电气设备和用于确定电气设备中的潜在的功能损坏的方法与流程

1.本发明涉及一种具有设备壳体和电气组件的电气设备，其中，电气组件布置在设备壳体中，并且电气组件中的至少一个电气组件的至少两个导电体借助电绝缘子彼此电绝缘。此外，本发明涉及一种用于确定电气设备中的潜在的功能损坏的方法。


背景技术：

2.在这种电气设备中存在的问题是，导电的异物的沉积可能导致电气设备的功能损坏。导电的异物可以是例如灰尘、特别是金属灰尘或炭黑、灰分、纤维灰尘等以及湿气。此外，可能发生由沉积的灰尘和湿气形成的组合。在此，湿气例如可以通过特别是含盐的雾或露珠形成。在此，不导电的粉尘也变得导电，并且导电的粉尘甚至会更导电，因为这种异物层的电阻降低。这种异物例如可以穿过设备壳体的通风格栅并且在设备壳体内部沉积到电气设备的电气组件和电绝缘子上。
3.特别地，导电的异物在电绝缘子的表面上的沉积是有问题的，在该表面上可以形成导电的异物层。电气设备的一个或多个组件的两个借助电绝缘子彼此电绝缘的导电体的电流可以沿着导电的异物层流动。当导电的异物层由于湿空气的冷凝或其他湿气的输入而变湿时，导电的异物层变得至关重要。沿着导电体之间的电流的电流路径并且穿过潮湿的导电的异物层，潮湿的导电的异物层随着时间发生局部加热，由此潮湿的导电的异物层的区域被干燥。如果干燥的区域足够大以中断流动的电流，则在干燥的区域上出现电压情况。最终，在足够的电压下，在干燥的区域上发生电弧直至电飞弧。
4.电飞弧可能导致电气设备的短路。短路可能导致在电气设备的运行中的不期望的中断，特别是通过触发电气设备的电气保险装置的不期望的中断。短路的原因必须用很大的开销来研究。此外，短路可能导致电气设备、尤其是电绝缘子的损坏。
5.从de 10 2009 035 296 a1已知一种具有壳体的电开关装置，该壳体具有探测装置，该探测装置确定在壳体内部的探测装置的采集区域中的材料层的形成。探测装置构造有用于光学地探测异物层的装置。
6.期望的是，以低的成本提供对电气设备中的导电的异物层的可靠且精确的探测，以便识别电气设备的潜在的功能损坏。


技术实现要素：

7.因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种电气设备，在该电气设备中可靠地、精确地并且以低的成本开销识别出由于导电的异物层引起的潜在的功能损坏。
8.上述技术问题通过权利要求的主题、尤其通过根据权利要求1的电气设备和根据权利要求14的方法来解决。本发明的其他优点和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的设备公开的特征和细节当然也对于结合根据本发明的方法适用，从而在关于各个发明方面的公开内容方面总是可以相互参照。
9.根据第一方面，所提出的要解决的技术问题通过一种电气设备来解决，该电气设
备具有设备壳体和电气组件，其中，电气组件布置在设备壳体中，并且电气组件中的至少一个电气组件的至少两个导电体借助电绝缘子彼此电绝缘，其中，电气设备具有传感器系统，该传感器系统被构造用于探测导电的异物层在电绝缘子上的沉积，其中，该传感器系统具有布置在设备壳体内部的测量面，在该测量面上布置有至少两个彼此间隔开的电极，并且该传感器系统具有测量电路，该测量电路被构造用于测量取决于在至少两个电极之间流动的电流的参数。
10.换言之，该参数是对于在至少两个电极之间的异物层的导电性的量度。该参数例如可以是电流强度。为此，可以预先给定测量电路的电压。
11.相应地，电气设备可以借助沉积在测量面上的导电的异物层来识别潜在的功能损坏。功能损坏在此例如可以是电气设备的短路。因此，功能损坏可能导致电气设备的计划外的停机。借助传感器系统的布置在设备壳体中的测量面以及测量电路，非常可靠、精确且成本低廉地测量导电的异物层在测量面上的沉积。
12.电气组件中的至少一个电气组件的至少两个导电体借助电绝缘子彼此电绝缘可以意味着，至少两个导电体来自相同的电气组件。但也可以意味着，至少两个导电体来自不同的电气组件。即，由于导电的异物层的沉积，不仅在相同的电气组件的导电体之间而且在不同的电气组件的导电体之间可能出现短路。此外，多个电绝缘子可以布置在电气组件的导电体之间。借助电气设备，原则上可以独立于前面提到的配置之一识别潜在的功能损坏。此外，本发明能够实现，及早识别出由于从导电体到接地的电流的潜在的功能损坏。
