КОЖУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА, ОСНАЩЕННЫЙ ДАТЧИКАМИ ТОКА
ELECTRICAL CONDUCTOR SHEATH EQUIPPED WITH CURRENT SENSORS

Объектом изобретения является кожух электрического проводника, оснащенный датчиками тока, который может найти свое применение в электрическом устройстве, являющемся другим объектом изобретения.
Некоторые электрические устройства среднего или высокого напряжения, такие как защищенные металлическим кожухом аппараты (PSEM) или изолированные газом переключатели (GIS), содержат линейный проводник и жесткий кожух, заполненный изолирующим газом и окружающий его на расстоянии, одновременно поддерживая его изолирующими распорками в виде дисков. Они оборудованы различными датчиками, в том числе датчиками тока, которые могут быть размещены на кожухе и которые измеряют циркуляцию тока в проводнике за счет электрической индукции или с применением эффекта Фарадея в зависимости от того, является ли чувствительный элемент датчика другим электрическим проводником или оптическим волокном. В обоих случаях датчики этого типа намотаны на кожух и образуют, по меньшей мере, один виток для улавливания достаточного сигнала, и, по меньшей мере, с одним из их концов соединены измерительные приборы.
Эта последняя необходимость предполагает выполнение в кожухе отверстий в наиболее частом случае, когда датчики размещают в корпусе, устанавливаемом на внутренней стороне кожуха, но недостатком такого решения является сложность в обеспечении герметичности кожуха. Другим часто встречающимся недостатком является то, что монтаж датчика сопровождается значительными нарушениями непрерывности поперечного сечения кожуха, что провоцирует возмущения обратного тока высокой частоты, который появляется, в частности, при переключениях устройства, и что может привести к электромагнитному излучению, искажающему измерения датчиков, или к возникновению дуг, наносящих вред изолирующему газу в кожухе.
Наконец, главным недостатком датчиков, установленных внутри кожуха, является то, что при замене этих датчиков необходимо демонтировать кожух, что создает проблему утечки внутреннего изолирующего газа, являющегося токсичным и загрязняющего окружающую среду; вместе с тем, если датчики установлены снаружи кожуха, как это выполнено в некоторых известных решениях, то либо увеличиваются габариты прибора по причине наличия корпуса, защищающего датчики, либо эти датчики остаются не закрытыми, то есть не защищенными от возможных повреждений.
В документе US-A-5136236 описан специальный монтаж этих датчиков. В документе ЕР-А-1710589 раскрыт другой монтаж, при котором датчики размещены внутри кожуха в канавках сегмента кожуха, при этом желобки открываются на плоские стороны сегмента, соприкасающегося с соседними сегментами кожуха: для датчиков необходим полный демонтаж кожуха. В документе US-A-4320337 описан монтаж датчиков снаружи кожуха. Наконец, в документе GB-A-2332784 раскрыт монтаж, при котором датчики установлены на катушке, выполненной вокруг проводника без контакта с кожухом: это решение не устраняет недостатки, состоящие в необходимости демонтажа кожуха для их замены, и к тому же нетрудно предположить, что измерение сигнала датчика вдоль всего радиуса прибора является проблематичным.
Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков, присущих известным устройствам, за счет создания кожуха, позволяющего легко устанавливать и заменять датчик или датчики без нарушения циркуляции токов в кожухе и герметичности кожуха.
Поставленная задача решена в кожухе электрического проводника, при этом кожух является жестким и отстоит от охватываемого им электрического проводника, согласно изобретению, кожух содержит кольцевую камеру с, по меньшей мере, одним отверстием на своей наружной стороне, при этом камера занята, по меньшей мере, одним желобком, направляющим нитевидный датчик тока проводника, причем желобок содержит, по меньшей мере, один виток, выходящий на отверстие.
Кожух может содержать множество таких отверстий и таких желобков, при этом каждый из желобков выходит в соответствующее отверстие, при этом отверстия предпочтительно выполнены со смещением в угловом направлении вокруг кожуха, чтобы одновременно лучше отделять друг от друга датчики и чтобы обеспечивать выигрыш в месте для измерительных устройств.
