用于开关设备的电流互感器模块和相应的开关设备

本发明涉及一种电流互感器模块，用于具有电流通路的管状壳体的开关设备、尤其气体绝缘的开关设备，所述电流互感器模块具有管状的基础元件，以便形成所述管状壳体的至少一个部段；和至少一个环形的电流互感器单元，所述电流互感器单元沿周向围绕管状的基础元件。

本发明还涉及一种相应的开关设备，其具有电流通路的管状壳体和这种电流互感器模块。

文献DE 10 2005 005 445 A1示出一种用于气体绝缘的开关设备的电流互感器模块，开关设备具有电流通路的管状壳体。电流互感器模块具有用于形成管状壳体的至少一个部段的管状的基础元件和多个沿周向围绕管状的基础元件的环形磁心。文献DE 10 2015210 135 A1示出一种类似地构造的具有管状壳体的电流互感器模块。这样构造的电流互感器用于交流应用。

文献DE 10 2015 214 043 A1示出一种用于架空线电路的具有零磁通电流互感器的装置，其中，电流互感器布置为零磁通电流互感器，用于借助零磁通的电流测量技术在环形铁芯壳体中测量直流电流。

本发明所要解决的技术问题是提供一些措施，通过这些措施可以得到用于电流互感器模块的新应用领域，所述电流互感器模块用于具有管状壳体的开关设备。

所述技术问题通过独立权利要求的技术特征解决。有利的设计方案在从属权利要求中给出。

按照本发明的电流互感器模块用于具有电流通路的管状壳体的开关设备、尤其气体绝缘的开关设备，所述电流互感器模块具有(i)管状的基础元件，以便形成所述管状壳体的至少一个部段，所述基础元件具有两个导电的端头，和(ii)至少一个环形的电流互感器单元，所述电流互感器单元布置在管状的基础元件上并且在此沿周向围绕管状的基础元件。在此规定，所述电流互感器单元或多个电流互感器单元中的至少一个设计为零磁通电流互感器单元，用于借助零磁通的电流测量技术进行电流测量。零磁通电流测量技术也能实现直流电流测量。因此通过该措施明显扩大电流互感器模块的应用范围。尤其所有电流互感器单元都设计成零磁通电流互感器单元。

根据零磁通或者Zero-Flux测量原理工作的电流传感器(英语：AC/DC zero-flux电流传感器)是已知的。这种传感器的主要结构也可以称为零磁通电流互感器单元(Zero-Flux电流互感器单元)。前述文献DE 10 2015 214 043 A1示出一种具有零磁通电流互感器单元的装置，其具有补偿绕组、检测绕组和环形的磁芯壳体。

管状的基础元件的端头优选设计成凸缘，通过凸缘可以将管状的基本元件固定在开关设备的其他两个部件之间(“通过凸缘连接在中间”)。

根据本发明的一种优选设计方案，管状的基础元件在区段中具有绝缘元件，所述绝缘元件将管状的基础元件的两个端头在基础元件内部彼此电绝缘。通常为环形或管状的绝缘元件在轴向上在两侧被基础元件的金属导电部件包围。

原则上可设想的是，管状的基础元件在端头之间的整个中间部分是由绝缘元件形成的，该管状设计的绝缘元件因此作为基础元件的管段从一个端头延伸至另一个端头。然而尤其规定，管状的基础元件的布置在所述端头之间的管段基本上由金属的管件构成，其中，在所述管段中在具有绝缘元件的区段内构造有环绕的绝缘间隙。所述绝缘间隙在绝缘元件外部或者内部优选构造在金属的管件和端头之一之间。电流互感器模块或其基础元件尤其是应用于气体绝缘的开关设备中的气密的装置。气密性在此优选在直至30bar的范围内。

所述基础元件是基体，至少一个电流互感器单元布置在该基体上。

在此优选规定，至少一个电流互感器单元布置在管状的基础元件的部段中，在该部段中构造有金属的管件。该部段通常比带有管状的绝缘元件的区段能够承受更强的机械负荷。

特别优选地规定，所述绝缘间隙具有宽度，该宽度最多等于所述电流互感器模块或其基础元件的轴向总长度的十分之一(≤1/10)。对于狭窄的绝缘间隙也仅需要较短的绝缘元件。管状的基础元件的其余部分可以由更坚固的材料、尤其金属制成。

