CN107250811A - 用于与电容控制的馈通装置的测量端口相连接的传感器装置 - Google Patents

Abstract

提出一种用于与电容控制的馈通装置的测量端口相连接的传感器装置(2)。适配器(5)可与测量端口和固定装置相连接。传感器壳体(8)可借助于适配器(5)与固定装置相连接。

Description

用于与电容控制的馈通装置的测量端口相连接的传感器装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于与电容控制的馈通装置(Durchführung，有时也称为绝缘套管)的测量端口相连接的传感器装置以及一种根据并列权利要求的前序部分所述的方法。

背景技术

已知的是，持续监控尤其高压变压器的馈通装置。

因此，例如从文件EP 2 760 095 A1中已知一种用于持续监控高压馈通装置的测量系统。测量电路(Messschaltung)经由联接线缆与测量端口相连接。

这样的测量系统经常具有特定的频率响应(Frequenzgang)，该频率响应在测量中必须首先由瞬时过程容纳，以便于随后在运行中在信号处理中考虑该频率响应。

此外已知的是，在馈通装置本身或与馈通装置相关联的设备例如变压器中的瞬时过压可导致损坏。对于这样的瞬时过压的一种示例是单极的通地(Erdschluss)或闪电击中(Blitzeinschlag)。

发明内容

由此本发明的任务是，不仅确保更好地识别瞬时过压的标识而且确保馈通装置的运行。

本发明的任务通过根据权利要求1所述的传感器装置以及根据并列权利要求所述的方法来解决。在从属权利要求中说明了有利的改进方案。此外，在随后的描述中并且在附图中找到对于本发明而言重要的特征，其中，所述特征不仅单独地而且以不同的组合对于本发明而言可为重要的，而不对此再次详尽地指出。

有利地，适配器可与测量端口和固定装置相连接。传感器壳体可借助于适配器与固定装置相连接。尤其在错误地安装的传感器装置中，通过测量端口的非接触，高压电势可在测量端口处存在，这可导致馈通装置的损毁。通过适配器可有利地减少直至适配器的检查，而布置在传感器壳体中的构件不会影响该结果。尤其可借助于适配器测量馈通装置的主电容。通过检验主电容也保证了，不仅在测量端口处而且在固定装置处正确地执行适配器的接触。

在一种有利的实施方式中，适配器具有过压保护部(Überspannungsschutz)，其可联接在测量端口与固定装置之间。测量端口的电势通过过压保护部的响应(Ansprechen)被保持在限定的电势上。由此提供一种适配器，其确保馈通装置的可靠的运行。

在一种有利的实施方式中，传感器装置根据电容式分压器的原理来工作，在其中，测量电容可布置在电容控制的馈通装置的测量端口与接地之间。由于测量电容包括一定数量的并联的、表面安装的电容器结构元件，可有利地不仅通过提高的数量而且通过表面安装强烈地减少存在于每个电容器结构元件中的寄生电感。自确定的频率起，电容器的以电感的方式起作用的构件占主导。这起始于相应的共振频率。对于带有较小的电容值的电容器而言，该共振频率更高，因此当前设置有提高的数量的电容器结构元件。通过电容器结构元件的表面安装，有利地相对于布线的结构元件附加地实现测量带宽增益(Messbandbreitengewinn)。总体来说，可由此在宽的频率范围之上在基本上恒定的阻尼的意义中实现传感器装置的有利的频率特性。因此，可在没有关于传感器装置的频率响应的附加的信号处理消耗的情况下，探测和接收带有频率和幅度的以闪电击中、切换操作(Schalthandlung)或通地的形式的瞬态。

在一种有利的实施方式中，电容器结构元件布置成相对于传感器装置的内导体的纵轴线间隔开基本上相同远。通过间隔开相同远实现了，相应的电容器结构元件利用基本上相同的相位利用存在的信号从测量端口的侧边出发被加载。由此在退耦的测量信号方面得出改善。

