CN112449677B - 用于监测连接至气体绝缘开关设备的电缆的电缆接头的温度和电压的装置以及相关联的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于监测连接至气体绝缘开关设备(300)的电缆(200)的电缆接头(201)的温度和电压的装置(100)。该装置(100)包括：适配器(101)，适于被耦接至开关设备(300)的电缆插座(31)；电压检测器(104)，被耦接至适配器(101)并且被配置为检测适配器(101)的电压；温度传感器(102)，被布置在适配器(101)中并且被配置为检测适配器(101)的温度；处理电路装置(103)，被配置为基于适配器(101)的所检测的温度来确定电缆接头(201)的温度。温度传感器(102)的接地端子(GND2)被耦接至处理电路装置(103)的接地端子(GND1)，以将处理电路装置(103)与适配器(101)的电压电屏蔽。电缆接头(201)的温度和电压都可以方便且精确地确定。另外，可以减小电缆接头(201)处的电压对处理电路装置(103)的影响。
Description
技术领域
本公开的实施例总体上涉及电气装备领域，并且更具体地，涉及用于监测连接至气体绝缘开关设备(GIS)的电缆的电缆接头的温度和电压两者的装置，并且涉及相关联的制造方法。
背景技术
气体绝缘开关设备(GIS)被广泛用于高电压配电应用中。在使用中，电缆通常通过电缆接头连接至GIS，以便将电功率传输给GIS。如果电缆接头与GIS之间的连接不良，则在电缆接头处可能会出现大的接触电阻。因此，当电流在电缆中流动时，电缆接头的温度可能会大幅升高，并且因此需要监测电缆接头的温度。
此外，电压存在指示系统(VPIS)也是用于GIS的重要元件，以用于指示电缆接头处存在电压。在GIS的大多数当前设计中，只有一个端口用于VPIS接触或温度监测设备接触。在这种情况下，如果该端口被VPIS占用，则将不再支持温度监测功能。同样，如果端口被温度监测设备占用，则没有多余的空间用于将任何VPIS安装到电缆接头。
因此，需要一种如下的新解决方案，该新解决方案用于在保持电气套管的当前设计不变的情况下，监测电缆接头的温度和电压。
发明内容
在第一方面，提供了一种用于监测连接至气体绝缘开关设备的电缆的电缆接头的温度和电压的装置。该装置包括：适配器，适于被耦接至开关设备的电缆插座；电压检测器，被耦接至适配器并且被配置为检测适配器的电压；温度传感器，被布置在适配器中并且被配置为检测适配器的温度；处理电路装置，被配置为基于适配器的所检测的温度来确定电缆接头的温度；以及温度传感器的接地端子，被耦接至处理电路装置的接地端子，以将处理电路装置与适配器的电压电屏蔽。
在一些实施例中，处理电路装置的接地端子、适配器、以及温度传感器的接地端子被彼此耦接，以将处理电路装置与适配器的所检测的电压电屏蔽。
在一些实施例中，该装置还包括：屏蔽层，包围温度传感器与处理电路装置之间的导线，屏蔽层被耦接至温度传感器的接地端子。
在一些实施例中，该装置还包括：瞬态电压抑制器，被耦接在温度传感器的接地端子与温度传感器的电源之间，以将处理电路装置与适配器的所检测的电压电屏蔽。
在一些实施例中，适配器在被耦接至电缆插座时位于电缆插座外部的安装表面处。
在一些实施例中，适配器包括：第一部分，在安装表面处被耦接至电缆插座；以及第二部分，适于容纳温度传感器和到电压指示设备的连接端口。
在一些实施例中，电缆插座包括在安装表面处的螺纹孔，并且第一部分是适于被插入到螺纹孔中的螺纹杆。
在一些实施例中，第二部分包括：接纳孔和端面，温度传感器被布置在该接纳孔中，并且该接纳孔被灌封胶密封，该端面用于耦接连接端口。
在第二方面，提供了一种用于制造装置的方法，该装置用于监测连接至气体绝缘开关设备的电缆的电缆接头的温度和电压。该方法包括：制备适配器，该适配器适于被耦接至开关设备的电缆插座；在适配器中布置温度传感器，该温度传感器被配置为在适配器中检测适配器的温度；将电压检测器耦接至适配器，该电压检测器被配置为检测适配器的电压；将处理电路装置耦接至温度传感器，该处理电路装置被配置为基于适配器的所检测的温度来确定电缆接头的温度；以及将温度传感器的接地端子耦接至处理电路装置的接地端子，以将处理电路装置与适配器的电压电屏蔽。
在一些实施例中，将处理电路装置电屏蔽包括：将处理电路装置的接地端子、适配器、以及温度传感器的接地端子彼此耦接。
在一些实施例中，该方法还包括：通过屏蔽层来包围温度传感器与处理电路装置之间的导线；以及将屏蔽层耦接至温度传感器的接地端子。
在一些实施例中，将处理电路装置电屏蔽包括：将瞬态电压抑制器耦接在温度传感器的接地端子与温度传感器的电源之间。
在一些实施例中，适配器包括：第一部分，在安装表面处被耦接至电缆插座；以及第二部分，适于容纳温度传感器和到电压指示设备的连接端口。
在一些实施例中，第二部分包括接纳孔，其中该方法还包括：将温度传感器布置在接纳孔中；通过灌封胶密封接纳孔；以及将连接端口耦接至第二部分的端面。
