CN115939789A - 配电系统中传感器的电连接 - Google Patents

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Abstract

一种电联接到中压或高压配电系统的导体的传感器，所述传感器包括主体和导电接触构件，所述导电接触构件是具有圆形形状的螺旋弹簧。

Description

配电系统中传感器的电连接
技术领域
本公开涉及配电系统中的感测，并且更具体地涉及电压互感器，其一些实施例特别适合于高压(HV)和/或中压(MV)环境中的计量和/或保护，例如MV开关设备、控制设备和电力互感器。
背景技术
传感器已经在电力传输和分配系统的各种部件中实现。例如，在MV和HV配电系统中，电阻或电容电压传感器已经被实现为独立的电压传感器(有时称为低功率电压互感器(LPVTs))，用于计量和/或保护(例如，用于保护继电器)的电压测量。这种传感器也已经被结合到一些部件中，例如套管、绝缘体和T形连接器，例如在HV或MV开关设备、控制设备和电力变压器中使用的那些。
设计能够在被监控电压的变化上以及在高电场下(例如，由于相邻相位)和在额外的静电噪声下提供所需的、可靠的和精确的电压测量(例如，存在、幅度和相位)的传感器在技术上仍然具有挑战性。
更具体地，传感器通常需要经由连接区域直接电联接到中压或高压下的导体，以获得较低的电压测量值，该较低的电压测量值然后可以被处理为用于计量和/或保护的输出信号。然而，由于这种联接可能处于高介电应力下，因此可能导致电弧放电，这对于配电系统的安全以及因此附近工作人员的安全是一种风险。
为了缓解这些问题，已知使用电场偏转器围绕传感器和MV/HV导体之间的连接区域，这增加了爬电距离并且局部地降低了电场，使得电弧不再可能发生。
然而，增加偏转器需要传感器具有更复杂的几何形状。此外，使用偏转器会提高传感器相对于MV或HV导体的定位精度，这可能不容易实现。
因此，仍然需要改进的传感器，其非常适于提供精确的电压测量，优选地非常适于用在现有的配电设备中，例如开关设备、控制设备、电力变压器，和/或优选地非常适于成本有效地制造。
发明内容
本公开描述了一种传感器，其被电联接和机械联接到中压或高压配电系统的导电杆，该传感器包括主体和导电接触构件，该主体和导电接触构件在附接点处附接在一起，该导电接触构件是通过将线缠绕成从附接点延伸的圆形而形成的螺旋弹簧。
本公开还描述了一种包括传感器和中压或高压配电系统的装置，该中压或高压配电系统包括沿纵向方向延伸的导电杆，传感器固定到配电系统的支撑元件，以垂直于纵向方向定位并与导电杆电接触。
在从属权利要求中阐述了本发明的特定实施例。
下面详细讨论这些和其他方面以及实施例。前述信息和以下详细描述包括各种方面和实施例的说明性示例，并提供了用于理解所要求保护的方面和实施例的性质和特征的概述或框架。附图提供了对各种方面和实施例的说明和进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图与说明书的其余部分一起用于描述和解释要求保护的方面和实施例。
附图说明
参考附图来描述具体说明书。在所有附图中，相同的数字用于指代相似的特征和部件。现在仅通过示例并参考附图来描述本公开的一些实施例，其中：
图1是根据本公开实施例的配电系统的局部视图，包括母线和传感器。
图2是图1的传感器的前视图。
图3是图2的传感器的导电接触构件的透视图。
图4是图2和图3的传感器的导电接触构件的俯视图。
图5是沿着图4的平面X-X的图3的传感器的导电接触构件的截面图。
具体实施方式
本文中的术语“包括”、“包含”、“含有”、“涉及”及其变型意味着包含其后列出的项目、其等同物和附加项目，以及由其后专门列出的项目组成的替代实施例。