在一种有利的实施方式中，传感器装置关于纵轴线具有基本上共轴的构造。基本上共轴的结构降低了传感器装置的几何形状对退耦的测量信号的影响，因为电场径向地且由此均匀地围绕内导体构造。

在一种有利的方式中，一定数量的电容器结构元件布置在电路板上并且电路板基本上布置在纵轴线的垂直平面中。由此有利地实现电容器结构元件间隔开相同远并且实现共轴的构造。

在一种有利的实施方式中，电容器结构元件布置在电路板的两侧上。这有利地实现了电容器结构元件的数量的提高，这导致漏电感(Streuinduktivität)的进一步减少。

在另一有利的实施方式中，一定数量的另外的并联的、表面安装的电容器结构元件布置在另一电路板上，其中，该另外的电路板布置在纵轴线的另一垂直平面中。该措施还有利地导致，提高了电容器结构元件的数量并且因此减少漏电感并且提高总电容，这有利地对传感器的频率响应和输出电压产生效果。

在一种有利的实施方式中，电容器结构元件相应地联接在内部的、面型地构造的第一导体与外部的、面型地构造的第二导体之间。导体的面型的构造减少了单位长度电感(Induktivitätsbelag)，这有利地对频率特性产生效果。此外，因此简化了电路板的生产。

在一种有利的实施方式中，可通过传感器装置与馈通装置的基本上刚性的可连接性减少在测量电容与测量端口之间的距离。在测量电容与测量端口之间的该间隔的减少所引起的是，强烈地减少导线电感(Leitungsinduktivität)并且由此扩宽供测量使用的频率范围。

在一种有利的实施方式中，测量适配器构造成用于插上到测量端口上。壳体适配器构造成用于刚性地且流体密封地布置在馈通装置的凸缘处并且用于无电气接触地容纳测量端口适配器。传感器壳体可刚性地且流体密封地与壳体适配器相连接。除了对测量端口和馈通装置的凸缘的不同实施方案的匹配之外，通过壳体适配器、测量端口适配器和传感器壳体明显地减少了在测量端口与测量电容之间的间隔。此外，由此实现与经受外部影响如天气状况的馈通装置的稳定的且可靠的连接。

在一种有利的实施方式中，测量端口适配器可在背对测量端口的侧边上与从电路板伸出的内导体区段相连接。由此实现在测量端口与测量电容之间的简单且短的连接。

在一种有利的实施方式中，电容器结构元件相应地构造成塑料薄膜电容器，其有利地通过其自我修复(Selbstheilung)而出众。在相应的电介质中的击穿的情况中，尽管产生电容的较小的损失。另一方面，该电容器通过提高的使用寿命而出众。

附图说明

从在附图的图中呈现的本发明的实施例的随后的描述中得出本发明的另外的特征、应用可能性和优点。在此，所有描述的或呈现的特征本身或以任意组合形成本发明的目标，不取决于其在专利权利要求中的归纳或其引用关系(Rückbeziehung)以及不取决于其在描述或附图中的表述或图示。对于功能等价的数值和特征而言，在所有图中同样在不同的实施方式中应用相同的附图标记。

随后参考标记解释本发明的示例性的实施方式。在附图中：

图1以示意性截面图示出了传感器装置；

图2以示意性形式示出了馈通装置；

图3以示意性截面图示出了在安装状态中的传感器装置；

图4a示出了示意性的等效电路图；

图4b示出了示意性的电压-时间-图表；

图4c示出了示意性的阻尼-频率-图表；

图5示出了朝向电路板的示意性俯视图；

图6示出了朝向弹簧环的示意性俯视图；以及

图7示出了另一传感器装置的示意性截面图。

具体实施方式

图1以示意性截面图示出了传感器装置2。传感器装置2关联有壳体适配器4和测量端口适配器6，其中，壳体适配器4和测量端口适配器6共同称为适配器5。壳体适配器4和测量端口适配器6也可紧固地相互连接。传感器壳体8包括第一壳体区段10和第二壳体区段12，其中，第一壳体区段10在x方向上具有内螺纹，第二壳体区段12的外螺纹为了流体密封的且刚性的封闭而接合到该内螺纹中。

