CN104521072B - 用于高压连接器的间隙测量传感器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于连接至高压设备的连接器(1)的线缆。该线缆包括一体的移位传感器(yield sensor)。该移位传感器可以是压力传感器或力传感器或者是位移传感器，其包括：定子部(22)、移动部(20)、以及用于维持在线缆的末端部分(15)上的朝向高压设备的连接器(1)的压缩力的弹簧(14)。根据本发明的实施方式，位移传感器包括霍尔效应传感器(21)和磁性元件(20)的线性阵列，该位移传感器布置成使得假如传感器的定子部(22)与移动部(20)之间存在任何移动则霍尔效传感器(21)相对于线性阵列移动。为确定移动量而对磁场的读数进行解析，并且可以将该磁场的读数无线地传输至远程监控站。还描述了一种用于响应于从线缆中的传感器接收到的压力和其他信息而控制高压设备的系统。

Description

用于高压连接器的间隙测量传感器

技术领域

本发明涉及高压(HV)线缆领域，该高压(HV)线缆诸如例如用于在压缩条件下连接至X射线发射器单元等。特别地，但非排他地，本发明涉及包括用于指示连接中的弹簧当前压缩量的装置的高压线缆。

背景技术

用于与在数百千伏乃至数千千伏的电位差下工作的电压源相连接的线缆需要高性能的绝缘和可靠、耐久的连接。这种线缆通常可包括基本上直的中心导体，该中心导体也称为引线，其通常是柔性的，以允许封装在厚的、高性能的绝缘体中的线缆有一定的可挠性。线缆的端部通常可设置有绝缘的公锥形插头，该绝缘的公锥形插头设计成被插入到高电压设备的对应的母锥形插座中。锥形插头和锥形插座中的一者或两者通常包括由绝缘材料制成的可压缩外层，使得在将插头和插座压在一起时，公绝缘零件与母绝缘零件相匹配，以提供高水平的绝缘——甚至是在两者的物理界面处。插头和插座必须保持在充分压缩下以使得该链接保留其绝缘的完整性。这种压缩可借助于诸如螺旋弹簧的可压缩弹性元件来实现，该可压缩弹性元件在连接过程中被压缩并且保持受压缩直至连接被释放为止。施加于线缆的端部上的力的量可以在连接的时候通过将弹簧压缩一定距离来设置，这属于通常称为“调整间隙”的过程。这一术语指的是通过调节弹簧压缩板与插座之间的间隙来设置弹簧的压缩。

弹性绝缘材料可能随着温度的波动而膨胀和收缩，并且该材料可能随着时间的推移而逐渐软化和移位(yield)，尤其是当设备在高温下频繁运转时。压缩弹簧可略微伸展或收缩以允许这种短期的膨胀和收缩，并且从而维持连接器上的压缩力。随着绝缘材料逐渐进给(give)，弹簧逐渐伸展，导致连接器上的力逐渐减弱，并且由此使得通过绝缘体界面发生不希望的放电的可能性增大。为此，该类型的连接器需要有规律地“重新调整间隙”。提供了一种用于重新调节弹簧中的压缩量并且由此重置在连接器的绝缘体锥之间的界面处的压缩力的调节装置。

欧洲专利申请EP1646268(依科视朗国际X射线股份有限公司(YxlonInternational X-Ray GmbH))描述了这种连接布置的示例。在EP1646268的布置中，使用单独的夹紧套环来将线缆的端部与高压设备的连接器夹紧。套环包含预压缩弹簧，该预压缩弹簧设置成使得当套环与高压设备之间的夹紧力超过弹簧上的压缩时，夹紧力的任何进一步的增大都导致弹簧的增大的压缩。以这种方式，能够降低连接过紧的风险，并且弹簧可以在绝缘体开始进给时维持相配合的锥形绝缘体之间的力。当将装有弹簧的套环装配至线缆时，弹簧通过套环的壳体或板保持受压缩的状态，并且提供朝向高压设备迫压线缆接合元件的力。线缆设置有例如具有外螺纹的套环接合元件。可移除的装有弹簧的套环设置有在套环壳体内纵向移动的线缆接合元件。装有弹簧的套环的线缆接合元件具有用于与线缆的套环接合元件的螺纹相接合的内螺纹。

