專利名稱：用于電力電氣裝置的內(nèi)部故障指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在充油的或充氣的電氣設(shè)備諸如變壓器、反應(yīng)器、電容器等等中發(fā)出內(nèi)部故障信號的指示器。本發(fā)明特別應(yīng)用于電力分配系統(tǒng)中的電器部件。特別是，本發(fā)明涉及這樣的內(nèi)部故障指示器，即當在一個電氣裝置的外殼內(nèi)檢測到壓力異常地急劇增大時就顯示一個可見的指示。
背景技術(shù)：
電力分配網(wǎng)利用多種電器部件，諸如變壓器、電容器、和反應(yīng)器。當老化或工作應(yīng)力引起絕緣系統(tǒng)毀壞時，就會在此類裝置中產(chǎn)生潛在的危險情況。在這樣一個裝置中發(fā)生的短路可以在零點幾秒內(nèi)釋放大量能量。在最壞情況下，由于絕緣油的汽化和油蒸氣分解變成易燃或揮發(fā)性氣體而產(chǎn)生迅速的內(nèi)部壓力增長，該裝置會發(fā)生爆炸。
幾乎所有的安裝在電桿上的配電變壓器都受到一個斷流器的保護，該斷流器包括一個沖出式熔斷器或其它快速作用的保護裝置。這種斷流器可以將故障裝置與電能源斷開從而在發(fā)生過載或內(nèi)部故障時中斷弧光電流，由此將損害最小化。服務(wù)人員還可以使用斷流器作為手控開關(guān)，用于給特定電路通電或斷開。如果在所述系統(tǒng)中存在過載并且所述斷流器工作，則服務(wù)人員可以容易地認出斷開的斷流器以及了解到由該斷開的斷流器、斷開的變壓器發(fā)生故障。如果該故障在變壓器的下游，則一旦該故障已經(jīng)克服，對于服務(wù)人員來說將斷流器再裝保險絲而給所述電路再通電是一件簡單的事情。
如果所述故障處于變壓器中，則在變壓器已經(jīng)修復(fù)之前閉合所述斷流器將可能在變壓器內(nèi)產(chǎn)生電弧。在由所述電弧引起的內(nèi)部損傷被修好之前如果再次通電，那么以前已經(jīng)毀壞的裝置一定會再次毀壞。電弧可以在所述裝置內(nèi)部留下碳化路徑并可以削弱所述裝置的外殼或″箱″的機械牢固性。這會增加所述裝置在被再通電時發(fā)生特大毀壞的危險。在極個別情況下所述變壓器可能爆炸。這可能引起財產(chǎn)損失和給服務(wù)人員和任何正巧靠近的公眾帶來嚴重損害。為了避免這種可能性，服務(wù)人員在試圖給任何被發(fā)現(xiàn)由其保護裝置與電力系統(tǒng)斷開的電器再通電之前必須進行仔細檢查并采取專門的預(yù)防措施。
不幸的是，內(nèi)部故障可以在沒有任何明顯顯示故障已經(jīng)在該裝置中發(fā)生的可見信號的情況下發(fā)生。除非服務(wù)人員可以斷定一個具體裝置已經(jīng)毀壞，否則它們可能在沒有檢測到所述電氣裝置已經(jīng)毀壞的情況下再次給所述裝置供電。這可能引起所述電氣裝置的嚴重損壞，如上所述。
眾所周知，當所述裝置遇到內(nèi)部電弧故障時，會在充油的電氣裝置諸如變壓器內(nèi)部產(chǎn)生瞬時的壓力驟增。這種情況的發(fā)生是因為電弧產(chǎn)生溫度的顯著增加，這種溫度的顯著增加將一些油蒸發(fā)。一些電氣裝置充滿著電絕緣氣體諸如SF6。在這種充氣的裝置中電弧引起所述氣體的壓力激增。
在現(xiàn)有技術(shù)中存在有能夠提供一個顯示裝置已經(jīng)毀壞的可見信號的故障檢測器。這種故障檢測器促進了工作的復(fù)原，同時將由于人為差錯導(dǎo)致的已毀壞裝置被再通電的可能性最小化。美國專利U.S.5,078,078描述了一種用于探測變壓器或類似裝置外殼內(nèi)部壓力瞬時驟增的裝置，這個專利由本發(fā)明的發(fā)明人Cuk發(fā)明。所述裝置安裝在變壓器的機殼上的一個開口中。一個可移動的活塞感測迅速的壓力激增，該迅速的壓力激增引起變壓器內(nèi)的內(nèi)部電弧故障。所述活塞中具有至少一個孔以便在變壓器內(nèi)壓力緩慢的增加和減小不引起活塞的顯著運動。當所述活塞已經(jīng)移動了一個預(yù)定距離時，一個附屬于所述活塞的指示器就改變外觀并保持該指示直到復(fù)位。所述Cuk裝置的缺點在于所述指示器的外觀變化不明顯，特別是從遠處看時不明顯。此外，在運輸和安裝時沒有容易的方法防止假觸發(fā)。
美國專利U.S.5,623,891公開了另外一種用于探測變壓器外殼內(nèi)壓力瞬時驟增的裝置。所述裝置具有一個隔膜(diaphragm)，該隔膜承受變壓器內(nèi)的內(nèi)部壓力驟增。所述隔膜攜帶著一個觸發(fā)器保持器，該觸發(fā)器保持器嚙合著一個位于指示器軸上的觸發(fā)器，所述的指示器軸被安裝在外殼中回轉(zhuǎn)。一個指示器在一個透鏡之下被安裝在指示器軸上，所述透鏡從外殼的外部可以看得見。當觸發(fā)器與觸發(fā)器保持器嚙合時，一個偏壓彈簧將指示器軸相對于外殼回轉(zhuǎn)。當所述隔膜根據(jù)變壓器中的壓力波動而移動時，所述觸發(fā)器保持器移動從而釋放所述觸發(fā)器，所述偏壓彈簧將指示器軸和指示器回轉(zhuǎn)，從而位于所述指示器上的警告區(qū)域被定位便于通過所述透鏡進行觀察。
