帶金屬外殼的開關設備的製作方法

2024-02-17 12:14:15 1

專利名稱：帶金屬外殼的開關設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一無導線監控裝置的帶金屬外殼的開關設備。
通過德國的實用新型9420199已知一種帶金屬外殼的高壓開關設備，在此裝置的某個氣室內裝有一表面波元件作為傳感器。表面波元件用來指示由於電弧作用在殼體內的滅弧氣體上所產生的氣體成分，或者用來探測壓力波。在殼體外部裝有一天線，該天線用於與一求值裝置進行無導線信息傳輸。
根據1994年春季，西門子雜誌Spezial，由FuE發表的論文《用於革新的聲學表面波技術》，表面波傳感器在高壓技術領域中的應用原則上已為人們所公知。其中也已提出將表面波元件固定在一容器內，而將傳感器的天線固定在外面。
在之後公開的DE 19514342中闡述了表面波傳感器在高壓電纜上的應用。其中傳感器的天線安置在電纜內外導體的開孔上。
本發明的目的在於，提供一種簡單的技術方案，將用於信息傳輸的發送和接收元件安設在帶有外殼的開關設備或波導管上。
本發明的目的是通過一帶金屬外殼的用於高中壓的開關設備或波導管來實現的，其帶有至少一個裝在殼體內的帶有天線的傳感器，其中收發天線與傳感器實現信息的無導線傳輸，收發天線安裝在殼體開孔上並對準殼體內室。這種方案特別簡單並可使新的與已有的裝置沒有問題地組合在一起。收發天線的安裝不需要任何附加的措施。在此開關設備的內腔作為無導線信息傳輸的轉發空間。在殼體內的幹擾導線或在導線與高中壓導體之間的電磁幹擾被避免了。通過殼體的屏蔽作用避免了外來的幹擾對信息傳輸的影響。除此以外通過屏蔽作用減少了對殼外部其它裝置的幹擾輻射。
帶有一鎖緊件的現有開孔具有這樣的優點，即可以容易地進入該開孔內。在此鎖緊件優選由外蓋，法蘭或支承座構成。也可以利用現有的標準開孔，如檢查孔，手工穿孔或觀察窗，來安裝收發天線。
鎖緊件可以與收發天線一起構成一個部件。這樣收發天線就如同開關設備的一體化構件一樣，因而裝配很簡單。
收發天線可以在殼體外面安裝在開孔上。因而可以不打開殼體而從外面接觸到收發天線。殼體的密封性同樣沒有被改變。
開孔在收發天線部位朝著殼體內部的一側具有一介電材料是很有利的。由此實現兩天線間良好的，可靠的，無幹擾的數據傳遞，在此對無導線信息傳輸的妨礙是很小的。
採用石英玻璃，塑料或其它的可通過高頻波的電絕緣材料是有利的。由此可促進天線間良好的無線電傳輸。對於其它的傳輸形式可選擇其它有意義的有利的材料(如用於光傳輸的玻璃)。
收發天線也可以在殼體內部安裝在開孔上，由此可在殼體內部實現特別好的無損耗的輻射。在這種情況下比較有利的是在開孔上設置用於對收發天線饋電的引線套管。進而優選將引線套管與鎖緊件或開孔密封件組合在一起。因而不需要附加的結構措施和在殼體上進行改變。
由縫隙天線構成收發天線是有優點的。這種形式的結構特別適合於裝入金屬殼體，因為幾何形狀可相互適應。這樣可以以在殼體內部產生一非常好的高頻耦合為出發點，而不必在殼內進行安裝。
在此開孔本身或連接位置可用來構成縫隙。此時例如也可由法蘭邊緣的連接位置來構成縫隙天線。用這種方法提供一種很好的發射波耦合。一種在殼體上簡便銑出來的縫隙也可以承擔天線的功能。這點甚至在現有的裝置上也是可能的。接著在縫隙內充入適當的密封材料，以保持殼體的氣密性。
