CN113625127A - 用于检测放电的感应装置、电气开关装置和方法 - Google Patents

用于检测放电的感应装置、电气开关装置和方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于电气设备中的放电的检测的感应装置。感应装置包括声学传感器以及具有漏斗区域的信号增强结构。声学传感器被定位在漏斗区域的顶点侧上的漏斗区域的外部。描述了一种电气开关装置。电气开关装置包括用于电气设备中的放电的检测的感应装置。感应装置包括声学传感器以及具有漏斗区域的信号增强结构。

Description

用于检测放电的感应装置、电气开关装置和方法
技术领域
本公开涉及用于电气设备(如电气开关装置)中的放电的检测的感应装置，具体涉及用于检测电气设备中的局部放电的感应装置。本公开的实施例涉及感应设备，感应设备包括外壳以及根据本文描述的实施例的感应装置。实施例涉及包括如本文所述的感应装置的电气开关装置。本公开的各方面涉及用于检测放电的方法，具体涉及用于检测局部放电的方法。
背景技术
电气设备中的放电(特别是某些类型的局部放电)可能会引起声波。声波由周围介质(特别是气体)中感应的短压力脉冲通过与放电相关联的能量释放而生成。声波(特别是特征性声音模式)也可能由外部影响引起，如电气设备上的维护工作、环境状况、外部机器或设备、或者甚至是入侵动物。当前，在不频繁的检查事件期间，对从电气设备(如电气开关装置)发出的声波进行测量。检查需要技术人员配备昂贵的测量设备。
因此，本公开的目标是至少部分地克服现有技术中的上述问题中的至少一些问题。
发明内容
如上所述，提供了用于电气设备中的放电的检测的感应装置。感应装置包括声学传感器以及具有漏斗区域的信号增强结构。声学传感器被定位在漏斗区域的顶点侧上的漏斗区域的外部。
在实施例中，提供了感应设备，感应设备包括外壳以及如本公开中所描述的感应装置。
在实施例中，提供了电气开关装置，电气开关装置包括如本公开中所描述的感应装置。
在实施例中，提供了电气开关装置，电气开关装置包括用于电气设备中的放电的检测的感应装置。感应装置包括声学传感器和具有漏斗区域的信号增强结构。
根据本公开的一方面，提供了用于检测放电(特别是局部放电)的方法。
通过从属权利要求、权利要求组合、说明书和附图，可以与本文描述的实施例结合的进一步的优点、特征、方面和细节显而易见。
附图说明
下文将参考附图来描述细节，其中：
图1a至图1c是根据本公开的实施例的感应装置的示意性截面视图；
图2是图示了根据本公开的实施例的感应装置的信号增强结构的示例性截面的图；
图3a至图3b是根据本公开的实施例的感应装置的示意性截面视图；
图4是根据本公开的实施例的感应装置的示意性截面视图；
图5是根据本公开的实施例的感应装置的示意性截面视图；以及
图6是根据本公开的实施例的包括感应装置的电气开关装置的示意性截面视图。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施例，在每个图中图示了其一个或多个示例。每个示例通过解释的方式提供，并且不意味着限制。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以在任何其他实施例上或与任何其他实施例结合使用来产生另一实施例。本公开旨在包括这种修改和变化。
在附图的以下描述中，相同的附图标记指代相同或相似的组件。通常，仅描述关于各个实施例的差异。除非另有说明，否则一个实施例中的一部分或一方面的描述也可以被应用于另一实施例中的对应部分或方面。
图1a是根据本公开的实施例的用于放电的检测的感应装置的示意性截面图。感应装置100包括声学传感器110和信号增强结构120。信号增强结构具有漏斗区域122。信号增强结构特别是声波信号增强结构。声学传感器110被定位在漏斗区域的顶点侧上的漏斗区域122的外部。声学传感器110可以被附接到印刷电路板112。
