带有平整结合部和适当连接部的传感器

摘要

为了简化电连接，开发出了传感器(100)，其中连接结合部为平整形式。传感器(100)包括位于二次模制可压缩绝缘弹性体(114)内的导电插件(124)。导电涂层(172)允许利用适当装置确定电量，例如集成在涂层(172)中以测量电流的次级绕组(182)和/或耦接到所述涂层(172)以测量电压的电容。所述导电插件(124)的连接表面相对于所述绝缘支撑件(114)的接合表面后退。在与另一个以类似方式改动的设备连接时，例如连接汇流排(10)和/或压平的端子(60)的连接设备(12)，绝缘表面相接触然后进行压缩，以便所述结合部紧密密封，同时让所述导电表面相接触。该组件利用中心销(48)保持压缩，所述中心销优选与端盖类型的闭锁设备(50)关联。

说明书

技术领域

本发明涉及利用连接结合部针对电连接部简化数据测量，例如电流和电压测量，所述连接结合部允许通过平整表面形成电连接。为这种测量设备生产的传感器包括接合表面和内部几何结构，该传感器具有经过选择以保证介电强度的形状和材料，特别是在高压和/或中压应用场合中。具体来说，所述表面可以局部变形，并且传感器的绝缘件二次模制在导体芯体上。

本发明的传感器和相关测量设备可以与适当的金属包层连接汇流排或者同样进行过优化的其他类型的连接件一起使用。

背景技术

在电气设备中，特别是在中压MV变压器分站(有时也称为高压HV分站)，即电压范围从1到52kV，不同的设备单元必须彼此电连接。此外，由于高压的原因，并且为了保护设备，具有优势的是通过二次模制将连接件绝缘，并且可以使其屏蔽，以便引导电场。

已经提出了不同的方案，特别是将刚性汇流排连接到设备单元。插装双锥形连接件。带有平整结合部的替代方案允许实现较小的尺寸，特别是针对高度而言，这种方案在文件FR2923953中公开，该文件是首次提交本申请时尚未公开的专利申请，因此引述仅用于提示目的。此外，这种方案有利于连接方法。这类简化连接可能变弱：特别是针对在设备单元之间流动的电流测量数据的设备也可以利用它们的传感器与平整结合部连接所提供的简化优势。

发明内容

在众多优势中，本发明的目标是简化利用连接汇流排、电缆或端子型电线元件进行电量测量的设备的连接部，所述电线元件具有平整且可压缩的连接结合部。

具体来说，本发明涉及利用插装在线路中的传感器和适当处理装置测量电压和/或线路中流动的电流，所述传感器包括平整且可压缩的连接结合部。

更一般地说，本发明还涉及上述传感器。具体来说，本发明的传感器包括以绝缘材料制成的支撑件，所述支撑件可以变形并且由两个可以具有优势地叠置的、圆形且基本上平行相对的接合表面所界定，和集成在所述绝缘支撑件中的导电插件，所述导电插件从所述绝缘支撑件的两个可以具有优势地叠置的、圆形的、平行平整连接表面的高度向外延伸。用于在连接表面之间固紧的通孔钻设于所述插件中。具有优势的是，所述绝缘支撑件是EPDM型弹性体，二次模制在所述插件上，例如在所述连接表面处形成颈部，从而能将所述插件沉入所述支撑件中。

所述插件的两个连接表面之间的高度小于所述支撑件的绝缘材料处于静止时的两个接合表面之间的距离，而大于等于所述材料因其接合表面之间的压缩而完全变形时的所述距离，特别是在连接到相同类型的另一个结合部时，例如利用穿过所述插件的销进行夹持。

为了能进行测量，所述传感器包括导电涂层，所述导电涂层至少位于远离所述接合表面定位的所述支撑件的外侧中央部分，与获取物理量的装置关联。例如，所述获取装置包括绕制在芯体周围的次级绕组，所述芯体可以嵌入涂层或附加装置中；或者包括嵌入所述绝缘支撑件中的测量电阻器，所述测量电阻器与从所述导电涂层延伸出的导体关联。优选，特别是对于电容式测量电压而言，所述导电涂层制作在所述支撑件的除了所述接合表面以及两个周边凹槽之外的外表面上，所述凹槽界定用作屏蔽件的所述涂层的两个极端部分以及用于获取数据的中心部分。具有优势的是，所述凹槽或阻隔部以绝缘材料填充，例如为绝缘支撑件的凸起。

