CN1211351A - 带外壳的设备 - Google Patents

Abstract

一种带外壳的设备,尤其是一种高压或中压开关设备(1),其中设有多个在外壳(5)内腔(4)中的传感器(7a至7k)和一个中央监控器(15),后者用于与表面波传感器(7a至7k)交换信息,其中,监控器(15)的天线元件(11)装在外壳(5)上并对准内腔(4)。传感器(7a至7k)可以被有选择地询问。

Description

带外壳的设备

本发明涉及一种用于电能并带有多个装在内腔的传感器的带外壳的设备。

由德国实用新型9420199已知一种金属外壳封装的高压开关设备，其中，在其气体室之一中装有一个表面波元件(OFW)。此OFW用于探测通过电弧作用在存在于外壳内的消弧气体上形成的气体成分，或用于检测压力波。在外壳的外侧装一天线，它用于与数据分析器无线地信息传输。在DE19514342Cl中介绍了(后公开了)在高压电缆中OFW传感器的应用。

由1994年春季西门子期刊Spezial，研究开发部(FuE)的论文“用于技术革新的声表面波技术(Akustische Oberflaechenwellen-Technologie fuerInnovationen)”OFW传感器在高压技术中的应用基本上已为公众所知。其中已经规定，OFW传感器固定在容器内，它的天线固定在外面。

本发明的目的在于提供在用于电能的带外壳的设备上布置用于信息传输的发射元件和接收元件的一种简单的技术解决方案，与此同时应能可靠地监控。

本发明的目的是通过一种用于电能的带外壳的设备来实现的，它具有多个与其天线元件一起装在外壳内腔中的传感器，其中设有带天线元件的监控器，以用于与传感器交换信息；监控器的天线元件装在外壳上对准内腔；以及，传感器可被有选择地询问。

此方案允许采取简单的措施借助于远程询问监控许多功能，不会在外壳内部形成布线技术或机械方面的麻烦。只需要安装必要的传感器。此方案还适用于现有的设备并可略加扩展，还可以在不利的位置条件下在设备的外壳内安置传感器。

传感器最好设计为表面波传感器(OFW)。它们有小的结构尺寸和高的可靠性。因此在外壳内腔可以实施对场技术有利的配置，同时具有高的工作可靠性。在一种特殊的实施形式中，传感器具有信用卡的形式，这一形式的主要部分有利地用作天线元件。

传感器至少能部分设计为用于检测不同的测量参数，由此可以检测许多不同的信息和/或测量值。传感器可以装在设备的不同分室内，尤其是不同的气体室内，只要能穿过间隔壁在两个分室之间交换信息这样做当然也可以。

传感器可以设计为有源式或最好设计为无源式的构件。由此可以将有关安装地点的具体条件考虑在内。无源式设计的优点是完全不必安装电子系统。这对于以高压电势运行是有利的。

传感器可有利地处于外壳的电位上或处于外壳内一个导体的电位上。因此不限于规定的检测值、电势关系或安装地点。安装地点甚至可以是运动的(例如在开关杆上)。不需要附加的电势隔离装置。

比较有利的是监控器具有至少一个用于与其他传感器、OFW、探测器或检测器交换信息的附加接口。因此可以实施与其他(也包括外壳外面的)信息源的组合，由此得出一种多传感器方案。

另一个或其他一些接口可设计为线路连接接口，尤其是电、声或光的接口，或设计为无线接口，因此可以实施不同信息源的耦合。

比较有利的是设置一个用于连接一个并列的或上级的监控器的接口。此接口则最好能设计为总线接口，因此可实现高的数据传输速率。

为了有选择地询问最好进行编码。以此方式给出有关信息的区别和对于有关信息源或传感器的配置。编码可通过硬件或通过一种方法技术性措施例如软件实现。

在这种情况下为了编码可为各传感器配备用于信息传输的不同的频率。因此每个传感器有一个自己的信息途径或信道。

编码可按另一种可供选择的方案或附加地结合频分多路通信法或时分多路通信法进行。因此可以实现现有频率信道有利的多重利用。

按另一种可供选择的方案，编码可通过极化，例如必要时借助于可定向的天线对所使用的电磁波的极化进行，或通过相关性进行。此类编码对于在金属外壳中的应用是有利的。由雷达技术已知相关法的原理，其中，借助传感器的一个应答信号反向发射一个信号模式，通过相关性识别此信号模式。