其它形式的天線，如球狀，杆狀或偶極天線當然都是可以的。在此要考慮到在中高壓裝置中所給出的電條件下實現最好的收發條件。也可以為了收發方向將天線結構設計成分開式。
收發天線優選在必要時通過收發裝置的中間連接與控制-和/或監控裝置連接，以提供對裝置的良好監控和可靠傳動。
在設計作為用於能量傳輸的波導管的開關設備時，也可考慮，在另一開孔上的另一收發天線對準內室，其中在兩天線之間進行信息傳輸。殼體的內室用來作為分界的傳輸空間。
在此波導管可以通過艙壁分開，艙壁中至少有一個是裝在天線之間的。通過這種方法能夠使被保護的數據傳輸通過長距離，而不必再採取其它的數據聯繫。另外可以通過傳感器交換數據。
一個或數個傳感器優選作為表面波傳感器來設計。由此提供一價廉和簡單的技術解決辦法，在此可以有無源的或有源的方案。此外表面波傳感器的出色之處在於結構尺寸很小，即使在高壓條件下也可使其順利地裝在殼體內。
收發天線與傳感器天線間的信息傳輸可以通過超聲波，紅外線或優選通過高頻傳輸來進行。收發天線也可以裝在殼體開孔的支撐體上，以實現節省空間的有利布置。
下面藉助附圖對本發明的一實施例詳細加以說明，附圖中

圖1為帶有傳感器的開關設備的縱向截面圖；圖2至圖6分別示出收發天線的詳細結構。
首先闡述帶有監控裝置的開關設備，其中利用高頻進行信息傳輸。不言而喻，所述監控裝置也可用於開關設備內的其它功能，例如根據雷達原理無傳感器地探測開關位置，用於附加的控制任務或純粹用於信息傳輸。
圖1示出一氣體絕緣的帶殼體的開關設備1，其按照上述德國實用新型9420199的現有技術已為人們所公知。開關設備1適合於高中壓。在此沒有開關元件的帶殼體的波導管也可以理解為是一種開關設備。
在開關設備1的縱向局部截面中示出一帶有一開關器件3，特別是一隔離開關或一斷路單元的支路。在殼體5中心有一匯流母線6作為電導體。開並器件3的進一步細節及其功能可以由上述實用新型獲悉。
在開關設備1殼體5的內腔4中，表面波傳感器作為傳感器用於不同的任務，如表面波傳感器7a用於溫度探測，表面波傳感器7b用於電流探測，表面波傳感器7c用於氣體識別，表面波傳感器7d用於位置識別。在此也可以考慮用其它表面波傳感器用於其它功能和任務，如光識別，壓力測量等。
每個表面波傳感器具有至少一作為收發器的天線9用於信息傳輸，特別是用來應答。在此信息由表面波傳感器7a-7d傳輸給一中心的，對於所有表面波傳感器7a至7d有效的收發天線，下面在圖中用天線元件11來標示它。
在這裡天線，收發天線，天線元件或收發器都可以理解成是一種發射接收元件(這些元件可以輻射和/或接收電磁波或光波)，例如無線天線，超聲波或光波收發元件(如紅外元件)，其中也包括對收發方向的分配。圖1所示結構例如涉及一種無線信息傳輸。
天線元件11通過相應的導線13，例如同軸電纜，必要時通過匹配電路的中間連接與控制和監測裝置(下面在圖中以監控裝置15來標示)連接。該裝置包括收發部件17和另一未被詳細示出的信息分析裝置，必要時可以包括帶有存儲器的微處理器。
收發部件17，或至少其一部分在原則上也可以分散安裝在天線元件11上，使得在監控裝置15與天線11之間只需低功率的數據通道。發射功率因此被分散產生。
在此也可以考慮，天線元件11與分散的裝置導線連接，或無導線地直接與總線19連接。監控裝置15與收發部件17和所連接的天線元件11在本發明的意義上也可以被表示為收發裝置或無線收發兩用機。