本发明的所述绝缘支撑件、所述导电插件和所述传感器的导电涂层之间的结合部为气密性结合部，正如可能存在于所述绝缘支撑件和/或所述涂层中的获取装置的任何结合部一样。优选，所述导电涂层和所述绝缘支撑件通过同一种弹性体二次模制制成，掺杂或不掺杂导电颗粒。

附图说明

其他优势和特征将从本发明特定实施方式的以下说明中更为清楚地体现出来，所述特定实施方式表示在附图中，用于例述并且不以任何方式用作限制的目的。

图1示出了汇流排，带有位于两个汇流排之间在它们的其中一个连接设备处的平整结合部和连接部；

图2表示符合本发明的传感器组件，带有符合图1所示的汇流排；

图3示出了符合本发明实施方式的测量设备；

图4表示符合本发明的测量设备的替代组件。

具体实施方式

对于优选实施方式，本发明的传感器100组装在汇流排10上或者汇流条上，该汇流条使得若干电气设备单元的连接端子可以彼此互联。具体来说，如图1所示，汇流排10每一端装备有至少一个连接设备12，所述连接设备主要包括以绝缘材料制成的支撑件14。虽然可以呈现任何形状，但是绝缘支撑件14包括两个设计用于连接的相对表面16、18，所述表面基本上平整且彼此平行。优选接合表面16、18为圆形，为最适合控制不同介电现象以及优化堆叠件面对方向的形状。类似地，具有优势的是绝缘支撑件14的所述两个相对表面16、18可以叠置，以便可以使用汇流排10而不存在优选取向。无论如何，优选汇流排10对称，其所有连接设备12相同，且其接合表面16、18彼此平行。

绝缘支撑件14，除了接合表面16、18之外，最好以导电或半导电层20涂覆其外表面。该层厚度根据其阻抗确定，从而实现足够厚的涂层20，以保证组件的静电屏蔽效果。将电场保持在绝缘支撑件14内，使得装备有所述设备12的汇流排10所实现的连接部的紧凑性得以改善。可能会希望在绝缘接合表面16、18的周边形成屏蔽回路，以保证与另一类似表面16’接触时，屏蔽作用的连续性。

连接设备12进一步包括强导电性的连接插件24，该插件通常以铜或铝制成，沿着连接设备12厚度方向穿过连接设备12，位于两个平行平整连接表面26、28之间，以便从绝缘支撑件14的每一侧可接近。

具有优势的是，连接插件24在绝缘支撑件14内居中布置，并且旋转对称，以便尽可能最大程度地控制介电应力。

为了优化介电强度，连接插件24集成在绝缘支撑件14中，特别是绝缘材料二次模制到插件24上，以便两个部件14、24之间的结合部紧密并且不存在空白空间(或被空气填充的间隙)。为了同样的原因，具有优势的是，让连接插件24包括与绝缘支撑件14相连的凸起，使其中部直径大于连接表面26、28的直径，在连接表面的高度处，绝缘材料围绕所述插件形成颈部或者说轴环30。导电插件24以某种方式“沉入”、嵌入绝缘材料14中。绝缘支撑件14的尺寸以及颈部30的厚度取决于导电插件24的尺寸，而导电插件本身由流入其中的电流水平以及其上的机电应力来确定。

同一汇流排10的连接设备12借助强导电性的杆件32彼此接合，杆件优选一体地与连接件插件24连接。杆件32以铜或铝制成，根据流入其中的电流来确定尺寸，并且具有优势地具有“刚性”，即不可压缩。为了保证与连接设备沿着连接方向(与接合表面和连接表面16、26正交)的相对位置误差对应的特定挠性，杆件32的横截面优选“平整化”，呈长方形。