根据本发明另外的优选设计方案，所述基础元件在具有绝缘元件的区段中具有电极。该电极理解为屏蔽电极或者电容器的电极。

优选地规定，设有多个电流互感器单元并且所述电流互感器模块具有用于这些电流互感器单元的共同的接线盒。通过模块化结构可以预制用于电流互感器单元的接线可能性。接线盒尤其设计成夹线盒。

优选的是，所述电流互感器模块具有至少一个导电的连接元件，所述连接元件在外部围绕至少一个电流互感器单元导引并将管状的基础元件的两个端头导电连接。可导电的连接元件尤其构造成电流互感器套，所述电流互感器套围绕至少一个电流互感器单元。若有高达数千安培的电流在两端头之间流动，该电流在外部围绕至少一个电流互感器单元流动并且可以与沿电流通路的电流分开被检测。

最后在模块方面优选规定，至少一个环形的电流互感器单元固定在管状的基础元件上、尤其固定在金属的管件上并且相对于管状导体居中。优选的是，至少一个环形的电流互感器单元固定地铸造在管状的基础元件上。针对电流互感器单元，所述基础元件是支架。不需要另外的支架。

根据本发明的开关设备、尤其气体绝缘的开关设备具有电流通路的管状壳体，在此规定，所述开关设备包括前述的电流互感器模块。所述电流互感器模块可以简单地完全“通过凸缘”连接在设备的两个另外的部件之间。

以下示意性在附图中示出并进一步阐述本发明的实施例。在附图中：

图1以侧视图示出根据本发明的第一优选实施方式的剖切的电流互感器模块，

图2示出图1所示的电流互感器模块的剖视图。

图1示出电流互感器模块10，用于安装在(未示出的)开关设备中，确切而言是气体绝缘的开关设备中。这种开关设备还包括电流通路(同样没有明显示出)的管状壳体，这也称为管状导体。在该管状壳体的区域中安装电流互感器模块10。该电流互感器模块10的基体是管状的基础元件12，所述基础元件沿轴线14延伸。在已安装电流互感器模块10时，基础元件12形成管状壳体的或者说管状导体的外管的部段。相应的构成电流通路的导体于是沿轴线14延伸。因此安装到开关设备内的电流互感器模块10构成电流通路的管状壳体的一部分。这部分于是通常沿轴线14延伸。为此，管状的基础元件12具有可导电的端头16、18，所述端头构造成凸缘20、22。通过凸缘20、22，管状的基础元件12可以通过凸缘连接在开关设备的其他两个部件之间。通过这种方式，模块10成为管状壳体的一部分。在端头16、18之间的管段24形成管状的基础元件12的中间部分。管状的基础元件12的内部形成用于气体绝缘的开关设备的保护气体的气体空间26。

电流互感器模块10还包括多个(在此为三个)环形的电流互感器单元28，所述电流互感器单元全都构造成零磁通电流互感器单元30并且布置在管状的基础元件12上。每个电流互感器单元28、30在此沿周向利用电流互感器磁芯包围管状的基础元件12，电流互感器磁芯基本上确定电流互感器单元28、30的形状。此外，电流互感器模块10具有电流互感器套形式的可导电的连接元件32，连接元件包围至少电流互感器单元28、30并将管状的基础元件12的两个端头16、18导电连接。如果电流在两个端头16、18之间流动，该电流不流经管状的基础元件12，而是在外部围绕电流互感器单元28、30流动，并且也不被电流互感器单元检测到。因此，电流互感器单元28、30只检测管状的基础元件12内的电流通路的电流。用于所有电流互感器单元28、30的共同的接线盒34在外部安装在电流互感器套上。

如图已示，管状的基础元件12沿轴线14不是连续可导电的。换句话说，第一端头16与第二端头18是电绝缘的。为此，并不是整个管段24，而是仅管段的大部分构造成金属的管件36。管件沿轴向从第二端头18向第一端头16的方向延伸但不延伸到第一端头16。构成从金属的管件36到第一端头18的通过管状的绝缘元件38(绝缘部)的过渡部。例如它是由玻璃纤维增强塑料(GFK)材料制成。

