УСТРОЙСТВО С ТЕЛОМ ДАТЧИКА
DEVICE WITH SENSOR BODY

Изобретение относится к системе, содержащей тело датчика, которое имеет ориентированную с изгибом по существу коаксиально оси чувствительную поверхность.
Такая система известна, например, из европейской патентной заявки ЕР 0780692 А2. В ней приводится описание датчика для вывода импульсов частичных разрядов из высоковольтной электрической установки. При этом датчик имеет тело датчика, которое расположено внутри закрытого корпуса на расстоянии от него.
В частности, вблизи находящихся под высоким напряжением электрических установок происходит возникновение электрических полей. При увеличении величины напряжения, вводимые в электрическое поле тела вызывают искажения. За счет таких тел может оказываться отрицательное воздействие на электрическую прочность выбранной изоляции.
Поэтому задачей изобретения является создание системы с телом датчика указанного в начале вида так, что при компактных размерах возникает диэлектрически стабильная система.
Задача решена, согласно изобретению, в системе с признаками указанного в начале вида так, что тело датчика расположено на раме и над чувствительной поверхностью выступает, по меньшей мере, одна ориентированная коаксиально оси щека рамы.
За счет применения рамы системе придается механическая стабильность. Щека может усиливать жесткость рамы и обеспечивать механическую защиту чувствительной поверхности. При этом рама может иметь различные формы. Она может быть, например, из одной части, из нескольких частей, закрытой и т.д. В частности, кольцеобразная форма рамы предпочтительно обеспечивает возможность использования замкнутых щек. При соответствующем выборе материала, рама может иметь, наряду с предпочтительным механическим, также диэлектрически экранирующее действие.
За счет применения рамы создается отдельный узел, который можно вводить, например, в устройства высокого напряжения, например, в зоне мест стыка между герметизирующими устройствами изолированных сжатым газом установок. Поскольку в высоковольтных установках изолированные газом герметичные корпуса часто заполнены находящимся под повышенным давлением газом, то с системой с рамой могут быть согласованы соответствующие уплотнительные элементы.
Кроме того, может быть дополнительно предусмотрено, что над чувствительной поверхностью в осевом направлении с обеих сторон возвышаются щеки рамы.
За счет предусмотрения щек на раме может быть образована, например, в обращенных к оси зонах рамы, по меньшей мере, на некоторых участках, имеющая вид канавки выемка, которая предназначена для интегрирования в нее тела датчика вместе с чувствительной поверхностью. При этом может быть предусмотрено, что щеки проходят полностью замкнуто вокруг оси, или что щеки образованы лишь внутри сектора, в котором находится тело датчика. При этом тело датчика может быть предпочтительно соединено с рамой, так что рама несет тело датчика.
Наряду с диэлектрическим экранированием тела датчика, соответственно, чувствительной поверхности, с помощью щек рамы дополнительно обеспечивается механическая защита тела корпуса, так что во время обработки системы уменьшается вероятность повреждения тела датчика.
Предпочтительно, может быть, например, предусмотрено, что рама окружает тело из изолирующего материала.
Для того чтобы рама могла создавать достаточное диэлектрическое экранирующее действие, она может иметь влияющий на поле материал, такой как, например, электрически проводящие материалы или подвергнутые соответствующей обработке (например, за счет добавления углеродсодержащих материалов или соответствующего покрытия поверхности) пластмассы, соответственно, изолирующие вещества. Тело из изоляционного материала проходит по существу вокруг оси и окружено в свою очередь рамой. За счет тела из изоляционного материала обеспечивается возможность позиционирования подлежащей контролированию системы, например, проводника, вблизи чувствительной поверхности. За счет рамы может быть также предусмотрено, что внешние силы не воздействуют на тело из изоляционного материала и воспринимаются рамой. За счет этого можно выбирать изоляционный материал для тела из изоляционного материала по существу в зависимости от его электрических свойств.
При этом предпочтительно может быть дополнительно предусмотрено, что тело из изоляционного материала соприкасается с рамой.