在第三方面，一种气体绝缘开关设备包括根据第一方面的装置。
根据本公开的各种实施例，温度传感器被布置在适配器中，该适配器耦接至开关设备的电缆插座，并且可以基于适配器的温度来确定电缆接头的温度。由于适配器的位置靠近电缆接头，因此可以方便且精确地确定电缆接头的温度。此外，通过适配器，温度传感器易于安装和维护。
附图说明
通过以下参考附图的详细描述，本文所公开的示例性实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更加可理解。在附图中，将以示例性和非限制性方式示出本文所公开的几个示例性实施例，其中：
图1示意性地示出了根据示例性实施例的气体绝缘开关设备；
图2示意性地示出了根据示例性实施例的用于监测电缆接头的温度和电压的装置；
图3示意性地示出了用于监测电缆接头的温度和电压的装置相对于电缆插座的示例性布置；
图4示意性地示出了用于监测电缆接头的温度和电压的装置相对于电缆插座的另一示例性布置；
图5示出了根据本公开的实施例的在用于监测电缆接头的温度和电压的装置上应用的示例性屏蔽机制；
图6示出了根据本公开的实施例的另一示例性屏蔽机制；
图7是根据本公开的实施例的电缆插座的示意性横截面图；
图8示出了如图3所示的电缆插座31的横截面图，但是在该电缆插座31上未附接适配器101；并且
图9示出了根据本公开的实施例的装置，该装置具有与如图5所示的适配器不同类型的适配器；
图10示出了根据本公开的实施例的装置，该装置具有与如图6所示的适配器不同类型的适配器；
图11示出了如图9和图10所示的装置相对于如图4所示的电缆插座的示例性布置；并且
图12是根据本公开的实施例的用于制造用于监测连接至开关设备的电缆的电缆接头的温度和电压的装置的方法的流程图。
在所有附图中，相同或相似的附图标记用于指示相同或相似的元件。
具体实施方式
现在将参考附图中示出的几个示例性实施例来描述本公开的原理。尽管在附图中示出了本公开的示例性实施例，但是应当理解的是，描述实施例仅是为了促进本领域技术人员更好地理解本公开，并进而实现本公开，而不是为了以任何方式限制本公开的范围。
如本文中所用的，术语“包括”及其变型应被理解为开放性术语，其意指“包括但不限于”。术语“基于”应被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的对象或相同的对象。下文可以包括其他显式定义和隐式定义。除非上下文另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。
如上文所讨论的，当前GIS中所使用的电缆是全绝缘电缆，并且只有一个端口用于待被安装到电缆接头的温度传感器或电压检测器。因此，将两种类型的传感器同时连接至单个端口总是具有挑战性的。此外，由于GIS通常在高电压环境下运行，而温度传感器和处理电路装置通常在低电压环境下运行，因此如何减少(来自适配器的)感应高电压对处理电路装置的影响也是具有挑战性的。
根据本公开的实施例，提供了一种同时支持温度测量和电压检测的复合功能适配器(或复合功能接头)。另外，借助于附加地应用的屏蔽机制，可以减小感应电压对处理电路装置的影响。在下文中，将参考图1至图12详细描述本公开的原理。
图1示意性地示出了根据示例性实施例的气体绝缘开关设备300。如图所示，开关设备300包括电缆插座31。电缆200可以通过电缆接头201连接至电缆插座31，以便将电功率传输给开关设备300。在使用中，如果电缆接头201与电缆插座31之间的连接不良，则在电缆接头201处可能会出现大的接触电阻。在这种情况下，当电流在电缆200中流动时，电缆接头201的温度可能会大幅升高。
此外，在电缆接头201处还可能会存在高达几百伏的高电压。因此，电压存在指示系统(VPIS)是用于GIS的另一重要元件，以用于指示在电缆接头201处存在高电压。
为了及时捕获电缆接头201的温度变化并且同时指示电压存在，开关设备300还可以包括用于监测电缆接头201的温度和电压的装置100。
在下文中，将参考图2至图11详细描述装置100的示例性配置。
图2示意性地示出了根据示例性实施例的用于监测电缆接头201的温度和电压的装置100。装置100包括适配器101、温度传感器102、处理电路装置103和电压检测器104。适配器101适于被耦接至电缆插座31。此外，适配器101可以由半导体或金属制成，并且金属包括但不限于黄铜和铝。在一些实施例中，考虑到黄铜的良好的导热性能和低成本，选择黄铜作为适配器101的材料。
如图2进一步所示，温度传感器102被布置在适配器101中并且被配置为检测适配器101的温度。处理电路装置103(例如，印刷电路板，“PCB”)被配置为：基于适配器101的所检测的温度来确定电缆接头201的温度。电压检测器104(诸如VPIS)被耦接至适配器101并且被配置为检测适配器101的电压。
