比较，该组阈值电压值至少包括第一导体的第一预定激励电压和第二导体的第二预定激励电压，并且当比较满足时，确定电绝缘层的故障发生。
18.根据条项17所述的方法，进一步包括在所感测的电压与第一导体的第一预定激励电压的比较满足时，确定将导电屏蔽层与第一导体分离的绝缘层中的故障，并且在所感测的电压与第二导体的第二预定激励电压的比较满足时，确定将导电屏蔽层与第二导体分离的绝缘层中的故障。
19.根据条项17所述的方法，其中该组阈值电压值包括接地电压值，并且在比较满足时确定电绝缘层的接地故障发生。
20.根据条项15所述的方法，进一步包括在比较满足时执行维护事件。

Claims (20)

1.一种电气故障检测电路，其特征在于，包括：
第一导体，所述第一导体缠绕磁导芯；
第二导体，所述第二导体缠绕所述磁导芯；
导电屏蔽层，所述导电屏蔽层位于所述第一导体和所述第二导体之间；
一组电绝缘层，所述一组电绝缘层将所述导电屏蔽层与所述第一导体分离，并且将所述导电屏蔽层与所述第二导体分离；
激励源，所述激励源与所述导电屏蔽层电联接，并激励所述导电屏蔽层；和
控制器模块，所述控制器模块与所述导电屏蔽层电联接；
其中，所述控制器模块被构造成检测所激励的导电屏蔽层的电特性的变化。
2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述控制器模块包括传感器，所述传感器与所述导电屏蔽层电联接，并且感测所激励的导电屏蔽层的所述电特性。
3.根据权利要求1或2所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述控制器模块被构造为提供所感测的电特性的比较、所感测的电特性的比较的指示、或者响应于所感测的电特性的比较而控制至少一个功能中的至少一项。
4.根据权利要求3所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述控制器模块进一步包括存储在存储器中的电特性阈值，其中所述控制器模块将所感测的电特性与所述电特性阈值进行比较。
5.根据权利要求4所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述电特性阈值进一步包括一组电特性阈值，其中所述一组电特性阈值包括所述第一导体的预定激励电压和所述第二导体的预定激励电压。
6.根据权利要求5所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述控制器模块被构造为基于所感测的电特性与所述一组电特性阈值的所述比较来确定所述第一导体或所述第二导体中的哪一个到所述导电屏蔽层有故障。
7.根据权利要求1或2所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述激励源包括分压器输出，所述分压器输出供应所述导电屏蔽层的预定激励电压。
8.根据权利要求1或2所述的故障检测电路，其特征在于，其中所述第一导体是用于电力变压器的一组初级绕组，并且所述第二导体是用于所述电力变压器的一组次级绕组。
9.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，进一步包括线圈架，所述线圈架用于缠绕所述一组初级绕组、所述一组次级绕组、所述导电屏蔽层和所述一组电绝缘层。
10.一种电力变压器，其特征在于，包括：
线圈架；
一组初级绕组，所述一组初级绕组周向缠绕所述线圈架并且与变压器电力输入连接；
第一绝缘层，所述第一绝缘层围绕所述一组初级绕组；
导电屏蔽层，所述导电屏蔽层周向缠绕所述第一绝缘层，并通过激励源以预定电压被激励；
第二绝缘层，所述第二绝缘层围绕所述导电屏蔽层；
一组次级绕组，所述一组次级绕组围绕所述第二绝缘层并且与变压器电力输出连接；和
控制器模块，所述控制器模块与所述导电屏蔽层连接并且被构造为感测所述导电屏蔽层处的实际电压，并将所感测的实际电压与电压阈值进行比较，并且当所感测的实际电压超过所述电压阈值时，确定所述电力变压器中存在电气故障。
11.根据权利要求10所述的电力变压器，其特征在于，进一步包括第二导电屏蔽层，所述第二导电屏蔽层围绕所述一组次级绕组并且以所述预定电压被激励，并且其中，所述控制器模块与所述第二导电屏蔽层连接并且被构造为感测所述第二导电屏蔽层处的实际电压，并且将所述第二导电屏蔽层处的所感测的实际电压与所述电压阈值进行比较，并且当所述第二导电屏蔽层处的所感测的实际电压超过所述电压阈值时，确定所述电力变压器中存在电气故障。
12.根据权利要求10所述的电力变压器，其特征在于，进一步包括第二导电屏蔽层，所述第二导电屏蔽层围绕所述一组次级绕组并且以第二预定电压被激励，并且其中，所述控制器模块与所述第二导电屏蔽层连接并且被构造为感测所述第二导电屏蔽层处的第二实际电压，并且将所述第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压与第二电压阈值进行比较，并且当所述第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压满足所述第二电压阈值时，确定所述电力变压器中存在电气故障。
13.根据权利要求12所述的电力变压器，其特征在于，其中所述电压阈值和所述第二电压阈值不同。
14.根据权利要求10或11所述的电力变压器，其特征在于，其中所述线圈架包括轴向间隔开的端盖，所述端盖限定面向相对端盖的表面并且具有位于每个端盖表面上的第二导电屏蔽层，所述第二导电屏蔽层以第二预定电压被激励，并且其中，所述控制器模块与所述第二导电屏蔽层连接，并且被构造为感测所述第二导电屏蔽层处的第二实际电压，并且将所述第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压与第二电压阈值进行比较，并且当所述第二导电屏蔽层处的所感测的第二实际电压满足所述第二电压阈值时，确定所述电力变压器中存在电气故障。
15.一种检测电力变压器中的故障的方法，其特征在于，所述电力变压器具有夹在电绝缘层之间的导电屏蔽层，所述电绝缘层将所述导电屏蔽层与第一导体和第二导体分离，所述第二导体相对所述导电屏蔽层与所述第一导体分离，所述方法包括：
感测激励所述屏蔽层的电压；
将所感测的电压与对应于故障的阈值电压值进行比较；和
在所述比较满足时，当所述比较指示存在故障时，提供故障指示。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于所述比较满足而停止任何电信号传输经过所述电力变压器。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，其中所述比较进一步包括将所感测的电压与一组阈值电压值进行比较，所述一组阈值电压值至少包括所述第一导体的第一预定激励电压和所述第二导体的第二预定激励电压，并且当所述比较满足时，确定所述电绝缘层的故障发生。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括在所感测的电压与所述第一导体的所述第一预定激励电压的比较满足时，确定将所述导电屏蔽层与所述第一导体分离的所述绝缘层中的故障，并且在所感测的电压与所述第二导体的所述第二预定激励电压的比较满足时，确定将所述导电屏蔽层与所述第二导体分离的所述绝缘层中的故障。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述一组阈值电压值包括接地电压值，并且在所述比较满足时确定所述电绝缘层的接地故障发生。
20.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述比较满足时执行维护事件。
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