编码还可以通过在信息交换时在发射信号或应答信号中的识别码进行。因此在任何情况下在发射装置和接收装置中有一种选择的可识别性。

外壳可以是金属的，此时，此设备优先应用于高压或中压。因此可以可靠和方便地处理在那里收到的大量信息。此外，由此还形成了对内和对外的屏蔽。在外壳内部至少装一个开关装置或导体。因此此设备便被设计为开关设备或波导管。

天线元件可按选择设计为用于传输光波、声波或电磁波，在这种情况下根据使用情况可以在最大可能的传输速率的同时实现一种在高传输可靠性和低的干扰敏感度方面优化的技术方案。本技术方案特别简单并可以没有困难地组合在新的和现有的设备中。天线元件的安装无需采取复杂的措施便可完成。

采用本发明可对开关设备、波导管或外壳封装的构件进行大范围的监控，其中通过天线元件可有选择地对多个传感器尤其是OFW进行远程询问。在这种情况下监控在气室内可以是准确的(gasraumgenau)，尤其在大型气体绝缘开关设备中，与线路连接的监控相比，显著节省了费用和减少了工作量。

术语“带外壳的设备”在这里理解为尤其用于高压或中压电能分配的一般的设备部分，它有一个外壳、一个盒或一个箱，其中至少安装一个电气构件。属于此类的例如是：一个外壳密封的断路器或功率开关、一个外壳密封的开关机构、一个SF6绝缘的变换器或一个SF6-波导管。

下面借助于附图详细说明本发明的实施例、其他优点和进一步的细节，附图中：

图1为带有OFW传感器的第一种开关设备的纵剖面；

图2为在其外壳外面设有其他OFW传感器的第二种开关设备；

图3为带有一光信息传输装置的第三种开关设备。

首先一般性地说明带有监控器的开关设备，其中采用高频信息传输。不言而喻，所介绍的监控器也可在开关设备内用于其他功能，例如用于按雷达原理无传感器地检测开关位置、用于附加的控制任务或单纯用于信息传输。

图1表示了一种如由按上述德国实用新型9420199的现有技术已知的外壳密封式气体绝缘开关设备1。此开关设备1适用于超高压、高压或中压。在这里，开关设备还指的是没有开关元件的外壳密封的波导管。

在此开关设备1的局部纵剖面中表示出一种带开关装置3的分路，该开关装置3尤其是一个断路器或断续器。在外壳5的中央延伸一汇流排6作为电导体。开关装置3及其功能的详细情况可参见上述实用新型。在开关设备1外壳5的内腔4中，装有执行不同任务的表面波传感器(OFW)，例如用于温度检测的OFW7a、用于电流检测的OFW7b、用于气体识别的OFW7c以及用于位置识别的OFW7d。还可以设想用于其他功能或任务的另外的一些OFW，例如光识别、压力测量等。

每一个OFW具有至少一个用作收发元件的天线9作为接收和发射装置，用于信息传输尤其用于询问。其中实施从OFW7a到7d至一个中央的对所有OFW7a至7d均有效的发射和接收天线的信息传输，后者在下文中称为天线元件11。

在这里，天线、发射和接收天线、天线元件或接收和发射装置指的是各种发射和接收元件，它们能辐射和/或接收电磁波或光波，例如无线电天线、超声或光的发射和接收元件(例如红外元件)，还可包括沿发射和接收方向的分配装置。原则上还可设想借助于适当设计的辐射和接收装置的声学的信息传输。图1所示结构例如涉及一种无线电信息传输系统。