在美國專利U.S.5,623,891中公開的裝置存在多個缺點，包括所述指示器透鏡的內(nèi)表面可能會在內(nèi)部故障期間產(chǎn)生煙霧污染；所述指示器透鏡的外表面可能會被冰或雪遮蔽；所述裝置不能夠防止在運輸和安裝中的假觸發(fā)；通常需要在變壓器的上表面上安裝所述的裝置，安裝在一個從地面上不容易看到所述透鏡的位置；所述裝置可能被油濺濕等等作用而被假觸發(fā)；和，如果所述裝置被安裝在變壓器外殼側(cè)面，則在所述變壓器室中必須具有一個比通常更大的空氣空間，否則所述隔膜將部分地被淹沒。
因此在用于電力分配中的電器設(shè)備的內(nèi)部故障指示器，這種內(nèi)部故障指示器能夠提供清楚的可見信號指示已經(jīng)發(fā)生了故障，并克服了現(xiàn)有技術(shù)中的一些缺點。
本發(fā)明的簡要描述本發(fā)明提供了一種用于充油的電器設(shè)備諸如電力變壓器等等的警告指示器。所述警告指示器探測到由于一個內(nèi)部電氣故障產(chǎn)生的電氣裝置外殼內(nèi)的壓力激增，然而對正常溫度變化帶來的壓力變化不敏感。這樣的指示能夠積極地識別一個已經(jīng)遇到內(nèi)部故障的電氣裝置，從而服務(wù)人員將受到警告，不會遭受由于給電器設(shè)備的一個損壞部件再通電帶來的潛在危險。
因此，本發(fā)明的一個方面提供了一種用于指示一個電氣裝置的外殼內(nèi)迅速的壓力波動發(fā)生的故障指示器。所述故障指示器包括一個能夠被安裝在電氣裝置的外殼中的開口；和一個執(zhí)行機構(gòu)。所述執(zhí)行機構(gòu)包括一個具有外殼的室，這個室具有至少一個孔通在所述室的內(nèi)部表面和外表面之間；和根據(jù)位于所述室的內(nèi)部和外表面之間的壓差移動驅(qū)動元件。所述故障指示器還具有一個位于所述圓筒中的活塞腔中的活塞。。所述活塞在圓筒中被向外偏壓，并被手動地保持在驅(qū)動元件的待發(fā)狀態(tài)。當所述壓差是正的時，則驅(qū)動元件被移動，從而能使得活塞在所述膛中向外移動到一個觸發(fā)位置。
最好，所述室包括一個隔膜，所述驅(qū)動元件被連接到所述隔膜。所述驅(qū)動元件最好包括一個觸發(fā)器銷，該觸發(fā)器銷從隔膜上伸出并在所述活塞處于其待發(fā)狀態(tài)時嚙合到位于所述活塞中的一個觸發(fā)器凹口。所述隔膜和所述圓筒兩個都最好朝向大體上水平方向上。這樣使得故障指示器緊湊。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于指示一個電氣裝置的外殼內(nèi)迅速的壓力波動發(fā)生的故障指示器。所述故障指示器包括壓力波動探測裝置，用于根據(jù)在電氣裝置的外殼內(nèi)的壓力急劇增長而移動一個驅(qū)動元件；指示器裝置，由壓力波動探測裝置促動，所述指示器裝置包括一個在一個膛內(nèi)可移動設(shè)置的活塞，所述活塞在所述膛內(nèi)由于所述驅(qū)動元件的移動而從一個待發(fā)狀態(tài)向外移動到一個觸發(fā)位置；和止動裝置，用于防止所述活塞與故障指示器分離。
本發(fā)明的又一個方面提供了一種用于指示一個電氣裝置的外殼內(nèi)迅速的壓力波動發(fā)生的方法。所述方法包括提供一個位于一個電氣裝置的外殼內(nèi)的室，所述室包括一個封閉的容積和一個孔并提供一個活塞，所述孔互通在所述封閉的容積和所述外殼內(nèi)的空氣空間之間，所述活塞具有一個隱藏起來看不見到隱藏部分；能允許在所述外殼內(nèi)的迅速的壓力波動將所述室的一個壁部份向里移動；根據(jù)所述壁部分的運動釋放活塞；和移動所述活塞以使活塞隱藏起來的部份暴露出來。
本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點描述如下。
附圖的簡要描述在示出本發(fā)明的非限制性實施例的附圖中


圖1是一個局部剖視圖，所示的是裝備有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部故障指示器并被連接到一個電源上的電力變壓器；圖2A是本發(fā)明內(nèi)部故障指示器的一個剖視圖；圖2B是圖2A中的內(nèi)部故障指示器的一部分的細節(jié)剖面圖，該內(nèi)部故障指示器具有安裝在適當位置的運輸鎖來防止內(nèi)部故障指示器的過早觸發(fā)；圖2C是一個本發(fā)明備選實施例的內(nèi)部故障指示器的剖視圖，其中使用一個盤簧為扳機銷提供偏壓力；圖3是圖2的內(nèi)部故障指示器的部件分解圖；圖4是圖2的內(nèi)部故障指示器被觸發(fā)之前的透視圖；圖5是圖2的內(nèi)部故障指示器被觸發(fā)之后的透視圖；圖6是具有安裝在適當位置上的運輸鎖的內(nèi)部故障指示器的透視圖；和圖7A是一個示意圖，示出了用于防止本發(fā)明的內(nèi)部故障指示器的圓筒在一個電氣裝置的外殼上的開口中旋轉(zhuǎn)的一種可能結(jié)構(gòu)；和圖7B是另一個示意圖，示出了用于防止本發(fā)明的內(nèi)部故障指示器的圓筒在一個電氣裝置的外殼上的開口中旋轉(zhuǎn)的另外一種可能結(jié)構(gòu)；圖8是根據(jù)本發(fā)明一個備選實施例的內(nèi)部故障指示器的剖面圖；圖9是圖8中內(nèi)部故障指示器的一個部件分解圖；圖10是圖8的故障檢測器的局部剖視圖，為了清楚省去了一些零件；圖11A和11B是細節(jié)的局部剖視圖，示出了圖8中的內(nèi)部故障指示器的鎖定機構(gòu)，相應(yīng)的處于鎖定和未鎖定形態(tài)；和圖12是可以被用在本發(fā)明的故障檢測器中的備選結(jié)構(gòu)隔膜的立體圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將使用一個用于電力變壓器的內(nèi)部故障指示器的例子來描述本發(fā)明。應(yīng)當理解，本發(fā)明通常應(yīng)用在高功率電氣裝置，而絕非僅僅用于變壓器。圖1示出一個典型的配電電線桿10，具有一個橫架12支撐電線14。變壓器16被安裝在電線桿10上并經(jīng)過熔絲斷流器18連接到電線14之一上。當所述斷流器斷開時，就會如圖1中虛線輪廓所示向下樞軸轉(zhuǎn)動。這樣就斷開了位于變壓器16和線14之間的電路。
變壓器16具有一個外殼或″箱″20。一個內(nèi)部故障指示器22(還可以被稱為內(nèi)部故障檢測器)被安裝在一個位于外殼20的側(cè)壁上的開口24(在圖7A中能夠很好地看到)。開口24最好是一個小孔。開口24可以是例如一個大約1英寸(25.4毫米)直徑的孔。外殼20內(nèi)含電絕緣油(或氣體)。內(nèi)部故障指示器22位于外殼20中的油面之上的空氣空間中。
如圖2A中所示，內(nèi)部故障指示器22包括一個執(zhí)行機構(gòu)，總體由26標示，該執(zhí)行機構(gòu)探測外殼20中的瞬時壓力驟增，還包括一個指示器機構(gòu)，總體由28標示，該指示器機構(gòu)在執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)探測到瞬時壓力驟增的情況下改變外觀。最好內(nèi)部故障指示器22還包括一個運輸鎖30，該運輸鎖30在安裝時防止指示器機構(gòu)28被觸發(fā)。內(nèi)部故障指示器22還可以方便地包括一個整體的卸壓閥32。運輸鎖30可以防止卸壓閥32被促動。
當包圍變壓器16的通電或″帶電的″零件的絕緣存在擊穿時，會產(chǎn)生電弧。該電弧散發(fā)出大量能量。外殼20內(nèi)快速的能量耗散產(chǎn)生外殼20內(nèi)壓力的激增。即使在短路電流的電平數(shù)量級為100安培或更少，外殼20內(nèi)的壓力會以一個速度升高，該速度明顯比在變壓器16的正常操作中合理預(yù)期發(fā)生的任何其它壓力升高速度快。這個迅速的壓力升高由觸發(fā)指示器機構(gòu)28的執(zhí)行機構(gòu)26探測到。
如果壓力上升到一個大于卸壓閥32的設(shè)定值，那么卸壓閥32打開直到壓力已經(jīng)減輕。由于環(huán)境溫度和載荷的正常波動，外殼20內(nèi)的壓力可以上升到一個能夠打開卸壓閥32的水平。服務(wù)人員也可以手動地操作卸壓閥32，如下所述，以平衡外殼20內(nèi)部環(huán)境壓力與外殼20外部的氣壓。
如圖2A和3中最好地示出，執(zhí)行機構(gòu)26包括一個室40，該室40僅僅由小孔42通向外殼20的內(nèi)部。一個薄的隔膜44，其充當一個阻氣層，由一個柔順的底部結(jié)構(gòu)46支持，形成室40的一個壁。在示出的實施例中，所述柔順的底部結(jié)構(gòu)包括一個盤簧48。最好盤簧48構(gòu)造成當其處于平衡狀態(tài)時位于一個球面上。
隔膜44具有一個位于室40中的面44A和暴露于外殼20內(nèi)環(huán)境壓力下的第二面44B。室40最好大致為半球形以便它在外殼20內(nèi)占據(jù)一個相當小的空間。
隔膜44最好具有相當大的面積以使穿過隔膜44的壓差將產(chǎn)生足夠的力量觸發(fā)指示器機構(gòu)28。隔膜44例如可以具有3英寸以上的直徑。為了最大的可靠性和靈敏度，隔膜44應(yīng)當面朝下向著外殼20中的油表面。
因為空氣可以經(jīng)由孔42進入或留在室40，所以室40內(nèi)的氣壓將遵循著外殼20內(nèi)的環(huán)境壓力緩慢變化。這種變化例如可以在變壓器16的溫度改變時發(fā)生。另一方面，如果外殼20內(nèi)的壓力非常突然地增加，則室40內(nèi)的氣壓將需要一些時間來增加，因為孔42的尺寸小。最好隔膜44移動的足夠遠以便根據(jù)壓力激增可靠地觸發(fā)指示器機構(gòu)28，所述的壓力激增比大約5毫秒(ms)到達大約0.5到1.5每平方英寸磅數(shù)(psi)還要快，隔膜44對外殼20內(nèi)的環(huán)境壓力波動不敏感，這種波動比大約每秒1psi還慢。在這期間，在隔膜44的表面44B上的壓力將暫時顯著地超過表面44A上的壓力。隔膜44被推向室40。如果在外殼20內(nèi)一個電氣故障在變壓器16的活性組分中引起電弧，這種情況將會發(fā)生。擋油護罩49緩沖可能發(fā)生的油濺濕到隔膜44上的影響，例如這種濺濕在外殼20由于地震搖動時發(fā)生。