这里使用的短语“实施例”不一定指同一实施例，尽管它可能指同一实施例。此外，“一”、“一个”和“该”的含义包括复数含义；因此，例如，“实施例”不限于单个实施例，而是指一个或多个实施例。类似地，短语“一个实施例”不一定指同一实施例，并且不限于单个实施例。如本文所使用的，术语“或”是包含性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”，除非上下文明确指出不是这样。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的额外因素，除非上下文中另有明确规定。
此外，如本文所使用的，除非上下文明确指出，否则术语“联接”是指直接连接或通过一个或多个中间组件间接连接，并且在某些上下文中，还可以表示或包括电联接，例如导电联接、电容耦合和/或电感耦合。此外，“导电联接(连接)”和“电联接(连接)”以及类似的变体，每一个都是指经由一个或多个中间部件联接(连接)，所述中间部件允许经由传导电流进行能量传递。术语“机械地”指的是与另一个部件直接接触，并且在某些情况下，也可以指部件之间机械力的传递。
此外，应当理解，在此使用的术语，例如“顶”、“上”、“底”、“下”、“侧”等，仅仅是为了参考附图中呈现的各种视图的方便和容易而约定的，并不另外对根据本公开的传感器的整体设计和/或取向施加任何限制。
此外，为了便于引用，如本文所用，术语“传导的”或“导体”指的是导电的或电导体(而不是，例如，导热性)，除非上下文另有明确规定。在这点上，将进一步理解，这里使用的术语“导电的”是指材料或部件的导电性(例如，与绝缘体或电介质相反)，而不是指材料或部件是否主动传导电流或者甚至被配置为传导电流，尽管一些导体可以被配置为传导电流。
为了清楚起见，虽然术语中压和高压在各种标准中可能具有不同的定义，或者可以理解为在各种上下文中具有不同的含义，但是如本文所使用的，中压可以指在大约1KV到大约52KV范围内的交流(AC)均方根(rms)电压，或者指在大约1.5KV到大约75KV范围内的直流(DC)电压；高压可以指大于约52KV的交流(AC)rms电压或大于约75KV的直流(DC)电压。然而，通过随后的公开可以理解，根据本公开的实施例不限于特定的电压或电压范围。
参考图1，示出了配电系统1的局部视图，其具有沿纵向方向D延伸的MV或HV导电杆2。导电杆2，以下也称为母线，可以容纳在开关设备、配电盘和母线槽外壳内，以连接电气开关站处的MV或HV设备。
母线2通常是未绝缘的导电杆，并且具有足够的刚度，以通过绝缘柱支撑在空气或绝缘气体中。母线2可以制成各种形状，例如扁平条、实心杆或圆柱形棒，并且通常由铜、黄铜或铝构成为实心或空心管。
参考图1，传感器3可以用于通过导电联接到一条母线2来执行配电系统的一个相上的电压测量。传感器3也可以用于计量，特别是相移计量，和/或用于用从流入母线2的电流中得到的低电压给配电系统的各种辅助产品供电。为此，传感器3有利地垂直于母线2的纵向方向D设置，并且可以固定到位于母线2附近的金属板4或任何其他支撑元件上。可以使用几个传感器来监控配电系统的每一相，即每相一个传感器。
如图2中更具体示出的，传感器3包括主体5和导电接触构件6。
主体5由绝缘材料制成，例如环氧树脂，并且可以具有任何形状和尺寸，例如圆柱形、立方形或其它形状，具有或不具有裙部。如图2所示，主体具有圆柱形形状。
导电接触构件6例如使用螺栓和垫圈经由附接点7电连接到主体5。然而，在导电接触构件6和主体5之间也可以采用其他附接方式，包括焊接、铆接等。
电子元件可以嵌入主体5中，并经由附接点7与导电接触构件6电联接，例如以形成电容、电阻和/或电感分压器，并提供传感器3的输出信号。电子元件可以设置在印刷电路板(未示出)之上或之中，该印刷电路板安装并包覆成型在主体5中。
图3是体现本公开的导电接触构件6的透视图。
