CN1715939A - 检测传感器和检测装置及有该传感器的气体绝缘电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及局部放电检测传感器和局部放电检测装置及具有局部放电检测传感器的气体绝缘电气设备。提供一种实现了结构简化并且体积小、重量轻的局部放电检测传感器及装有这种传感器的气体绝缘电气设备。局部放电检测传感器的特征是具有：绝缘性基板，通过结合或粘结与该绝缘基板成为一体的导电性薄膜，与该导电性薄膜电连接的端子，将该端子和上述导电性薄膜电连接的导体以及支承上述绝缘性基板的法兰。气体绝缘电气设备的特征是具有气体绝缘母线和上述传感器。该气体绝缘性母线具有利用绝缘性支承件支承在封装有绝缘性气体的金属容器内的高压导体和设置在该金属容器内带有凹部的探孔部。

Description

检测传感器和检测装置及有该传感器的气体绝缘电气设备
技术领域
本发明涉及检测将六氟化硫(SF6)气体等绝缘气体密封在金属容器中使用的气体绝缘电气设备的局部放电的传感器，局部放电检测装置和气体绝缘电气设备，尤其是涉及具有因绝缘异常引起的局部放电检测功能的气体绝缘电气设备。
背景技术
气体绝缘开关装置、气体绝缘变压器等和气体绝缘母线具有在密封有SF6等绝缘气体的金属容器内绝缘地支撑着固定及活动接点、线圈、高压导体等的结构。
这些气体绝缘电气设备往往由于在金属容器内混入了异物、在高压导体上所形成的突起或在绝缘支撑体内产生了空隙等内部异常而在施加高压电场时产生局部放电，从而使绝缘性能降低并最终导致绝缘破坏的事故。为将气体绝缘电气设备的绝缘破坏事故防止于未燃，必须高精度地检测称为绝缘破坏前兆现象的局部放电。
作为高精度检测局部放电的方法之一有检测源于局部放电产生电磁波的方法。公知的电磁波的检测方法是在金属容器内部的探孔中设置金属制的检测电极，利用该检测电极检测电磁波的方法(例如，参照专利文献1-日本特开平8-271574号公报的摘要和专利文献2-日本特开第3299547号公报的权利要求1)。
这种电磁波的检测方法可以对例如，利用频谱分析仪对用检测传感器检测到的信号在数百MHz-数GHz的频带范围内进行频率分析，测定频率-信号强度特性，确认在数百MHz-数GHz的频带范围内是否存在局部放电信号。另外，作为别的方法有，使以检测传感器检测出的信号通过数百MHz-数GHz的带通滤波器后进行包络线检波以检测检波信号，再根据电压相位-信号强度特性确认是否发生了局部放电。
在电磁波检测方法中，如工作时产生较大振动的气体绝缘母线或气体绝缘断路器之类，因SF6的分解而产生分解产物的设备中往往设置检测电极。在这种场合，如专利文献1所述，由于过去的检测电极通常用不锈钢或铝等金属板制成，因而为了保证耐振动的机械强度，就将板厚做得较厚，板厚变厚则重量增大，用于支撑它的支撑结构件也大型化，其结果，传感器也大型化。另外，用于固定检测电极的零部件数量也必然增多，由于尺寸公差等有可能出现性能的参差不齐。
发明内容
本发明的目的是减少用于构成传感器的零部件数目，实现局部放电检测传感器、局部放电检测装置和气体绝缘电气设备的小型轻量化。
本发明提供一种局部放电检测传感器，其特征在于，具有：绝缘性基板，通过结合或粘结与该绝缘性基板成为一体的导电性薄膜，与该导电性薄膜电连接的端子，将该端子和上述导电性薄膜电连接的导体以及支承上述绝缘性基板的支承部件。
另外，本发明提供一种局部放电检测装置，其特征在于，具有：绝缘性基板，通过结合或粘结与该绝缘性基板的表面成为一体的导电性薄膜，支承上述绝缘性基板的支承机构，连接上述支承机构的法兰，传输由导电性薄膜接收到的电信号的端子，将信号传输给上述端子的同轴电缆以及连接同轴电缆和上述端子的连接器。
进而，本发明提供一种气体绝缘电气设备，包括：具备在封装有绝缘性气体的金属容器内用绝缘性支承件支承的高压导体和设置在该金属容器内、带有凹部的探孔的绝缘母线；与该绝缘母线电连接的气体绝缘电气装置；设置在上述凹部检测高次谐波电磁波的传感器；其特征在于，该传感器具有：通过结合或粘结与上述绝缘性基板的单面或两面成为一体的导电性薄膜；与上述导电性薄膜电连接的端子以及将该绝缘性基板固定在探孔部的法兰上的装置。
