本發(fā)明涉及用于監(jiān)控真空斷路器的真空質(zhì)量的裝置。

本發(fā)明更具體地、但不排他地應(yīng)用于真空斷路器，特別是應(yīng)用于三相類型的真空斷路器，所述真空斷路器通過氣體、通過固體絕緣材料、或通過氣體與絕緣隔板的組合而被絕緣，或者設(shè)有外部絕緣部(包覆模制的絕緣部)。

背景技術(shù)：

例如，在美國(guó)專利US4103291中描述了通過使用電容傳感器來監(jiān)控真空瓶中的真空質(zhì)量。在該文獻(xiàn)描述的裝置中，真空瓶(也稱為真空管)包括浮動(dòng)屏，該浮動(dòng)屏與觸點(diǎn)系統(tǒng)(contact system)形成經(jīng)受電源電壓的第一電容器。在真空瓶的浮動(dòng)屏和接地之間產(chǎn)生第二電容器。在這兩個(gè)電容器中流動(dòng)的電流提供了對(duì)瓶中的真空狀態(tài)的測(cè)量。該機(jī)制是基于真空的介電特征。相應(yīng)地，在、存在適當(dāng)?shù)恼婵盏那闆r下，介電耐受性(dielectric withstand)將阻止在真空瓶的內(nèi)部發(fā)生任何火花放電，使得在該電容器中流動(dòng)的電容電流與電源電壓、以及與串聯(lián)連接的所述第一和第二電容器的值成比例。在真空有缺陷的情況下，真空的介電耐受性將降低，并且在瓶的內(nèi)部將發(fā)生火花放電，使得浮動(dòng)屏將處于電源電壓下。屏和觸點(diǎn)之間的第一電容器被短路，并且在第二電容器中流動(dòng)的電流將增加。第二電容器中的電流由此提供瓶中的真空質(zhì)量的指示。該裝置的缺點(diǎn)之一與其對(duì)電源電壓中的過電壓的敏感度相關(guān)，過電壓可能導(dǎo)致對(duì)真空損失的錯(cuò)誤警報(bào)。此外，使用這種類型的裝置需要在瓶?jī)?nèi)部存在浮動(dòng)屏，從而排除其在不具有浮動(dòng)屏的“不對(duì)稱”類型的瓶中的使用。

文獻(xiàn)EP2463883公開了一種采用多個(gè)電容器的檢測(cè)器，用于并行監(jiān)控瓶的上游和下游電路系統(tǒng)的有源元件和真空。由此，只要存在電壓，真空質(zhì)量的退化可以在所有系統(tǒng)條件下被檢測(cè)。在該檢測(cè)器的實(shí)施例中，具有接地金屬屏的固體絕緣體允許產(chǎn)生大的電容器，其中的電容電流是強(qiáng)的。

上述傳感器的缺點(diǎn)與以下事實(shí)有關(guān)，即上述傳感器不能用于傳統(tǒng)的斷路器中，或者由于缺少適當(dāng)?shù)臏y(cè)量，或者缺少足夠強(qiáng)的耦合以用傳統(tǒng)的方式產(chǎn)生獨(dú)立的檢測(cè)器。此外，缺少屏蔽絕緣迫使極大地遠(yuǎn)離瓶。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于監(jiān)控?cái)嗦菲髡婵掌?中的真空質(zhì)量的裝置的原理示意圖。參考標(biāo)記8表示真空瓶1的壁。該裝置具有第一導(dǎo)電表面4，該第一導(dǎo)電表面4布置在金屬屏18和第二導(dǎo)電表面10之間，該金屬屏18形成真空瓶1的電氣有源元件，該第二導(dǎo)電表面10可動(dòng)地安裝在連接到接地T的架12上。第一導(dǎo)電表面4形成包括串聯(lián)的兩個(gè)電容器的電容器，這兩個(gè)電容器是電容器14和電容器34，該電容器14(稱為真空電容器)在真空瓶1中的電極16和圍繞電極16的金屬屏18之間形成，該電容器34在導(dǎo)電表面4和金屬屏18的面對(duì)該電容器34的外表面之間形成。導(dǎo)電表面4與第二導(dǎo)電表面10還形成另一電容器32。

