CN1174230C - 用于监视开关柜之泄漏率且具有高可靠性的密度传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于监视填有一定压力介电气体(7)的电开关柜(3)泄漏率的密度传感器(5)，该传感器包括从外部安装在柜体厚度方向且与介电气体连通的固定支撑件(5B)，在密度传感器的固定支撑件(5B)外周设有一个散热器(11)，从而以消除任何不适宜地超过密度下阈值之危险的方式来转换因柜体和传感器暴露于阳光照射下而得到的测量结果。

Description

用于监视开关柜之泄漏率且 具有高可靠性的密度传感器

技术领域

本发明涉及一种用于监视填有一定压力之介电气体的电开关柜泄漏率的密度传感器，该传感器包括从外部安装到柜体厚度方向上且与介电气体连通的固定支撑件。

背景技术

这种传感器的一个实际例子包括安装在金属包层柜体内的发生器或网络电路断路器，或是金属箱内的变电分站，柜体内含有几巴压力的六氟化硫SF6。把密度传感器从外侧固定到柜体上并通过比较在使用电路断路器期间得到的密度读数而达到监视介电气体从柜中漏出的速率之目的。由于泄漏是不可避免的，所以既使是泄漏量很小，在几年以后密度也会逐渐达到阈值之下，这时电路断路器或开关的工作就不再可靠。此后需要注入介电气体以便把密度值提高到名义值(在阈值之上的正常功能值)，例如相当于3.5巴。当超过阈值时，通常的做法是发出警报使电路断路器动作，具体地说是继续注入介电气体。

密度传感器包括设在固定支撑件内部并与介电气体连通的压力检测器和温度检测器，以及用于针对同时获得的每一对压力和温度值P、T计算气体密度的测量单元。

图1中的曲线21涉及一个用上述类型的传感器进行的实验。把金属包层柜体安装到露天工作位置上，这是一个占据较大面积的柜体，电开关在柜体上工作。沿纵向和沿实验所述方向伸延的柜体其工作方向为东西方向。把密度传感器固定在柜体的一端上以便使其仅在下午暴露于太阳的辐照下。曲线21表示根据同时得到的每一对压力和温度读数算出的密度，它展示了传感器的两种不同特性。第一种特性的特征在于在约3.5巴的名义值时密度保持为平缓状21A，而且与在白天且没有足够阳光照射时读取的每对压力及温度读数相对应。与在白天且有足够阳光照射时得到的读数相对应的第二种特性的特征在于密度为日间变化部分21B，在该过程中密度开始时大于名义值而随后小于名义值，其正负部分之间的转换实际上对应于太阳的最高点。

正如由在没有足够太阳照射下获取读数的每一天得到的平缓曲线所示，柜体内的SF6的实际密度保持不变并等于其名义值。事实上，在有足够太阳照射时密度的日变化代表了测量假象。当计算密度时，由于容易仅利用没有足够阳光照射的条件下获得的读数，这种假象并不妨碍对柜体泄漏率的监视。然而，如图1中的20所示，当在有足够阳光的日子计算出的密度值中的日变化幅度降到明显低于密度阈值时便会出问题。特别是在运行几年之后当由于不可避免的少量泄漏而使柜体内所含气体的密度在任何情况下移近阈值时就会发生这些问题。当超过阈值时，由根据密度传感器在有足够阳光的日子里计算的密度变化中的负值部分启动警报，而当在几个星期乃至几个月内都没有真正超过密度阈值的情况下，则不宜报警。

技术内容

本发明的目的是提供一种用于监视电子开关柜泄漏率的密度传感器，该传感器在检测超过密度阈值方面提供了较好的可靠性。

本发明的基本构思是寻求把密度传感器的测量假象转换成其值总是等于或大于名义值的密度变化，从而避免出现以不适宜方式超过密度阈值的危险。

为此，本发明提供一种用于监视填有一定压力介电气体的电开关柜泄漏率的密度传感器，该传感器包括从外部安装在柜体厚度方向上且与介电气体连通的固定支撑件，所述传感器的特征在于在密度传感器的固定支撑件外周设有一个散热器。