За счет контакта между телом из изоляционного материала и рамой можно фиксировать относительное положение между рамой и телом из изоляционного материала. Кроме того, можно за счет придания раме соответствующей формы обеспечивать жесткое по углу соединение тела из изоляционного материала с рамой. Для этого может быть, например, предусмотрено, что предусмотренные в раме выемки заполнены с геометрическим замыканием изоляционным материалом. При необходимости может быть также предусмотрено соединение с замыканием по материалу или комбинация из замыкания по материалу и геометрического замыкания между телом из изоляционного материала и рамой. При этом может быть дополнительно предусмотрено, что тело из изоляционного материала покрывает, по меньшей мере, части тела датчика и защищает, в частности, чувствительную поверхность от непосредственных воздействий. Таким образом, тело датчика, соответственно, чувствительная поверхность защищается, с одной стороны, рамой и, с другой стороны, телом из изоляционного материала от воздействий. Таким образом, обеспечивается достаточная механическая защита для обеспечения готового к работе тела датчика в течение длительного времени.
При этом в другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что чувствительная поверхность расположена на расстоянии от тела из изоляционного материала.
За счет расположения чувствительной поверхности на расстоянии от тела из изоляционного материала достигается, что тело из изоляционного материала обеспечивает, с одной стороны, механическое защитное действие, с другой стороны, над чувствительной поверхностью создается пространство, которое предназначено, например, для заполнения текучей средой. Таким образом, предотвращается непосредственный контакт, который при больших силах электрического поля может способствовать возникновению частичных разрядов. За счет целенаправленного ввода текучей среды, например, газа или масла, можно диэлектрически стабилизировать переходную зону между чувствительной поверхностью и телом из изоляционного материала. При образовании зазора с целью расположения на расстоянии чувствительной поверхности, который имеет меньшие размеры, чем тело из изоляционного материала, зона между чувствительной поверхностью и гнездом для проводника по существу определяется телом из изоляционного материала. Таким образом, окружение чувствительной поверхности является стабильным в течение длительного времени.
Кроме того, может быть предусмотрено, что тело датчика заделано в изолирующее опорное тело с оставлением свободной чувствительной поверхности.
Тело датчика может быть выполнено с самой различной формой в зависимости от цели использования. Например, может быть предусмотрено, что тело датчика является самонесущей жесткой конструкцией, которая образована, например, имеющим соответствующую форму металлическим телом. Однако может быть также предусмотрено, что тело датчика определяется пленкообразной структурой, которая лишь ограниченно имеет самонесущие свойства. При этом такие пленки могут быть выполнены, с одной стороны, в виде отдельных тел. Однако может быть также предусмотрено, что эти пленки наносятся лишь посредством напыления, печати или другим образом на опорное тело. При этом опорное тело выполнено так, что оно несет тело датчика с его чувствительной поверхностью и удерживает на раме. При этом, однако, изолирующее опорное тело выполнено так, что оно предотвращает электрический контакт тела датчика с рамой. Само опорное тело может быть выполнено из электроизолирующего материала. Однако может быть также предусмотрено, что в опорном теле в подходящем положении предусмотрено изолирующее место, которое уменьшает опасность образования пути прохождения тока между телом датчика и рамой. За счет заделывания тела датчика в опорное тело, можно защищать само тело датчика на многих участках, которые не служат непосредственно для образования чувствительной поверхности. За счет этого обеспечивается возможность защиты, соответственно, запечатывания мест стыка между телом датчика и изолирующим опорным телом за счет заделывания. Таким образом, затрудняется отделение тела датчика от опорного тела. Кроме того, за счет заделывания облегчается обращение с телом датчика, например, во время процесса изготовления, поскольку тело датчика в определенной степени стабилизируется с помощью опорного тела.
За счет заделывания можно дополнительно осуществлять защиту тела датчика от ударов. Кроме того, за счет заделывания обеспечивается расширенная зона, которая может служить для удерживания и крепления тела датчика на раме.
Может быть также предусмотрено, что тело датчика выполнено самонесущим и тем самым можно отказаться от заделывания. Однако и в этом случае опорный элемент изолирует тело датчика от рамы.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что чувствительная поверхность выполнена в виде участка внутренней образующей поверхности полого цилиндра.