在金属的管件36的内侧面上设有密封圈40，密封圈与管件36和端头18或者说凸缘22形成一个单元。该单元尤其是由一体式相互连接的部件18、22、36、40构成的单元，优选实施为铸造件。绝缘元件38安装在密封圈40和第一端头16之间，绝缘元件38向内由与第一端头16导电连接的电极42覆盖，所述电极也可以理解为屏蔽电极。然而该电极不延伸至密封圈40。形成一种电容器绕组44，其中，介电层位于电极42和绝缘元件38或者说密封圈40之间。

图2示出图1所示的电流互感器模块10的剖视图。然而在此仅示出直至轴线14的上部(连同接线盒34)。在该示图中可见电流互感器单元28的位置：所有的电流互感器单元28都通过固定的铸造方式固定在金属的管件36上，其在此被稳定地固持。金属的管件36本身在部段A中从第二端头18向第一端头16的方向延伸，但并没到达第一端头16。在金属的管件36和第一端头16之间保留有设计为环形间隙的绝缘间隙46。该间隙46在外部位于绝缘元件38上，绝缘元件38位于从第一端头16轴向伸出的区段S中。间隙46具有宽度B，宽度B与电流互感器模块10或基础元件12的轴向的总长度相比整体上非常小。

电流互感器单元28设计成零磁通电流互感器单元30，由此也可以(相对于通常的交流电测量额外地)实现直流电测量。因此，电流互感器单元28是零磁通电流互感器单元30，用于借助零磁通的电流测量技术测量直流电流。

在下文中，根据本发明的解决方案及其设计方案再次与通常的标准结构进行比较。

在这种标准结构中设有独立的具有环形磁心的电流互感器构件组，环形磁心被“穿套”到管状壳体的管状元件上。因此，它不是像根据本发明的电流互感器模块那样的具有相互连接的部件，即基础元件和电流互感器单元的预制模块。

这种标准结构的问题是非常占空间和成本高并且在技术上没有最佳地解决。在已知结构中，磁芯尤其海上应用中直接承受环境影响。空间需求很大，因为磁芯必须单个以较大距离插在昂贵的GIS绝缘构件组上。

在标准结构中还不能检测重要的电参数：

1.在短路情况中不能测量电流，因为电流没有通过壳体导出。

2.快速瞬态电压不被传输和测量。

根据本发明的解决方案可以用于直流应用，因为利用零磁通原理的带有磁芯的电流互感器单元30被使用。为此，现有的电感芯被电子的零磁通系统的部件取代。

位于外部的电流互感器单元30取代了标准结构的以下原本独立的构件组：

1.用于安装磁芯的绝缘构件组。在此在电流互感器模块10中通过所使用的绝缘元件38实现分离间隙46，分离间隙46防止可能的短路电流导引通过基础元件12。短路电流通过构造成电流互感器套的连接元件32的焊接套板导引。因此，该电流可以被单独检测。

2.在标准结构中单个磁芯的常见的单个接线盒或者夹线盒。在此，所有线缆在共同的接线盒34或者说夹线盒中集束和布线，然后可以导引至评估单元。

3.在标准结构中常见的对磁芯的固定。电流互感器单元或其磁芯在该模块中被固定铸造在作为磁芯支架的基础元件12上。目前，它们螺旋连接在底座上。

由此产生了以下优势：

在电流互感器模块10的情况中可以将模块作为完整系统进行预测试。可以在交付前进行完整系统的预测试，因为电流互感器可以作为完整系统，即电流互感器模块10安装。因此准确的测量值识别被保证并预测试。

构成对瞬态过电压(VFT，特快速瞬态)的屏蔽。在电流互感器模块10中这通过绝缘间隙46中的电容器绕组44解决并且已经在交流应用中被证明有效。

附图标记列表

10 电流互感器模块

12 管状的基础元件

14 轴线

16 端头

18 端头

20 凸缘

22 凸缘

24 管段

26 气体空间

28 电流互感器单元

30 零磁通电流互感器单元

32 连接元件

34 接线盒

36 金属的管件

38 绝缘元件

40 环形的密封元件

42 电极

44 电容器绕组

46 绝缘间隙

A 部段

B 宽度

S 区段