导电连接杆32还在其端部34与连接设备12的绝缘支撑件14整体形成。在其长度的剩余部分范围上，与杆件32名义长度对应的剩余部分36以绝缘体38包裹，以确保足够的介电强度。为了减少汇流排10附近所需的空间，还可以提供剩余部分36的静电屏蔽件40。优选，连接汇流排10的全部绝缘部件14、38都在一个步骤中制作在一组导电元件24、32上。屏蔽件20、40类似地优选为整体的。

为了防止进行电气连接时发生电弧并保证在两个汇流排10、10’的叠置连接设备12、12’之间实现紧密的接触，如图1所示，支撑件14的绝缘材料可以变形，并且特别是其厚度可以通过两个相对表面16、18之间的正交挤压而变形。例如，材料为介电性能已知且优化过的弹性体，特别是针对其紧密度进行过优化。具体来说，支撑件14由三元乙丙橡胶(EPDM)或者硅酮铸造模制，即二次模制制成。因此，对于汇流排10的优选制造方式来说，导电芯体(插件+杆件)24，32首先利用现有技术例如压铸或模制由铜或铝制成。该组件利用EPDM或硅酮弹性体形成的绝缘件14、38进行二次模制，具有优势地存在粘结剂，以保证导电芯体和绝缘涂层之间获得无缺陷的粘结结合部。屏蔽件20、40可以以类型相同但掺杂的弹性体金属化或优选二次模制到例如去除毛刺的外表面上，这样使得绝缘体14和屏蔽件20之间的整个连接设备12上保持相同的变形属性。

导电插件24的高度，由其两个连接表面26、28之间的距离限定，因此小于绝缘支撑件14未工作时的厚度。

正交压缩绝缘支撑件14可以使得支撑件14的接合表面16、18靠得更近，以便将它们隔开的距离等于所述高度。在使用中，绝缘表面16、16’发生接触，产生变形，直到插件14的导电连接表面26、26’彼此接触为止，并且只要需要电连接，所述组件就借助固紧装置保持在该位置。

为了保持两个元件支撑件14、14’的变形以及并排插件24、24’的接触表面26、26’之间的接触，需要实施夹持。为此，在连接插件24上钻设中心孔44，可以在该孔中配装束缚装置，特别是螺母和螺栓或者耳轴销48形式的装置。优选所述孔44容许存在一些间隙，以便于配装和连接，这种方案进一步使得两个绝缘支撑件14、14’及其屏蔽件20、20’之间的接触可以对中并因此进行优化。插置在孔44中的束缚装置48借助固紧设备50至少在其一端固紧。具有优势的是，固紧设备50，除了进行压紧并将所述组件固紧在牢固夹持位置之外，进一步保证连接设备12保持自由的表面18(在例示图中表示与用于电连接的表面16相对)的绝缘效果。

固紧设备50特别包括至少与其所处的接合表面18尺寸相等的平整表面。优选由形状进行过介电强度优化的绝缘端盖形成。为了保证张紧度并且防止电弧的保护作用最大，优选固紧闭锁设备50的材料不可变形，例如采用具有热塑性的热固性材料、环氧或者聚酯，甚至热塑性材料。

优选，为了保证其所保护的连接设备12的支撑件14的变形并保持这种状态，闭锁设备50与螺纹销关联，所述螺纹销与连接插件24的孔44结合操作。具体来说，设置有螺纹孔54的刚性插件52配装在端盖50中部，例如以粘结方式进行二次模制。孔54布置成与穿过插件24的孔44的固紧耳轴销48合作(所述耳轴销甚至可以卡装在该孔中)。因此同样的装置48将端盖50固紧在连接设备12上。由于这里并不涉及实施电连接，所以插件52可以为任何形状和/或材料。优选以金属制成，以便可以用作介电偏转件，并实现优化的锚定性能，确保固紧强度。

根据一种方案，端盖50包括螺纹紧固装置，例如六角形凸起，所述凸起设计成与扳手联合操作，扳手用来旋转由端盖50/耳轴销48组件形成的组件，从而将压紧连接设备12的绝缘支撑件14。端盖50的绝缘材料例如可以由静电屏蔽的金属化材料涂覆，优选布置成与连接设备12的屏蔽件连续。如图2示意性地表示，还可以以外壳56覆盖所述端盖，保护后者不受冲击，所述外壳例如是二次模制的弹性体涂层。