13.在电气设备中，测量面可以被布置和构造为，使得导电体之间的一个或多个电绝缘子上的导电的异物层仅间接地和/或仅部分直接地借助测量面来采集。间接意味着，测量面不测量一个或多个电绝缘子本身上的导电的异物层，而是测量沉积在测量面上的导电的异物层。为此，测量面可以与一个或多个电绝缘子间隔地进行布置。根据在测量面上的沉积，能够以高的可靠性估计：在一个或多个电绝缘子上是否以及以何种程度形成导电的异物层。替换地或附加地，测量面可以布置在电绝缘子的表面上，或者多个测量面可以布置在多个电绝缘子的表面上。由此可以直接采集导电的异物层。
14.优选地，至少两个电极被构造为印制导线。这能够实现借助至少两个电极简单地覆盖大的测量面，以便获得传感器系统的可靠的结果。
15.此外优选地，至少两个印制导线中的至少一个印制导线梳子状地延伸。梳子状在此尤其通过至少一个外印制导线和内印制导线形成，内印制导线布置在外印制导线处、彼此间隔开并且横向地(尤其是垂直地)从外印制导线出发。特别地，两个印制导线可以梳子状地构造并且相互交错。在此，内印制导线可以交替并排地、尤其是彼此平行地布置。
16.此外优选地，至少两个印制导线相互交错。在此，印制导线可以并排地、尤其彼此平行地布置。例如，多个印制导线可以在梳子状印制导线中交错。在此，多个印制导线在梳子状印制导线的内印制导线旁边并且尤其是与其平行地延伸。
17.优选地，至少两个电极引导电流地与交流电压源连接。测量电路可以具有该交流电压源。原则上，至少两个电极可以电流引导地与电压源(例如也可以是直流电压源)连接，测量电路可以具有该电压源。然而，交流电压源相对于直流电压源具有以下优点：在电极上不发生电解腐蚀。由此可以提高传感器系统的免维护性和使用寿命。
18.此外优选地，测量面布置在电绝缘子处和/或电绝缘子上。由此可以直接测量电绝
缘子上的导电的异物层的一部分，从而可以获得特别精确的测量结果。
19.此外优选地，测量面水平地或基本上水平地布置在设备壳体内。水平在此表示垂直于重力方向的布置。基本上水平是指，与水平布置偏差了最多20
°
是可能的。换言之，也可以说，测量面平行于或基本上平行于底面进行布置。底面例如可以是设备壳体的底面，利用设备壳体的底面将电气设备安置或安装在地面上，或者例如可以是地面的底面，电气设备安置或安装在地面的底面上。通过测量面的水平布置，可以基于通过重力沉降的异物来测量导电的异物层的尽可能大的沉积。
20.测量面尤其可以平行于或基本上平行于电绝缘子的表面布置。在此，基本上平行是指，与平行布置偏差了最多20
°
是可能的。由此可以确保，测量面在设备壳体中相对于电绝缘子具有尽可能相似的取向，使得测量面上的导电的异物层基于在设备壳体中占主导地位的空气循环而以高的概率地相应于电绝缘子的表面上的导电的异物层，例如在灰尘成分、层厚度和湿度方面。因为根据测量面相对于一个或多个电绝缘子的表面在哪个取向上，以及相对于通风缝隙、通风通道或通风格栅以及设备壳体布置在哪个位置上，沉积在其上的异物层可以不同地形成。
21.优选的是，测量面的载体具有与电绝缘子相同的绝缘材料，在该载体上布置有至少两个电极。特别地，测量面的载体或载体材料由与电绝缘子相同的绝缘材料制成。因为异物不同良好地粘附在不同的材料上，由此可以确保：通过测量沉积在测量面上的导电的异物层尽可能精确地探测电绝缘子上的导电的异物层。
22.此外优选的是，传感器系统具有用于加热测量面的加热装置。因为电气组件以及由此一个或多个电绝缘子在运行中通常比测量面更热，所以在一个或多个电绝缘子上出现冷凝之前，在测量面上就出现湿空气的冷凝。由此存在如下风险：尽管在一个或多个电绝缘子上没有形成冷凝物(冷凝物会引起或提高异物层的导电性)，但是传感器系统错误地识别出潜在的功能损坏。因此，借助加热装置可以通过加热测量面来避免这种错误识别。
23.此外优选的是，电气设备具有用于采集电气设备的温度的温度传感器和与温度传感器和加热装置连接的调节装置，该调节装置被构造用于根据电气设备的温度调节测量面的温度。电气设备的温度例如可以是设备壳体中的内部温度。温度传感器可以相应地是设备壳体中的空气温度传感器。此外，电气设备的温度可以是在一个或多个电气组件上或在一个或多个电绝缘子上测量的温度。温度传感器可以相应地布置在一个或多个电气组件上或布置在一个或多个电绝缘子上。特别地，传感器系统也可以具有温度传感器。此外，多个温度传感器在设备壳体中的不同位置处、例如在不同的电气组件和电绝缘子上的组合是可能的。在此，从由多个温度传感器测量的温度导出的温度值、例如平均值可以考虑作为电气设备的温度。调节装置被构造为根据电气设备的温度调节测量面的温度可以意味着，将测量面的温度调节到电气设备的温度。