当套环与线缆相接合并且用螺钉固定至高压设备时，套环中的弹簧在与连接器的公锥形部(末端部分)刚性连接的线缆的套环接合元件上施加推力，从而迫使连接器的公锥形部进入高压设备的母锥形连接器中。

调整间隙和重新调整间隙(即，调节连接器界面中的压缩)可通过调节装有弹簧的套环的线缆接合元件与线缆的套环接合元件之间的螺纹接合以便调节两个接合元件的相对位置的方式来执行。

如果必须移除或更换线缆，则移除单独的夹紧套环，并且该单独的夹紧套环可重新使用在替换的线缆上。装有弹簧的套环还包括紧固至线缆接合元件的指示器测标。在弹簧随着时间的推移逐渐伸展的同时，指示器测标沿着装有弹簧的套环的外壳中的槽逐渐地移动。当套环的指示器测标相对于壳体移动了一定距离时，操作者可凭视觉检测到必须对该连接重新调整间隙。然后，操作者松开套环，调节套环的相对于线缆的位置(例如，通过转动套环，以相对于线缆的螺纹部旋转套环的螺纹部)，将套环重新装配到线缆上(或者在必须更换线缆的情况下将套环装配到替换的线缆上)，并且重新拧紧夹紧螺钉，以在压缩状态下再次夹紧连接。

这种重新调整间隙通常由专业人员以有规律的检修间隔(例如，每几个月)执行。连接器中的压缩可通过观察指示器测标的相对于壳体上的标记的位置来近似地判断。然而，这种指示器是不准确的。此外，凭视觉检查要求操作者贴近设备。由于这种类型的连接器可能与诸如X射线机器的设备一起使用，因此在机器运转时通常不能观察机器。为此，EP1646268还提出了使用用于发出需要重新调整连接器的间隙(即，当弹簧已伸展了预定距离时)的信号(例如在远程显示器上)的电开关或磁性开关。所需的特定传感器连同弹簧一起集成到可移除的套环中。作为替代，重新调整间隙的提醒可以通过压力传感器在以下情况下触发，即：当压力传感器检测到由弹簧提供的力下降至低于某一可预置的阈值时。同样地，压力传感器集成到可移除的套环中。

在EP1646268中公开的变型中，重新调整间隙传感器的目的是指示装有弹簧的套环的壳体与线缆夹紧元件之间的弹簧的压缩。

如果将电传感器或磁性传感器或压力传感器用于EP1646268的布置中，则必须将该传感器设定为恰好在需要重新调整间隙之前触发，以提供用于准备和执行该操作的时间余量。因此，在许多情况下，将会在真正需要重新调整间隙之前执行该操作。

EP1646268中描述的夹紧套环可以与不同类型的线缆一起使用。每次更换线缆，夹紧套环连同其一体的弹簧和重新调整间隙指示器均重新应用于夹紧新的线缆。然而，弹簧或重新调整间隙指示器可能不太适合与替换的线缆一起使用，这样可能会导致不正确的调整间隙的指示或误导的重新调整间隙的指示。

发明内容

本发明旨在克服伴随现有技术的这些问题和其他问题。为此，本发明旨在提供如在所附权利要求1至18中陈述的线缆以及如在所附权利要求19和所附权利要求20中陈述的系统。

附图说明

现在将参照附图描述本发明，在附图中：

图1和图2以立体图示意性地示出了根据本发明的位于线缆的端部处的连接器组件。

图3和图4以半剖面图示意性地示出了根据本发明的线缆的端部如何能够通过使用可拆卸的夹紧套环(clamping collar)而夹紧至高压设备。

图5以半剖面图示意性地示出了根据本发明的另一线缆的端部如何能够通过使用可拆卸的夹紧套环而夹紧至高压设备。

具体实施方式

现在将参照图1至图5对本发明的线缆和系统进行更详细地描述。应当指出的是，提供的附图仅用于说明目的，并且仅意在指示如何能够实现本发明的示例。附图不应当被理解为是对在所附权利要求中确定的保护范围的限制。不同附图中使用相同的附图标记意在指示该附图标记涉及相同的特征或对应的特征。