監控裝置15例如可以在開關設備中作為一中心單元或者也可以作為一支路裝置或與開關器件有關的裝置，通過其它的數據聯繫，如通過總線19與上級中心單元21建立數據聯繫。這個中心21可以是一近距控制中心，通過一合適的接口22與上一級的網絡主控臺建立聯繫。
當然中心21至少包括一合適的操作和顯示儀器，例如鍵盤和顯示器，用來操縱開關設備1。通過圖中未進一步詳細示出的接口可以將一移動儀器，如一可攜式計算機或一Laptop連接在一總線19或控制裝置15上，用於操縱或用於其它的輸入輸出給圖1所示系統中的不同地點。
所示數據聯繫可以採取任何可能的有線聯繫，如導線或光導體，或無線聯繫，如無線電，聲波或光波聯繫。
在上述示例中天線元件11被裝在殼體5內一開孔上。該開孔由一法蘭23構成，該法蘭由一鎖緊件25，如一蓋板和一壓環27封閉。當然在此沒有詳細示出按照現有技術的法蘭連接螺紋。
天線元件11因而位於殼體5內，以提供順利地向表面波傳感器7a至7d傳輸信息的最佳條件。由於天線元件11如同位於一套管內部，而沒有突入內腔4中，因而可以避免電的或磁場技術問題。此外天線元件11與一個本來就與殼體5可擴卸的部件構成一部件單元，使得其可以方便地接觸到或再裝配。
表面波傳感器7a至7d中的一部分安在殼體5上，一部分安在匯流母線6上，裝在開關器件3的運動部件上，或裝在第一支撐件28上或它的後面，必要時安設在一隔離氣室內。必要時可將多個不同功能的傳感器集中設置一處，具有一共同的天線。一個傳感器具有多種測試功能也是可能的。比較有利的是傳感器做成信用卡的形狀和尺寸，其中卡的基本部分構成天線。
對於整個監控功能重要的是，在殼體5內建立一可靠的無線電或數據聯繫。為此支撐件28由介電材料加工而成，使得天線元件11與位於支撐件28後面的表面波傳感器7c之間的高頻傳輸不受妨礙。在其它傳輸方式中相應地設置支撐件材料(如用於光傳輸的玻璃)。
法蘭23或必要的輸入耦合孔例如可以由現有的維修孔，充氣套管，熱塑合成樹脂注入口，視孔或管頭法蘭來構成。在此意義上圖示結構適用於開關設備上任一種可能的孔，例如也適用於圖示的管頭法蘭29。當然也可以採用專門的開孔。
也可以考慮將天線元件11置於殼體5外部，並通過介電窗輻射進內室4中。為此在兩個殼體段連接法蘭範圍內提供一注入管作為開孔，其中必要時作為杆狀天線的天線元件鑄入孔中。
在安設另一沒有詳細示出的帶有配置在另一支撐體39後面的氣室中的控制裝置的天線時，也可以用殼體5的內室4作為傳輸空間，因此越過長距離的受保護的數據傳輸是可能的。這種可能性可優先用于波導管。可以設想同時結合進行傳感器問詢。
下面將闡述圖1中局部A的結構。
圖2示出對應於圖1A部的第一種可能結構。在此天線元件11安裝在鎖緊件25朝著殼體5內室4的一側。在此鎖緊件25的材料可以是金屬或非金屬。
天線元件11可以通過一間隔元件以事先定好的間距固定在鎖緊件25上，或者如圖所示，直接設置在鎖緊件上。對於直接的，必要時要絕緣的安裝可以考慮採用粘貼的方式。
也可以考慮，在由非導電材料構成的鎖緊件25成形時將天線元件11蒸鍍上去，或直接按照鍍銅的方式塗敷在鎖緊件25上。在此鎖緊件25朝著外部的側面應該同樣是金屬化的，以便對外產生屏蔽作用。