電容器14的值被清楚地限定并取決于真空斷路器的設(shè)計(jì)。相反，電容器32和34的值取決于距離D1和D2，距離D1和D2將導(dǎo)電表面4分別與金屬屏18和第二導(dǎo)電表面10分隔開。在該裝置中，在導(dǎo)電表面4處測(cè)得的瞬態(tài)電壓取決于電容器14、32和34的值以及電極16上的線路電壓V_HV的值。由于電容器14的值遠(yuǎn)大于電容器32和34的值，所以電壓V_HV的大部分施加于電容器32和34上。

導(dǎo)電表面4上的電壓V₄相對(duì)于線路電壓V_HV的分布將與距離D1和D2的關(guān)系成比例。電容器32和34可以被認(rèn)為產(chǎn)生于平行板式電容器。因此，電容器32的值與距離D1成反比，電容器34的值與距離D2成反比。由于電容器14的值遠(yuǎn)大于電容器32的值，因此其在近似中可被忽略。由此，導(dǎo)電表面4上的電壓V₄取決于比D2/(D1+D2)和真空斷路器內(nèi)部的電極上的高電壓V_HV：

為了理解該關(guān)系式的推論，考慮以下現(xiàn)實(shí)條件：在具有額定中壓的真空斷路器中，真空斷路器和斷路器架之間的距離(D1+D2)通常為10cm。電壓V_HV通常為10kV。為了在導(dǎo)電表面4上具有低于48伏的完全安全的工作電壓，距離D2須與斷路器架12上的接地板10相距0.5mm。在距離D2上的5mm的變化在導(dǎo)電表面4上將造成500V的電壓，以10倍超過對(duì)于低壓測(cè)量設(shè)備所允許的電壓水平。顯然，在實(shí)際工作條件下，將D2保持為0.5mm的安全距離是困難的。

缺少對(duì)距離D1和D2和/或電容器32和34的有效控制，會(huì)危及測(cè)量和電子電路，如下所述：

-如果導(dǎo)電表面4和斷路器架12之間的距離D2過小，則瞬態(tài)電壓將是弱的，并且過于難以檢測(cè)。這不允許檢測(cè)真空斷路器瓶中的真空損失。

-如果該距離過大，導(dǎo)電表面4上的電壓V₄將變得過大，這可導(dǎo)致對(duì)電子構(gòu)件的損壞或在測(cè)量電路中產(chǎn)生短路。該距離將受到導(dǎo)電表面4被安裝在架12上的方式的影響。

本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。

更具體地，本發(fā)明的目的是一種裝置，該裝置允許檢測(cè)斷路器的真空瓶中真空缺陷，而不與斷路器的帶電部分之間物理接觸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過一種用于監(jiān)控真空斷路器的真空質(zhì)量的裝置來實(shí)現(xiàn)其目的，該裝置包括第一固定導(dǎo)電表面和電子電路，該第一固定導(dǎo)電表面通過絕緣層與第二固定導(dǎo)電表面分隔開以形成具有固定值的第一電容器，該電子電路意于測(cè)量所述第一電容器上的電壓的變化，該電壓變化表征斷路器的真空狀態(tài)的改變。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述第一固定導(dǎo)電表面與真空斷路器的電氣有源元件形成第二固定電容器。

根據(jù)本發(fā)明的另一特征，剛性組件布置在柱形電屏蔽件的內(nèi)部，該柱形電屏蔽件的至少一個(gè)外表面與接地形成第二固定電容器。絕緣層由蜂窩結(jié)構(gòu)、或泡沫結(jié)構(gòu)、或環(huán)氧樹脂板形成。

在根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施方式中，剛性組件在印刷電路板上形成，由絕緣體分隔開的第一導(dǎo)電表面和第二導(dǎo)電表面被刻在該印刷電路上。

在該實(shí)施方式的第一變型中，剛性組件安裝在連接到接地的可動(dòng)架上。

在第二變型中，剛性組件布置在圍繞真空斷路器的柱形電屏蔽件的內(nèi)部，所述屏蔽件被連接到第二導(dǎo)電表面，所述第一導(dǎo)電表面連接到形成真空瓶的所述電氣有源元件的金屬屏，且第二電容器在電屏蔽件的外表面和接地之間形成。