天线元件11通过适当的导线13，例如同轴电缆，必要时以一个匹配元件为中间连接，与一控制和监视装置(下文称为监控器15)连接。它包括一个发射和接收部分17和一个没有进一步表示的用于信号分析的装置，必要时可包括一个带存储器的处理器。

发射和接收部分17或至少其一些零件，原则上也可以分散地设置在天线元件11四周，这样在监控器15与天线元件11之间仅进行小功率的数据交换。于是发射功率将分散产生。

还可设想，具有一分散装置的天线元件11有线或无线地直接与总线19连接。在本发明思想的意义上，监控器15也可以与发射和接收部分17以及所连接的天线元件11一起称之为收发装置或收发两用机。

监控器15可例如是在开关设备中的一个中央处理机，或也可以是一个涉及支线或涉及仪器的装置，它通过另一个数据连接装置，例如通过总线19，与上级总站21建立数据技术方面的联系。此总站21可能是一个近距控制中心，它再经由恰当的接口22与上级电网控制中心连接。

当然，总站21至少包括相应的操纵和显示装置，例如键盘和显示屏，用于开关设备1的运行。还可以通过没有进一步表示的适当的接口，在图1所示系统的不同位置，例如在总线19上或在监控器15上，连接便携式的仪器，例如手提式计算机或一Laptop，用于操纵或用于其它的输入和输出。

所说明的数据连接可设计为任意的连接，例如有线连接，尤其是导线或光导线连接，或无线通信，例如无线电通信、声通信或光通信。

在本实施例中，天线元件11装在外壳5内部的一个孔上。此孔由一法兰23构成，法兰用一封闭件25，例如一盖和一压紧环27来封闭。显然，在这里可按现有技术设置用于法兰连接的图中未进一步表示的螺钉连接装置。

因此天线元件11位于外壳5内部，从而为顺利地向OFW7a至7d传输信息提供了最好的条件。因为天线元件11可以说处在一个接管内而没有伸入内腔4中，所以这里避免了电或场技术方面的问题。此外，此天线元件11与一个本身可从外壳5拆除的构件组成一个结构部件，所以便于接近或还可以改装。

OFW7a至7d中有一部分装在外壳5上，一部分装在汇流排6上、开关装置3的运动部分上或还装在第一绝缘支座28上或它后面，必要时还可在一个隔离的气室内。必要时多个用于不同功能的传感器可集中装在一个地方并有一个公共的天线。也可使一个传感器包含多种测量功能。传感器最好能按一张信用卡的类型和尺寸设计，卡的主要部分构成天线。

对于整个监控功能而言重要的是，在外壳5内部形成可靠的无线电通信或数据连接。为此，绝缘支座28用介电的材料制成，所以在天线元件11与位于绝缘支座28后面的OFW7c之间的高频传输也不受影响。在其他的传输方法中，可以相应地规定绝缘支座的材料(例如在光传输时用玻璃)。

法兰23或连接所需的孔例如可以是现有的维护孔、充气接管、树脂浇铸孔、观察孔或端部法兰的一部分。因此，从道理上讲这里作为范例说明的设计可应用于开关设备上各种可能的孔，例如也可应用于图中所示端部法兰29。也可以采用专门加工的孔。

还可以设想，天线元件11装在外壳5之外并发射射线通过一介电的窗口到内腔4中。为此例如在两个外壳段的连接法兰区内提供一注入接管作为孔，天线元件必要时设计为鞭状天线浇注在此孔中。

在将另一个没有进一步表示的带配属的控制器的天线设置在另一个支座39后面的气室中时，也可以使用外壳5的内腔4作为传输空间，在这种情况下可以实施通过长距离的受保护的数据传输。在波导管中可优先利用这种可能性。可以设想与此同时结合进行对传感器的询问。

