CN114222925B - 金属封装的开关设备上的电压的测量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量金属封装的开关设备(1)的电压的测量装置(7)。所述测量装置(7)包括电气线路(19)，导电的测量电极(21)，所述测量电极围绕电气线路(19)的第一线路部段(19.1)并与电气线路(19)电绝缘，以及包括导电的场控电极(23)，所述场控电极与电气线路(19)和测量电极(21)电绝缘并且具有围绕测量电极(21)的第一场控电极部段(23.1)。

Description

金属封装的开关设备上的电压的测量
本发明涉及一种用于测量金属封装的开关设备的电压的测量装置和方法。
金属封装的开关设备是一种具有金属壳体的开关设备，其通常接地。这种开关设备例如是所谓的死罐型功率开关和断路器和/或气体绝缘开关设备。通常，这种开关设备具有电压转换器，用于测量和监视开关设备的电压。特别是，在设计为高压开关的开关设备的情况下，根据场探头的原理，通常通过承载电压的初级线和测量电极之间的电容耦合来测量电压。为此，测量电极被布置在紧邻初级线的附近。例如，测量电极布置在开关设备的壳体中或围绕初级线延伸的附加法兰环中。
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于测量金属封装的开关设备的电压的改进的测量装置和一种改进方法。
本发明的技术问题通过具有权利要求1特征的测量装置、具有权利要求10特征的方法和具有权利要求11特征的开关设备解决。
本发明的有益实施例是从属权利要求的技术方案。
根据本发明用于测量金属封装的开关设备的电压的测量装置包括电气线路、围绕该电气线路的第一线路部段并与电气线路电绝缘的导电的测量电极、以及与电气线路和测量电极电绝缘并具有第一场控电极部段的导电的场控电极，第一场控电极部段包围测量电极。
测量电极和电气线路形成一个电容器，用于电容式检测位于电气线路上的相对于参考电位的电压，并通过该电压可以测量在测量电极处相对于参考电位的电压。在此，测量电极设置在场控电极内。因此，与将测量电极布置在场控电极外的设计相比，测量电极和场控电极设计为具有有利的节省空间性，因为在测量电极布置在场控电极外的情况中，测量电极和场控电极必须沿着电气线路先后依次排列，因为由于场控电极的屏蔽作用，例如测量电极围绕场控电极的布置是不可能的。此外，测量电极可以安装在场控电极内部，无需额外的组件用于将其固定到场控电极的外部。
在测量装置的设计中，场控电极具有第二场控电极部段，其围绕着电气线路的第二线路部段，并且在垂直于电气线路的平面上具有比第一场控电极部段更小的最大直径。换言之，场控电极在第一场控电极部段的区域中比第二场控电极部段中更宽，以便能够有利地在第一场控电极部段中容纳测量电极。
在测量装置的另一实施例中，测量电极具有U形型廓，其具有两个背离电气线路的边段。两个边段尤其具有弯曲构造的边段端部区域，用于避免边段端部区域和场控电极之间很高的电场强度。
在测量装置的另一实施例中，场控电极由场控电极区段组成，这些场控电极区段先后依次沿着围绕电气线路延伸的路径布置。因此，可以节省用于生产场控电极的材料。此外，例如用于接触测量电极的电缆可以在场控电极区段之间穿过。
在测量装置的另一实施例中，测量电极由测量电极区段组成，这些测量电极区段先后依次沿着围绕电气线路延伸的路径布置。因此，可以节省用于生产测量电极的材料。此外，例如在不同的测量电极区段上的测量电压被测量并且为了确定在电气线路上的电压被取平均值。
该测量装置的另一实施例具有被场控电极包围的测量线圈，其与场控电极、电气线路和测量电极电绝缘并围绕电气线路延伸。例如，测量线圈被设计为罗氏线圈(Rogowskispule)。测量线圈例如布置在测量电极和场控电极之间，或者测量电极和测量线圈沿着电气线路先后依次排列。除了电气线路上的电压外，测量线圈还可以通过测量线圈中感应的感应电压来测量电气线路中流动的电流。测量线圈在场控电极内的布置有利地实现具有测量线圈的测量装置的紧凑和节省空间的实施方式。
在用于测量根据前述权利要求任一项所述的测量装置的电气线路上相对于参考电位的电压的根据本发明的方法中，测量相对于参考电位位于测量装置的测量电极处的测量电压，并且由所述测量电压得出在测量装置的电气线路上相对于参考电位的电压。根据本发明的方法利用了测量电极处的测量电压与电气线路上的电压成正比(分别相对于参考电位)。
按照本发明的用于中断和闭合电流路径的金属封装的开关设备(例如功率开关或断路器)具有按照本发明的测量装置，其中电流路径引导通过测量装置的电气线路。根据本发明的开关设备的优点从按照本发明的测量装置的上述优点得出。
