CN1129145C - 用于高压或中压的过电压防护放电器 - Google Patents

用于高压或中压的过电压防护放电器 Download PDF

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Abstract

一种用于高压或中压且具有一个放电器组件(4)的过电压防护放电器，该放电器组件(4)具有至少一个非线性电阻元件并被气密封闭地安装在一个封装壳体(3)中，该放电器还具有一个与该放电器组件相配置的表面波传感器(19)。根据本发明，所述表面波传感器(19)安装在一个至少部分为金属质的壳体(18)之内，该壳体沿所述放电器组件(4)的轴向方向被插接到两个非线性电阻元件(16、17)之间或在一个电阻元件和一个连接电极之间。

Description

用于高压或中压的过 电压防护放电器
本发明涉及一种用于高压或中压且具有一个放电器组件的过电压防护放电器，该放电器组件被气密地安装在一个封装壳体中。
这种过电压防护放电器例如由EP 0 388 779 A2公开。
在一种无火花隙的放电器中，在静止状态下，一个漏电流流过非线性电阻元件，导致放电器体一定程度上变热。在放电器老化的过程中这一漏电流逐渐升高，从而导致放电器的平均温度的升高。
对一种无火花隙的放电器的受热进行测量可用于监测其老化状态。即便在带有火花隙的放电器中，对温度的测量也能说明放电器内的过程。此外关于放电器的其他运行参数的信息也是有其价值的。这些参数可以在封装壳体的内部测得。
为此，本发明的目的在于提供一种过电压防护放电器，以便特别简单方便地监测其运行状态和其老化状态，例如温度、电流、气体压力或气体湿度；本发明的目的还在于提供一种方法，以便可靠地监测放电器和提供有关放电器状态的信息。
上述目的通过一种用于高压或中压且具有一个放电器组件的过电压防护放电器来实现，该放电器组件具有至少一个非线性电阻元件并被气密封闭地安装在一个封装壳体中，所述放电器还具有一个与该放电器组件相配置的表面波传感器，按照本发明，所述表面波传感器安装在一个至少部分为金属质的壳体之内，该壳体沿所述放电器组件的轴向方向被插接到两个非线性电阻元件之间或在一个电阻元件和一个连接电极之间。
一种可无线问询的表面波传感器是一种无源声学带状元件(Bandelement)。对它说来，从外部，在放电器的封装壳体之外经过一根天线可发射一个电磁波形式的问询信号。该信号通过一根天线接收，并根据某物理参数(如表面波传感器的环境温度)以变化的形式被反射回去，之后通过一根在封装壳体外的天线再次被接收。该被测参数、尤其是过电压防护放电器的封装壳体内腔中的温度测定值，因而可供进一步处理，而无需对在封装壳体之外、放电器的底部安装的一个问询器提出更多要求，该被测参数例如可以借助一个光波导体经过无线电或经过一种其他的测量线继续传递至一个中央数据处理设备。
由不同表面波传感器反射回去的信号也可通过各表面波传感器编码，由此可毫无困难地区分并相应地整理多个紧邻的过电压防护放电器的信号。一个表面波传感器的性能基本上也可因该传感器的一个瞬时承受的过载而发生不可逆转的改变。因此也可借助表面波传感器变化的性能来确定一个在过去承受的过载。这一特性可用来记录放电器过载或完全失效。
在正常情况下，这种漏导电流仅流动极短时间，因此在极短时间内在放电器组件内有很多电能转变成热。这就导致放电器瞬时急剧变热，并以一种温度跃变的方式表现出来。表面传感器记录这种温度跃变。然后由这一温度跃变的温差乘以放电器材料的平均热容或者由一条相应的校准曲线计算出在放电器内转变的电能，或推算出漏导过程，以记录放电器的状态或促使维修。
为此，按照本发明，在放电器组件的温度呈阶跃式升高时，借助一个表面波传感器测量，由温差和热容来确定在放电器内转变的电能。
为此可以利用表面波传感器连续地记录温度值。然后一个静态应答单元连续地向表面波传感器发射信号并接收反射信号以进行计算。
然而也可以采用一个可移动式应答器，仅仅在维修情况下或周期性地问询一组放电器中的各表面波传感器。
本发明的过电压防护放电器的一个有利设计是：表面波传感器安装在一个至少部分为金属质的壳体之内。该壳体的壁或其他组成部分形成一个天线。该壳体沿放电器组件的轴向方向被置入两个非线性电阻元件之间或在一个非线性电阻元件和一个连接电极之间。
该金属壳体可典型地构造成带有端面盖板的铝制中空圆柱体。该金属壳体例如还可具有一个纵切口，该纵切口平行于放电器体的纵轴并作为缝隙天线接收和发射信号。这些信号在应答器和表面波传感器之间交换。为此，安装在金属壳体内部的表面波传感器的两根连接线与该壳体导电连接。
该金属壳体或其一部分也可构造成带状导体天线(补丁式天线-Patchantenne)，它由两层导电层及一层在这两导电层之间的介电层组成。
这种缝隙天线和带状导体天线或所谓的微波带传输天线(Micro-Strip-Antenne)例如由G.Meinke的书“高频技术手册”(Taschenbuch derHochfrequenztechnik，5.Auflage，Springer-Verlag，Berlin，Heidelberg，New York)以及由专业文章“Input Impedance and Radiation Pattern of Cylinderical-Retangular and Wraparound Microstrip Antennas”IEEE Transactions onAntennas and Propagation Vol.38，No.5，May 1990所公知。
此外有利的是：该壳体在漏导情况下导引漏导电流。
在这种情况下必须对该金属壳体的电流承受量进行设计，使得漏导电流可由该壳体承受，而该壳体或表面波传感器不因过热而受损害。