從盤簧48伸出的軸向?qū)U50伸進孔42中。伸入穿過孔42的導(dǎo)桿50的端部的位置可用于在組裝時證實盤簧48已經(jīng)恰當?shù)囟ㄎ辉谑?0中。隔膜44的移動觸發(fā)指示器機構(gòu)28。在示出的實施例中，扳機銷54從隔膜44的面44B上伸出。扳機銷54可以壓力裝配進入到位于盤簧48中央部的一個襯套中。在正常工作狀態(tài)下，室40容易受到各種機械振動和包括地震震動的沖擊的影響。為了避免由這種機械振動導(dǎo)致的假觸發(fā)，以及為了能夠迅速工作，隔膜44和盤簧48的質(zhì)量應(yīng)當小。隔膜44可以包括一種不透氣材料的薄層，諸如5密耳(mil)的聚乙烯薄膜。盤簧48可以由一種適當彈性的塑料的薄片制造。
指示器機構(gòu)28包括一個圓筒56。圓筒56的凸緣外端56A伸入穿過開口24。一種全天候墊圈57緊握在外端56A和外殼20的外表面之間。一個擰在攻有螺紋的位于圓筒56上的凸肩56B上的螺母58被靠在外殼20的內(nèi)壁表面固定，以確保圍繞開口24完全密封。應(yīng)當防止圓筒56在孔24中旋轉(zhuǎn)。這個可以通過下述方式實現(xiàn)，例如通過將開口24形成D形狀，在開口24上具有一個平臺部位59B來實現(xiàn)，所述平臺59B與凸肩56B上一個相應(yīng)的平臺部位59A嚙合(參見圖7A)。圖7B示出了防止圓筒56相對于開口24旋轉(zhuǎn)的一種備選結(jié)構(gòu)。在圖7B的實施例中，外殼20上的突出部分59D嚙合在凸肩56B中的一個凹口59C中。
最好，圓筒56足夠小以便安裝進入一個直徑大約為1英寸的開口中。圓筒56由非導(dǎo)電材料制成，以使圓筒56不會由外殼20的壁提供導(dǎo)電通路。圓筒56可以例如由纖維增強的聚丙烯來制造，該種材料中具有添加劑以防止在日光作用下的老化。
一個活塞60位于圓筒56的膛56C中?；钊?0由一個彈射彈簧62向外壓迫，所述彈射彈簧62在圓筒56的內(nèi)端56E處被壓縮在活塞60和向內(nèi)伸出的凸緣56D之間。最好彈射彈簧62容納在活塞60的一個圓柱形延伸部分60D內(nèi)。彈射彈簧62最好將兩頭固定到圓筒56和活塞60上。這可以通過在彈射彈簧62的兩端都設(shè)置一個尾部62A來實現(xiàn)。尾部62A與位于活塞60和圓筒56上的配合結(jié)構(gòu)牢固地互鎖在一起。
活塞60通過觸發(fā)器銷54嚙合在活塞60中的觸發(fā)器凹口64中而防止活塞60從圓筒56彈出，直到內(nèi)部故障指示器22被觸發(fā)。觸發(fā)器銷54穿過一個倒角的導(dǎo)向開口65進入到膛56C中。盤簧48提供一個輕微的彈力，該彈力使觸發(fā)器銷54裝在觸發(fā)凹口64中?；钊?0最好具有一個凸緣外端60B，該凸緣外端60B在膛56C的外端附近靠向一個密封環(huán)67。這樣在活塞60保持在它的位于膛56C中的待發(fā)狀態(tài)時將開口24密封。
活塞60的側(cè)表面60C為明亮的顏色，最好具有一種一般在變壓器16的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的顏色具有高對比度的顏色。優(yōu)選顏色是火焰橙和嫩黃色。從上文的描述中可以理解，由于外殼20內(nèi)迅速的壓力升高，隔膜44遠離圓筒56方向移動。這樣將觸發(fā)器銷54拉出觸發(fā)凹口64。然后，彈射彈簧62就將活塞60推出圓筒56的膛56C。活塞60在膛56C中被推出的距離足夠遠，至少活塞60的后部要經(jīng)過觸發(fā)器銷54的位置，先前由于在膛56C內(nèi)而看不見的側(cè)表面60C被暴露出來，如圖5中所示。
最好，活塞60在膛56C中已經(jīng)被向外推動之后，活塞60的外端顯著地延伸超過圓筒56的外開口。這就提供了一種高度可見的指示，表明故障已經(jīng)在變壓器16中發(fā)生。內(nèi)部故障指示器22的形狀在活塞60被彈射之后發(fā)生改變。此外，在活塞60已經(jīng)被彈射之后，它的明亮顏色的外表面60C暴露無遺。
在活塞60在圓筒56中被向外推動之后不久，膛壓40將與外殼20內(nèi)的環(huán)境壓力均衡。這導(dǎo)致隔膜44恢復(fù)到它的正常位置。當隔膜44已經(jīng)恢復(fù)到它的正常位置時，觸發(fā)器銷54伸入到膛56C中。從而觸發(fā)器銷54阻擋活塞60退回到膛56C中。這防止了變壓器16在不經(jīng)過內(nèi)部檢查又被不知不覺地置回到工作狀態(tài)。一般說來，每當電氣裝置已經(jīng)觸發(fā)內(nèi)部故障指示器22而發(fā)生了故障，那么所述裝置就應(yīng)當在重新置回到工作狀態(tài)之前被打開并檢查。