Внутренняя образующая поверхность полого цилиндра может быть описана с помощью плоскости, которая изогнута относительно оси. Предпочтительно, такие участки внутренней образующей поверхности полого цилиндра должны иметь в проекции прямоугольный наружный контур. Предпочтительно, чувствительная поверхность должна быть ориентирована своей осью кривизны параллельно, предпочтительно совпадать с осью кольцеобразной рамы. За счет этого чувствительная поверхность может принимать кривизну рамы, так что кривизна рамы и кривизна чувствительной поверхности ориентированы приблизительно коаксиально относительно друг друга. Таким образом, возникает слоистая конструкция всей системы, так что можно эффективно использовать имеющееся внутри рамы пространство.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что чувствительная поверхность расположена симметрично относительно подлежащего контролированию электрического проводника.
К электрическим проводникам для пропускания электрического тока через них прикладывается соответствующее электрическое напряжение. С помощью тела датчика с его чувствительной поверхностью можно, исходя из электрического поля, обнаруживать заряды, вызываемые приложенным напряжением. За счет этого можно с помощью тела датчика и его чувствительной поверхности делать заключение о состоянии электрического проводника. Так, например, в зависимости от выполнения устройства оценки можно получать качественную и/или количественную информацию. За счет симметричного расположения чувствительной поверхности над электрическим проводником обеспечивается равномерное измерение поля с помощью чувствительной поверхности. Таким образом, с помощью тела датчика можно получать относительно точное представление о состоянии подлежащего контролированию электрического проводника. При этом может быть предусмотрено, что электрический проводник выполнен в виде вращательно симметричного тела, ось вращения которого совпадает с осью изогнутой чувствительной поверхности. Если электрический проводник выполнен в форме удлиненного тела, то его продольная ось должна лежать в зоне оси чувствительной поверхности. Однако может быть также предусмотрено, что продольная ось, соответственно, ось вращения электрического проводника лежит внутри сектора, который ограничен, с одной стороны, чувствительной поверхностью, с другой стороны, линиями, которые проходят от концов создаваемой чувствительной поверхностью дуги в направлении оси. За счет этого обеспечивается, что подлежащий контролированию электрический проводник лежит в зоне охвата чувствительной поверхности.
Кроме того, может быть предусмотрено, что проводник на покрываемом чувствительной поверхностью участке изогнут, по меньшей мере, в направлении оси.
Предпочтительно, может быть предусмотрена кривизна в направлении оси, так что покрываемый участок электрического проводника имеет, например, своего рода сужение или расширение.
При этом может быть предпочтительно предусмотрено, что участок имеет седловидную форму.
Седловидная форма обеспечивает, с одной стороны, механическое стабилизирующее действие для участка электрического проводника, с другой стороны, за счет взаимодействия седловидной формы электрического проводника и изогнутого выполнения чувствительной поверхности можно осуществлять особенно точное измерение электрических полей.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что на раме расположено несколько действующих независимо друг от друга тел датчиков.
За счет использования нескольких действующих независимо друг от друга тел датчиков можно при выходе из строя одного из тел датчика выполнять, по меньшей мере, ограниченное измерение состояния электрического проводника с помощью оставшихся тел датчиков. При применении нескольких датчиков они должны быть расположены возможно более равномерно по периметру рамы. При этом предпочтительно, когда рама имеет окружную канавку и, следовательно, также окружные щеки, так что, например, также необходимое расположение соединений тела датчика можно осуществлять, по меньшей мере, частично внутри защищенной зоны рамы.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что расположено несколько электрических проводников, каждый из которых согласован с одним телом датчика.
Несколько электрических проводников могут быть предусмотрены в так называемых многофазных изолированных системах. При этом каждый из электрических проводников служит для передачи электрической энергии одной фазы многофазной системы электроснабжения. Эти электрические проводники проложены параллельно друг другу и образуют систему передачи электроэнергии. За счет согласования различных тел датчиков с различными электрическими проводниками можно по отдельности контролировать каждый электрический проводник. Таким образом, обеспечивается возможность, например, обнаружения неисправностей в отдельных электрических проводниках. Для этого тела датчиков должны быть согласованы лишь с одним проводником.
Предпочтительно может быть предусмотрено, что рама и проводник или проводники поддерживают друг друга через тело из изоляционного материала.