Это решение позволяет укрыть датчик или датчики между двумя концентричными стенками кожуха и обеспечивает его правильную установку, благодаря направлению в желобке. Наружная стенка содержит отверстие для установки датчика, но внутренняя стенка остается сплошной, что позволяет сохранять герметичность. Измерительный конец датчика остается доступным через отверстие. Единственный дополнительный габарит, необходимый для датчика, соответствует измерительному корпусу. Электрические возмущения уменьшаются, так как кожух, закрывающий датчик, продолжает другие кожухи и имеет аналогичные размеры по радиусу.
Желобок можно выполнить на одной стороне камеры или в трубке, закрепленной в камере. В любом случае, его можно выполнить в материале с более низким коэффициентом трения, чем преобладающий материал (металл) кожуха, что облегчает монтаж и демонтаж.
Кожух можно установить в продолжение других кожухов проводника, которые являются сплошными, то есть не содержат камеры. Предпочтительно он состоит из двух деталей, каждая из которых оснащена плоским фланцем крепления на одном из других кожухов и распоркой, причем распорки являются концентричными, прилегают к фланцу одной детали и имеют стороны взаимной центровки. Камера проходит между распорками, при этом одна из распорок продолжает сплошные кожухи и упирается непосредственно во фланец другой из деталей, а другая из распорок имеет радиус, отличный от радиусов гладких кожухов, и упирается во фланец другой из деталей электроизоляционной уплотнительной прокладкой. Устройство может содержать несколько таких нитевидных датчиков, установленных в желобке камеры, в том числе совместно работающие оптоволоконный датчик и датчик с трансформатором тока, что позволяет повысить качество измерений.
При этом нарушение общей формы кожуха является минимальным, как и возмущения токов.
Далее следует описание изобретения со ссылками на следующие фигуры:
на фиг.1 показан общий вид технического решения в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 показан первый вариант осуществления кожуха электрического устройства в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.3 показан второй вариант осуществления;
на фиг.4 показан другой вариант осуществления изобретения, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг.5 показан вариант осуществления изобретения;
на фиг.6 показан датчик.
На фиг.1 показан вид снаружи участка кожуха электрического устройства, такого как прибор PSEM или GIS, в котором отличительным элементом изобретения является центральный кожух 1, показанный закрепленным фланцами на двух других цилиндрических и гладких кожухах 2. Проводник 4 проходит в центре кожухов 1 и 2, которые изолируют его от внешней среды. Кожух 1, предназначенный для установки датчиков, может быть более коротким, чем другие кожухи. В данном случае представлена конструкция с двумя датчиками, поскольку преимущества изобретения проявляются более наглядно, когда применяют несколько датчиков, однако можно вполне устанавливать только один датчик. На фиг.1 представлен вид снаружи, поэтому показаны только измерительные корпусы 5, установленные снаружи кожуха 1 в двух разных угловых местах, каждый на большей части длины кожуха 1. Если снять корпусы 5, то будут видны два отверстия 6, смещенные в продольном и угловом направлениях на кожухе 1, как показано на фиг.2; отверстия 6 сообщаются с камерой 7 внутри кожуха 1, которая в зависимости от случая может быть общей для обоих отверстий или может быть разделена стенкой 8, и в данном случае камера 7 содержит две трубки 9, намотанные вокруг кожуха 1 и образующие множество витков, и их концы 10 открываются перед соответствующим отверстием 6. Трубки 9 предназначены для введения в них датчиков, в данном случае оптоволоконных датчиков, в которых используют эффект Фарадея для токов, проходящих через проводник 4. Датчики вводят через отверстия 6 в трубки 9, которые их направляют и удерживают в положении, способствующем измерению, не позволяя им соскользнуть в камеру 7. Ограниченное угловое и продольное расширение отверстий 6, выполненных на небольших участках кожуха 1, позволяет защитить трубки 9 и сами датчики кожухом 1. Возможность установки и замены датчиков простыми движениями введения позволяет избежать необходимости демонтажа кожуха 1. Трубки 9 закреплены в камерах 7 при помощи клея или любого другого средства крепления. Предпочтительно они выполнены из материала с меньшим коэффициентом трения, чем материал кожуха 1, например из ПТФЭ: это облегчает введение датчиков, а также их извлечение с целью замены.