在大多数情况下，汇流排10的连接设备12设计成连接在电气开关单元的端子上。为了简化组装，优选让汇流排10的连接设备12的两个相对表面16、18相同。因此，显然的是，电气开关单元的端子上的连接部通过接触和压缩来实现，即以不同于现有技术的方式实现，然后，具有优势的是，通过对电气装置的端子进行适当改动，特别是压平，通过接触和压缩，还直接实现了与汇流排10端子的电连接。端子60，类似于连接设备12，包括能叠置在汇流排10连接设备12支撑件14表面18上的接触表面，连接插件62在该接触表面上延伸，所述端子优选设置有与闭锁设备50的螺纹孔54对应的螺纹孔64。端子60优选实施屏蔽，主要由二次模制在插件62上的绝缘材料构成，并且具有优势地存在位于接触表面以下的偏转凹部，所述偏转凹部优化介电特性。采用与端盖50相同的方式，所述材料优选不可变形，为热固性材料或热塑性材料。

优选，固紧装置48、50、60并不直接贴靠汇流排10的连接设备12。耳轴销48直径小于插件24的孔44的直径，孔44不带螺纹，从而提供定位容差。具有优势的是，为了长时间保持压力并补偿塑料23因材料局部蠕变而导致的变形，耳轴销48直径并不恒定。如图2所示，根据长度以及需要承受的轴向力，直径收缩部66布置在销48上。销48的挠性变形以及其加长量，因此实际上增大，从而形成挠性变形保留部，用于在组件使用寿命中进行蠕变补偿。

具有优势的是，通过在销48一端存在O形环68且该O形环与孔64联合操作而优化了固紧效果，所述销插入孔64中——特别是在销48卡装在闭锁固紧设备50中时，插入端子60中。在闭锁设备处于组装状态时(例如参见图4)，施加在接收螺纹孔64中的弹性压力与闭锁设备50的局部约束特别形成“前后”配合。

在一些应用中，必须测量关于由汇流排10形成的电路的特定信息。传统上，测量设备包括与处理所述传感器获得的信息的电路相关联的传感器，所述传感器以适当方式配装在电连接件的其中一个元件位置，或者更一般地说，分布线路的其中一个元件位置。根据本发明，测量电压和/或电流和/或其他参数的传感器100改装成先前组件的平整配置，并且如图2所示，例如插装在端子60和汇流排10的连接设备12之间，以与前述相同的方式通过闭锁设备50来实现元件之间的固紧作用。耳轴销48单独改动，使其长度可以调节适配新的组件。

测量设备102设计成以电容方式确定汇流排的电压，如图3所示。测量设备102包括用于处理传感器元件100检测到的信息的处理电路104，接地的处理电路104通过导体106连接到传感器元件100。具体来说，处理电路104可以包括电容，以电容方式测量电压。传感器元件100则形成与电容器形成在一起的电容分压器的“高压”部分，并且处理电路104允许评估所涉及的电量。

传感器元件100本身相对于现有技术进行改进，类似于前述的连接设备12，从而表现为柱体形式，包裹在绝缘件中的钻孔导电插件穿过该柱体。为了简化，附图标记为对应的部件加上100。

具体来说，传感器100的绝缘支撑件114包括设计用于连接的相对表面116、118，所述表面基本上平整并且彼此平行，具有优势的为圆形，平行并且可以叠置。传感器100进一步包括强导电性的连接插件124，该插件通常以铜或铝制成，穿过所述两个平整且平行的连接表面126、128之间的所述传感器的厚度，并且可以从绝缘支撑件114的每一侧触及。连接插件124在绝缘支撑件114中居中，并且旋转对称。孔144在所述插件两个连接表面126、128之间穿过所述插件，用于让需要配装的固紧装置特别是销48能从中穿过。优选，所述销48至少其一部分长度无间隙地配装，例如不存在直径收缩部66的端部部分，从而使所述传感器100居中并且优化测量效果。