24.然而，优选地，调节装置被构造为，将测量面的温度调节到低于电气设备温度的温度，使得在测量面的温度和电气设备的温度之间存在温度间距。该温度间距可以是预定义的温度间距。预定义的温度间距可以是绝对温度间距或百分比温度间距，百分比温度间距根据电气设备的温度以百分比确定。温度间距例如可以在1℃至5℃、特别是2℃至4℃的范围内。由此，甚至在出现这种功能损坏之前，就可以借助传感器系统确定由于在干燥状态下不导电的异物层或导电的异物层上的冷凝而对电气设备的潜在的功能损坏。由此，然后还
可以采取适当的措施，以避免功能损坏。
25.此外优选的是，评估单元与测量电路连接，并且评估单元被构造为，将所测量的在至少两个电极之间流动的电流的参数与阈值进行比较，并且当所测量的参数已经超过阈值时，输出电气设备的潜在的功能损坏的消息。阈值可以是预定义的阈值，其还低于会引起功能损坏、例如短路的参数。电气设备、特别是传感器系统可以具有评估单元。也可能的是，传感器系统具有无线通信设备，该无线通信设备设置用于与评估单元无线通信。相应地，评估单元例如可以布置在中央计算机中，该中央计算机可以关于潜在的功能损坏来监视多个电气设备。消息例如可以光学地在评估单元或电气设备的屏幕上输出和/或声学地输出。消息也可以是对电气设备的指示的形式的控制技术的消息。例如，指示可以包括：调节电气设备的运行、降低电气设备的运行负荷或提高电气设备的一个或多个风扇的转速。
26.此外优选的是，电气设备是变压器。变压器例如可以是电力变压器、配电变压器等。变压器尤其可以是干式变压器，非常特别地是树脂浇注式变压器。与充油的变压器不同，这些变压器对污染特别敏感。变压器在不同的环境中使用，并且在此可能暴露于非常低的温度、非常高的温度、温度波动、天气条件、潮湿的空气、含盐的空气或者以其他方式被例如灰尘污染的空气，这些空气可能支持或引起功能损坏。替换地，电气设备例如可以是变流器、开关设备或开关装置。
27.根据第二方面，要解决的技术问题通过用于确定根据前述权利要求中任一项所述的电气设备中的潜在的功能损坏的方法来解决，其中，该方法具有以下步骤：测量至少两个电极之间的电流的参数；将所测量的参数与阈值进行比较；并且当所测量的参数超过阈值时，输出电气设备的潜在的功能损坏的消息。
28.优选地，该方法还具有以下步骤：确定参数在测量的测量时间点之间的升高；并且根据参数的升高来计算参数预计将超过阈值的阈值时间点。换言之，参数的时间上的升高被考虑用于预测预期的阈值时间点。由此例如可以更经济地确定必要的维护时间点，在该维护时间点必须清洁电气设备。
29.此外优选地，该方法可以具有以下步骤：采集电气设备的温度；并且根据电气设备的温度调节测量面的温度。特别地，测量面的温度可以被调节到低于电气设备的温度的温度，使得在测量面的温度和电气设备的温度之间存在温度间距。
附图说明
30.改进本发明的其他措施由以下对本发明的不同实施例的描述得出，在附图中示意性地示出了这些实施例。从权利要求书、说明书或附图中得出的所有特征和/或优点，包括结构细节和空间布置，不仅本身对于本发明是重要的而且以不同的组合对于本发明是重要的。
31.下面根据附图详细阐述本发明。在此，附图中：
32.图1示出了根据本发明的具有设备壳体的电气设备的实施例的立体的侧视图，
33.图2示出了没有设备壳体的根据图1的电气设备的立体的侧视图，
34.图3示出了根据图2的电气设备的传感器系统的立体的侧视图，并且
35.图4示出了沿着穿过根据图3的传感器系统的截面的视图。
36.在图1至图4中，具有相同功能和作用方式的元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
37.图1示出了根据本发明的具有设备壳体20的电气设备30的实施例的立体的侧视图。在该实施例中，电气设备30被构造为变压器、特别是树脂浇注式变压。
38.电气设备30被壳体20包围。壳体20在此示出具有被移除的门21并且因此处于打开状态，该打开状态能够看到电气设备30。壳体20除了别的之外用于防止外部的天气影响和异物在电气设备30上的沉积。为了能够实现电气设施30的通风，在壳体20中布置有多个通风格栅22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6、22.7、22.8、22.9、22.10。尽管存在壳体20，但是通过通风格栅22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6、22.7、22.8、22.9、22.10，潮湿的空气、含盐的空气和至少少量的导电的以及不导电的异物能够到达电气设备30处。