在另一變型中，剛性組件可以作為與所述電氣有源元件電接觸的“貼片”的固定在真空瓶的外表面上。

根據(jù)本發(fā)明的裝置允許監(jiān)控三相真空斷路器的真空質(zhì)量。在該情況下，對(duì)于每個(gè)相，該裝置包括所述剛性組件。該剛性組件還包括附加電容器，該附加電容器被布置為恢復(fù)用于對(duì)電子電路供電的電流，該電子電路意于檢測(cè)真空狀態(tài)的改變。

附圖說明

參照附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過以示例性而非限制性的方式提供的說明顯而易見，在附圖中：

圖1如上所述示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于監(jiān)控真空斷路器的真空質(zhì)量的裝置的原理示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控真空斷路器的真空質(zhì)量的裝置的第一實(shí)施方式的示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控真空斷路器的真空質(zhì)量的裝置的第二實(shí)施方式的示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控真空斷路器的真空質(zhì)量的裝置的第三實(shí)施方式的示意圖；

圖5是描述工業(yè)真空斷路器中的介電耐受電壓變化的曲線。

具體實(shí)施方式

為了清楚起見，相同的附圖標(biāo)記將表示如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的裝置的以及根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件。

圖2示意性地示出真空斷路器，其包括架12、至少一個(gè)真空瓶1以及剛性組件2，該剛性組件2形成用于檢測(cè)瓶1的真空狀態(tài)的變化的檢測(cè)器。該檢測(cè)器包括第一固定導(dǎo)電表面4，其通過絕緣層30與連接到接地T的第二固定導(dǎo)電表面10分隔開。由第一固定導(dǎo)電表面4和第二固定導(dǎo)電表面10形成的剛性組件2形成具有固定值的第一電容器32。由此形成的剛性組件安裝在架12上，并被布置為使得第一固定導(dǎo)電表面4與真空斷路器的電氣有源元件18相對(duì)。第一導(dǎo)電表面4由此與該電氣有源元件18形成第二電容器34。電子電路(未示出)與剛性組件2連接，用于測(cè)量第一電容器32和第二電容器34中的電流變化，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果提供瓶1的真空狀態(tài)的指示。

第二固定導(dǎo)電表面10連接到接地通過螺栓或鉚釘40實(shí)現(xiàn)，該螺栓或鉚釘40約束絕緣層30并將其牢固地連接到架12。固定在螺栓40上的間隔部件41允許在剛性組件2和安裝在裝設(shè)于架12上的檢測(cè)電路上的電子構(gòu)件之間保持足夠的距離。由于獲得的組件的剛性，電容器32具有固定值。絕緣層30的厚度為0.1至10mm。過低的值導(dǎo)致電容器32的值的過度增加，并不適當(dāng)?shù)販p小在第一固定導(dǎo)電表面4上測(cè)得的瞬態(tài)電壓。

圖3示出了本發(fā)明的第二種實(shí)施方式，其中，剛性組件2布置在包圍真空瓶1的柱形電屏蔽件50的內(nèi)部。所述屏蔽件連接到第二導(dǎo)電表面10，第一導(dǎo)電表面4連接到真空瓶的電氣有源元件18。第二電容器34在電屏蔽件50的外表面和接地之間形成。

如圖4所示，由此實(shí)現(xiàn)的組件可以作為“貼片(patch)”圍繞金屬屏18施加在真空瓶1的外表面上。導(dǎo)電表面4與電氣有源元件18直接電接觸。

由于與金屬屏18的直接接觸，該系統(tǒng)可以自供電。

在操作中，第一電容器32的電壓V₃₂用于監(jiān)控真空斷路器中的真空狀態(tài)。在真空斷路器具有良好的真空水平的情況下，包括電容器14、32和34的鏈允許確定在這些電容器中流動(dòng)的電流并因此使用以下公式推導(dǎo)電壓V₃₂：

在斷路器具有真空缺陷的情況下，斷路器的真空瓶中的壓強(qiáng)規(guī)則地增加，并且斷路器的介電耐受性遵循帕邢定律(Paschen’s law)，如圖5所示。

當(dāng)斷路器中的真空水平達(dá)到所謂的“帕邢最小值(Minimum de Paschen)”的值時(shí)，介電耐受性低于系統(tǒng)電壓。這導(dǎo)致電極16和金屬屏18之間的短路。電容器14因此短路，導(dǎo)致流動(dòng)穿過包括電容器32和34的剩余的鏈的電流增加。電壓V₃₂因此如下地變化：

因此，存在真空瓶1中的真空缺陷的情況下，電壓V₃₂增加。