导电接触构件6包括具有多匝9a、9b、9c等的螺旋弹簧8。螺旋弹簧8通过缠绕由导电材料如不锈钢制成的线制成。线可以具有大约2.5毫米的直径。
参照图3，螺旋弹簧8在下端10a和上端10b之间延伸，下端10a将电联接和机械联接到母线2，上端10b将附接到主体5。下端10a和上端10b彼此背对，导电接触构件在竖直方向Z上延伸，如图3、图4和图5所示。
螺旋弹簧8(未变形时)在竖直方向Z上的长度L，如图5所示，在20和50毫米之间，优选等于35毫米。螺旋弹簧8可以在竖直方向Z上弹性变形，从而当螺旋弹簧8被压缩时，长度L减小。
在图5上也可见的下端10a对应于线的一端，并且也可以对应于限定外部端表面的线的最后一匝。同样如图5所示，下端10a在外部端表面内向内弯曲，以避免其尖端处的任何介电应力。
外部端表面在导电接触构件6的内部和外部之间形成开口，该开口优选为圆形。因此，术语“外部端表面”是指在下端10a附近与螺旋弹簧8的最后一匝相交的虚拟表面，如图5中的实线A所示。外部端表面有利地横向于竖直方向Z，竖直方向Z穿过外部端表面的重心。外部端表面对应于传感器5的连接区域，该连接区域将被电联接和机械联接到母线2，如下面详细描述的。
在图4和图5上也可见的上端10b对应于线的另一端，其将在附接点7处固定到主体5。特别地，上端10b可以在附接点7处自身卷起。从附接点7或上端10b开始，螺旋弹簧8是螺旋形的，即，线在竖直方向Z上移动的同时以规定的螺距绕竖直方向Z转动。
螺旋弹簧8还限定了外部侧表面。术语“外部侧表面”是指与所有匝9a、9b、9c等相交的虚拟表面，如图5的横截面中的虚线B所示。有利地，螺旋弹簧8的外部侧表面围绕竖直方向Z旋转对称。
螺旋弹簧8优选地具有从附接点7延伸的圆形形状。为此，螺旋弹簧8可以通过将线缠绕成圆形线圈架来形成。
术语“圆形”意味着包围螺旋弹簧8的任何弯曲的外部侧表面。此外，螺旋弹簧的外部侧表面不包括任何锐边或尖角。在横截面中，螺旋弹簧8的外部侧表面可以是回转椭球体或椭球体的一部分。
更准确地说，外部侧表面可以具有球冠或球形圆顶的形状，即球体的一部分(被包括外部端表面的平面切割的球体)。
螺旋弹簧8具有位于下端10a和上端10b之间的最大半径Rmax和位于外部端表面处的半径Rmin。最大半径Rmax例如等于大约25毫米，半径Rmin例如等于大约20毫米。
通过将传感器3定位在垂直于纵向方向D的方向上，可以与母线2建立电和机械连接，使得导电接触构件6与母线2的未绝缘接触表面的一部分直接接触，并且螺旋弹簧8在竖直方向Z上被弹性压缩。因此，螺旋弹簧8，更准确地说，至少螺旋弹簧8的最后一匝的全部或部分能够以一定的弹力与母线2接触，从而能够确保传感器3和母线2之间足够的电接触。导电接触构件6的竖直方向Z垂直于纵向方向D。
当连接区域与母线2(其可以具有平的或弯曲的接触表面)接触时，线性或表面电连接可以在沿着线圈的最后一匝的任何地方，因此属于外部端表面。换句话说，只要螺旋弹簧8的最后一匝保持与母线2的电连接，传感器3的定位可以沿着纵向方向D变化。
此外，由于螺旋弹簧8和母线2之间的弹性压缩，传感器3的定位可以垂直于方向D稍微变化，同时仍然与母线2导电联接。可以相应地选择匝之间的间距和线的材料。
导电接触构件6有利地不位于任何电绝缘主体部分或外壳中，例如塑料外壳。更具体地，导电接触构件6被同样包围母线2的空气或绝缘气体包围。然而，由于传感器3周围的中压或高压，在其外表面上存在电场。螺旋弹簧8的圆形形状减少了传感器3的介电约束。它充当由螺旋弹簧8的匝形成的法拉第笼或屏蔽，并且阻挡或至少限制导电接触构件6内部的电场。
虽然电场通常在附接点处也很重要，附接点构成了分别在主体的绝缘材料、导电接触构件和传感器3周围的气体介质(例如空气)之间的三重接合或界面，但是导电接触构件6的特性和形状允许电场进一步减小。
