CN111989754A - 测量方法和具有清洁空气的高压测量互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有壳体(2)的高压测量互感器(1)，所述壳体(2)在空间上包围至少一个电气的测量装置(3)和绝缘气体(4)，本发明还涉及一种用于利用所述高压测量互感器(1)测量的方法。所述绝缘气体(4)是清洁空气，通过所述清洁空气实现所述高压测量互感器(1)的所述壳体(2)内的电绝缘。

Description

测量方法和具有清洁空气的高压测量互感器
本发明涉及一种高压测量互感器(Hochspannungsmesswandler)和用于利用高压测量互感器进行测量的方法，所述高压测量互感器具有壳体，所述壳体在空间上包围至少一个电气的测量装置和绝缘气体。
气体绝缘的高压测量互感器例如由专利文献EP 0 600 233 A1已知。六氟化硫、也就是SF6在此被用作绝缘气体。备选地也可以使用具有类似绝缘性能的气体、例如氟酮和/或氟腈，或者气体混合物、例如SF6和N2的混合物。六氟化硫尤其在高压下、例如在72.5kV到800kV的范围中的高压下具有最好的电绝缘性能。备选的气体、例如氟酮和/或氟腈具有较高的液化温度，因此，它们只在有限的程度上被考虑在较低的温度下露天地使用。六氟化硫以及备选的气体有增加全球变暖的潜力。此外，氟酮/氟腈还对健康有害。
长期稳定的、气体密封的高压测量互感器需要较高的技术上的耗费、尤其是密封耗费以及用于气体填充、抽气和气体压力控制的耗费。在使用寿命结束后或者在发生故障后的清除处理时和/或在维修时，绝缘气体可能逸出。在绝缘气体不逸出的情况下进行维修或者清除处理是非常耗费的。为了在不对环境造成有害影响和/或不对健康造成危害的情况下安全地处理绝缘气体必须付出较高的技术上的耗费和与之相关的较高的成本。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高压测量互感器和用于利用所述高压测量互感器测量的方法，所述高压测量互感器和所述方法避免前述的缺点。所要解决的技术问题尤其在于提供一种高压测量互感器，所述高压测量互感器具有更低的密封耗费、更少的处理绝缘气体时的耗费、与之相关的更低成本和更低的环境危害。
根据本发明，所述技术问题通过一种具有根据权利要求1的技术特征的高压测量互感器解决，和/或通过一种根据权利要求11所述的、用于利用根据本发明的高压测量互感器测量的方法解决。根据本发明的高压测量互感器和/或用于利用根据本发明的高压测量互感器测量的方法的有利的设计方案在从属权利要求中给出。在此，独立权利要求的技术方案可相互组合并且可与从属权利要求的技术特征组合，并且从属权利要求的技术特征可相互组合。
根据本发明的高压测量互感器包括壳体，所述壳体在空间上包围至少一个电气的测量装置和绝缘气体。绝缘气体是清洁空气(或者说洁净空气，Clean Air)或者将清洁空气用作绝缘气体。
通过将清洁空气、也就是净化了的空气作为高压测量互感器的壳体内的绝缘气体，并且通过取消有害环境的绝缘气体、例如SF6，当绝缘气体从壳体中逸出时不会对环境有害。因此，所需的密封耗费更低、在绝缘气体处理中需要的耗费更少、与之相关地需要更少的成本并且减少了环境危害。
高压测量互感器可以按电流互感器、电压互感器或组合互感器的形式设计。
绝缘气体可以具有6bar至15bar的范围内的压力。在此压力范围内，尤其在高压测量互感器的空间尺寸与具有SF6作为绝缘气体的高压测量互感器的尺寸相近或者相同的情况下，给电气部件提供了充分的电气绝缘。在更低的压力的情况下，则应增大需彼此绝缘的部件的距离，高压测量互感器由此需要在其总尺寸方面设计得更大。随着压力更大，例如壳体的壁需设计得更厚和/或设计得在机械上更稳定。