采用本发明，与原有的金属板电极相比，能够使检测电极轻量化，并能够减少安装传感器电极的零部件数目。
附图说明
图1是包含局部放电检测装置的气体绝缘电气设备的正视图。
图2是图1的检测传感器的剖图面。
图3是从侧面见到的图1所示的气体绝缘电气设备图。
图4是表示本发明的一个实施例的检测电极的形状的立体图。
图5是表示本发明的另一个实施例的检测电极的形状的立体图。
图6是表示检测电极的其它实施例的剖面图。
图7是表示具备有多个金属膜的检测电极的场合的结构例子的剖面图。
图8是表示具备在绝缘板的两面具有金属膜的检测电极的场合的结构例子的剖面图。
图9是用于说明专利文献2记载的传感器的具体结构的剖面图。
图中：1-金属容器，2-高压导体，3-绝缘支承体，4-探头，5-盖板，6-密封端子，7-导体，8-连接器，9-同轴电缆，10-检测电极，11-金属薄膜，12-绝缘性基板，13-螺钉，14-电极支承件，15-保护层，16-芯线，17-屏蔽线，20-测定器。
具体实施方式
本发明中，所谓气体绝缘电气设备是指具有1条以上的气体绝缘母线和1个以上的气体绝缘电气装置，例如气体断路器，气体绝缘断路器，气体绝缘变压器等的设备，包括例如将它们多种集合使用的GIS(气体绝缘开关装置等)。此外，本发明的气体绝缘电气设备还指气体绝缘电气装置和上述绝缘母线的探孔的凹处内设置的局部放电检测传感器。另外，上述局部放电检测传感器既可以是一直与同轴电缆连接，也可以是只在必要时通过连接器连接。同轴电缆将由导电性薄膜检测出的电磁波感应产生的电压经放大器放大后传输到测定器。
本发明中，局部放电检测装置具有包括绝缘性基板，与该基板结合或粘结成一体的导电性薄膜，与该导电性薄膜电连接的端子和支承上述绝缘性基板的支承部件的局部放电检测传感器以及经连接器与上述端子连接的同轴电缆。
另外，本发明中，所谓局部放电检测传感器，如上所述，是指具有绝缘性基板，与该基板结合或粘结成一体的导电性薄膜，与该导电性薄膜电连接的端子及支承上述绝缘基板的支承部件的这些部分。
该传感器的导电性薄膜的厚度为5-500μm，优选10-50μm。上述导电性薄膜使用真空蒸镀金属膜，涂布导电性涂料的薄膜或金属箔任何一种，从制造上的难易度、成本、尺寸精度等方面考虑，优选将金属箔粘结在粘结基板上的方案。此外，优选上述导电性薄膜用保护层覆盖，以保护薄膜不受气体的分解产物或水分的腐蚀。
上述端子和同轴电缆可以具有电连接的连接器。测定由电磁波感应产生的电压的测定装置既可以一直与同轴电缆连接，也可以仅在测定有无局部放电时予以连接。
既可以在绝缘性基板的单面上形成2个导电性薄膜，也可以在绝缘性基板的两面上各形成1个导电性薄膜。在形成2个导电性薄膜时，一个导电性薄膜与上述同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
在上述绝缘性基板的表里两面上分别形成导电性薄膜，一个导电性薄膜与上述同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
在上述绝缘性基板的表面上形成2个导电性薄膜，一个导电性薄膜与上述同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
2个导电性薄膜之中的一个形成在上述绝缘性基板的表面，另一个形成在上述绝缘性基板的背面，一个导电性薄膜与上述同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。局部放电传感器中也可采用上述结构。2个导电性薄膜之中的一个形成在上述绝缘性基板的表面，另一个形成在上述绝缘性基板的背面。