如上文所讨论的，本文中的电压检测器或VPIS并不用于确定适配器101处的“确切”电压水平。相反，本文中的电压检测器或VPIS仅用于指示适配器101处或电缆接头201处是否存在电压。
例如，在一些应用场景中，当电压水平低于第一预定阈值(即，电压水平足够低)时，电压检测器104可以不提供任何视觉指示。但是，当电压水平高于第一阈值(即，电压水平足够高)时，电压检测器104可以例如以相对低的频率闪烁，以指示相对低的电压水平。此外，当电压水平甚至高于第二阈值(第二阈值高于第一阈值)时，电压检测器104可以开始以相对高的频率闪烁，以指示相对高的电压水平。
备选地或附加地，电压检测器可以例如借助于警报的振幅和/或频率来向用户提供声音指示(诸如警报)。
图3示意性地示出了装置100相对于电缆插座31的示例性布置。如图3所示，适配器101在被耦接至电缆插座31时位于电缆插座31的安装表面312处。用于连接电缆接头201的安装孔311也被设置在同一安装表面312上。如图所示，适配器101沿着安装表面312与安装孔311隔开一定距离。
在如图3所示的示例中，电缆插座31是外部电缆插座31。然而，应当理解的是，根据本公开的各种实施例的装置100的应用不限于如图3所示的外部电缆插座31。相反，适配器101还可以被应用在如图4所示的内部电缆插座31上。而且，应当理解的是，本公开不试图限制材料、形式或设计样式或者电缆插座。相反，能够提供端口并支持已安装的装置100的操作的任何电缆插座都落入本公开的保护范围内。
利用所提出的解决方案，VPIS和温度传感器现在均可以经由单个复合功能适配器101耦接至电缆插座31。通过这种方式，可以在使电缆插座的当前设计保持不变的情况下以非侵入方式同时测量温度和电压。因此，与那些常规解决方案相比，降低了装置100的总成本。此外，这种复合功能适配器101将适合用于新安装和改装应用。此外，由于适配器101的位置靠近电缆接头201，因此可以精确地确定电缆接头201的温度。
此外，在高电压操作环境中，适配器101处的感应电压有时可以达到高达几百伏的水平，或者感应电压的变化可能非常快，这可能会影响被设计为在低电压环境下操作的温度传感器102及其连接的处理电路装置103的操作。因此，在本公开的各种实施例中，处理电路装置103还与适配器101的电压电屏蔽，以便减少数百伏电压对处理电路装置103的影响。
图5示出了根据本公开的实施例的示例性屏蔽机制。如图5所示，在一些实施例中，为了将处理电路装置103与适配器101的所检测的电压电屏蔽，将处理电路装置103的接地端子GND1、适配器101和温度传感器102的接地端子GND2彼此耦接。通过这种方式，温度传感器102、适配器101和温度传感器102将始终共享相同的“浮置”接地电位。因此，在适配器101处可能出现的任何高电压变化都不会影响处理电路装置103的操作。
备选地或附加地，可以提供屏蔽层107以包围温度传感器102和处理电路装置103之间的所有导线。例如，对于具有三根导线(即，接地线(诸如图5中的“GND2”)、电源线(诸如图5中的“VCC”)和信号线(诸如图5中的“DQ”))的那些典型温度传感器(诸如DS18B20)，附加屏蔽层107(例如，呈金属网状结构的形式)可以被布置为包围所有三根导线。
与此同时，如图5进一步所示，屏蔽层107还被耦接至温度传感器102的接地端子GND2。换言之，处理电路装置103的接地端子GND1、适配器101、接地端子GND2和屏蔽层现在全都连接在一起，这形成了等电位接地。
图6示出了根据本公开的实施例的另一示例性屏蔽机制。如图6所示，在一些实施例中，为了将处理电路装置103与适配器101的所检测的电压电屏蔽，可以附加地提供瞬态电压抑制器106，并且将该瞬态电压抑制器106耦接在接地端子GND2与温度传感器102的电源VCC之间。通过这种方式，接地端子GND2与温度传感器102的电源VCC之间的电压差将被钳位。因此，避免了处理电路装置103的故障。
另外，如图5和图6所示，橡胶涂层108可以被布置在接头101的外部，以提供绝缘和布线固定。换言之，利用涂层108，瞬态电压抑制器106和来自温度传感器102的导线可以与环境隔离。
在一些实施例中，如图5和图6所示的适配器101可以包括第一部分111和第二部分112。第一部分111在安装表面312处被耦接至电缆插座31，并且第二部分112用于容纳温度传感器102和用于电压指示设备104的连接端口105。
图7示出了适配器101的横截面图，该适配器101容纳温度传感器102和用于电压指示设备104的连接端口105。在该示例中，第二部分112可以包括接纳孔113，温度传感器102被布置(例如，被插入)在该接纳孔113中，并且该接纳孔被灌封胶114密封。温度传感器102可以通过导线115和端子116连接至处理器103。适配器101的所检测的温度的值可以经由导线115和端子116被提供给处理器103。此外，第二部分112还包括端面122，该端面122用于经由导电连接将连接端口105耦接至适配器101。