绝缘气体即清洁空气可以是和/或包括合成空气、尤其是由含有80％氮气和20％氧气的空气混合物组成或者包括含有80％氮气和20％氧气的空气混合物。这样的尤其被净化和干燥的、也就是说没有或者具有较低的空气湿度的空气混合物产生较好的电绝缘。
壳体可以包括支撑绝缘子(或者说支柱绝缘子)、尤其是由陶瓷、硅酮和/或由复合材料构成的支撑绝缘子。支撑绝缘子可以实现至少一个电气的测量装置的电气接头相对于地电势的良好电绝缘。壳体可以包括压力气体容器、尤其是由钢和/或铝、尤其铝铸件(或者说铸铝)构成的压力气体容器，所述压力气体容器可以设计为顶部壳体和/或底座壳体。压力容器可以在空间上包围至少一个电气的测量装置并且填充有绝缘气体。通过相应的机械上的设计、尤其通过材料选择和壁厚，压力气体容器可以尤其在压力下机械地长期稳定地包围绝缘气体。
壳体可以布置在至少一个支架上。因此可以将壳体机械稳定地布置在地面和/或地基上。
壳体可以包括至少一个过压装置、尤其包括至少一个保险片或者说破裂盘(Berstscheibe)。因此，在过压的情况下，绝缘气体可以定向地例如通过保险片的破裂从壳体中逸出，并且保护高压测量互感器周围的人尤其免受在壳体爆炸时可能产生的、高压测量互感器的飞向各处的部分的伤害。过压可能例如由于故障和/或增加的放热产生。高压测量互感器可以包含有至少一个填充接头和/或检查接头和/或密封监控装置，以便例如尤其在填充和/或释放绝缘气体时确保对绝缘气体的检查和较好的处理。
在壳体上可以布置有至少两个外部的电气接头，用以连接到电网、耗电器和/或发电装置上。高压测量互感器可以包含有至少一个接线盒、尤其是用于测量装置、传感器和/或数据记录装置的接线盒。高压测量互感器可以包含有至少一个接地接头，以便可以将部件接地或者在部件上施加地电势。
作为至少一个电气的测量装置，可以在壳体内包含有至少一个电流互感器和/或至少一个电压互感器、尤其具有线圈和/或具有电容器和/或具有电阻。组合互感器可以作为测量装置包括至少一个电流互感器和至少一个电压互感器。
高压测量互感器可以包含有至少一个控制电极和/或电势下调装置(或者说电势降低装置，Potentialabsteuerung)、尤其是包括膜和铝(涂)层的电势下调装置，和/或至少一个导出管。控制电极可以实现例如电势下调或者优化支撑绝缘子中的电场。导出管可以实现尤其通过与地面上的支架接触施加地电势。
根据本发明的用于利用上述高压测量互感器测量的方法包括，通过清洁空气实现所述高压测量互感器的壳体内的电绝缘。
尤其在将绝缘气体SF6换成清洁空气的情况下，可以用清洁空气填充高压测量互感器的壳体。
根据本发明的按照权利要求11所述的用于通过前述高压测量互感器测量的方法的优点类似于上述根据本发明的按照权利要求1所述的高压测量互感器的优点，反之亦然。
以下在图1和图2中示意性地示出本发明的实施例并且在下面更详细地阐述。在附图中，
图1示意性地以从侧面观察的剖视图示出根据本发明的高压测量互感器1，所述高压测量互感器所具有的测量装置3布置在支撑绝缘子5上的顶部壳体6中，并且
图2示意性地以从侧面观察的剖视图示出根据本发明的高压测量互感器1的备选结构，所述高压测量互感器具有处于底座壳体6中的测量装置3和布置在底座壳体6之上的支撑绝缘子5。
图1示意性地以剖视图从侧面示出根据本发明的高压测量互感器1。高压测量互感器1包括具有支撑绝缘子5和压力容器6的壳体2。在压力容器6中布置有高压测量互感器1的测量装置3。测量装置3设计用于测量从几百安培到几千安培的范围内的电流和/或用于测量几千伏特范围内的电压、尤其是在145kV到800kV的范围内的电压。测量装置3设计为电流互感器和/或电压互感器或者组合互感器。
在图1的实施例中，测量装置3包括电流导体，所述电流导体布置在压力容器6的内部并且被环状的、围着所述电流导体环绕的线圈包围。电流导体在压力容器6之外通过电气接头12电连接到电网、耗电器和/或发电装置上。测量线圈通过电绝缘的线路与接线盒13连接，测量装置、传感器和/或用于测量信号和分析所述测量信号的数据记录装置布置在所述接线盒13中或者可以连接到接线盒13中。