声学传感器可以包括或者可以是麦克风，特别是MEMS麦克风。MEMS麦克风可以是现有的MEMS麦克风。特别地，MEMS麦克风与消费产品(如智能电话)中使用的MEMS麦克风相似或相同。可以提供与低成本相关联的感应装置。
漏斗区域的顶点与声学传感器110之间的距离可以小于例如4mm、3mm或2mm。在实施例中，声学传感器被定位在漏斗区域的顶点处。漏斗区域的顶点也可以被理解为漏斗区域的起点。
信号增强结构可以被成形为，以便至少部分地模仿人或动物的外耳(特别是耳廓或声管)的作用。感应结构实质上可以增强声学测量的灵敏度，特别是关于低振幅信号的灵敏度。
通常，对于放电的检测，要感应的声波通常非常微弱。检测程序通常必须应对极小的信噪比。通常，特别是在使用标准MEMS麦克风时，可能会导致无法检测放电，特别是局部放电。
在图1中所示的实施例中，在漏斗区域122中，信号增强结构120的表面的一部分是锥形表面。通常，在漏斗区域122中，信号增强结构120的表面的至少一部分可以是锥形表面。表面的该部分可以例如比漏斗区域中的信号增强结构的总表面大25％、50％或75％。在本公开的上下文中，信号增强结构的表面特别地应被理解为信号增强结构的内表面，更特别地为漏斗区域中的内表面。信号增强结构的形状可以至少部分地与历史助听器设备(特别是号角状助听器)的形状相比。
感应装置可以有助于电气设备中(特别是电气开关装置中)的声发射的在线监测在经济上可行。特别地，可以启用连续监测。
在该实施例和其他实施例中，信号增强结构的入口面积与出口面积之间的比率可以大于10。信号增强结构的入口面积与出口面积之间的比率可以小于40000。入口面积特别是漏斗区域的较大开口的面积。出口面积特别是漏斗区域的较小开口的面积。
图1b是根据本公开的实施例的用于放电的检测的感应装置的示意性截面视图。在漏斗区域122中，信号增强结构120的表面的一部分具有抛物线状的截面。通常，信号增强结构的表面的至少一部分可以具有抛物线状(特别是抛物线)的截面。表面的该部分可以例如比漏斗区域中的信号增强结构的总表面大25％、50％或75％。感应装置的测量灵敏度可以被增强。信号增强结构的形状可以至少部分地与定向麦克风的形状相比。声学传感器被定位在漏斗区域的外部，并且因此特别地不在信号增强结构的焦点中。测量灵敏度可以在不过度增加方向特异性的情况下被增强。由于大音量而产生的声信号可以以高灵敏度来检测。
图1c是根据本公开的实施例的用于放电的检测的感应装置的示意性截面视图。在漏斗区域122中，信号增强结构120的表面的一部分具有指数状的截面。通常，信号增强结构的表面的至少一部分可以具有指数状(特别是指数形)的截面。表面的该部分可以例如比漏斗区域中的信号增强结构的总表面大25％、50％或75％。
信号增强结构的形状可以特别经由声音振幅的增大而导致测量灵敏度增强。指数漏斗的传递函数还具有高通特性。适当的指数形状可以允许滤除低频。
由于信号增强结构的声频响应传递性质，不需要的低频声波可以被滤除。极限频率可以由漏斗区域截面的指数的适当选择来限定。在漏斗中，截面S随着轴向位置x呈指数变化，例如：
S(x)＝S(0)*exp(2∈x)
其中∈是实值开口因子，仅频率超过极限
ωlimit＝∈c的波可以传播。这里，c表示在所考虑的介质中声音的速度。
在实施例中，信号增强结构可以被配置为截止频率低于例如16kHz、20kHz或24kHz的高通滤波器。信号增强结构可以被配置为截止频率高于例如8kHz、10kHz或12kHz的高通滤波器。
图2是图示了根据本公开的实施例的感应装置的信号增强结构的示例性截面的图。曲线相应地涉及信号增强结构的上半部。曲线表示根据距漏斗区域的顶点的距离d的漏斗区域的半径r。特别地，漏斗区域的较小开口位于漏斗区域的顶点处。图2示出了与抛物线轮廓漏斗区域有关的第一曲线202、与圆锥形漏斗区域有关的第二曲线204以及与指数轮廓漏斗区域有关的第三曲线206。