在传感器壳体8内部，电路板14借助于连接元件16与传感器壳体8机械地且导电地相连接。传感器壳体8具有纵轴线18，电容器结构元件20布置成与该纵轴线18间隔开相同远。第一内导体区段22沿着纵轴线18在x方向上从电路板14伸出。测量端口适配器6也被称为第二内导体区段。电路板14相对两侧具有电容器结构元件20。电容器结构元件20分别环形地围绕纵轴线18布置。电路板14本身处于纵轴线18的垂直平面24中。

传感器壳体8、壳体适配器4和测量端口适配器6由可导电的材料制成。传感器壳体8可经由传感器适配器4利用在馈通装置处的接地的或可接地的测量端口接地。由此，所有电容器结构元件20分别联接在可与馈通装置的测量端口相连接的内导体22与可接地的传感器壳体8之间。

不仅传感器装置2、壳体适配器4以及测量端口适配器6关于纵轴线18基本上共轴地构造，也就是说，它们基本上旋转对称地围绕纵轴线18构造。电阻Rm与x方向相反地从电路板14伸出，该电阻Rm与x方向相反地以未示出的形式经由插拔连接器27与可从外部接近的测量端口24导电地相连接。

围绕第一内导体区段22在传感器壳体8的内腔28中在第二壳体区段12与电路板14之间以未示出的形式相对于纵轴线18共轴地布置有以线圈的形式的变流器。

壳体适配器4可利用传感器壳体侧的区段30容纳在传感器壳体8的圆柱形的容纳腔32中。密封部34和36实施成环形并且用于在区段30与传感器壳体8之间的流体密封的连接。在传感器壳体8中可径向地引向区段30的夹持螺纹紧固件36构造成用于接合到环形的槽38中。代替夹持螺纹紧固件36和槽38还可实现区段30在容纳腔32中的另一固定。由此，传感器壳体8可刚性地且流体密封地与壳体适配器4相连接。

测量端口适配器6在x方向上具有处于内部的容纳区段40，该容纳区段40可与测量端口相连接。测量端口尤其构造成销钉(Pin)，其可容纳在容纳区段40中。测量端口6与x方向相反地具有区段42，该区段42径向向外构造成用于与过压保护部结构元件46的相应的弹簧44电气接触。过压保护部结构元件46由此与插上到测量端口上的测量端口适配器6并且与在接地与馈通装置的接地层(Erdbelag)之间的接地的壳体适配器4联接。

因此，可在检查步骤中在没有布置的传感器壳体8的情况下在区段42与壳体适配器4的外部之间通过测量馈通装置的主电容检验测量端口适配器6和壳体适配器4的正确安装。馈通装置52的主电容的测量可例如通过在第一时间点将电压施加在馈通装置52的高压侧并且通过测量从第一时间点直至第二时间点(直至该第二时间点，电压在区段42与壳体适配器42之间增大到预定值)的时间来执行。在积极的检验之后、即在测量值与期望的理论值一致之后，传感器壳体8可经由区段30流体密封地且刚性地与壳体适配器4相连接。当测量值与另一先前直接在测量端口处获取的测量值一致时，可同样实现积极的检验。测量端口适配器6形成传感器装置2的内导体的一部分。由此，包括壳体适配器4和测量端口适配器6的适配器5可与测量端口64且与固定装置66相连接。在适配器5处，根据检查步骤可测量馈通装置52的主电容。传感器壳体8在成功的检查步骤之后可借助于适配器5与固定装置66相连接。

在将传感器壳体8布置在适配器5处之后，测量可发生。如果应当已经触发过压保护部46，则信号不可借助于传感器装置2获取。

第一内导体区段22具有集群插头(Büschelstecker)48，该集群插头48可容纳到测量端口适配器6的容纳区段50中。由此测量端口适配器6在背对测量端口的侧边上可与从电路板14伸出的内导体区段22或48相连接。