如上所述，图1至图5描述了根据本发明的线缆的示例性实施方案。图中图示的线缆包括：由绝缘体11围绕的一个或更多个导体芯17、呈具有圆筒壁13的圆筒的形状的套环接合元件5、弹簧14、绝缘的末端部分15以及电触头10。图1示出了处于初始状态的线缆，在初始状态中弹簧14处于其伸展状态中。图2示出了弹簧14处于压缩状态中的图1的线缆。弹簧14可以通过朝向线缆的端部10移置套环接合元件5而被压缩。套环接合元件相对于线缆的绝缘体11纵向移动。线缆的末端部分15设定形状为与高压设备1的呈对应形状的连接器的轮廓紧密配合，使得末端部分15的绝缘体和高压设备1的连接器的绝缘体能够压缩在一起，以形成基本上无间隙的界面并且使得没有放电能够沿着该基本上无间隙的界面通过。对接的连接器有利地形成为呈圆锥形，但是也可以使用其他形状。

参照图3和图4将更好地理解线缆的构型和操作，图3和图4示出了线缆的端部区域、可拆卸的套环2以及高压设备1的连接器插座。

高压设备1被描述为锥形母插座，线缆的公末端部分15装配到该锥形母插座中。线缆还包括相对于线缆的绝缘体11纵向移动的套环接合元件5。套环接合元件5用于以如下方式与套环2接合，即：假如朝向高压设备1移置套环，则也朝向高压设备移置套环接合元件5，从而使弹簧14在套环接合元件5与线缆的末端部分15之间受压缩。如图3至图5中所示，例如能够借助于螺钉3和套环凸缘4朝向高压设备拉动单独的夹紧套环。套环2与套环接合元件5之间的接合可以例如借助于相配合的螺纹6实现，并且相配合的螺纹6也允许对套环的相对于套环接合元件5的纵向位置的调节。该设置还使得夹紧套环能够容易地附接至线缆以及从线缆移除。该套环在构造上比现有技术的套环简单得多，在现有技术的套环中，弹簧和重新调整间隙指示器集成到套环中。

可移除的夹紧套环的操作如下：首先将套环附接至线缆的套环接合元件5。在图示的示例中，这通过将套环2的内螺纹旋拧到套环接合元件5的外螺纹上来完成。然后，可以例如通过将套环2或多或少地旋拧到套环接合元件5上来调节套环2在线缆上的纵向位置。一旦套环2在线缆上就位，则可以将线缆的端部插入到高压设备1的插座中，然后，可以例如借助于螺钉3和凸缘4将夹紧套环2紧固至高压设备1。图3描绘了这种构型中的线缆和套环2：螺钉3被拧紧至使得线缆的锥形末端部分15紧密装配至高压设备1但是尚未抵靠高压设备1受压缩的位置。然后，操作者通过凸缘4与高压设备1的相对的面之间的间隙的大小获知一旦将螺钉3拧紧至将凸缘和高压设备1的面牵拉为紧压接触(如图4所示)时将会有多大的力施加在末端部分上。操作者知道(例如，通过读取随线缆一同提供的使用说明)比如4-5mm的间隙将会使得在螺栓拧紧时产生适量的力。

当线缆连接已工作了一段时间后，可能需要对该连接重新调整间隙。为了确定是否需要重新调整间隙，操作者可以旋松螺钉直至线缆的锥形末端部分15仍然紧密地(但是没有压缩力)配合至高压设备1(该构型可以称为参考构型)，然后检查凸缘4与高压设备1之间的间隙。如果间隙仍在4-5mm的公差内，则可以重新拧紧连接器。另一方面，如果当前间隙处于公差范围之外，或接近公差极限，则应当通过重新调节夹紧套环2在线缆的套环接合元件5上的位置而对该连接重新调整间隙。

然而，线缆设置有移位传感器(位移指示器20、位移指示器21、位移指示器22)，该移位传感器设置成指示线缆的末端部分15相对于高压设备1的位移量，使得操作者能够在不使线缆从高压设备断开的情况下判定是否需要重新调整间隙。

位移指示器——也称为位移传感器、重新调整间隙指示器或重新调整间隙传感器——示出为包括定子元件22和移动元件20，其中，定子元件22被示出为紧固至套环接合元件5，移动元件20被示出为紧固至线缆的绝缘体。还提供了用于检测移动元件20与定子元件22之间的纵向位移的传感器元件21。传感器元件21可以相对于定子元件22或者移动元件20固定。