Для взаимной опоры рамы и электрического проводника или проводников предпочтительно, когда тело из изоляционного материала имеет точки соприкосновения как с рамой, так и с проводником (проводниками). Тем самым электрические проводники позиционированы относительно рамы и тем самым относительно закрепленных на раме тел датчиков. Кроме того, может быть, например, предусмотрено, что тело из изоляционного материала полностью охватывает электрические проводники и плоско соединено с рамой, так что можно осуществлять герметичное по текучей среде соединение между рамой и изолирующим телом, соответственно, электрическим проводником (проводниками). Таким образом, образуется дискообразная структуры, которую можно использовать, например, в качестве барьера для текучей среды, с целью предотвращения перехода текучей среды из закрытого корпуса в другое пространство.
Другой задачей изобретения является создание подходящего способа изготовления системы с телом датчика, рамой и изолирующим телом.
В прежних способах предусматривалось последующее вставление тела датчика в уже конструктивно заданную систему. Было установлено, что это является недостатком процесса изготовления. Поэтому изобретение должно обеспечить подходящий способ изготовления системы с телом датчика, рамой и изолирующим телом.
Эта задача решена, согласно изобретению, в способе указанного вида тем, что тело датчика фиксируют на раме, что тело из изоляционного материала в виде текучей среды вводят в раму, и тело из изоляционного материала после введения в раму затвердевает.
Позиционирование тела датчика в раме и соединение рамы и тела из изоляционного материала сначала в жидком виде обеспечивает возможность простого соединения между рамой, изолирующим телом и телом датчика с низкой стоимостью. При этом создается компактное составное тело, которое имеет достаточную угловую жесткость для использования в высоковольтных установках. Кроме того, можно отказаться от использования специальных крепежных средств, которые возможно нуждаются в соответствующих диэлектрических экранах, что приводит к удорожанию изготовления системы. Кроме того, за счет введения изолирующего тела в жидком виде обеспечивается плоское закрывание рамы, соответственно, соединения рамы с согласованным проводником (проводниками). При этом возникает как соединение с геометрическим замыканием, так и соединение с замыканием по материалу. Дополнительно к этому, тело из изоляционного материала после затвердевания может защищать тело датчика и стабилизировать и фиксировать всю систему.
В другом предпочтительном варианте выполнения способа может быть предусмотрено, что во время затвердевания тела из изоляционного материала происходит за счет изменения объема тела из изоляционного материала обеспечение расстояния от чувствительной поверхности тела датчика.
За счет придания соответствующей формы телу из изоляционного материала можно использовать возникающее во время процесса затвердевания уменьшение объема для образования над чувствительной поверхностью тела датчика достаточно большого расстояния для его целенаправленного заполнения текучей средой и тем самым удерживания по возможности без частичных разрядов. Частичные разряды могут оказывать отрицательное влияние на чувствительную поверхность, так что не может быть больше обеспечена работа тела датчика. Обычно, усадка во время затвердевания считается недостатком. В данном случае усадку можно использовать при придании соответствующей формы в качестве преимущества, с целью обеспечения соответствующего свободного пространства на чувствительной поверхности тела датчика. За счет этого можно исключать, например, последующую обработку затвердевшего в раме изолирующего тела, или т.п.
Ниже приводится описание примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - система, содержащая кольцеобразную раму, несколько электрических проводников, а также тело из изоляционного материала, на виде сверху;
фиг. 2 - часть разреза рамы с телом датчика;
фиг. 3 - другой разрез рамы с телом датчика;
фиг. 4 - частичный разрез рамы с телом датчика, в изометрической проекции.
На фиг. 1 показана на виде сверху система, содержащая кольцеобразную раму 1, которая ориентировано коаксиально оси 2. На фиг. 1 ось 2 проходит перпендикулярно плоскости чертежа. Кольцеобразная рама 1 заключает внутри себя тело 3 из изоляционного материала. Тело 3 из изоляционного материала соприкасается с кольцеобразной рамой 1 и удерживает относительно кольцеобразной рамы 1 первый электрический проводник 4а, второй электрический проводник 4b, а также третий электрический проводник 4с.