根据本发明的高压测量互感器1的压力容器6布置在支撑绝缘子5上，所述支撑绝缘子5柱状地设计并且直立地布置在支架7上。支架7包括例如相互交叉的钢支架并且固定在地基上，所述地基出于简洁性未在附图中示出。柱状的支撑绝缘子5以气体密封地封闭的端部固定在支架7上。在所述端部处，接线盒13固定在柱状的支撑绝缘子5上，并且在所述端部处布置有例如填充接头9、检查接头10和/或密封监控装置11这些装置。
根据本发明，支撑绝缘子5和压力容器6填充有清洁空气作为绝缘气体4，并且作为壳体2气体密封地封闭。填充可以通过填充接头9实现，并且对密封性和内部的气体压力的检查(或者说控制)可以通过检查接头10和密封监控装置11实现。在柱状的支撑绝缘子5的上端部处，压力容器6设计为罐形并且布置在支撑绝缘子5上，在所述压力容器6的上端部处设计具有保险片作为过压装置8。在例如由于受环境影响、尤其太阳照射、由于故障或大电流引起的放热而造成的升温使绝缘气体4在壳体2中的压力剧烈升高的情况下，过压可以通过保险片的破裂从壳体2中向上释放出。由此例如避免支撑绝缘子5和/或压力容器6的爆炸，在爆炸时可能由于飞向各处的碎片对周围的人群造成伤害。
压力容器6例如由钢、铸铁和/或铝构成，所述压力容器6具有壁厚，该壁厚长期稳定地承受例如6bar至15bar的绝缘气体压力。壁厚例如在从毫米到厘米的范围内。柱状的支撑绝缘子5在内部是空心的，并且设计具有壁厚，所述壁厚同样长期稳定地承受例如6bar至15bar的绝缘气体压力，并且支撑压力容器6和固定在所述压力容器6上的连接载荷的重量。支撑绝缘子5例如由陶瓷、硅酮和/或复合材料构成。支撑绝缘子5的外周具有环状的、围绕所述外周环绕的薄片，所述薄片以规则的间距沿所述柱状的支撑绝缘子5的纵轴线布置。由此延长了沿柱状的支撑绝缘子5的纵轴线的漏泄电流路径并且改善支撑绝缘子5的外部的绝缘效果。
在柱状的支撑绝缘子5之内，沿纵轴线布置有用于使测量装置3接地的导出管16，并且绕所述导出管16旋转对称地、在所述支撑绝缘子5的上部区域中布置有控制电极15，以便改善这个区域中的场分布。控制电极15和/或导出管16尤其由导电性较好的金属、例如铜和/或钢构成。
绝缘气体4即清洁空气由合成空气构成或者包括合成空气、尤其是80％氮气和20％氧气。当压力在6bar至15bar的范围中时，绝缘气体4即清洁空气在电压尤其在145kV至800kV的范围中时将高压测量互感器1的壳体2中的需要绝缘的区域电绝缘。尤其在更高的电压的情况下，需要增大高压测量互感器1的导电部件之间的距离、也就是需要增大高压测量互感器1的尺寸或者提高绝缘气体4的压力，其中，壳体2的壁可能需要设计得更厚以达到足够的抗压强度。
图2示意性地以剖视图示出从侧面观察的根据本发明的高压测量互感器1的备选结构。与图1的高压测量互感器1的具有处于支撑绝缘子5上的顶部壳体6的实施例不同的是，图2示出的高压测量互感器1具有布置在支撑绝缘子5之下的底座壳体6。压力容器6直接布置在支架7上，并且包括例如一次绕组(或者说初级绕组)和电压互感器芯作为高压测量互感器1的测量装置3。在压力容器6上布置有柱状的支撑绝缘子5，所述支撑绝缘子5的上端部处有电气接头12，用于将高压测量互感器1连接在电网、耗电器和/或发电装置上。
测量装置3设计用于测量例如在几千伏特的范围内的电压、尤其是72.5kV至800KV的范围内的电压。测量装置3在图2的实施例中设计为电压互感器，但还可以设计为电流互感器或者组合互感器，而出于简洁性在图2中未示出。测量装置3通过电绝缘的线路与接线盒13连接，测量装置、传感器和/或用于测量信号和分析所述测量信号的数据记录装置布置在所述接线盒13中或者可以连接到接线盒13中。接线盒13侧面固定在高压测量互感器1的压力容器6上。例如填充接头9、检查接头10和/或密封监控装置11这些装置同样布置或者设计在压力容器6上。