本发明的思想主要涉及有选择地检测由各传感器尤其是OFW7a至7d测得的测量值、数值或信息。其中首先可以区别OFW是否被有选择地调用。

有选择地调用例如可通过不同的频率(或信道)进行。因此为每个OFW备有一个可以说是独立的传输信道，在这种情况下总站方面的调用信号和OFW方面的应答信号均分别在同一个传输信道上。

还有另一种可能性，即，通过一个所有的OFW均能接收的调用信号传输一个编码、识别码或其他的选择信号，它在有待激活的OFW中被识别，然后此OFW输出一个含有相应信息的应答信号。也就是说，只可能是该被触发的OFW(或也可能是OFW组)应答。

此外，也可以借助于来自天线元件11的一个公共的调用信号激活全部OFW7a至7d，在这种情况下，选择是在事后由天线元件11接收后进行的。这例如可以这样完成，即，通过此调用信号要求此被选择的OFW，在它的应答信号中插入一个识别码，例如一个脉冲或一种信号模式。然后分析由所有OFW共同输出的混合信号并考虑有关的识别码，因此可在监控器15中滤出和选出此相应的应答信号。在这里可例如采用相关法。

一种特别简便的选择可以这样完成，即，OFW7a至7d输出有不同频率的应答信号，它们只被由监控器15公共的天线元件11构成的不同接收天线接收，并经不同的导线到达发射和接收部分17中的各自分开的一个接收分析器。在这种情况下重要的是，天线元件11只需要一个公共的输入或一个公共的孔。

这样一来，所有的OFW7a至7d均由一个天线元件11调用，各应答信号的选择通过一个相应地调制到或调整到有关OFW应答信号的信号频率上的接收天线完成。因此在监控器15内部不需要作复杂的选择。必要时各接收天线也可以例如借助于一种多路方法或转换法连接在公共的监控器15上。

另一种可能性是采用时分多路通信法。在这种情况下被调用的OFW7a至7d按时间分段依次以同一个频率输出它们的应答信号。然后在监控器15中仅仅通过选择有关的那个OFW7a至7d处于一个时间窗口内的应答信号便可完成这种选择。

另一种可设想的可能性是，各OFW7a至7d输出一个不同极化的应答信号，因此有可能区别各个应答信号。区别极化的电磁波可通过多个天线或通过一个可调整的天线元件11进行。这种技术尤其可考虑用于这里具体说明的波的有限的传播空间亦即外壳中。也可以有一个特殊的OFW，它只有或附加有区别或辅助功能，这些功能支持或补充在这里已说明的选择方法之一。

必要时也可以按现有技术的其他选择方法或区别方法，它们例如已知有下列名称：空间分集、天线分集、角度分集、场分量分集或记录交换(二次雷达原理)。

图2表示了开关设备1，其中除了迄今提到的OFW7a至7d之外，在外壳5的外面还装有其他的OFW7e至7g。这些例如设计用于采集外部温度(7e)、采集例如来自位置传感器的开关杆的位置(7f)或电磁信息(7g)。

因为监控器15的天线元件11在外壳5内部受到屏蔽的影响，所以为监控器15配设一作为附加接口的天线40，它布置在外壳5的外部。此天线40专门规定用于在外部的OFW 7e至7g，它们必要时也可以配属于其他的设备部件或仪器，例如户外开关或其开关杆。

当然，在外部的OFW的询问也可以由另一个没有进一步表示的控制和监测器进行，此监控器再在数据技术方面与另一个公共的上级装置例如总站21连接。还可以选择另一些接口41，通过这些接口还可以连接其他一些探测设备，例如保护装置、光学的电流互感器和变压器或类似于上面已提及的传感器，但是它们与上面所介绍的不同都是导线连接的。传感器42是对此的一个举例。作为传输线可例如是导线或光导线。