Показанная на фиг. 1 система предназначена для установки на соответствующем фланце с помощью предусмотренных в кольцеобразной раме 1 выемок 1а, 1b, 1c, 1d, 1f, 1g, 1h. Предпочтительно, этот фланец является частью газонепроницаемого герметичного корпуса высоковольтной установки. При этом система служит, с одной стороны, для удерживания, соответственно, введения электрических проводников 4a, 4b, 4c в герметичный корпус, с другой стороны, система при соответствующем газонепроницаемом выполнении и прилегании тела 3 из изоляционного материала к кольцеобразной раме 1, соответственно, к электрическим проводникам 4a, 4b, 4c, служит в качестве газонепроницаемого барьера. В наружной окружности тела 3 из изоляционного материала выполнена выемка 5. Выемка 5 может служить для размещения уплотнительного элемента, например, кольца с круглым поперечным сечением. На окружности предусмотрены с равномерным распределением согласованные с соответствующим электрическим проводником 4a, 4b, 4c первый соединительный элемент 6a, второй соединительный элемент 6b, а также третий соединительный элемент 6c. Соединительные элементы 6a, 6b, 6c служат для присоединения тел датчиков, которые закрыты телом 3 из изоляционного материала, соответственно, кольцеобразной рамой 1. Схематично положение тел датчиков показано на фиг. 1 с помощью прерывистых линий. Выполнение тел датчиков показано на следующих фигурах.
На фиг.2 показана в разрезе часть кольцеобразной рамы 1. Кроме того, в разрезе показан первый соединительный элемент 6а. Кроме того, можно видеть также первое тело 7а датчика, которое имеет чувствительную поверхность 8. В показанном примере первое тело 7а датчика выполнено в виде пленки, которая заделана в опорное тело 9. Опорное тело 9 закреплено на кольцеобразной раме 1. Опорное тело 9 выполнено в данном примере из электрически изолирующего материала, например, в виде пластмассовой части, отлитой из силикона или т.п. Однако может быть также предусмотрено выполнение опорного тела из металла, и изоляция между кольцеобразной рамой 1 и телом 7 датчика обеспечивается с помощью соответствующих изоляционных мест. В этом случае функции тела датчика и опорного тела могут совпадать, так что можно отказаться от отдельного тела датчика. В качестве приемной зоны на опорном теле 9 предусмотрена выемка, которая со всех сторон ограничена выступающей кромкой тела. В выемку заложено первое тело 7а датчика, при этом выступающая кромка тела окружает по окружности заподлицо первое тело 7 датчика, и оно заделано в опорное тело 9.
Первое тело 7а датчика имеет сводчатую структуру в виде участка внутренней образующей поверхности полого цилиндра. При этом первый электрический проводник 4а ориентирован симметрично относительно проходящего на фиг. 2 в виде дуги окружности первого тела 7а датчика. Для этого продольная ось электрического проводника 4а, которая совпадает с его осью вращения, расположена внутри кругового сегмента, который при показанном на фиг. 2 положении первого тела 7а датчика ограничен, с одной стороны, первым телом 7а датчика и, с другой стороны, проходящими от концов дуги первого тела 7а датчика к оси 2 линиями. При этом продольная ось первого электрического проводника 4а лежит на биссектрисе заключенного между обеими линиями угла. Наряду с расположением первого электрического проводника 4а внутри кругового сектора, продольная ось, соответственно, ось симметрии может быть сдвинута максимально до оси 2, соответственно, до ограничительных линий.
Для контактирования и для отвода сигнала датчика, соединительный провод 10 находится в контакте с первым телом 7а датчика. Соединительный провод 10 предпочтительно проходит изолированно в зоне проходящей в радиальном направлении через кольцеобразную раму 1 выемки к кольцеобразной раме 1. Для этого может быть предусмотрено, что опорное тело 9 имеет соответствующую направляющую систему. Для закрывания радиальной выемки, снабженная уплотнительным элементом 11 крышка 12 соединена с герметизацией с кольцеобразной рамой 1.