散热器通过在密度传感器的固定支撑件和柜体周围的环境介质(通常为大气)之间形成热交换，而改变温度检测器和介电气体的热平衡从而把在有阳光的日子里算出的包含正值部分和负值部分的密度变化转换成只包含正值部分的变化。这意味着消除了因为从有足够阳光时得到的读数所产生的测量假象而引起的以不合适方式超出密度阈值的任何危险。

不过应该看到，与用密度传感器在稍后连续检测的真正泄漏相比，在有足够阳光照射的情况下进行读数的过程中用本发明所述传感器计算的和仅限制为正值的密度变化保持较小幅值。同样，对柜体来说正变化的幅值将不会在超过高密度阈值时有任何不利影响。

通过结合附图阅读以下说明将更易于理解本发明的其它特点和优点。

附图说明

图1表示两组密度读数曲线，其中一条曲线是用没有散热器的密度传感器得到的，而另一条曲线是用本发明的密度传感器得到的。

图2是表示安装了本发明所述密度传感器的电开关柜示意图。

图3是本发明所述密度传感器的放大视图。

具体实施方式

本发明涉及用于监视填有带一定压力的介电气体之电开关柜泄漏率的密度传感器，该装置设有从外部安装在柜体厚度方向上且与介电气体连通的固定支撑件。图2中示出了密度传感器5和电开关柜3。作为一个实例，开关可以是一个网络电路断路器或发生器电路断路器，或是一个金属包覆的变电分站，而且该开关位于柜体3内部，柜中注入压力约为3.5巴的介电气体7例如SF6。柜体3具有柱形中心体3C且由两个相对的盖体3A和3B封闭，所述盖体用螺栓固定到中心体3C上。能从图3中看到的密度传感器5是一个传统型的传感器，其外部设有一个安装着测量单元5A的柱形固定支撑件5B，支撑件5B的另一端终止于螺纹管5C，螺纹管可以旋入通过柜体厚度形成的通道9以与介电气体连通。从外部把密度传感器安装到柜体上并借助于六角头5D将其固紧。将压力检测器和温度检测器罩在固定支撑件5B内并以保护管5E的形式伸出螺纹管5C以与包含在穿过柜体3的通道9中的介电气体7连通。压力和温度检测器与密度传感器的测量单元5A相连并分别向测量单元提供表示检测压力P和检测温度T的信号。集成在测量单元5A中的电路用于根据同时测到的每一对压力和温度值确定密度值，所说电路采用的是介电气体的状态方程。将每个密度值输送到监视单元，监视单元将每个密度值与低阈值和高阈值进行比较，当密度值超过低阈值时将触发报警。

按照本发明，在密度传感器的固定支撑件的外周上设有一个散热器。在图2和图3中，示出了一个由两部分11A和11B构成的散热器11，散热器的每一部分上具有四个相同的肋板11C以增加散热器和周围空气之间的热交换面积。每一部分11A和11B上具有一个半柱形凹口11D从而能借助两个通过孔13A、13B、15A和15B穿过两部分11A和11B的装配螺钉13和15将两部分压在柱形固定支撑件5B外周上。在图2中，所示散热器11安装在固定支撑件5B的外周上并同时与固紧螺母5D相接触以便对包含在通道9内部的温度检测器和介电气体之间形成的热交换产生影响。图1表示由本发明的密度传器根据同时测得每一对压力和温度值计算出的密度值曲线23。图1中还示出了上述曲线21。此外，从23A处可以看到散热器温度没有对于在没有足够阳光照射时的读数改变密度传感器的特性。因此这个第一结果能够实现用本发明的密度传感器仅根据在白天且在没有足够阳光照射的情况下得到的读数来监视柜体泄漏率。此外，可以看到，对于有足够阳光下获取读数密度传感器的第二特性发生变化，其中由本发明的密度传感器提供的密度值总是等于或大于密度实值，其具有在上午增大而在下午减小的变化部分23B。