为此目的，该壳体与直接毗邻的非线性电阻元件粘合或通过弹簧压力接触。
此外，按本发明这么设计也是有利的，即：壳体构造成圆柱状，并装配进放电器组件的外轮廓。
在这种设计中不存在可能有利于放电的棱角，因而就产生一种高的介电稳定性。
本发明的另一有利设计是：表面波传感器被固定在壳体的一个与一个非线性电阻元件直接毗邻的内壁上。
由此，表面波传感器无较大滞后地取得毗邻非线性电阻元件的温度，所显示的温度因而可靠地代表了当前的放电器温度。
原则上也可设想在过电压防护放电器的气腔内将表面波传感器安装在放电器组件之外，以监测该过电压防护放电器的温度或另一个被测参数，如一种充填气体的气体密度或气体湿度。然而应该注意，表面波传感器需与天线绝缘良好地适配，即，不致引起电场的较大畸变。
下面借助一张附图所示本发明的一个实施例对本发明作进一步详细说明，附图中：
图1示意性地示出一个过电压防护放电器的结构；
图2示意性地示出一个放电器组件的结构，一个金属壳体插接在该放电器组件中；
图3示意性地示出一个具有表面波传感器的金属壳体的结构；
图4示意性地示出一个具有一个微波带传输天线的壳体；
图5示意性地示出一个具有一种层状壳体壁的壳体；
图6示意性地示出一个具有一个隔板的壳体，该隔板被设计成缝隙天线。
一种用于高压的过电压防护放电器1安置在一个基础2上。它由一个气密地包围一个放电器组件4的封装壳体3、封闭封装壳体3两端的密封配件5、6和场控制元件7、8等组成。该放电器组件4由圆柱状非线性电阻元件15、16、17、18组成，它们为非线性电阻，例如氧化锌电阻，在轴向由弹簧压力压在一起，或导电式地粘合，或由其他手段保持在一起。高压接线柱安置在配件5上，而地线接头则与配件6相连接。
在该放电器组件内，三个元件11、12、13用黑方块表示，它们分别代表一个表面波传感器19的一个壳体18。在该过电压防护放电器1的底部示出一个应答单元9，它经过一根天线发射高频电磁波，其中，波前象征性地用10表示。该电磁波由在壳体11、12、13内的表面波传感器的天线接收，并在通过各表面波传感器转换成相应的信号后反射到应答单元，这些转换信号相应于分别得到的被测参数(例如温度)。
在应答单元9之内，由反射的信号确定和存贮由各表面波传感器接收的局部被测参数(尤其是温度值)。这些参数能借助一根测量线14继续传递至一个观测所。
通过在放电器组件4中置入温度传感器，可以分别确定该放电器组件各相应点的温度。在因老化而导致放电器的静电流升高时，该放电器逐渐变热。这种变热可被相应地记录。如果这种变热局部不均匀地发生，那么就表明某些非线性电阻元件提前老化。
在漏导情况下，在极短时间内大量电能转变成热。这些热量只由充填在所述封装壳体3内的绝缘气体延迟，之后向外传递到该封装壳体3。突然的温度跃变可借助表面波传感器记录下来，进而提供有关转变的电能以及放电器的负荷的信息。
图2示意性地示出一段放电器组件4，它具有非线性电阻元件15、16、17、18。在非线性电阻元件16、17之间安置一个表面波传感器19的一个壳体18。在该壳体18内设置一个纵向切口20，其纵向平行于放电器组件4的轴线。该切口20用作接收和反射应答单元9的应答信号的天线。
该壳体18例如由铝或钢制成。它的壁厚应设计成使得它将漏导电流从非线性电阻元件16传递至非线性电阻元件17时不会变得过热。表面波传感器19借助其连接线与壳体18的两个不同点导电连接。
也可以如图4所示地设置：将一个“曲面补丁”或任意形式的带状导体天线装在壳体18上或组装到壳体18的外壁内。然后该外壁与表面波传感器19导电连接，并用于发射和接收信号。
如图5所示，壳体18的圆筒状壁还可至少部分地构造成由两层导电层和一层在这两层导电层之间的介电层组成的部件，这种部件同样可用作天线。
处于内部的导电层23为实心金属，承受漏导电流。在这一导电层上敷设一介电层24，例如PTEE。它的外面由另一导电层25覆盖。该导电层25只在所述壳体的一个端部26与所述实心金属层23导电连接。
如图6所示，该壳体的一个隔板27也可以一种天线的形式(例如一种缝隙天线)作为该壳体的组成部分。
该壳体也可构造成由平行于放电器组件4纵轴的导电棒组成的笼子。

Claims (5)

1.一种用于高压或中压且具有一个放电器组件(4)的过电压防护放电器(1)，该放电器组件(4)具有至少一个非线性电阻元件(16，17)并被气密封闭地安装在一个封装壳体(3)中，所述放电器(1)还具有一个与该放电器组件(4)相配置的表面波传感器，其特征在于：
所述表面波传感器(19)安装在一个至少部分为金属质的壳体(18)之内，该壳体沿所述放电器组件(4)的轴向方向被插接到两个非线性电阻元件(16、17)之间或在一个电阻元件和一个连接电极之间。
2.根据权利要求1所述的过电压防护放电器，其特征在于，所述壳体(18)的壁或其它组成部分构成一个天线。
3.根据权利要求1或2所述的过电压防护放电器，其特征在于：
所述壳体(18)在漏导情况下导引漏导电流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的过电压防护放电器，其特征在于：
所述壳体(18)构造成圆柱状，并装配进所述放电器组件(4)的外轮廓。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的过电压防护放电器，其特征在于：
所述表面波传感器(19)被固定在所述壳体(18)的一个与一个非线性电阻元件(17)直接毗邻的内壁或侧壁(21)上。
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