導線13與天線元件11電流連接在一起，為此鎖緊件25具有相應的絕緣套管31，尤其是高頻絕緣套管。必要時絕緣套管31也可以位於法蘭23的邊緣區域上，以提供一側向引出端或使導線13連接到天線元件11上的一側向接線柱。在此可以設想藉助一耦合器將發射和接收能量由導線13感應輸送給天線元件11。
不言而喻，天線元件11安裝在鎖緊件25內部或其外面也是可以的。在第一種情形下，必要時天線元件11可以鑄入鎖緊件25裡面，或者以一種夾心結構形式置入到鎖緊件25中。天線元件11安在外部與安在內部具有同樣的意義，其優點是不需要氣密的絕緣套管。
然而對於這種實施形式重要的是，鎖緊件25至少是在天線元件11與內室4之間的區域內由介電材料加工製成，這種材料可使發射和接收功率順利地通過。適合的材料如石英玻璃或塑料。
在圖示實施形式中還沒有詳細地談到天線元件11的成形。在已闡述過的結構中天線元件11可以作為簡單的偶極天線通過扁長或彎曲的結構，例如杆狀天線，或其它相應的形式按照現有技術去實現。
圖3給出了一種結構，在這種結構中收發天線11a設計成一球狀天線，在此較有利的是採用一半球狀天線。這種結構形式對於場強分布特別有利，因為可避免場強增加。火花放電或其它幹擾由此可被防止。所示的球狀天線通過一也可以是有源的天線適配器14的中間連接與同軸電纜13a連接起來。
對於收發天線的其它可能結構是縫隙天線結構。在一縫隙輻射器中通常是在傳導面上有一間隙，特別是一縫隙來做為天線。縫隙的長度優選為λ/2。
縫隙輻射器的細節可以通過費韋格出版社哈拉爾德·舒梅尼所著的專業書藉《信號傳輸》來詳細獲得。這種縫隙輻射器在開關設備中以多種多樣的形式和方式被實現。
圖4和圖5分別在一縱剖面圖和一俯視圖中示出殼體5殼壁上的一部分，在此殼體壁中加工有一縫隙33。這個縫隙可以是銑削出來的。在此該縫隙33本身構成一位於殼體5上的開孔。由此形成的天線11b是殼體5一體化的組成部分。
縫隙33的長度優選是被輻射波長λ/2的整數倍。所示導線13如同在圖5中以同軸電纜的形式連接在縫隙33的兩縱向側上。
縫隙33的形狀可以是多樣的，如長形，弧形或圓形，尤其如上述專業書籍中所描述的形式。這種形式的縫隙輻射器可以被有利地安置在開關設備1的殼體5內。也可以被組合進上述鎖緊件的開孔中去。當然縫隙33必需用氣密的密封材料來填充，同時不能影響波的發射和接收。
在最簡單的情況下也可以設想，縫隙輻射器由一殼體5上本來就具有的縫隙構成。這種相應的縫隙出現在連接位置，如螺栓連接或法蘭連接處。例如在圖1中的法蘭23與鎖緊件25或壓環27之間存在的縫隙對此是適合的。必要時還必須在這種連接位置上安放一間隔元件用來限定縫隙的寬度，並用一開口金屬環構成的中間元件來限定縫隙的長度。
其它適合用來安放天線元件的位置也可以是圖1中用來使兩節管段相互連接的連接法蘭35處。在此作為縫隙的開孔位於兩法蘭端37之間，中間夾著支撐件39。必要時也可利用按常規應有的熱塑合成樹脂注入口。
開關設備1的支撐件本身提供了另一種安放收發天線的可能性。圖6給出了一開關設備1殼體5的另一支撐件39a處的截面圖。支撐件39a裝在殼體5上的兩個法蘭端37之間的開孔處。天線元件11裝在支撐件39a內部。導線13由法蘭盤37處引出。