本发明的开关设备的实施例规定，所述测量装置的场控电极置于地电位上。这有利地避免了场控电极具有不希望的电势。
按照本发明的开关设备的一个实施例具有金属的壳体和通入所述壳体的套管，其中，测量装置的电气线路延伸穿过套管，并且场控电极布置在套管中。场控电极并且以此甚至测量电极在通入开关设备的壳体中的套管中的布置相对于在壳体中的布置具有优点：壳体不必为场控电极提供任何安装空间，因此可以实施得更加紧凑。
本发明上述的特性、特征和优点，以及实现它们的方式方法在结合以下实施例的描述中变得更加清晰和容易理解，这些实施例结合附图进一步被阐述。在附图中：
图1为开关设备实施例的剖面示意图，
图2为用于测量电压的测量装置的第一实施例的剖面图，
图3为用于测量电压的测量装置的第二实施例的剖面图，
图4为用于测量电压的测量装置的第三实施例的剖面图，
图5为用于测量电压的测量装置的第四实施例的剖面图。
相应的部件在图中提供了相同的参考标记。
附图1(图1)示出了用于中断和闭合电流路径的按照本发明的金属封装的开关设备1的实施例的剖视图。开关设备1例如是功率开关或断路器。开关设备1具有金属的壳体3、进入壳体3的套管5和用于测量电压的测量装置7的第一实施例。开关设备1仅在套管5的区域上示出，因为只有该区域与本发明有关。
该套管5具有漏斗形绝缘体9、法兰11和盖子13。绝缘体9由电绝缘材料制成，它从壳体3的壳体开口15延伸出去，具有截锥形的外表面，并且随着与壳体开口15的距离的增加而逐渐变细。法兰11在壳体3上环形围绕着绝缘体9的壳体侧端部延伸并将绝缘体9固定到壳体3上。除了盖子开口17，盖子13封闭绝缘体9的远离壳体3的端部。
附图2(图2)示出了图1所示的开关设备1的测量装置7的放大的剖面示意图。该测量装置7包括电气线路19、导电的测量电极21和导电的场控电极23。电气线路19、测量电极21和场控电极23相互电绝缘。
电气线路19通过盖子开口17进入套管5，并通过套管5进入壳体3，并且是电流路径的一部分，电流路径被开关设备1中断和闭合。
测量电极21环形地包围电气线路19的第一线路部段19.1。测量电极21具有U形型廓，其具有两个背离电气线路19的两个边段21.1、21.2。
场控电极23实施为漏斗形。场控电极23的第一场控电极部段23.1包围测量电极21。场控电极23的第二场控电极部段23.2包围着电气线路19的第二线路部段19.2，其连接在第一线路部段19.1上。在第一场控电极部段23.1和第二场控电极部段23.2之间，场控电极23具有阶梯式过渡区域23.3，其中其直径在垂直于电气线路19的平面上从第一场控电极部段23.1朝向第二场控电极部段23.2减小。第二场控电极部段23.2随着与第一场控电极部段23.1的距离的增加逐渐变窄直至场控电极23的终端区域23.4，终端区域23.4远离电气线路19地弯曲。
在开关设备1的运行中，场控电极23和壳体3被置于地电位上。测量电极21和电气线路19形成柱形电容器，借助其电容式地测量电压，所述电压(相对参考电位)位于电气线路19上。为此目的，测量位于测量电极21处的相对参考电位的测量电压，并从所述测量电压得出电气线路19上的相对于参考电位的电压。测量电压例如在与测量电极21电连接的(未示出的)电缆上被截取，该电缆电绝缘地通过场控电极23或从场控电极23引出。
图1所示的开关设备1的实施例可以通过多种方式进行修改。特别地，开关设备1可以具有如下图3或图4所示的测量装置7而不是图2所示的测量装置7。此外，测量电极21和场控电极23可以布置在壳体3中而不是套管5中。
附图3(图3)示出了根据本发明的测量装置7的第二实施例的剖面示意图。本实施例与图1和图2所示的实施例的不同之处基本上在于，除了电气线路19、测量电极21和场控电极23之外还有测量线圈25，其环形绕着在电气线路19的第一线路部段19.1和第二线路部段19.2之间的第三线路部段19.3延伸，并且与测量电极21一起被第一场控电极部段23.1包围。测量线圈25被设计为罗氏线圈并与电气线路19、测量电极21和场控电极23电气绝缘。测量线圈25测量在电气线路19中流动的电流。为此目的，测量测量线圈25中感应的感应电压，并从感应电压确定在电气线路19中流动的电流。例如，感应电压在与测量电极21的电连接的(未示出)电缆之间被截取，所述电缆电绝缘地通过场控电极23或由场控电极23引出。
附图4(图4)示出根据本发明的测量装置7的第三实施例的剖面示意图。该实施例与图3所示的实施例的主要区别在于，测量线圈25设置在测量电极21和场控电极23之间并且设置在测量电极21的两个边段21.1和21.2之间。