应当指出，在此描述中，术语“移动”和“定子”将高压设备1作为其参考系。因而，在线缆已连接同时套环接合元件5与套环13(并且因此与高压设备1)刚性接合的情况下，认为套环接合元件5是静止的。所涉及的运动为线缆的本体(例如，绝缘体11)相对于套环接合元件5的运动。即使套环接合元件5可以纵向地移置，但其仍是作为线缆的整体的一部分来制造的。

位移指示器20、21、22可构造为二元检测器，该二元检测器用于在由于绝缘体在线缆的末端部分15与高压设备的连接器1之间的界面处的逐渐“进给”而使弹簧14伸展从而导致移动元件20相对于定子元件22纵向地移置了预定距离时检测“不需要重新调整间隙”状态与“需要重新调整间隙”状态之间的临界值转换点。

位移指示器可以有利地构造成多值检测器或模拟检测器，该多值或模拟检测器例如用于确定行进的距离的值、或者相对纵向速度的值、或者加速度的值、线缆中的位移指示器的移动元件20与定子元件22之间的位移的值。这种位移指示器可以有利地构造成确定移动元件20相对于定子元件22的瞬时位置。

根据本发明的一个有利的实施方式，定子元件22可包括磁性元件的阵列(例如线性带)，而移动元件20包括磁场传感器21，该磁场传感器21设置成在磁性元件移置越过磁场传感器时检测磁性元件的阵列的磁场的变化。在图3至图5中描绘了这种布置。替代性地，移动元件20可包括磁性元件的阵列，而定子元件22包括磁场传感器21。磁性元件(例如铁磁磁体)的阵列例如可设置为极性交替的磁体的线性带。磁场传感器21可有利地为霍尔效应传感器，并且例如可以与其他电路元件一起集成在电路板上。磁场传感器21和/或电路板可被封装在线缆的绝缘体中。

位移检测器也可包括位置编码装置，该位置编码装置用于基于来自位移检测器21的多个读数来确定移动元件20相对于定子元件22的位移的方向和/或量级。

位移传感器的另一改进可包括代替如上所描述的磁性检测器21元件的多个磁性检测器元件。所述磁性检测器元件例如可沿纵向方向以预定规律的分布型式来布置。在这种情况下，磁性检测器的分布型式可构造成与磁性元件的分布模式略微不同，使得磁性元件和磁性检测器元件的阵列共同起游标尺的作用，从而提供了显著提高的精确度。磁性检测器元件和磁性元件的这种游标尺的布置也可在不涉及高压线缆的重新调整间隙的情况下用在需要精确测量位移的其他应用中。

通过将位移指示器部件集成到线缆内——例如集成到线缆的靠近末端部分15的稍微扩大的部段内——能够确保位移指示器对于特定类型的线缆而言总是合适的。在将带有一体的重新调整间隙指示器的相同的装有弹簧的套环用于不同类型的线缆的现有技术的系统中，不能够使位移指示器与线缆的特定参数确切匹配，这些特定参数例如为：覆盖每种类型的线缆的末端部分15的绝缘材料的弹性、塑性或热机械性能，或者是该绝缘体的厚度。通过将位移指示器(移位传感器)结合到线缆中，消除了该不匹配的问题。移位传感器元件(在示例中为20、21、22)例如可以全部或部分地容纳在本身是线缆的组成部分的套环接合元件的本体13内。此外，通过如图所示将弹簧14结合到线缆中，能够确保弹簧特性和重新调整间隙指示器准确地匹配于线缆的机械参数和尺寸。通过这种方式，能够避免当操作者通过使用未校准的或未构造成用于该特定线缆的套环而将线缆连接至高压设备时出现的这种类型的操作员错误。

来自移位传感器的位移或力的信息例如可以通过有线连接或无线连接而被传送至诸如控制或监控系统之类的远程系统。可以将用于实现该通信功能的电路包括在与磁性检测器21相同的电路板上。

线缆也可包括用于接收来自远程控制系统和/或来自操作者的信息的装置。从远程系统或从操作者接收到的信号可用于操控线缆中的功能电路的预定功能，比如执行校准或设置调节操作，或者引发瞬时读数的输出。