一种可用于说明本发明密度传感器特性的解释如下。在测压的同时测量温度的目的在于进行可能的温度补偿和由此可以忽略压力降，不是由于介电气体从柜体产生质量损失或泄漏，而是由于在温度降低的影响下使介电气体收缩所造成的压力降。然而，由此提供的对压力的温度补偿只有在测得的温度降与由温度检测器测得的和介电气体的真实温度之间必然存在的温度差相比足够大时才是有效的，所述介电气体中埋设有检测器而且压力检测器在介电气体的附近测量压力。如果用温度传感器测得的温度大于介电气体的真实温度，那么如果要借助于测得的温度来补偿测得的压力，则密度传感器将计算低于真实密度的密度值。同样，如果测得的温度低于介电气体的真实温度，那么密度传感器将计算通过温度补偿而高于真实密度的密度值。在图1所示的实例中，温度检测器与介电气体和自身安装在柜体厚度方向上的传感器的固定支撑件进行热交换。因此，检测器和介电气体之间的热平衡受固定支撑件和柜体的影响。在没有阳光的情况下，柜体和支撑件对介电气体和温度检测器的热平衡影响可忽略不计，所以测得的温度非常接近介电气体的真实温度从而密度传感器计算的密度值基本上就是真实值。从逻辑上讲，希望在这种条件下，使放在固定支撑件外周上并紧靠柜体的散热器自身没有热效应。从与在日间且没有足够阳光下读取的数据有关的曲线21A和23A中的确看到了这个效果。然而，在有足够阳光的情况下，固定支撑件和柜体将在一天的不同时间段以不同的方式打破温度检测器和介电气体之间的热平衡。在上午，密度传感器处在遮阴处，所以固定支撑件和与之接触的温度检测器受热比介电气体慢，介电气体吸收由自身暴露于阳光照射下的柜体传递的热。在设有可切断从介电气体向大气进行热传递的散热器的情况下，检测器和固定支撑件的加热速度进一步降低。这意味着，由温度检测器测到的温度低于介电气体的真实温度，这将使密度传感器提供的密度值高于真实值，如图1中的变化曲线21B和23B的正值部分所示，在设有散热器的情况下这个差值变大。在下午，原先处于遮阴处的传感器渐渐暴露于阳光的照射下。由于介电气体、固定支撑件和检测器具有不同的热惯性，所以传感器的温度以及与之接触的温度检测器的温度上升得比介电气体的温度快得多。结果，如可从曲线21B中看到的那样，密度传感器传递的是低于真实密度值的密度值。在设有散热器的情况下，因被抽成大气压力的柜体(其自身暴露于太阳照射下)施加了热，而使固定支撑件和检测器的温度上升速度减慢。固定支撑件和检测器的加热速度因散热器而减慢，所以在下午它们的温度也不会大于介电气体的真实温度。在这种情况下，如从曲线23B中看到的那样，提供的密度将保持与真实密度相等或大于真实密度。

在本发明的一个优选实施例中，密度传感器上设有一个可防止太阳照射的罩子。在图2和3中，用螺钉13和15把例如用反射金属制成的罩子17固定到散热器11的组成部分11A上以便使照射传感器的光线和一部分照在安装传感器之通道9附近的柜体上的光线反射。优选的制造螺钉13和15的材料是不易导热的材料，例如尼龙，从而使散热器罩隔热。在这个实施例中，可以看到，罩子增强了散热器的效果，其使得根据有足够阳光得到的读数计算出的密度值高于没有设置罩子时密度传感器提供的密度值。所以制定了优化散热器肋板数量的计划，以便使有罩子时的密度传感特性基本上等于无罩子时的特性。

最后，柜体在安装位置上东西定向表示最小限度地暴露于阳光照射下，所以图1的结果表示了一种特别优选的应用，但是其并不对本发明的密度传感器构成限制。

Claims (3)

1.一种用于监视填有一定压力介电气体(7)的电开关柜(3)泄漏率的密度传感器(5)，该传感器包括从柜体外部安装且与介电气体连通的固定支撑件(5B)，所述传感器的特征在于在密度传感器的固定支撑件(5B)外周设有一个散热器(11)。

2.如权利要求1所述的密度传感器，其中在散热器上方设有罩子(17)。

3.如权利要求2所述的密度传感器，其中用由不易导热的材料制成的螺钉(13，15)把罩子固定到散热器上。

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