作为绝缘性基板的材料只要是具有绝缘性，具有普通的机械强度和对SF6气体的分解产物具有耐蚀性者，均能任意地选择。例如，有聚烯烃、聚碳酸酯等热塑性树脂，环氧树脂及聚酯树脂等热硬化性树脂，纤维强化塑料，叠层板等。另外，氧化铝或氧化锆等陶瓷虽也可使用，但由于陶瓷多孔，在烧结中含有空气等，由于在气体绝缘性环境内会放出空气，因而，与陶瓷相比仍以树脂类绝缘板为佳。在树脂板的单面或两面上能够以粘结剂粘结铜箔等金属箔形成加压叠层体并以蚀刻技术对其形成预定形状的金属图案。采用真空蒸镀技术，导电性涂料涂布法并与上述蚀刻技术相结合可以很容易地制成尺寸精度高的电极图案。绝缘性基板的厚度无特别限制，只要能平滑地支承导电性薄膜即可。例如其厚度可以是1-10mm左右。
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图9是表示专利文献2的图2的具体结构图，金属电极板20用螺钉21固定在绝缘性支承件27上(实际上用4根以上螺钉固定)。另外，绝缘性支承件27用螺钉22固定在法兰24上(实际上这也必须4根螺钉以上)。此外，对金属电极板20的承载部的角部25进行倒角以防止放电。这样，考虑到电极角部的加工及金属电极板20的机械加工时，其厚度必须数mm。因此，金属电极板20不得不如图示那样要用多根螺钉固定。
另外，在专利文献1中，局部放电检测装置的导电性圆板的厚度也为数mm，例如为2mm。因此，虽在专利文献1中未予记载，但与专利文献2同样，实际上可以认为需要用多根螺钉将圆盘固定在导体性支承件上。
本发明的传感器的电极由于是薄膜，可以通过例如蒸镀、金属箔的叠层或涂布导电性涂料等，与绝缘性基板结合、连接或粘结而成为一体，因而不必使用螺钉等固定机构，对减少零件数量、减小重量、实现结构的小型化等具有显著的实用效果。
此外，利用印刷电路板的制造技术，通过用粘结剂将铜箔等粘贴在绝缘性基板的单面或两面上，利用蚀刻技术使该金属膜形成预定形状的图案，则能以低成本形成尺寸精度高的电极膜。
图1是由在金属容器内部设置了用于检测绝缘异常的检测电极的气体绝缘母线和气体绝缘断路器等气体绝缘电气装置构成的气体绝缘电气设备的局部剖的示意图。图3是从侧面见到的图1的气体绝缘电气设备的截面图。此外，图1中虽省略了测定器，但在图3中图示了测定器20。测定器20内装有放大器29。
图2是放大表示局部放电检测传感器的图。通过蒸镀、涂布或蚀刻将2个金属薄膜11结合或粘结在绝缘性基板12上而成为一体，用螺丝13拧入导体7从而将绝缘性基板12固定在导体7上。导体7与端子6电连接，端子部固定在探孔部的法兰(盖)5上。若有必要可设置1个或多个支承件14以增强绝缘性基板的支承结构。此外，支承件14可以是导体，这种情况下，与金属薄膜11电连接。并且，可以与后述的同轴电缆的芯线或屏蔽线连接。本发明中，在所谓局部放电检测装置的情况下，除图2所示的传感器外，是指具有同轴电缆和连接同轴电缆和端子的连接器的装置。
图1和图3的实施例表示的是将绝缘异常检测装置用到作为气体绝缘电气设备的气体绝缘母线的一相中的情况。本实施例的金属容器1是管状，具有接地电位。在金属容器1的内部封装有SF6之类的绝缘性气体，高压导体2利用以环氧树脂等绝缘材料制成的绝缘性支承件3绝缘地支承在该金属容器1中。
金属容器1中设有探孔4，在该探孔4中配置有包含绝缘异常检测装置的检测电极10的检测传感器。检测传感器由检测电极10，传输由该检测电极10接收的信号的导体7和穿过探孔4的盖板(法兰)5的密封端子6构成。
检测电极10的结构是如图2所示在绝缘性基板12的表面上将2个金属薄膜11做成电极图案形状。该检测电极10可以通过例如对印刷基板进行蚀刻以形成电极图案来制作。此外，也可以通过在绝缘性基板12上蒸镀金属薄膜11来制作，或者，也可以通过在绝缘性基板12上涂布导电性涂料以做成电极图案形状。在使用了印刷基板的情况下，可以高精度地形成电极图案。在用蒸镀形成电极图案的情况下，由于各个传感器的检测灵敏度几乎没有偏差，因而，可简化制作零件时的质量管理。