线缆中的这种功能电路可用于将测量数据从位移监测器发送至远程系统。这种数据例如可包括诸如磁场的读数的原始检测器输出数据或者诸如初始参考位置值的工作参数。替代性地，或另外，可在传输之前通过电路对数据进行预处理，并且该数据可包括诸如位移的方向和/或大小、或者移动元件20与定子元件22的相对位置之类的导出信息。功能电路可包括处理器、存储器和用于计算这种导出信息或者用于计算预测参数的相关联的元件，该预测参数例如是将会需要重新调整间隙的时间/日期。电路可构造成存储测得的参数或导出的参数的历史信息并且在操作者或远程系统需要时传输该历史信息。该历史信息也可用于导出如上所述的预测参数。应当指出的是，这些计算和存储功能中的一些功能或所有功能可由远程系统代替执行。

诸如本文所描述的线缆的线缆实际上可能会经受广泛变化的工作条件。例如，当集中使用高压设备时，连接处的材料(例如，聚合物绝缘体)的温度会显著上升，并且有时持续很长时间。包装工厂中的大型X射线发生器例如可能在升高的温度下持续运行两个连续的工作轮班，然后被关掉并且留下来冷却一夜。线缆连接中的压缩经过这样的一整个循环会发生显著的变化。该压缩在X射线发生器运行变暖时可以恰当地落在公差内，但是在X射线发生器冷却时则落在公差之外。因此，为了避免通过线缆连接处的受压缩的绝缘体发生高压放电的风险，确保在早上当压缩力处于公差以外时不开启X射线发生器是有利的。这可以通过将控制系统构造成当连接部的压缩超出公差时自动撤销高压设备的开启操作来确保。在一些情况下，控制系统可构造成当该连接的压缩不足以使高压设备以满功率运行或全电压运行时允许高压设备在减小的功率或减小的电压下运行。在简单的情况下，可以将超出公差的条件应用于通过警报信号提醒操作者。

线缆中还可设置有另外的传感器，例如用于检测或测量除压缩力之外的参数的传感器。这样的参数例如可以包括绝缘体的温度、线缆中流经的电流、振动量、或者因突然局部放电引起的辐射脉冲。还可以将这些感测到的参数中的一个参数或更多个参数传输至控制系统，以便在必要时可以将这些参数用于控制高压设备的运行和/或用于向操作者发出报警条件的信号。

以上感测、测量、控制和监测功能中的任一项均能够构造成在没有操作者干预的情况下自动地执行。

Claims (24)

1.一种线缆，所述线缆包括末端部分(15)，所述末端部分(15)用于在压缩条件下通过使用可拆卸的夹紧套环(2)连接至高压设备的连接器(1)，其中，所述线缆包括套环接合元件(5)，所述套环接合元件(5)用于与所述可拆卸的夹紧套环(2)以可拆卸的方式接合，并且所述套环接合元件(5)用于沿着所述线缆的纵向轴线移置，以便在所述线缆被夹紧至所述高压设备时通过压缩力迫压所述末端部分(15)抵靠所述连接器(1)，其特征在于：所述线缆包括移位感测装置，所述移位感测装置用于对由所述套环接合元件(5)施加在所述线缆的所述末端部分(15)上的力的变化进行检测和/或测量。

2.根据权利要求1所述的线缆，其中，所述移位感测装置包括二元传感器，所述二元传感器适于对由所述套环接合元件(5)施加在所述线缆的所述末端部分(15)上的力的预定变化进行检测。

3.根据权利要求1所述的线缆，其中，所述移位感测装置包括多级传感器或模拟传感器，所述多级或模拟传感器适于确定由所述套环接合元件(5)施加在所述线缆的所述末端部分(15)上的力的大小和/或力的变化的大小。

4.根据权利要求1所述的线缆，其中，所述线缆包括弹簧装置(14)，所述弹簧装置(14)设置成当所述线缆在压缩条件下连接至所述连接器(1)时在所述套环接合元件(5)与所述末端部分(15)之间受压缩。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的线缆，其中