如圖3中很好地示出，示出的內(nèi)部故障指示器22的實施例可以首先通過如上所述將圓筒56固定到開口24中，然后再將室40連接到圓筒56上而被裝配起來。在所示出的實施例中，一個組合的室防濺濕組件68具有一個凹槽69位于其下部表面上用于容納圓筒56。凹槽69的外緣69A是彈性的，可以扣壓在圓筒56的外表面上。當圓筒56被容納在凹槽69中時，凹槽69接合和夾緊圓筒56。通過將室/防濺濕組件68安裝在圓筒56上(如圖2A所示)，觸發(fā)器銷54進入到圓筒56上的導(dǎo)向開口65中。
卸壓閥32可以與活塞60整體制造。卸壓閥包括一個軸向可移動的閥構(gòu)件70，該閥構(gòu)件由一個低速度彈簧74作用與閥座72嚙合。如果在外殼20內(nèi)的環(huán)境壓力超過外殼20外的大氣壓力，則在閥構(gòu)件70的端部就會有一個凈余向外作用力。當這個力超過一個預(yù)定值，例如，相應(yīng)于5psi的壓差，則彈簧74將壓縮并允許氣體從外殼20中排放。閥構(gòu)件70伸出穿過一個彈簧限位器76到達排氣孔頂蓋78。當閥構(gòu)件70軸向地向外移動時，氣體可以由位于排氣孔頂蓋78和活塞60的外端60B之間的排放間隙逃逸出外殼20。可以在閥構(gòu)件70的外端固定一個環(huán)或其它可抓住的構(gòu)件79以允許人工進行外殼20的排放。將內(nèi)部一個故障指示器和一個卸壓閥組合在單個裝置中避免了要在外殼20中提供兩個開口的需要并在外殼20中節(jié)省了空間。
圓筒56的外端56A可以接受一個運輸鎖30。圖6示出一種安裝了運輸鎖30的故障指示器22。運輸鎖30安裝在圓筒56的外端56A并阻擋活塞60在膛56C中向外移動。運輸鎖30可以一直保持在位置上直到變壓器16已經(jīng)安裝好之后。在變壓器16已經(jīng)安裝好之后，變壓器16投入運行之前，除去運輸鎖30。
在示出的實施例中，運輸鎖30包括一個構(gòu)件，該構(gòu)件具有一對朝向內(nèi)部的凸緣82，這個凸緣嚙合在圓筒56的外端56A上的凹槽84(在圖2B中最好地示出)。在所示出的實施例中，凹槽84被限定形成在圓筒56的端部56A上的一個階梯凸緣和外殼20的外表面之間。最好為了將鎖30從圓筒56的端部去除必須破壞鎖30才行.
內(nèi)部故障指示器22可選擇地包括一個機構(gòu)85用來在內(nèi)部故障指示器被觸發(fā)時產(chǎn)生一個控制信號。這個機構(gòu)可以包括一組或者多組電觸點，這些電觸點組在內(nèi)部故障指示器22被觸發(fā)時被閉合或斷開?？梢源偈顾鲭娪|點產(chǎn)生所述控制信號，例如由活塞60在膛56C中的通過或由觸發(fā)器銷54的運動促使。當活塞60處于它的待發(fā)狀態(tài)時，所述電觸點可以處于一個第一位置(或者閉合或者斷開)。當故障指示器22被觸發(fā)時，所述電觸點就被切換以使當活塞60處于它的觸發(fā)位置時所述電觸點處于一個第二位置(或者開啟或者閉合)。機構(gòu)85可以包括其它結(jié)構(gòu)諸如光纖，將一個指示控制信號傳遞給發(fā)送機86，指示內(nèi)部故障指示器22已經(jīng)被觸發(fā)。發(fā)送機86根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生一個故障信號諸如無線電信號。
應(yīng)當理解，在所述附圖中描繪的內(nèi)部故障指示器與現(xiàn)有技術(shù)中的故障指示器相比具有許多優(yōu)點。由于能夠提供一個單獨的裝置同時起到卸壓閥和內(nèi)部故障指示器的功能，所以能夠比現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有明顯的優(yōu)點。它簡化了用于電氣裝置的外殼的結(jié)構(gòu)，因為在外殼上一個單個開口就可以服務(wù)于故障指示器和卸壓閥。它也能夠在電氣裝置外殼內(nèi)布置零件提供更大的寬容度。在一個典型的電氣裝置的外殼中，空間是非常重要的。特別是在電氣裝置的頂部尤其是如此。卸壓閥和內(nèi)部故障指示器將同時處于外殼頂部空氣空間中。在典型的電氣裝置中，電線也可以通過上部空氣空間區(qū)域進入到外殼中。
由于設(shè)置了一個活塞60在故障指示器22觸發(fā)時被排出膛56C，由此產(chǎn)生了一個可見信號，標示出故障已經(jīng)在一個裝置中發(fā)生，這樣與以前的情況相比可以更清楚和毫不含糊地看見。在動作時，故障指示器顯眼的″形狀″和顏色都會發(fā)生變化。另外，因為故障指示器可以被安裝在外殼20的側(cè)壁上，所以與以前的僅僅安裝在外殼的上表面上的故障指示器來比，本發(fā)明的故障指示器可以在從地面上更容易看得到的位置顯示其指示。
內(nèi)部故障指示器22的結(jié)構(gòu)中包括一個傳感器隔膜和一個指示元件，在動作時，所述指示元件在一個通常平行于隔膜的平面的方向上移動，這種結(jié)構(gòu)提供了一種緊湊的可以被安裝在外殼20頂部的空氣空間中的內(nèi)部故障指示器22以及還具有足夠大的隔膜區(qū)域為外殼20內(nèi)部的壓力激增提供優(yōu)良的靈敏度。
由于提供了一種指示元件，其能夠在內(nèi)部故障指示器22觸發(fā)之后在不打開外殼20就不能返回到其初始位置，這樣就減小了由于人為差錯在正確地檢查和工作之前將電氣裝置重新進行使用的可能性.