根据一个实施例(未示出)，由外部侧表面和外部端表面界定的导电接触构件6的内部可以容纳一个或几个附加装置。这种装置可以是热传感器、振动传感器以及更一般地对静电场更敏感的任何电子设备，并且可以用于监控、计量和/或保护配电系统。
通过位于导电接触构件6的内部，这些附加装置受益于导电接触构件6，从而被保护免受任何介电应力。
尽管上面已经参考特定实施例描述了本发明，但是本发明并不旨在限于这里阐述的特定形式。而是，本发明仅由所附权利要求书限制，并且在所附的权利要求书的范围内，除了以上具体描述之外的其他实施例同样是可能的。
此外，尽管以上已经以部件和/或功能的一些示例性组合描述了示例性实施例，但是应当理解，可以通过构件和/或功能的不同组合来提供替代实施例，而不脱离本公开的范围。另外，特别地考虑到，单独地或作为实施例的一部分描述的特别的特征可以与其他单独描述的特征或其他实施例的部分组合。

Claims (11)

1.一种电联接到中压或高压配电系统(1)的导电杆(2)的传感器(3)，所述传感器包括：
-主体(5)，以及
-导电接触构件(6)，所述主体和导电接触构件(6)在附接点(7)处附接在一起，
其特征在于，所述导电接触构件(6)是通过将线卷绕成从附接点(7)延伸的圆形而形成的螺旋弹簧(8)。
2.根据权利要求1所述的传感器(3)，其中，所述螺旋弹簧(8)具有球形冠或球形圆顶的形状。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(3)，其中，所述螺旋弹簧(8)在竖直方向(Z)上在下端(10a)和上端(10b)之间延伸，所述下端(10a)在连接区域与所述导电杆(2)电联接，所述上端(10b)在附接点(7)处与所述主体(5)附接。
4.根据权利要求3所述的传感器(3)，其中，所述下端(10a)对应于所述螺旋弹簧(8)的线的最后一匝，并且限定将与所述导电杆(2)接触的外部端表面(B)。
5.根据权利要求3或4所述的传感器(3)，其中，所述螺旋弹簧(8)限定围绕竖直方向(Z)旋转对称的外部侧表面。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的传感器(3)，其中，所述螺旋弹簧(8)具有位于所述下端(10a)和上端(10b)之间的最大半径(Rmax)和位于所述外端表面位置处的最小半径(Rmin)。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的传感器(3)，其中，所述螺旋弹簧(8)是螺旋形的，所述线从所述附接点(7)开始绕竖直方向(Z)转动，同时在竖直方向(Z)上移动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(3)，被配置为是低功率电压互感器(LPVT)传感器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(3)，其中，所述主体(5)包括电子部件，所述电子部件被配置为将所述导电杆(2)的电压处理成所述传感器(3)的低压输出信号。
10.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器(3)和中压或高压配电系统(1)的装置，所述中压或高压配电系统(1)包括沿着纵向方向(D)延伸的导电杆(2)，所述传感器(3)固定到所述配电系统(1)的支撑元件(4)，以垂直于纵向方向(D)定位，并且与导电杆(2)电接触。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，电子设备容纳在导电接触构件(6)的内部体积中，所述内部体积由螺旋弹簧(8)的外部侧表面(B)和外部端表面(A)界定。
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