为了防止实施电连接时出现电弧并且保证紧密接触，绝缘材料制成的支撑件114可以变形，特别是两个相对表面116、118之间正交挤压时，所述支撑件的厚度可减小。特别是，所述材料是介电性能和紧实度已知且优化的弹性体。具体来说，支撑件114以EPDM或者硅酮二次模制。由其两个连接表面126、128之间的距离限定的导电插件124的高度因此小于未工作时绝缘支撑件114的厚度。正交压缩绝缘支撑件114可以让支撑件114的接合表面116、118靠得更近，使得所述接合表面的分开距离等于所述高度。

为了优化介电强度，连接插件124集成在绝缘支撑件114中，并且特别是绝缘材料二次模制在插件124上，以便两个部件114、124之间的结合部受到控制且不存在空白空间(或者填充有空气的间隙)。因为相同的理由，具有优势的是，让连接插件124包括位于绝缘支撑件114内的凸起，所述连接插件的中部直径因此大于连接表面126、128的直径，在所述连接表面的高度处，绝缘材料形成围绕插件的颈部、或者说轴环130。导电插件124以特定方式嵌入、“沉入”绝缘材料114中。

与连接设备12类似，传感器100除了接合表面116、118之外，在其绝缘支撑件114的外表面上，涂覆导电或半导电层170。具有优势的是，导电涂层170通过与绝缘支撑件114相同的弹性体二次模制而成，但是进行掺杂，当然其他方案也是可行的。

在图3所示实施方式中，导电涂层170直接用来获得特征电量，即插件124的电压。涂层170的中部区域172设计用于测量电压，因此必须与电连接到连接设备12屏蔽件20的端部部分174脱开，所述屏蔽件通常接地。为此，在导电涂层170的周边直到绝缘支撑件114镗有阻隔部176，从而界定涂层170的3个不同部分。阻隔部176优选至少局部以绝缘件填充，以防止涂层的不同部分172、174之间发生电弧，并且因此例如通过配装保护性元件诸如EPDM环来防止测量失真。根据例示实施方式，首先制作涂层170，然后形成阻隔部176并将插件124填充到涂层172、174中，最后在剩余空间中二次模制绝缘件114，与此同时在阻隔部176内形成保护性元件178。

中间部分172具有限定的几何形状，并且利用导体106连接到测量设备102的处理电路104，以便所述部分172产生的电压允许确定电连接部的电压。

这种电容式电压传感器100’还可以与电流测量相关联。图2中示出混合传感器100处于组装状态。传感器100不同于电容式传感器100’之处在于，电流测量装置180关联到其涂层的中间部分172。绕制在磁性或非磁性芯体184周围的次级绕组182配装在插件124周围，所述插件以绝缘件114进行二次模制，并借助适当装置连接到测量或保护设备。根据未示出的实施方式，次级绕组182嵌入导电涂层170中。具有优势的是，将次级绕组182配装在传感器元件100上，在这种情况下，绕组182及其芯体184如前所述嵌入绝缘件中，例如热塑性外壳186中，然后利用平整结合部例如通过与径向固紧凸起搭扣紧固而配装在电连接部的元件100的涂层170周围，或者配装在屏蔽件170的布置中。

具有优势的是，本发明传感器100、100’的几何形状对称(特别是阻隔部176离每个表面116、118距离相等)，但是其他配置也是可行的。自然，可以通过适当方式改进传感器100、100’以获得所需的电量：例如参见图4所示单用于电流的传感器100’，其中阻隔部176不是必须的，并且优选在绝缘支撑件114整个周边上包括导电涂层170。在相同原理的基础上，可以预见其他实施方式，例如电阻性电压传感器(未示出)，其中通过导体连接到测量电路的电阻器被涂覆，并形成获取所述电量的装置，经由所述导体从涂层170伸出。

如图2所示，传感器100配装在汇流排10的其中一个连接设备12上，并且以简单的方式进行连接，连接方式与参照图1所述的两个汇流排10、10’的连接方式相同。例如还可以在操作中改进组件上的现有配置，并通过延迟方式增加或改变传感器100。必须简单地去掉设备50，定位传感器100，改变闭锁设备50的销48的长度，然后将所述销重新固紧到所述组件。通过简单的螺纹上紧方式以简单易懂的方式实现张紧特征，以便容易设计介电应力。