根据本发明，支撑绝缘子5和压力容器6作为壳体2的气体密封地封闭的部分填充有清洁空气作为绝缘气体4。填充可以通过填充接头9实现，并且对密封性和内部的气体压力的控制可以通过检查接头10和密封监控装置11实现。在柱状的支撑绝缘子5的下端部处，压力容器6设计为罐形，并且布置在支架7上。在柱状的支撑绝缘子5的上端部处，保险片设计为过压装置8。在例如由于受环境影响、尤其太阳照射、由于故障或大电流引起的放热而造成的升温使绝缘气体4在壳体2中的压力剧烈升高的情况下，过压可以通过保险片的破裂从壳体2中向上释放出。因此，如在图1的实施例中那样，避免了支撑绝缘子5和/或压力容器6的爆炸，在爆炸时可能由于飞向各处的碎片对周围的人群造成伤害。
柱状的支撑绝缘子5在内部是空心的，并且设计具有壁厚，所述壁厚长期稳定地承受例如6bar至15bar的绝缘气体压力。支撑绝缘子5例如由陶瓷、硅酮、玻璃纤维增强的塑料(GFK)和/或复合材料构成。支撑绝缘子5的外周具有环状的、围绕所述外周环绕的薄片，所述薄片以规则的间距沿所述柱状的支撑绝缘子5的纵轴线布置。由此延长了沿柱状的支撑绝缘子5的纵轴线的漏泄电流路径，并且改善支撑绝缘子5的外部的绝缘效果。在柱状的支撑绝缘子5之内，沿纵轴线布置有用于将测量装置3与接头12连接的导出管16，并且围绕所述导出管16旋转对称地、在所述支撑绝缘子5的下部区域中布置有控制电极15和/或下调装置、尤其是包括膜和/或铝层的下调装置，以便改善这个区域中的场分布。控制电极15和/或导出管16尤其由导电性较好的金属、例如铜和/或钢构成。
带有压力容器6和垂直地竖立于压力容器6上的柱状的支撑绝缘子4的壳体2布置在支架7上，所述支架7例如固定在地基上，所述地基出于简洁性未在图2中示出。在图2的实施例中，支架7包括相互交叉的钢支架。地基例如是混凝土地基。压力容器6例如由钢、铸铁和/或铝构成。根据本发明，压力容器6和柱状的支撑绝缘子5填充有清洁空气、尤其是具有6bar至15bar的范围内的绝缘气体压力的清洁空气。压力容器6和支撑绝缘子5的壁厚根据材料分别设计用于长期稳定地承受例如6bar至15bar的绝缘气体压力。
如在图1的实施例中那样，绝缘气体4即清洁空气由合成空气构成或者包括合成空气、尤其是80％氮气和20％氧气。当压力在6bar至15bar的范围中时，绝缘气体4即清洁空气在电压例如在72.5kV至800kV的范围中时将高压测量互感器1的壳体2中需要绝缘的区域电绝缘。在更高的电压的情况下需要增大高压测量互感器1的导电部件之间的距离、也就是需要增大高压测量互感器1的尺寸或者提高绝缘气体4的压力，其中，壳体2的壁可能需要设计得更厚以达到足够的抗压强度。
上述实施例可以相互组合，和/或可以与现有技术相组合。因此，例如组合互感器可以设计具有顶部容器6和/或底座容器6。压力气体容器6可以由钢、铸铁和/或铝、尤其是铸铝组成。在使用钢封装、尤其是由铁素体钢和/或奥氏体抗磁钢构成的钢封装时，可以实现更高的绝缘气体压力并且设计高压测量互感器1的更紧凑的构型。在使用由例如铝铸件构成的底座容器6时，只能实现更小的绝缘气体压力并且必须加大间距。这导致高压测量互感器1的构型不够紧凑。为了进一步提高电极路径的耐压强度(Spannungsfestigkeit)，可以使用介电介质对电极进行表面处理。高压测量互感器1中的绝缘构件必须适用于空气绝缘。在更高的运行压力的情况下，例如必须增大过压装置、即保险片。
在根据本发明的高压测量互感器1中使用清洁空气作为绝缘空气是环保的，它可以在低至零下五十摄氏度或更低的情况下使用，省去了在使用SF6时需要的特殊的气体处理设备，并且节省了用于气体回收的成本。清洁空气易于生产、尤其可就地生产，无毒并且在环境温度和环境压力下不是液态的。因此，清洁空气能够较好地用作绝缘气体，也就是说用于电绝缘。