39.图2示出了没有设备壳体20的根据图1的电气设备30的立体的侧视图。电气设备30具有多个电气组件，其中示出了第一电气组件31、第二电气组件33和第三电气组件34。在树脂浇注式变压的本实施例中，第一电气组件31是三相芯，第二电气组件33是低压绕组，并且第三电气组件34是高压绕组。第二电气组件33和第三电气组件34是组件装置32.1的一部分，该组件装置在此是线圈装置。相同构造的、线圈装置形式的组件装置32.2、32.3布置在第一电气组件31的另外的芯柱上。电气组件31、33、34彼此电绝缘，其中仅示出了一个电绝缘子35。电绝缘子35围绕第三电气组件34布置并且使第三电气组件34的两个第一导电体36.1、36.2彼此绝缘。第一导电体36.1、36.2在此被构造为导电体37.1、37.2、37.3(其被构造为导电轨)中的两个第二导电体37.1、37.2的电流接头。电绝缘子35在本实施例中是基于环氧树脂的。
40.在电绝缘子35上布置有传感器系统40的测量面42。替换地，测量面42也可以布置在设备壳体20中的其他位置处，例如布置在设备壳体20上或电气设备30的其他区域或其他部件上，例如布置在第一电气组件31上。此外，测量面42可以不是如所示的那样平行于电绝缘子35的表面进行布置，而是垂直于该表面进行布置，即特别是相对水平地布置在设备壳体20中。借助传感器系统40可以探测导电的异物层在电绝缘子35上的沉积。在此，例如在第一导电体36.1、36.2之间的导电的异物层可能是关键的，因为该异物层在电飞弧时可能导致短路。
41.图3示出了根据图2的电气设备30的传感器系统40的立体的侧视图。传感器系统40具有传感器壳体41和布置在其上的测量面42。测量面42通过载体45形成，该载体在此由与电绝缘子35相同的材料形成，由此测量面42对于异物具有与电绝缘子35相同的粘附特性。在载体45上布置有梳子状的并且被构造为印制导线的第一电极43。此外，第二电极44的另外的印制导线44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6、44.7、44.8布置在载体45上并且与第一电极43交错。第一电极43和第二电极44的印制导线44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6、44.7、44.8彼此间隔开。
42.图4示出了沿着线x-x穿过根据图3的传感器系统40的截面的视图。在此可以看到，传感器系统40还具有加热装置46、与加热装置46连接的调节装置47、与第一电极43和第二电极44的印制导线44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6、44.7、44.8连接的测量电路48(其具有电压源49)以及评估单元50和无线通信设备51。
43.电流源49在本实施例中被构造为交流电压源并且将具有交流电压的电流输出给第一电极43和第二电极44。在此，由于第一电极43的印制导线43.1、43.2、43.3、43.4、43.5、
43.7、43.8、43.9与第二电极44的印制导线44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.5、44.6、44.7、44.8被交替地间隔开，当在测量面42上、尤其是在第一电极43的印制导线43.1、43.2、43.3、43.4、43.5、43.6、43.8、43.9与第二电极44的印制导线44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6、44.6、44.7、44.8之间不存在导电的异物层时，仅在印制导线之间传输少量的电流或不传输电流。然而，当导电的异物层沉积在测量面42上时，由测量电路48测量电流或电流的变化。由测量电路49测量的电流的参数、例如电流强度在此给出关于导电的异物层的导电性的信息，并且因此给出关于由于短路导致电气设备的功能损坏的风险的信息。
44.评估单元50与测量电路48连接并且评估所测量的参数，在此是电流强度。评估单元将测量的电流强度与预定义的阈值进行比较，并且当测量的电流强度超过阈值时，借助与评估单元50连接的无线通信设备51向电气设备30的(未示出的)中央计算机输出电气设备的潜在的功能损坏的消息。由此可以从中央计算机引入用于防止功能损坏的措施。
45.为了在功能损坏之前就识别出潜在的功能损坏，调节装置47借助加热装置46(加热装置在此例如可以被构造为加热线圈)调节测量面42的加热，使得测量面42的温度低于电气设备30的温度，从而在测量面42的温度与电气设备30的温度之间存在温度间距。由此，在电绝缘子35上出现冷凝并因此在出现功能损坏之前，就能够识别出由于测量面42上的冷凝而导致的潜在的功能损坏，从而还能够及时采取对策以防止功能损坏。