除了在与端子60连接的连接部处测量电参数之外，本发明的传感器100可以用于电力分布/供应设备上的任何其他位置。具体来说，可以借助两个闭锁设备50(未示出)将传感器100固紧在汇流排10上，或者连接成Y形、或T形或十字形的一组汇流排10、10’上，所述两个设备50可能彼此不同之处仅在于耳轴销48卡接配装在它们其中之一上。

还可以将设置有适当连接结合部30的电缆以相同方式连接到本发明的传感器100——图4(同样，为了清楚，附图标记加200)。在其最大长度范围内，与传统情形一样，电缆200包括以绝缘件涂覆的导线导体，所述绝缘件特别是三层绝缘件。至少在一个端部，适当的电缆200裸露用于连接。具体来说，绝缘件交错且电缆200包括导体裸露的第一部分202；导体被一部分绝缘件覆盖的第二部分204；和绝缘件完整的第三部分206。在其最大长度范围内，导线导体包括可以另外屏蔽的第四部分208和/或被保护性护套覆盖的第五部分210。

电缆200的连接设备212本身类似于汇流排10：以可压缩材料特别是EPDM或硅酮制成的绝缘支撑件214二次模制在导电插件224周围，以使这两个部件之间的结合部紧密，并且不存在自由空间。限定在两个相对且基本上平行的接合表面之间的支撑件214厚度大于由导电插件两个连接表面之间的距离限定的导电插件在不工作时的高度，并且通过正交压缩绝缘支撑件214，以使在固紧位置时，等于后者。具有优势的是，为了优化导线导体和连接设备212之间的连接，导电插件224本身分为两个部分，刚性中间芯体224A包括连接表面，且在该连接表面中钻孔244，让固紧装置248通过，所述芯体被导电弹性体224B二次模制。导电弹性体224B优选与绝缘支撑件214性质相同，但是进行掺杂，与连接表面隔开，以便绝缘支撑件214的材料在每个端部形成颈部230，仅留下导电芯体224A，该芯体可以是具有平直基准线的回转柱体。

除了其两个连接表面之外，导电插件224包括横向凸起234，该凸起与杆32和汇流排10的连接设备12的连接部对应。凸起234设置有接合装置，该接合装置具有导体第一端部分202，并且夹持件可以保证这两个导电元件之间的连接。特别是，所述凸起包括导电芯体234A，作为柱状芯体224A的延伸部，裸露导线导体的第一部分202夹持在导电芯体234A中。凸起的芯体234A以相同的导电或半导电弹性体以与插件芯体224A的涂层成一体的方式涂覆，形成的导电凸起234也嵌入导体第二部分204的一部分，从而优化介电强度。导体和电缆组件最终以绝缘材料以与支撑件214成一体的方式二次模制，以获得套筒238，嵌入其第三部分206(未屏蔽)的导线导体可以从所述套筒中伸出。

所述连接设备被屏蔽件240覆盖，该屏蔽件240具有优势地以二次模制在绝缘弹性体上的导电弹性体制成，还可以作为偏转件。屏蔽涂层240覆盖套筒238，并且终止于导线导体受到屏蔽的第四部分208的程度，从而保证电气连续性。

虽然在图4中以精确的配置进行了描述，但是电缆200当然可以在不具备本发明的传感器的情况下使用。在一般情况下，所描述的每个连接元件(传感器100、汇流排10、端子60、密封设备50、电缆200)可以单独使用或者与一个或多个相同或不同的元件组合使用于同一个平整电连接部的情况下。所获得的每个系统均得益于主连接功能由少量部件来实现这一事实。具体来说，接触和电连接通过相对于弹性体14、114、214后退的导电插件24、124、224在形成电接触之前所述弹性体发生变形的表面上实现。结合部的紧密性由绝缘弹性体二次模制件的弹性变形和粘性来控制，所述绝缘弹性体二次模制件同时保证导电芯体24、34、124、224、234的介电效果。通过简单的螺丝紧固件来实现固紧作用。介电应力控制通过适当设计的不同部件和结合部来实现，特别是它们的形状、性质和位置，以及位于绝缘件14、114、214内的连接导体24、124、224的涂层30、130、230和有助于系统强度的可能的静电屏蔽件20、40、174、240。增加用来测量电参数的设备通过简单叠置传感器100来实现。