На фиг. 3 показан разрез кольцеобразной рамы 1, а также других узлов поперек оси разреза на фиг. 3. Кольцеобразная рама 1 в осевом направлении относительно оси 2 имеет лежащие по обе стороны первого тела 7а датчика окружные щеки 13. Окружные щеки 13 выполнены так, что в раме 1 образуется кольцеобразная окружная канавка, в которую вложено тело 7а датчика, так что оно вместе с чувствительной поверхностью 8 перекрыто в направлении оси 2. За счет этого образуется как механически защищающая зона, так и диэлектрически экранирующая зона. Наряду с вариантом выполнения, показанным на фиг. 3, может быть дополнительно предусмотрено, что расположение таких щек предусмотрено лишь на некоторых участках, так что возникают имеющие форму секторов выемки на внутренней стороне кольцеобразной рамы 1, предназначенные для интегрирования в них тела датчика.
Кроме того, на фиг. 3 показано, что первый электрический проводник 4а имеет не только одну сводчатость, которая проходит поперек оси 2, но что участок в зоне кольцеобразной рамы 1 первого электрического проводника 4а имеет также сужение, так что возникает свод, который проходит в направлении оси 2. За счет этого на первом электрическом проводнике 4а сформировано седловидное сужение, которое лежит противоположно чувствительной поверхности 8 первого тела 7а датчика. На фиг. 3 не изображено тело 3 из изоляционного материала. Оно бы окружало и закрывало находящиеся внутри кольцеобразной рамы 1 узлы. Щеки 13 показанной на фиг. 3 кольцеобразной рамы 1 снабжены дополнительно в осевом направлении окружными канавками 14, предназначенными для введения, например, эластичных уплотнительных элементов, с помощью которых обеспечивается возможность уплотнения относительно других соединяемых через фланцевые поверхности кольцеобразной рамы 1 герметичных корпусов.
В первом электрическом проводнике 4а предусмотрено параллельно оси 2 несколько выемок, предназначенных для введения подходящих крепежных средств, например, резьбовых штифтов, с целью соединения других проводящих элементов с первым электрическим проводником 4а. Кроме того, можно использовать также альтернативные способы соединения, такие как сварка, пайка, склеивание и т.д.
Для пояснения конструкции на фиг. 4 показан разрез кольцеобразной рамы в изометрической проекции, при этом первое тело 7а датчика с опорным телом 9, а также крышка 12 изображены еще не в своем окончательном положении. Крышку 12 можно фиксировать с помощью резьбовых пальцев 15 в резьбовых выемках кольцеобразной рамы 1. В зависимости от выполнения может быть предусмотрено, что в зоне обращенных друг к другу поверхностей опорного тела 9 и кольцеобразной рамы имеется достаточное расстояние, так что возникающее пространство можно целенаправленно заполнять текучей средой, например, изолирующим газом или маслом. Наряду с выполнением первого тела 7а датчика в виде нанесенного в виде пленки на опорное тело 9 тела, оно может быть также выполнено в самонесущем виде или же с помощью способа печати, способа напыления или т.п. с использованием механической стабильности опорного тела 9, может быть соединено с ним. Предпочтительно, опорное тело может быть сформировано из силикона.
Ниже приводится в качестве примера описание способа изготовления системы, согласно изобретению, на основании фиг. 4.
Рама может быть, например, металлической рамой, которая выполнена из одной или нескольких частей. В выемках рамы, которые ориентированы в направлении центра рамы, позиционируют, по меньшей мере, одно, предпочтительно несколько тел датчиков, при необходимости с применением опорных элементов. В раму вводят тело из изоляционного материала в виде текучей среды, например, в виде жидкой смолы. При этом тело из изоляционного материала заполняет выемки рамы вплоть до зоны щек 13, так что образуется дискообразная структура. При этом она перекрывает чувствительную поверхность тела датчика. Кроме того, может быть предусмотрено, что внутри тела из изоляционного материала расположен с согласованием с телом датчика, по меньшей мере, один пронизывающий тело из изоляционного материала электрический провод. При затвердевании тела из изоляционного материала происходит процесс усадки объема тела из изоляционного материала. За счет соответствующего выполнения формы рамы и окончательной формы тела из изоляционного материала усадка целенаправленно усиливается в зоне чувствительной поверхности 8, так что над чувствительной поверхностью 8 образуется расстояние до поверхностей тела 3 из изоляционного материала. Образованный так зазор заполняют электрически изолирующей текучей средой, например, газом, таким как гексафторид серы, или изолирующим маслом.