附图标记列表
1 高压测量互感器
2 壳体
3 测量装置、尤其是电流互感器和/或电压互感器
4 绝缘气体
5 支撑绝缘子
6 压力气体容器
7 支架
8 过压装置、尤其是保险片
9 填充接头
10 检查接头
11 密封监控装置
12 电气接头
13 接线盒
14 接地接头
15 控制电极
16 导出管

Claims (12)

1.一种高压测量互感器(1)，具有壳体(2)，所述壳体(2)在空间上包围至少一个电气的测量装置(3)和绝缘气体(4)，
其特征在于，
所述绝缘气体(4)是清洁空气。
2.根据权利要求1所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
所述高压测量互感器(1)按电流互感器、电压互感器或组合互感器的形式设计。
3.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
所述绝缘气体(4)具有6至15bar的范围内的压力。
4.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
所述绝缘气体(4)清洁空气是合成空气和/或包括合成空气、尤其是80％氮气和20％氧气的合成空气。
5.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
所述壳体(2)包括支撑绝缘子(5)、尤其是由陶瓷、硅酮、玻璃纤维增强的塑料和/或由复合材料构成的支撑绝缘子(5)，和/或所述壳体(2)包括压力气体容器(6)、尤其是由钢和/或铝、尤其是铝铸件构成的压力气体容器(6)，所述压力气体容器设计为顶部壳体和/或底座壳体。
6.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
所述壳体(2)布置在至少一个支架(7)上。
7.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
所述壳体(2)包括至少一个过压装置(8)、尤其包括至少一个保险片，和/或包含有至少一个填充接头(9)和/或检查接头(10)和/或密封监控装置(11)。
8.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
在所述壳体(2)上布置有至少两个外部的电气接头(12)，用于连接到电网、耗电器和/或发电装置上，和/或包含有至少一个接线盒(13)、尤其是用于测量装置、传感器和/或数据记录装置的接线盒(13)，和/或包含有至少一个接地接头(14)。
9.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
作为至少一个电气的测量装置(3)在所述壳体(2)内包含有至少一个电流互感器和/或至少一个电压互感器、尤其具有线圈和/或具有电容器和/或具有电阻。
10.根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)，
其特征在于，
包含有至少一个控制电极(15)和/或电势下调装置、尤其包括膜和/或铝层的电势下调装置，和/或包含有至少一个导出管(16)。
11.一种用于利用根据前述权利要求之一所述的高压测量互感器(1)测量的方法，
其特征在于，
所述高压测量互感器(1)的壳体(2)内的电绝缘通过清洁空气实现。
12.根据权利要求11所述的用于测量的方法，
其特征在于，
尤其在将绝缘气体SF6换成清洁空气时，用清洁空气填充所述高压测量互感器(1)的壳体(2)。
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