附图5(图5)示出了根据本发明的测量装置7的第四实施例的在垂直于电气线路19的剖面上的剖视图。本实施例中，场控电极23由两个场控电极区段23.5、23.6组成，两个场控电极区段沿着围绕电气线路19延伸的路径先后相继布置并彼此保持距离，测量电极21由两个测量电极区段21.3、21.4构成，它们沿着围绕电气线路19延伸的路径先后相继布置并彼此保持距离。除了场控电极23和测量电极21的分段设计外，测量装置7可以如图2至图4中的一个所述形成。
图2至图5所示的测量装置7的实施例可以以各种方式进一步设计。例如，测量电极21可以全部或部分地被浇铸到浇铸体中，例如在环氧树脂中，并且通过浇铸体连接到场控电极23，但不与场控电极23电连接。此外，在图3和图4所示的实施例中，测量线圈25可以全部或部分浇铸到浇铸体中，例如环氧树脂中，并且通过浇铸体连接到场控电极23和/或测量电极21，但不与场控电极23或测量电极21电连接。此外，测量电极21可以设计成例如导电膜。此外，场控电极23和/或测量电极21可以具有窗口状开口。如图5所示的实施例可以这样进行修改，例如，场控电极23具有两个以上的场控电极区段23.5、23.6和/或测量电极21具有两个以上的测量电极区段21.3、21.4。
尽管本发明已经通过优选实施例进行了更详细的说明和描述，但本发明不受所公开实施例的限制，并且本领域技术人员可以从中衍生出其它变体，而不会脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于测量金属封装的开关设备(1)的电压的测量装置(7)，所述测量装置(7)包括：
-电气线路(19)，
-导电的测量电极(21)，所述测量电极(21)围绕电气线路(19)的第一线路部段(19.1)并与电气线路(19)电绝缘，以及
-导电的场控电极(23)，所述场控电极(23)与电气线路(19)和测量电极(21)电绝缘，
-其中场控电极(23)具有围绕测量电极(21)的第一场控电极部段(23.1)，
-其中，测量装置(7)具有被场控电极(23)包围的测量线圈(25)用于电流测量，其中，测量线圈(25)与场控电极(23)、电气线路(19)和测量电极(21)电绝缘并且围绕电气线路(19)延伸，其中，所述测量线圈(25)设计成罗氏线圈，所述测量电极(21)和测量线圈(25)沿电气线路(19)先后依次布置。
2.根据权利要求1所述的测量装置(7)，其特征在于，场控电极(23)具有第二场控电极部段(23.2)，所述第二场控电极部段包围电气线路(19)的第二线路部段(19.2)并且在垂直于该电气线路(19)的平面上具有比第一场控电极部段(23.1)更小的最大直径。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置(7)，其特征在于，所述测量电极(21)具有U形型廓，该U形型廓具有两个背离电气线路(19)的边段(21.1、21.2)。
4.根据权利要求1所述的测量装置(7)，其中，场控电极(23)由场控电极区段(23.5、23.6)组成，这些场控电极区段沿着绕电气线路(19)延伸的路径先后依次布置。
5.根据权利要求1所述的测量装置(7)，其中，测量电极(21)由测量电极区段(21.3、21.4)组成，这些测量电极区段沿着围绕电气线路(19)延伸的路径先后依次布置。
6.根据权利要求1所述的测量装置(7)，其中，所述测量线圈(25)布置在测量电极(21)和场控电极(23)之间。
7.一种用于测量根据前述权利要求任一项所述的测量装置(7)的电气线路(19)上相对于参考电位的电压的方法，其中测量电压被测量，所述测量电压相对于参考电位、位于测量装置(7)的测量电极(21)上，并且由所述测量电压得出在测量装置(7)的电气线路(19)上相对于参考电位的电压。
8.一种金属封装的开关设备(1)，其用于断开和闭合电流路径，所述电流路径具有根据权利要求1至6任一项所述的测量装置(7)，其中电流路径引导通过测量装置(7)的电气线路(19)。
9.根据权利要求8所述的开关设备(1)，其中，所述测量装置(7)的场控电极(23)置于地电位上。
10.根据权利要求8或9所述的开关设备(1)，其具有金属的壳体(3)和通入所述壳体(3)的套管(5)，其中，测量装置(7)的电气线路(19)延伸穿过套管(5)，并且场控电极(23)布置在套管(5)中。
11.根据权利要求8所述的开关设备(1)，其中，开关设备(1)是功率开关或断路器。
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