一種包括一個盤簧例如圖2A和3中示出的盤簧48的隔膜組件具有自動定心的優(yōu)點，以及具有能夠容易進行觸發(fā)器銷54的軸向移動的優(yōu)點。
內(nèi)部故障指示器22可以被制造成它從外殼20中伸出僅僅極小的量。因而，不存在雪和冰可能粘附的表面。
在使用內(nèi)部故障指示器22的電器裝置中，故障指示器應(yīng)當被設(shè)計和構(gòu)造成在所有預(yù)期的工作條件下能提供長的壽命和高可靠性。另外，內(nèi)部故障指示器22的部件應(yīng)當盡可能地由非導(dǎo)電材料制成，以便盡可能少地妨礙電場在所述裝置中的分配。
圖8到11B示出了根據(jù)本發(fā)明一個備選實施例的內(nèi)部故障指示器122的結(jié)構(gòu)。內(nèi)部故障指示器122的運行大體上如上所述。提供與故障指示器22中部件類似功能的故障指示器122的部件給予的標號與在圖1到7中使用的相應(yīng)參考標號相比增加了100。
故障指示器122可以通過將螺紋部分156B插入到一個位于外殼的開口124中并用一個螺母158將故障指示器122固定在位置上而被安裝到一個外殼120。這樣使得故障指示器122比故障指示器22在某種程度上容易安裝。故障指示器122可以由一個元件諸如一個開口銷(未示出)穿過位于圓筒156外端的洞183A和183B而被鎖定便于運輸。所述鎖定元件阻止活塞160向外移動。
故障指示器122另外一個特征就是卸壓閥132可以作為一個單位從活塞160拆卸下來。卸壓閥組件132被容納在活塞160中的一個膛161中?；钊?60在其下側(cè)具有一個開口161A，該開口與膛161相連。當卸壓閥組件132被卸掉時，膛161和開口161A提供了進入外殼120內(nèi)部的通道。這個通道例如可以被用來往外殼120中引入絕緣油或者其它流體，用于從外殼120等等中取樣或者取出流體。如果故障指示器122提供了這種通道，那么就能夠在外殼120上省去開口，要不然這種開口是必須的用于提供進入外殼120內(nèi)部的通道。
在故障指示器122如上所述提供進入外殼120中的通道的地方，通常需要設(shè)置一個阻止機構(gòu)，該阻止機構(gòu)防止故障指示器122在其被用作一個進入開口時被觸發(fā)。在所示出的實施例中，阻止機構(gòu)包括一個伸入到圓筒156的膛156C中的銷190和一個形成在活塞160中的鉤191。在卸壓閥160已經(jīng)被拆除之后，故障指示器122可以通過在膛156中旋轉(zhuǎn)活塞160直到鉤191嚙合銷190而獲得阻止，如圖11A中所示。當需要故障指示器122能夠被操作時，活塞160可以被旋轉(zhuǎn)直到鉤191與銷190完全脫離嚙合，如圖11B所示，然后卸壓閥132可以被鎖定在膛161中的位置上。在示出的實施例中，卸壓閥132包括一對彈性臂132A(圖9)，該彈性臂嚙合著膛161中的凹口從而將卸壓閥組件132保持在膛161中的位置中。
故障指示器122具有一個隔膜144，該隔膜包含一層輕質(zhì)的剛性材料，諸如聚酯形成，提供了多個同心的環(huán)形脊147。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種隔膜結(jié)構(gòu)提供了對發(fā)生故障的良好的敏感性。
根據(jù)上文公開內(nèi)容，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯，能夠在實施本發(fā)明時在不背離本發(fā)明精神或范圍的情況下進行多種改變和改進。例如如圖所示的單個孔42可以由多個更小的孔或其它結(jié)構(gòu)來替換，它們限制著在室40中壓力跟隨著外殼20內(nèi)的環(huán)境壓力波動的速度；孔42的形狀可以是環(huán)形，如圖2中所示，或者其它形狀；柔順的底部結(jié)構(gòu)46最好是一個盤簧但不是必須為盤簧；柔順的底部結(jié)構(gòu)46可以與隔膜44為一個整體；在所示出的實施例中，觸發(fā)器銷54防止活塞60在內(nèi)部故障指示器22已經(jīng)被觸發(fā)之后被重新插入膛56C中。一個單獨的棘爪或其它單向棘輪機構(gòu)可以被設(shè)置以使內(nèi)部故障指示器22僅僅從外殼20內(nèi)部復(fù)位；雖然最好彈射彈簧62同時連接到活塞60和圓筒56上，但是一個單獨的保持器繩可以被設(shè)置來防止活塞60在動作時完全掉離內(nèi)部故障指示器22。彈射彈簧或保持器繩構(gòu)成″止動裝置″，它通過被同時連接到活塞60和變壓器16上起到防止活塞60從故障指示器22的分離的功能；各種機械聯(lián)動裝置可以被用來根據(jù)隔膜44的運動釋放活塞60；代替使用隔膜44或柔順的支撐元件，諸如盤簧48將銷54向著活塞60施壓，可以使用一個單獨的偏壓裝置，諸如彈簧80來將隔膜44向著活塞60偏壓，如圖2C中所示。在圖2C中，薄的阻氣層44’被一個輕質(zhì)的加強板45支撐，銷54從加強板45伸出。盤簧80促使銷54與活塞60嚙合。
隔膜44可以采取多種不同的形式。例如，圖12中示出一個備選的隔膜244，它包括一層剛性輕質(zhì)的材料，該材料具有徑向延伸肋245與之整體形成。