金属薄膜11的材料以导电性能好的铜或铝为佳，其膜厚为5-500μm，优选20-30μm，再厚也不要超过1000μm。在使用过去的金属电极板的情况下，由于其厚度一般为2-3mm，因而，采用本发明可使厚度显著变薄，使重量显著减轻。
如本实施例那样，在绝缘性基板12上形成电极图案而作为检测电极10的情况下，由于重量大幅度地减轻，因而可显著地简化电极的支承结构。如图2所示，只要用螺丝13将绝缘性基板12固定在导体7上则已足够。若要更稳定地支承检测电极10，只要设置用绝缘材料制成的筒状支承件14即可。也可以不用螺丝而用软钎焊将检测电极10固定在导体7上。在像过去那样用厚度为数mm的金属电极板的情况下，为了支承板状的电极，由于要用大的支承主体或用大型的天线支承座，固而，采用本发明可大大简化支承结构。若采用本发明，与过去的电极结构比较，可大幅度地减少零部件数量。另外，有关过去那样源于金属电极板的制造公差及电极的装配引起的尺寸误差导致的各个传感器的检测灵敏度的参差不齐，也可通过采用本发明而减少。除上述效果外，还可以实现检测传感器的小型化，轻量化，其结果，可以廉价地制作检测传感器。
如上所述，检测电极10与穿过螺孔4的盖板(法兰)5的密封端子6连接的导体7予以电连接。另外密封端子6进而与连接器8连接。而连接器8与同轴电缆9电连接，同轴电缆9又与测定器20连接。检测电极10与金属容器1予以电绝缘。由检测传感器和连接器8、同轴电缆9及测定器20构成本发明的绝缘异常检测装置。
本发明的检测传感器不限于如本实施例那样配置在气体绝缘电气设备内部的探孔4中使用的这种情况，也可以配置在气体绝缘电气设备内的探孔以外的地方或设备的外部使用。
检测电极10的形状可以是如图4所示的在圆形的绝缘性基板上蒸镀金属薄膜11a、11b或者形成导电性膜的圆盘状，也可以是如图5所示的在矩形的绝缘性基板12上形成圆形的金属薄膜11a、11b的形状。
将本发明的检测传感器用于断路开关或断路器的情况下，因SF6等绝缘性气体分解所产生的分解气体有可能腐蚀检测电极10而使性能降低。这种情况下，可以如图6所示，在金属薄膜11的表面设置保护层15。该保护层15可通过涂覆绝缘材料或设置以绝缘材料制成的薄板形成。
当在金属容器1内产生局部放电时，产生达数GHz的高频脉冲，电磁波在金属容器1中传播。这种传播的电磁波一旦由作为天线接收部分的金属薄膜11接收到时，则在金属薄膜11上感生电压。感应生成的电压通过导体7和密封端子6取出到外部经同轴电缆9传输到测定器20。通过以同轴电缆传输来自天线接收部分的信号，可以使接收到的1000MHz以上的信号不衰减地传输到测定器20。
作为检测电极10通过使用如图7及图8所示的具有相互不电连接的多个金属薄膜11a、11b的电极，可进一步提高天线特性。这时，做成形成一个金属电极图案的金属薄膜11a与同轴电缆9的芯线16电连接，而另一个金属薄膜11b则与同轴电缆9的屏蔽线17电连接。如图8所示，若将形成电极图案的金属薄膜形成在绝缘性基板12的两面，则能进一步提高电极间的绝缘性能及检测灵敏度。另外，也可做成将两面电连接的电极。此外，对于同轴电缆，也可以用绝缘材料覆盖芯线16及屏蔽线17的周围。
采用本发明，可提高检测电极10的尺寸精度，这样，除了测定因电磁波产生的局部放电外，也可用于检测气体绝缘设备的绝缘性能的降低。就气体绝缘设备而言，其绝缘性能因绝缘气体中的含水量或绝缘气体的分解产物而降低。对于过去的金属电极板，检测电极间的电气特性例如绝缘电阻等有时对于各个传感器是不同的，难于高精度地进行测定，因此，不能用于测定绝缘性能降低。因而，过去是将封装到气体绝缘电气设备内的绝缘气体取出少量对其特殊的化学成分进行测定，或者利用水分测定仪或露点仪测定气体中的含水量。采用本发明，由于能容易地制作尺寸精度高的检测电极，因而还能用于测定绝缘性能的降低。本发明对绝缘性能降低的测定例如，通过对图7中的2个检测电极施加直流电压，测定流过检测电极间的漏电流来进行。
这样，采用本发明，可以用1个传感器进行以下两种绝缘异常的监视，即：通过测定电磁波进行局部放电的测定和测定因绝缘气体中的含水量引起的绝缘性能的降低。