所述移位感测装置包括位移传感器，

所述位移传感器包括定子元件(22)和移动元件(20)，以及

所述位移传感器构造成对所述定子元件(22)与所述移动元件(20)之间的沿纵向轴线的相对位移进行检测和/或测量。

6.根据权利要求5所述的线缆，其中，所述定子元件(22)和所述移动元件(20)中的第一者包括多个磁性元件，并且所述定子元件(22)和所述移动元件(20)中的第二者包括磁场传感器(21)。

7.根据权利要求6所述的线缆，其中，所述磁场传感器(21)为霍尔效应传感器。

8.根据权利要求6所述的线缆，其中，所述多个磁性元件设置为极性交替的磁性元件的第一线性阵列。

9.根据权利要求6所述的线缆，其中，所述磁场传感器(21)设置成确定由所述定子元件(22)和所述移动元件(20)的相对位移引起的磁场强度的变化。

10.根据权利要求5所述的线缆，包括位置编码装置，所述位置编码装置用于确定来自所述位移传感器的多个读数并且用于基于所述读数来确定所述移动元件(20)相对于所述定子元件(22)的位移的方向和大小。

11.根据权利要求1所述的线缆，包括用于调节所述移位感测装置的基准参数的校准装置。

12.根据权利要求8所述的线缆，还包括磁性元件的第二线性阵列，其中

所述第一线性阵列的所述磁性元件沿着所述第一线性阵列以第一线性分布间距均匀地分布，

所述第二线性阵列的所述磁性元件沿着所述第二线性阵列以第二线性分布间距均匀地分布，以及

所述第一线性分布间距不同于所述第二线性分布间距。

13.根据权利要求5所述的线缆，其中，所述位移传感器的至少一部分被紧固至所述线缆的绝缘覆盖物(11)和/或被封闭在所述线缆的绝缘覆盖物(11)中。

14.根据权利要求13所述的线缆，其中，所述一部分为所述位移传感器的所述定子元件(22)。

15.根据权利要求6所述的线缆，包括用于将以下方面中的至少一者传送至第一远程通信设备的第一通信装置：

由所述套环接合元件(5)施加在所述线缆的所述末端部分(15)上的力的状态信息，

所述移动元件和所述定子元件的相对位移的方向和/或大小，

一个或更多个关于磁场的读数，

所述移位感测装置的基准参数，以及

所述移动元件和所述定子元件的相对位置。

16.根据权利要求15所述的线缆，其中，所述第一通信装置设置成与所述第一远程通信设备无线地通信。

17.根据权利要求15所述的线缆，其中，所述线缆包括：

一个或更多个工作参数传感器，所述一个或更多个工作参数传感器用于确定所述线缆的一个或更多个工作参数，

第二通信装置，所述第二通信装置用于将所述一个或更多个工作参数传送至第二远程通信设备。

18.根据权利要求17所述的线缆，其中，所述一个或更多个工作参数包括所述线缆的温度。

19.根据权利要求7所述的线缆，其中，所述磁场传感器(21)设置成确定由所述定子元件(22)和所述移动元件(20)的相对位移引起的磁场强度的变化。

20.根据权利要求8所述的线缆，其中，所述磁场传感器(21)设置成确定由所述定子元件(22)和所述移动元件(20)的相对位移引起的磁场强度的变化。

21.一种系统，所述系统用于将线缆在压缩条件下连接至高压设备的连接器(1)，所述系统包括：

根据权利要求15或16所述的线缆，

第一远程通信设备，以及

控制装置，所述控制装置用于响应于由所述第一远程通信设备从所述第一通信装置接收的信息而改变所述高压设备的一个或更多个工作参数。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制装置适于响应于由所述第一远程通信设备从所述第一通信装置接收的信息而自动地改变所述高压设备的一个或更多个工作参数。

23.一种系统，所述系统用于将线缆在压缩条件下连接至高压设备的连接器(1)，所述系统包括：

根据权利要求17或18所述的线缆，

第一远程通信设备和/或第二远程通信设备，以及

控制装置，所述控制装置用于响应于由所述第一远程通信设备和/或第二远程通信设备从所述第一通信装置和/或第二通信装置接收的信息而改变所述高压设备的一个或更多个工作参数。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述控制装置适于响应于由所述第一远程通信设备和/或第二远程通信设备从所述第一通信装置和/或所述第二通信装置接收的信息而自动地改变所述高压设备的一个或更多个工作参数。