代替室40在一側(cè)由一個柔性隔膜封閉，執(zhí)行機構(gòu)26可以包括一個室，同時由比較大質(zhì)量活塞和相對較小質(zhì)量的活塞封閉。所述兩個活塞可以彼此同心并被連接到具有相同彈簧常數(shù)的彈簧上。大質(zhì)量活塞的慣性防止了大質(zhì)量活塞響應(yīng)快速的壓力激增而移動。大質(zhì)量活塞和小質(zhì)量活塞可以響應(yīng)緩慢的壓力波動同時移動。大質(zhì)量和小質(zhì)量活塞的相對運動可以被用于釋放指示器結(jié)構(gòu)28；室40可以包含一個風(fēng)箱的內(nèi)部，該風(fēng)箱具有由柔性圓筒狀壁連接起來的剛性端面。所述剛性端面的相對運動可以由適當機械聯(lián)動裝置來觸發(fā)指示器機構(gòu)28。在所述風(fēng)箱上的一個或多個開口將會防止所述端面響應(yīng)于外殼20內(nèi)環(huán)境壓力的緩慢波動而移動；在本發(fā)明的非優(yōu)選實施例中，隔膜44可以由剛性的或半剛性的可移動活塞代替，該活塞響應(yīng)于外殼20內(nèi)的快速壓力激增而向著室40移動；由一個如上所述隔膜，或任何備選機構(gòu)在一側(cè)封閉的室40構(gòu)成″壓力波動探測裝置″，該裝置響應(yīng)于外殼20內(nèi)的壓力驟增用一個足夠操作指示器結(jié)構(gòu)28的力移動腔壁的一部分；活塞60可以具有如上所述的不同形狀，例如活塞60可以包括具有隱藏部分的標記、桿、板等等，當活塞60處于其待發(fā)位置時所述隱藏部分隱藏在膛56C中看不見，而在活塞60移到觸發(fā)位置時被暴露出來。如上所述的活塞60，和這里描述的任何一種用于顯示內(nèi)部故障檢測器探測到一個故障的指示的備選方式構(gòu)成″指示器裝置″；鎖定裝置可以以不同于這里所述的方式安裝在外殼20或裝置22。鎖定裝置可以是不同種類的構(gòu)件，這個構(gòu)件防止活塞60在內(nèi)部故障指示器22投入使用之前意外地移到它的觸發(fā)位置。例如，所述鎖定裝置可以包括一個穿過活塞60中的一個開口的銷(未示出)，并由此防止活塞60在圓筒56中縱向地移動直到所述銷去除。所述鎖定裝置還可以包括，例如，滑動的或樞軸轉(zhuǎn)動的或斷裂離開的構(gòu)件，這種構(gòu)件位于活塞60外端的阻擋活塞60在圓筒56中向外移動。
彈射彈簧62可以包括一個拉簧，該拉簧被設(shè)置用來代替示出的壓縮彈簧在膛56C中向外牽拉活塞60。
一個阻擋機構(gòu)可以包括一種不同機械結(jié)構(gòu)來防止活塞160在故障指示器122被用作進入開口時向外移動。例如，所述阻擋機構(gòu)可以包括一個在鎖定位置和未鎖定位置之間移動的阻擋構(gòu)件，在故障指示器122被觸發(fā)時在所述鎖定位置中阻擋構(gòu)件阻擋活塞160的向外移動，在所述的未鎖定位置中阻擋構(gòu)件不阻止活塞160的運動。
因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當根據(jù)下文權(quán)利要求書限定的情形來解釋。
權(quán)利要求
1.一種故障指示器，用于指示一個電氣裝置的外殼內(nèi)發(fā)生的迅速壓力波動，所述故障指示器包括a)一個能夠被安裝在電氣裝置的外殼中的開口內(nèi)的圓筒；b)一個執(zhí)行機構(gòu)，包括i)一個在外殼內(nèi)的室，這個室具有至少一個孔在所述室的內(nèi)部表面和外表面之間貫通；和，ii)一個驅(qū)動元件，該驅(qū)動元件響應(yīng)位于所述室的內(nèi)部和外部表面之間的壓差可以移動；和，c)一個活塞，位于所述圓筒的膛內(nèi)，所述活塞在所述圓筒中向外偏壓并且通常情況下由所述驅(qū)動元件保持在一個待發(fā)位置；其中，當所述壓差超過一個正閾值時，驅(qū)動元件被充分移動使得活塞在所述膛中向外移動到一個觸發(fā)位置。
2.如權(quán)利要求1的故障指示器，其中所述室包括一個隔膜，所述驅(qū)動元件被連接到所述隔膜。
3.如權(quán)利要求2的故障指示器，其中所述驅(qū)動元件包括一個觸發(fā)器銷，該觸發(fā)器銷從隔膜上伸出并在所述活塞處于待發(fā)位置時嚙合到位于所述活塞中的一個觸發(fā)器凹口。
4.如權(quán)利要求3的故障指示器，其中所述隔膜和所述圓筒兩個都朝大體上水平的方向定位。
5.如權(quán)利要求4的故障指示器，其中所述隔膜具有一個朝向所述室的第一面和一個向下的第二面，所述故障指示器包括一個有孔的防濺罩，該有孔的防濺罩覆蓋著所述隔膜的第二面。
6.如權(quán)利要求4的故障指示器，包括一個在所述膛中將所述活塞向外推的彈簧。
7.如權(quán)利要求6的故障指示器，其中所述彈簧伸入到位于所述活塞內(nèi)端上的一個圓筒形開口，在觸發(fā)時所述彈簧可以將活塞推到一個位置，在這里所述活塞的后端在所述膛中從觸發(fā)器銷向外。
8.如權(quán)利要求6的故障指示器，其中所述活塞的外表面具有明亮的顏色。
9.如權(quán)利要求1的故障指示器，包括一個在所述膛中將所述活塞向外推的彈簧。
10.如權(quán)利要求9的故障指示器，其中所述彈簧被同時連接到所述活塞和圓筒。
11.如權(quán)利要求1的故障指示器，包括一個位于所述活塞內(nèi)的卸壓閥。