漏斗区域的较小开口可以具有大于例如0.2mm、0.4mm或0.6mm的直径。漏斗区域的较小开口可以具有小于例如0.8mm、1.0mm或1.2mm的直径。例如，漏斗区域的较小开口可以具有0.6mm、0.7mm或0.8mm的直径。
与图2右侧相对应的漏斗区域的较大开口可以具有大于16mm、18mm或20mm的直径。漏斗区域的较大开口可以具有小于21mm、23mm或25mm的直径。例如，漏斗区域的较大开口可以具有20.5mm、20.7mm或20.9mm的直径。
可能的曲线函数的示例(其中d以mm为单位)是：
锥形形状：r≈0.35mm+dmm；
抛物线形状：
Figure BDA0003051593560000051
指数形状：r≈[-3.40+3.75*exp(0.13d)]mm。
在实施例中，漏斗可以包括杆部。在杆部中，信号增强结构的内表面可以是柱形表面。杆部未在图2中描绘。
压力波的总体增强在很大程度上通过漏斗的入口面积和出口面积的总比率来确定。与声传输和增强因子有关的优化可以导致特别好的测量灵敏度。
通常，关于图1至图2描述的信号增强结构的各种形状可以被组合。在所得的感应装置的漏斗区域中，信号增强结构的第一部分可以具有第一形状的截面，并且信号增强结构的第二部分可以具有第二形状的截面。例如，信号增强结构的第一部分可以具有锥形表面，而信号增强结构的第二部分可以具有抛物线状的截面。
图3a是根据本公开的实施例的感应装置的示意性截面视图。与图1a至图1c中所示的示例相反，漏斗区域不是由壁中的凹槽形成。相反，漏斗区域122由信号增强结构120形成，信号增强结构120相对于漏斗区域122的轴向长度具有薄壁。结构的壁厚度与漏斗区域的轴向长度之间的比率可以小于例如0.3、0.2或0.1。可以节省材料并且可以提供特别轻的感应装置。图3b示出了图3a中描绘的感应装置的变型。
图4是根据本公开的实施例的感应装置的示意性截面视图。感应装置至少基本上对应于图1a至图1c中所示的示例。如图4中所示，声学传感器110可以被定位在距印刷电路板112一定距离的位置处。
在实施例中，声学传感器110与印刷电路板112之间的距离可以大于例如0.3mm、0.5mm或1mm。在图4中所示的示例中，传感器110被定位在附接到印刷电路板112的连杆402上。通常，声学传感器可以被定位在任何有助于提高声学传感器的安装的结构上。
图5是根据本公开的实施例的感应设备的示意性截面视图。感应设备包括外壳510以及根据本文描述的实施例的感应装置100。如图5中所示，感应装置100的信号增强结构120可以被嵌入到外壳510中。特别地，漏斗区域122由外壳510中的凹槽形成。可以提供特别紧凑的感应设备。可以避免从感应设备突出到开放空间中的结构。例如，如果感应设备被定位在电气设备内部，则可以避免突出到电气设备的内部空间(特别是隔室)中的结构。
类似于以上关于感应设备所描述的，本文描述的感应装置也可以被并入任何其他设备中。这是有可能的，特别是由于所提出的感应结构高度紧凑。在实施例中，感应结构可以占据例如小于5、3或2立方厘米的范围内的空间。感应结构可以占据例如大约1、1.5或2立方厘米。将感应装置包括在通常存在于电气设备(如电气开关装置)中的设备中可能是特别有利的。感应装置可以被并入例如温度传感器、红外传感器、湿度传感器或通信单元中。
根据另一方面，本文描述的感应装置也可以被定位在现有设备的外壳的外部，但是使用设备的电子功能或支持功能中的至少一个功能。例如，感应结构可以被配置为使用现有设备的电源或通信连接。将感应装置定位在特别有利的点处可能会有帮助，例如靠近强介电负载的部件，并且因此对于局部放电至关重要。
图6是包括用于电气设备中的放电的检测的感应装置的电气开关装置的示意性截面视图，其中感应装置包括声学传感器以及具有漏斗区域的信号增强结构。感应装置可以对应于本公开中特别关于图1至图4所描述的感应装置。