Соответствующий датчик 25 тока показан на фиг.6. Он содержит оптическое волокно 26 в качестве чувствительного элемента с зеркалом 27 на одном конце и с корпусом 5 на другом. Корпус 5 содержит элементы, необходимые для эксплуатации датчика, а именно: источник 29 света, поляризатор 30, инвертор 31, круговой поляризатор 32 и фотодетектор 33. Излучаемый источником 29 свет проходит по волокну 26, пройдя через элементы 30-32, затем возвращается на фотодетектор 33 после отражения от зеркала 27. Оптическое волокно 26 намотано витками вокруг проводника 4, который на этой фигуре не показан, но ток которого влияет на проходящий через него свет, и это влияние можно измерить.
На фиг.3 показан другой вид устройства. Кожух 1 состоит из двух деталей 11 и 12, каждая из которых содержит фланец 13 и распорку, прилегающую к фланцу, соответственно наружную распорку 14 и внутреннюю распорку 15. Распорки 14 и 15 являются концентричными, и между ними находится камера 7. Соединение осуществляют через поверхности 16 упора между распорками 14 и 15 вблизи фланцев 13, и эти поверхности обеспечивают взаимную центровку, сохраняя концентричность распорок 14 и 15. Винты 17 соединяют один из фланцев 13 с распоркой (в данном случае с наружной распоркой 14) другой детали. В месте соединения между другой распоркой 15 и другим фланцем 13 установлена уплотнительная прокладка 18. Предпочтительно также, чтобы эта прокладка была электроизолирующей при условии, что гладкие кожухи 2 продолжают наружную распорку 14, поскольку в этом случае не происходит циркуляции обратных токов через внутреннюю распорку и эти токи проходят практически прямолинейно и равномерно через кожухи 1 и 2 исключительно через наружную распорку, не создавая возмущений, приводящих к излучениям.
На фиг.4 показан вариант, который немного отличается от предыдущего и в котором используют трансформаторы тока, работающие по методу Роговского. Эти датчики, обозначенные позицией 19, выполнены в виде петли из единственного витка, замкнутого на одном конце, на котором они оснащены контактами 20 соединения с корпусами 5. Они в основном содержат проводник, состоящий из обмоток, расположенных друг за другом вдоль витка, концы которых соединены с контактом 20. Естественно, соединительные корпусы 5 для датчиков этого типа адаптированы для чувствительных электрических элементов. Эти датчики известны, поэтому их описание опускается. В любом случае их можно устанавливать, используя трубки, аналогичные трубкам 9, в данном случае в виде одного витка, но можно предусмотреть и другой вариант установки, в котором применяют желобки 21, выполненные на одной из распорок, в данном случае на внутренней распорке 15, и выполняющие такие же функции направления. На фигуре показаны также запорные пластинки 22, которые устанавливают на отверстия 6 и на которые затем устанавливают соединительные корпусы 5. Эти пластинки 22 могут быть подобными и содержать каждая один выступ 23 с отверстием, предназначенным для прохождения соединительного контакта 20, и один сплошной выступ 24. После размещения датчиков 19 в желобках 21 и после смыкания их витков, пластинки 22 устанавливают на наружную распорку 14, поворачивая их таким образом, чтобы выступы 23 с отверстием оказались перед отверстиями 6 и соединительными контактами 20. Затем соединительные корпусы 5 сажают на выступы 23 и 24 и на соединительные контакты 20. Производят плотный монтаж при помощи стяжного хомута, охватывающего соединительные корпусы 5, или при помощи любого другого стягивающего средства на соединительных контактах 20.
В данном случае желобки 21 могут иметь покрытие из материала с низким коэффициентом трения для облегчения введения датчиков 19.
В варианте осуществления, представленном на фиг.5, по всей внутренней распорке 15 через равномерные промежутки выполнены желобки 21, в данном случае пять желобков, некоторые из которых являются дополнительными, поскольку в данном случае установлено только три датчика 19. Это решение позволяет добавлять, в случае необходимости, новые датчики во время срока эксплуатации устройства. Это не представляет никакой трудности, учитывая наличие отверстий 6, выполненных в разных угловых местах.
Устройства с трубками и с желобками не обязательно предназначены соответственно для оптоволоконных датчиков и для трансформаторных датчиков.
Решение, подобное варианту на фиг.5, можно осуществить с оптоволоконными датчиками. Число витков датчиков не является критическим для нормального осуществления изобретения: достаточно предусмотреть соответствующие устройства для направления и размещения.
Наконец, датчики обеих категорий можно разместить вместе на одном кожухе 1, что может представлять интерес для повышения надежности измерений.