12.如權(quán)利要求11的故障指示器，其中所述卸壓閥被可拆卸地安裝在位于活塞中的一個膛中，當所述卸壓閥被拆卸了時，所述膛就提供了進入安裝所述故障指示器外殼內(nèi)部的通道。
13.如權(quán)利要求12所述的故障指示器，包括一個阻擋機構(gòu)，該阻擋機構(gòu)包括一個向內(nèi)伸入到所述圓筒中的構(gòu)件和一個位于所述活塞上的鉤，所述鉤在活塞在所述圓筒中在第一方向回轉(zhuǎn)時嚙合所述構(gòu)件來防止活塞在圓筒中向外移動
14.如權(quán)利要求2的故障指示器，包括一個柔順的底部結(jié)構(gòu)支撐著所述隔膜。
15.如權(quán)利要求14的故障指示器，其中所述柔順的底部結(jié)構(gòu)包括一個盤簧。
16.如權(quán)利要求2的故障指示器，其中所述隔膜包括一個阻氣層材料的薄板，所述故障指示器包括一個彈簧，該彈簧將驅(qū)動元件推入以與所述活塞接合。
17.如權(quán)利要求2的故障指示器，其中，所述隔膜包括一層剛性材料，該層剛性材料用來提供多個同心的環(huán)形脊。
18.如權(quán)利要求14的故障指示器，包括一個導(dǎo)向銷，該導(dǎo)向銷在軸向方向上從所述柔順的底部結(jié)構(gòu)中央部伸出，該導(dǎo)向銷至少部分地伸進所述孔中。
19.如權(quán)利要求1的故障指示器，包括一個可拆卸的鎖，其位于所述圓筒的外端，所述鎖阻擋所述活塞在所述膛中向外運動。
20.如權(quán)利要求19的故障指示器，其中所述鎖包括一個構(gòu)件，該構(gòu)件在從所述膛的外端上卸下所述鎖時斷裂。
21.如權(quán)利要求19的故障指示器，其中所述鎖包括一個構(gòu)件，該構(gòu)件可拆卸地安裝在位于所述圓筒的外端處的一個開口中。
22.如權(quán)利要求1的故障指示器，其中所述活塞的外端包括一個凸緣，當所述活塞處于它的待發(fā)位置時所述凸緣密封地嚙合著一個位于所述圓筒上的密封構(gòu)件。
23.如權(quán)利要求1的故障指示器，包括一個位于所述膛中的單向機構(gòu)，該機構(gòu)防止了活塞從所述觸發(fā)位置被推動回到所述待發(fā)位置。
24.如權(quán)利要求1的故障指示器，包括一個信號發(fā)送器，其被連接用來在故障指示器動作時發(fā)送一個故障信號。
25.如權(quán)利要求1的故障指示器，包括一組電觸點，所述電觸點在所述活塞處于它的待發(fā)位置時被閉合或斷開，在所述活塞處于它的觸發(fā)位置時所述電觸點切換到斷開或者閉合。
26.一種電氣裝置，具有一個封閉外殼，一個根據(jù)權(quán)利要求1的帶有位于所述外殼中的室和伸出穿過位于所述外殼的一個開口中的圓筒的故障指示器，以及一個或多個位于所述外殼內(nèi)的帶電電氣部件。
27.如權(quán)利要求26的電氣裝置，其中所述開口位于所述外殼的側(cè)壁內(nèi)。
28.一種故障指示器，用于指示一個電氣裝置的外殼內(nèi)發(fā)生的迅速壓力波動，所述故障指示器包括a)壓力波動探測裝置，用于根據(jù)在電氣裝置的外殼內(nèi)的壓力急劇增長而移動一個驅(qū)動元件；b)指示器裝置，由壓力波動探測裝置促動，所述指示器裝置包括一個在一個膛內(nèi)可移動設(shè)置的活塞，在所述驅(qū)動元件移動時，所述活塞在所述膛內(nèi)從一個待發(fā)狀態(tài)向外移動到一個觸發(fā)位置；和，c)止動裝置，用于防止所述活塞與故障指示器分離。
29.一種方法，用于指示一個電氣裝置的外殼內(nèi)發(fā)生的迅速壓力波動，所述方法包括a)提供一個位于一個電氣裝置的外殼內(nèi)的室，所述室包括一個封閉的容積和一個孔并提供一個活塞，所述孔互通在所述封閉的容積和所述外殼內(nèi)的空氣空間之間，所述活塞具有一個隱藏起來看不見到隱藏部分；b)能允許在所述外殼內(nèi)的迅速的壓力波動，將所述室的一個壁部份向里移動；c)根據(jù)所述壁部分的運動釋放活塞；和，d)移動所述活塞以使活塞隱藏起來的部份暴露出來。
30.如權(quán)利要求29的方法，其中移動所述活塞，包括將所述活塞推出位于所述外殼中的膛中，其中所述活塞的隱藏部份是所述活塞的一個側(cè)面。
全文摘要
用于電氣裝置的內(nèi)部故障指示器，在絕緣失效產(chǎn)生電弧時所發(fā)生的壓力驟增被觸發(fā)。在所述電弧中釋放的熱量被傳輸?shù)街車臻g中引起局部過熱、汽化和絕緣材料的分解。所述最終壓力驟增移動一個隔膜。所述隔膜的移動從一個圓筒釋放一個彈簧驅(qū)動的活塞，該圓筒延伸穿過所述電氣裝置的外殼。在觸發(fā)之前，所述活塞由一個止動銷保持在一個“待發(fā)”位置。在觸發(fā)時，所述活塞由彈簧推動直到它從所述外殼伸出而提供一個內(nèi)部故障的可見信號。卸壓閥可以與內(nèi)部故障指示器整體形成。
文檔編號G01L7/00GK1436298SQ01811114
公開日2003年8月13日 申請日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月14日
發(fā)明者尼古拉·庫克, 斯圖爾特·H·?？怂? 羅伯特·蘇吉特 申請人:Ifd內(nèi)部故障探測器公司