图3表示了另一种方案，其中在监控器15与在外部的OFW7i和7k之间的信息传输以光学的方式进行。为此，监控器15有一个红外线发射和接收元件40a作为天线元件。与此相应地OFW7i至7k的天线元件9a设计为红外装置。

这种类型的信息传输当然也可以运用到开关设备1内部封闭的气室内的信息传输上去。图3所示技术方案当然在此意义上也可以设计为声学的信息传输，例如在超声波范围内。

OFW7a至7k可以设计为有源的但也可以设计为无源的构件。当设计为有源构件时需要附加的能量供应。这例如可通过一个蓄能器尤其是电池、通过在安装地点存在的能源、或通过附加的能量传输提供。这种传输最好随着从天线元件11发出的调用信号一起进行，调用信号也一并传输相应的功率。但也可设想附加的能量按另一个途径传输，例如通过光导体或通过无线电或光学的技术途径传输。必要时也可以在OFW的安装地点接受能量。

所说明的这些传感器最好能装在设备的无场的或场作用减小的空间内。由此防止横向灵敏度。在这种情况下在一个适合于该测量参数的地点实现这种安装，这一地点必要时也可通过外壳5的造型或其内部配件的造型形成。

当然，本发明新思想的上述各个特征和实施方案可以在专业技术人员的业务范围内互相组合或与现有技术的特征组合，而不背弃本发明的基本思想。

Claims (16)

1．一种用于电能的带外壳的设备(1)，其具有多个设置在外壳(5)的内腔(4)中并分别带有其收发元件(9、9a)的传感器(7a至7k)，其中，设置一具有一收发元件(11)的监控器(15)，以用于与传感器(7a至7k)交换信息；监控器(15)的天线元件(11)装在外壳(5)上并对准内腔(4)；以及，传感器(7a至7k)可被有选择地询问以及至少部分装在不同的气体室内。

2．按照权利要求1所述的带外壳的设备，其中，传感器(7a至7k)至少设计成部分用于检测不同的测量参数。

3．按照权利要求1或2所述的带外壳的设备，其中，传感器(7a至7k)设计为有源的或无源的构件。

4．按照权利要求1至3中任一项所述的带外壳的设备，其中，传感器(7a至7k)总是处于外壳(5)的电位上，或处于外壳(5)内一导体(6)的电位上。

5．按照权利要求1至4中任一项所述的带外壳的设备，其中，监控器(15)至少有一个用于与其它传感器、探测器或检测器交换信息的接口。

6．按照权利要求5所述的带外壳的设备，其中，其它一些接口设计为线路连接接口(41)，尤其是电线或光缆的接口(40a)，或设计为无线接口(40、40a)。

7．按照权利要求5或6所述的带外壳的设备，其中，设有一个用于连接一个并列的或上级的监控器的接口。

8．按照权利要求1至7中任一项所述的带外壳的设备，其中，为了有选择地询问进行编码。

9．按照权利要求8所述的带外壳的设备，其中，为了编码为各传感器(7a至7k)配备用于信息传输的不同的频率或信道。

10．按照权利要求8所述的带外壳的设备，其中，编码通过频分多路通信法或时分多路通信法进行。

11．按照权利要求8所述的带外壳的设备，其中，编码通过极化或相关性进行。

12．按照权利要求8所述的带外壳的设备，其中，编码通过在发射信号或应答信号中的识别码进行。

13．按照权利要求1至12中任一项所述的带外壳的设备，其中，外壳(5)是金属的。

14．按照权利要求1至13中任一项所述的带外壳的设备，其中，在外壳(5)内至少装一个高压或中压的开关装置(3)或一个用于高压或中压的导体(6)。

15．按照权利要求1至14中任一项所述的带外壳的设备，其中，收发元件(9、9a、11、40a)设计为用于传输光波、声波或电磁波。

16．按照权利要求1至15中任一项所述的带外壳的设备，其中，传感器设计为表面波传感器(7a至7k)。

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