图2示例性地以示意图示出了馈通装置52的结构形式。馈通装置52使高压变压器56的外腔与绝缘流体填充的内腔54相连接并且也可称为高压馈通装置。馈通装置52包括高压导体58以及与高压导体58共轴地布置的、在z方向上不同地分层的控制层60，其相对彼此绝缘。接地层62实施成最外层并且经由实施成销钉的测量端口64从馈通装置52引导。围绕销钉，根据测量端口64，布置有通常也称为固定装置的接地的凸缘66。测量端口64可从馈通装置52的外侧接近。测量端口64相对于凸缘66或另一固定装置是绝缘的，并且在外部传导的层中的一个处(当前示例性地在接地层62处)，安置电容控制的馈通装置52，以便实现损失因子(Verlustfaktor)、电容和部分放电的测量，而馈通装置52的凸缘66接地。

由此在x方向上首先将测量端口适配器6插上到测量端口64上，紧接着壳体适配器4将测量端口适配器6不传导地容纳地布置在凸缘66处并且最终使传感器壳体8布置在壳体适配器4处。

在图3中，传感器装置2经由凸缘66流体密封地且刚性地与馈通装置52相连接。不过夹持螺纹紧固件36还未以夹持状态呈现。图3由此图示了测量端口64如何由测量端口适配器6的容纳区段40所容纳，并且因此建立测量端口64经由内导体区段22与电容器结构元件20的电气连接。不同于图1，在图3中示出了壳体适配器4的另一实施方式。壳体适配器4在x方向上接合到凸缘66的内螺纹中。凸缘66由此提供测量孔，测量端口64被引导穿过该测量孔。测量端口64与可利用接地帽部(Erdungskappe)接地的控制层(即接地层62)导电地连接。

图4a示出了当前应用的基于电容分配器的测量原理的示意性的等效电路图。馈通装置52包括高压导体58。主电容C1是在高压导体58与测量端口64之间的电容。截取电容(Abgriffskapazität)C2是在测量端口64与接地的固定凸缘66之间的电容。测量端口64和接地的凸缘66用作在馈通装置52与传感器装置2之间的接合部位(Schnittstelle)。测量电容Cm通过电容器结构元件20形成。在测量电容Cm与测量端口24之间布置有电阻Rm。在测量端口24与接地的端口70之间可通过评估单元72探测测量电压Um。电阻Rm利用相应的波阻(Wellenwiderstand)封闭在端口24和70与评估单元72之间的导线。

图4b示出了示意性的电压-时间-图表。在时间t之上绘出电压U。示出带有50Hz的频率的相位的电压曲线74。电压曲线74具有围绕时间点t1的以瞬时曲线76的形式的偏差，该瞬时曲线76具有幅度A1和A2。这样的瞬时曲线76可借助于传感器装置2以测量电压Um绘出。

图4c是示例性的示意性的阻尼-频率-图表，其中，电压Uin以已知的电压形式(尤其已知的频率)预设在高压导体58与接地之间，并且其中，测量在测量端口24与接地之间的电压Uout。阻尼曲线78在第一下频率范围80中具有近似恒定的阻尼，在中间频率范围82中阻尼下降，在共振频率84的范围中且在高频率范围86中又达到近似恒定的阻尼。

图5示出了朝向电路板14的俯视图。环形地围绕纵轴线18布置有电容器结构元件20。电容器结构元件20朝向纵轴线18与面型地构造的第一导体87导电地相连接并且向外与面型地构造的第二导体88导电地相连接。此外，以未呈现的形式，两个另外的过压保护部结构元件布置在第一导体87与第二导体88之间。第一导体87基本上呈圆环形并且仅仅通过固定孔或馈通孔中断。第二导体88基本上构造成圆环形。导体87和88基本上与纵轴线18共轴地构造。接触孔90用于机械地且电气地接触传感器壳体8。