电气开关装置可以是中压或高压电气开关装置。电气开关装置可以包括第一隔室610。感应装置100可以被定位为使得其被声学地链接到第一隔室610。例如，感应装置可以被附接到隔室的壁，特别地附接到壁的外侧或内侧。将感应装置附接到隔室壁的外侧可以防止干扰介电强度。
感应装置100可以是感应设备500的一部分。在实施例中，感应装置可以被定位在第一隔室内。根据一方面，感应装置100可以被定位在预期的感兴趣的声源附近。
电气开关装置可以包括根据本文描述的实施例的另一感应装置500。另一感应装置620可以被声学地链接到第二隔室620。两个感应装置500可以被连接到公共控制器。
本公开还涉及用于检测放电(特别是局部放电)的方法。该方法包括操作根据本公开的实施例的感应装置来检测放电。

Claims (20)

1.一种用于电气设备中的放电的检测的感应装置，其中所述感应装置包括声学传感器以及具有漏斗区域的信号增强结构，并且其中所述声学传感器被定位在所述漏斗区域的顶点侧上的所述漏斗区域的外部。
2.根据权利要求1所述的感应装置，其中在所述漏斗区域中，所述信号增强结构的表面的一部分是锥形表面的一部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的感应装置，其中在所述漏斗区域中，所述信号增强结构的表面的一部分具有抛物线状的截面。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的感应装置，其中在所述漏斗区域中，所述信号增强结构的表面的一部分具有指数状的截面。
5.根据权利要求4所述的感应装置，其中所述信号增强结构被配置为截止频率低于20kHz的高通滤波器。
6.根据权利要求4所述的感应装置，其中所述信号增强结构被配置为截止频率高于10kHz的高通滤波器。
7.根据权利要求5所述的感应装置，其中所述信号增强结构被配置为截止频率高于10kHz的高通滤波器。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的感应装置，其中所述信号增强结构的入口面积与出口面积之间的比率大于10。
9.根据权利要求4所述的感应装置，其中所述信号增强结构的入口面积与出口面积之间的比率大于10。
10.根据权利要求5所述的感应装置，其中所述信号增强结构的入口面积与出口面积之间的比率大于10。
11.根据权利要求1或2中任一项所述的感应装置，其中所述信号增强结构的入口面积与出口面积之间的比率小于40000。
12.根据权利要求1或2中任一项所述的感应装置，其中所述声学传感器包括MEMS麦克风。
13.一种感应设备，包括外壳和根据权利要求1或2中任一项所述的感应装置，其中所述感应装置的所述信号增强结构被嵌入所述外壳中。
14.一种电气开关装置，包括用于电气设备中的放电的检测的感应装置，其中所述感应装置包括声学传感器和具有漏斗区域的信号增强结构。
15.根据权利要求14所述的电气开关装置，其中所述放电是局部放电。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的电气开关装置，其中所述声学传感器被定位在所述漏斗区域的顶点侧上的所述漏斗区域的外部。
17.根据权利要求14或15中任一项所述的电气开关装置，包括第一隔室，其中所述感应装置被定位为使得其与所述第一隔室在声学上链接。
18.根据权利要求17所述的电气开关装置，其中所述感应装置被安装到所述第一隔室的壁。
19.根据权利要求14或15中任一项所述的电气开关装置，包括另一感应装置，所述另一感应装置具有声学传感器以及具有漏斗区域的信号增强结构，其中所述感应装置和所述另一感应装置被连接至公共控制器。
20.一种用于检测放电的方法，所述方法包括：操作根据权利要求1或2中任一项所述的感应装置。
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