图8示出了如图3所示的电缆插座31的横截面图，但是其中未附接适配器101。如图8所示，在一些实施例中，电缆插座31可以包括在安装表面312处的螺纹孔313。对应地，第一部分111可以是适于被插入到螺纹孔313中的螺纹杆。应当注意的是，这样的螺纹孔313还可以被布置在如图4所示的电缆插座31处的安装表面312上。通过螺纹杆与螺纹孔313之间的螺纹配合，第一部分111可以被拧入或拧出螺纹孔313。通过这种方式，装置100易于安装和维护。
图9和图10示出了根据本公开的实施例的不同类型的适配器。图9和图10分别示出了与图4和图5中采用的电屏蔽机制相同的电屏蔽机制。因此，在此将不再重复电屏蔽机制的原理。
图9至图10与图4至图5之间的两个不同之处中的一个不同之处在于适配器101的形式。在该示例中，电缆插座31可以包括在安装表面312处的突出部314(图11)。对应地，适配器101的第一部分111可以包括安装孔117以配合突出部314，以便实现导电连接，这提供了另一种可能的方式来方便地将装置100安装到电缆插座31上。
另一个不同之处在于，如图4至图5所示的用于电压指示设备104的连接端口105未被耦接至适配器101的第二部分112。相反，连接端口105可以单独地附接至如图11所示的突出部314，这增强了设计灵活性。
图12是根据本公开的实施例的用于制造装置100的方法1200的流程图。将参考已经在上文参照图1至图11描述的装置100来描述方法1200。
在框1210处，制备适配器101，该适配器101适于被耦接至开关设备300的电缆插座31。在框1220处，在适配器101中布置温度传感器102，该温度传感器102被配置为在适配器101中检测适配器101的温度。在框1230处，将电压检测器104耦接至适配器101，电压检测器104被配置为检测适配器101的电压。在框1240处，将处理电路装置103耦接至温度传感器102，处理电路装置103被配置为：基于适配器101的所检测的温度来确定电缆接头201的温度。在框1250处，将温度传感器102与适配器101的电压电屏蔽。
在一些实施例中，将温度传感器102电屏蔽(框1250)可以包括：将处理电路装置103的接地端子GND1、适配器101和温度传感器102的接地端子GND2彼此耦接。
在一些实施例中，方法1200还可以包括：通过屏蔽层来包围温度传感器102与处理电路装置103之间的导线，以及将屏蔽层耦接至温度传感器102的接地端子GND2。
在一些实施例中，将处理电路装置103电屏蔽可以包括：将瞬态电压抑制器106耦接在温度传感器102的接地端子GND2与温度传感器102的电源VCC之间。
在一些实施例中，适配器101可以包括第一部分111和第二部分112，该第一部分111在安装表面312处被耦接至电缆插座31，该第二部分112适于容纳温度传感器102和到电压指示设备104的连接端口105。
在一些实施例中，第二部分112可以包括接纳孔113，其中方法1200还包括：将温度传感器102布置在接纳孔13中；通过灌封胶114密封接纳孔13；以及将连接端口105耦接至第二部分112的端面122。
应当理解的是，本公开的以上详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，任何修改、等同的备选方案和改进等都应被包括在本公开的保护范围中。同时，本公开的所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同物内的所有变型和修改。
Claims (15)
1.一种用于监测连接至气体绝缘开关设备(300)的电缆(200)的电缆接头(201)的温度和电压的装置(100)，包括：
适配器(101)，适于被耦接至所述开关设备(300)的电缆插座(31)；
电压检测器(104)，被耦接至所述适配器(101)，并且被配置为检测所述适配器(101)的电压；
温度传感器(102)，被布置在所述适配器(101)中，并且被配置为检测所述适配器(101)的温度；
处理电路装置(103)，被配置为基于所述适配器(101)的所检测的温度，来确定所述电缆接头(201)的温度；
所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)被耦接至所述处理电路装置(103)的接地端子(GND1)，以将所述处理电路装置(103)与所述适配器(101)的电压电屏蔽。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述处理电路装置(103)的接地端子(GND1)、所述适配器(101)、以及所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)被彼此耦接，以将所述处理电路装置(103)与所述适配器(101)的所检测的电压电屏蔽。