天線元件11可以具有任一種合適形式，如偶極形式。天線元件最好位於由法蘭端37構成的開孔中靠近殼體5殼壁的邊緣處，以避免電場，特別是分布在殼體5與內部導體6之間的電場的電磁幹擾。由於在支撐體39a的這一部位可以設計得特別薄，也可使對支撐體材料可能存在的蒸發作用保持很小。當然天線元件11也可以按照前邊所述的方法裝在支撐件39a的外表面上。
當然上述新想法的每一特徵和結構都可以在專業人員的設計範疇內相互結合，或與目前的現有技術特徵相結合，而不會背棄這些想法的基礎思想。對於本想法最主要的是，開關設備的內室可以用於信息傳輸。
權利要求
1．一種用於高中壓的金屬殼開關設備(1)，它帶有至少一個安置在殼體(5)內腔(4)的傳感器(7a至7d)，傳感器帶有天線(9)，其中設有一收發天線(11至11b)用於與傳感器(7a至7d)的天線(9)無導線地信息交換，其中殼體(5)具有可用一鎖緊件(25)鎖閉的開孔，收發天線(11至11c)安放在鎖緊件(25)上並對準內腔(4)。
2．按照權利要求1所述的金屬殼開關設備，其中鎖緊件(25)可由蓋，法蘭或支座構成。
3．按照權利要求1或2所述的金屬殼開關設備，其中鎖緊件(25)與收發天線(11至11b)組成一部件單元。
4．按照權利要求1至3中任一項所述的金屬殼開關設備，其中收發天線(11至11b)被安放在殼體(5)外面的開孔處。
5．按照權利要求1至4中任一項所述的金屬殼開關設備，其中開孔至少在收發天線(11至11b)部位朝向內室(4)的一側具有介電材料。
6．按照權利要求5所述的金屬殼開關設備，其中所述材料為石英玻璃，塑料或其它允許高頻波穿過的電絕緣材料。
7．按照權利要求1至3中任一項所述的金屬殼開關設備，其中收發天線(11至11b)安放在殼體(5)內部。
8．按照權利要求7所述的金屬殼開關設備，其中在所述開孔上設有向天線(11至11b)饋電的引線套管(31)。
9．按照權利要求1至8中任一項所述的金屬殼開關設備，其中收發天線(11至11b)作為縫隙天線來設計構成。
10．按照權利要求9所述的金屬殼開關設備，其中殼體(5)的開孔或連接位置用於形成縫隙天線的縫隙(33)。
11．按照權利要求1至10中任一項所述的金屬殼開關設備，其中收發天線(11至11b)與一控制裝置(15)連接。
12．按照權利要求1至11中任一項所述的金屬殼開關設備，其中傳感器由表面波傳感器(7a至7d)構成。
13．按照權利要求1至8中任一項所述的金屬殼開關設備，其中收發天線(11至11c)與傳感器天線(9)之間的信息傳輸通過超聲波，紅外線或高頻傳輸來進行。
14．按照權利要求1至8中任一項所述的金屬殼開關設備，其中收發天線(11至11c)設置在殼體(5)中的一支撐件(39a)上。
全文摘要
一種用於高中壓的金屬殼開關設備(1),其中為進行無導線的信息傳輸,在殼體(5)內室(4)裡設置至少一個傳感器,特別是帶有天線(9)的表面波傳感器(7a至7d),還設有一個安放在殼體(5)開孔上,對準內室(4)的收發天線(11至11c)用於與傳感器的信息交換。
文檔編號G01B21/00GK1210628SQ97192146
公開日1999年3月10日 申請日期1997年1月20日 優先權日1996年1月31日
發明者彼得·鮑爾施米特, 奧特馬·貝耶爾, 沃爾夫－埃克哈特·布爾斯特, 瓦倫丁·馬戈裡, 託馬斯·奧斯特塔格, 倫哈德·萊因德爾, 格爾德·肖勒, 奧利弗·斯科澤斯尼, 迪特爾·洛倫茲 申請人:西門子公司