在图6中示出了朝向环形的弹簧92的示意性俯视图，在该弹簧92处布置有过压保护部结构元件46。弹簧92可容纳在壳体适配器4的区段30的相应的内槽中。

图7示出了没有壳体适配器4和测量端口适配器6的传感器装置2的另一实施方式。不同于壳体适配器4，在传感器壳体8中布置有另一电路板94，该电路板94在纵轴线18的与垂直平面24间隔开的另一垂直平面96中。电路板94类似于电路板14来构造。相应的连接器件98建立相对于传感器8的电气的及机械的连接。

表面安装的电容器结构元件也可称为SMD电容器结构元件，其中，SMD表示表面安装设备(Surface Mounted Device)。

Claims (15)

1.一种用于与电容控制的馈通装置(52)的测量端口(64)和接地的固定装置(66)相连接的传感器装置(2)，其特征在于，适配器(5)可与所述测量端口(64)和所述固定装置(66)相连接，并且传感器壳体(8)可借助于所述适配器(5)与所述固定装置(66)相连接。

2.根据权利要求1所述的传感器装置(2)，其中，所述适配器(5)具有过压保护部(46)，其可联接在所述测量端口(64)与所述固定装置(66)之间。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(2)，其中，如此设计所述适配器，即使得在将传感器壳体(8)布置在所述适配器(5)处之前，在所述适配器(5)处可测量所述馈通装置(52)的主电容(C1)。

4.根据权利要求3所述的传感器装置(2)，其中，所述适配器(5)包括测量端口适配器(6)和壳体适配器(4)，其中，所述测量端口适配器(6)构造成用于插上到所述测量端口(64)上，其中，所述壳体适配器(4)构造成用于刚性地且流体密封地布置在所述馈通装置(52)的固定装置(66)处并且构造成用于容纳所述测量端口适配器(6)，并且其中，所述传感器壳体(8)可刚性地且流体密封地与所述壳体适配器(4)相连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(2)，其中，所述传感器装置(2)包括测量电容(Cm)，该测量电容(Cm)可布置在所述测量端口(64)与接地之间，并且其中，所述测量电容(Cm)包括一定数量的并联的、表面安装的电容器结构元件(20)。

6.根据权利要求5所述的传感器装置(2)，其中，所述电容器结构元件(20)布置成与所述传感器装置(2)的内导体(22,6)的纵轴线(18)间隔开基本上相同远。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(2)，其中，所述传感器装置(2)关于所述纵轴线(18)具有基本上共轴的构造。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的传感器装置(2)，其中，一定数量的所述电容器结构元件(20)布置在电路板(14)上，并且其中，所述电路板(14)基本上布置在所述纵轴线(18)的垂直平面(24)中。

9.根据权利要求8所述的传感器装置(2)，其中，所述电容器结构元件(20)布置在所述电路板(14)的两侧上。

10.根据权利要求8或9所述的传感器装置(2)，其中，另一数量的并联的、表面安装的电容器结构元件(21)布置在另一电路板(94)上，并且其中，所述另一电路板(94)布置在所述纵轴线(18)的另一垂直平面(96)中。

11.根据前述权利要求5至10中任一项所述的传感器装置(2)，其中，所述电容器结构元件(20)分别联接在内部的、面型地构造的第一导体(86)与外部的、面型地构造的第二导体(88)之间。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的传感器装置(2)，其中，所述测量端口适配器(6)在背对所述测量端口(64)的侧边上可与从所述电路板(14)伸出的内导体区段(22)相连接。

13.一种用于使传感器装置(2)与电容控制的馈通装置(52)的测量端口(64)以及接地的固定装置(66)相连接的方法，其特征在于，适配器(5)与所述测量端口(64)和所述固定装置(66)相连接，并且传感器壳体(8)借助于所述适配器(5)与所述固定装置(66)相连接。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述适配器(5)具有过压保护部(46)，其可联接在所述测量端口(64)与所述固定装置(66)之间。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，如此设计所述适配器(5)，即使得在所述传感器壳体(8)布置在所述适配器(5)处之前，在所述适配器(5)处可测量所述馈通装置(52)的主电容(C1)。