Claims (17)

1.一种局部放电检测传感器，其特征在于，具有：绝缘性基板，通过结合或粘结与该绝缘性基板成为一体的导电性薄膜，与该导电性薄膜电连接的端子，将该端子和上述导电性薄膜电连接的导体以及支承上述绝缘性基板的支承部件。
2.根据权利要求1所述的局部放电检测传感器，其特征在于：在上述绝缘性基板的表面形成2个导电性薄膜。
3.根据权利要求2所述的局部放电检测传感器，其特征在于：上述2个导电性薄膜中的一个形成在上述绝缘性基板的表面，而另一个形成在上述绝缘性基板的背面。
4.一种局部放电检测装置，其特征在于，具有：绝缘性基板，通过结合或粘结与该绝缘性基板的表面成为一体的导电性薄膜，支承上述绝缘性基板的支承机构，连接上述支承机构的法兰，传输由导电性薄膜接收到的电信号的端子，将信号传输给上述端子的同轴电缆以及连接同轴电缆和上述端子的连接器。
5.根据权利要求4所述的局部放电检测装置，其特征在于：还具有测定由上述同轴电缆传输的电信号的测定器。
6.根据权利要求4所述的局部放电检测装置，其特征在于：在上述绝缘性基板的表面上形成2个导电性薄膜，一个导电性薄膜与上述同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
7.根据权利要求6所述的局部放电检测装置，其特征在于：二个上述导电性薄膜之中的一个形成在上述绝缘性基板的表面，另一个形成在绝缘性基板的背面，一个导电性薄膜与上述同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
8.一种气体绝缘电气设备，包括：
具有在封装有绝缘性气体的金属容器内用绝缘性支承件支承的高压导体和设置在该金属容器内带有凹部的探孔的绝缘母线；与该绝缘母线电连接的气体绝缘装置；设置在上述凹部检测高次谐波电磁波的传感器，其特征在于，该传感器具有：通过结合或粘结与上述绝缘性基板的单面或两面成为一体的导电性薄膜；与上述导电性薄膜电连接的端子以及将该绝缘性基板固定在探孔的法兰上的机构。
9.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：上述传感器的导电性薄膜具有5-500μm的厚度。
10.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：上述导电性薄膜为真空蒸镀金属膜。
11.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：上述导电性薄膜为涂布导电性涂料的薄膜。
12.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：上述导电性薄膜为金属箔。
13.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：上述导电性薄膜以保护层覆盖。
14.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：还具有电连接上述端子和同轴电缆的连接器。
15.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：在上述绝缘性基板的单面上形成2个导电性薄膜。
16.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：一个导电性薄膜与同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
17.根据权利要求8所述的气体绝缘电气设备，其特征在于：在上述绝缘性基板的表里两面上分别形成导电性薄膜，一个导电性薄膜与同轴电缆的芯线连接，另一个导电性薄膜与上述同轴电缆的屏蔽线连接。
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