3.根据权利要求2所述的装置(100)，还包括：
屏蔽层，包围所述温度传感器(102)与所述处理电路装置(103)之间的导线，所述屏蔽层被耦接至所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)。
4.根据权利要求1所述的装置(100)，还包括：
瞬态电压抑制器(106)，被耦接在所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)与所述温度传感器(102)的电源(VCC)之间，以将所述处理电路装置(103)与所述适配器(101)的所检测的电压电屏蔽。
5.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述适配器(101)在被耦接至所述电缆插座(31)时位于所述电缆插座(31)外部的安装表面(312)处。
6.根据权利要求5所述的装置(100)，其中所述适配器(101)包括：
第一部分(111)，在所述安装表面(312)处被耦接至所述电缆插座(31)；以及
第二部分(112)，适于容纳所述温度传感器(102)、以及到所述电压指示设备(104)的连接端口(105)。
7.根据权利要求6所述的装置(100)，其中所述电缆插座(31)包括在所述安装表面(312)处的螺纹孔(313)，并且所述第一部分(111)是适于被插入到所述螺纹孔(313)中的螺纹杆。
8.根据权利要求6所述的装置(100)，其中所述第二部分(112)包括接纳孔(113)和端面(122)，所述温度传感器(102)被布置在所述接纳孔(113)中，并且所述接纳孔(113)被灌封胶(114)密封，所述端面(122)用于耦接所述连接端口(105)。
9.一种用于制造装置(100)的方法，所述装置(100)用于监测连接至气体绝缘开关设备(300)的电缆(200)的电缆接头(201)的温度和电压，所述方法包括：
制备适配器(101)，所述适配器(101)适于被耦接至所述开关设备(300)的电缆插座(31)；
在所述适配器(101)中布置温度传感器(102)，所述温度传感器(102)被配置为在所述适配器(101)中检测所述适配器(101)的温度；
将电压检测器(104)耦接至所述适配器(101)，所述电压检测器(104)被配置为检测所述适配器(101)的电压；
将处理电路装置(103)耦接至所述温度传感器(102)，所述处理电路装置(103)被配置为基于所述适配器(101)的所检测的温度，来确定所述电缆接头(201)的温度；以及
将所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)耦接至所述处理电路装置(103)的接地端子(GND1)，以将所述处理电路装置(103)与所述适配器(101)的电压电屏蔽。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述处理电路装置(103)电屏蔽包括：
将所述处理电路装置(103)的接地端子(GND1)、所述适配器(101)、以及所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)彼此耦接。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
通过屏蔽层来包围所述温度传感器(102)与所述处理电路装置(103)之间的导线；以及
将所述屏蔽层耦接至所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)。
12.根据权利要求9所述的方法，其中将所述处理电路装置(103)电屏蔽包括：
将瞬态电压抑制器(106)耦接在所述温度传感器(102)的接地端子(GND2)与所述温度传感器(102)的电源(VCC)之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述适配器(101)包括：
第一部分(111)，在安装表面(312)处被耦接至所述电缆插座(31)；以及
第二部分(112)，适于容纳所述温度传感器(102)和到所述电压指示设备(104)的连接端口(105)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二部分(112)包括接纳孔(113)，其中所述方法还包括：
将所述温度传感器(102)布置在所述接纳孔(13)中；
通过灌封胶(114)密封所述接纳孔(13)；以及
将所述连接端口(105)耦接至所述第二部分(112)的端面(122)。
15.一种气体绝缘开关设备(300)，包括根据权利要求1至8中任一项所述的装置(100)。
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