背景技术
[0001] 当发生诸如
电弧放电、局部放电和电晕放电之类的不希望的放电事件时，用于发电和电
力传输的系统易受损坏。已经开发了各种传感器来监测电力资产的健康状况，例如，
温度传感器、
湿度传感器和局部放电传感器。过去，这些传感器直接安装在非绝缘介质(1kV至35kV)或高压(35kV以上)
母线(buswork)上，以精确测量母线的温度。
[0002] 以上讨论仅仅是为提供一般背景信息，并不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何或所有缺点的实施方式。
发明内容
[0003] 一种传感器组件，包括提供公共
电压的至少一个导电迹线和
支撑所述至少一个导电迹线的基部。导电延伸部从基部延伸，以便当传感器组件安装在绝缘导体的绝缘体上时，
接触绝缘导体的导体，并且由此在提供公共电压的导电迹线与导体之间提供电连接。
[0004] 根据另一
实施例，一种传感器模
块，包括：包括电气公共导电迹线的导电迹线层和连接到电气公共导电迹线的电气部件。导电延伸部被构造成延伸穿过绝缘导体的绝缘体中的开口，以在绝缘导体的导体和电气公共导电迹线之间进行连接。
[0005] 根据又一实施例，一种方法，包括将传感器模块固定到绝缘导体，使得传感器模块的一部分与绝缘导体的导体接触。
[0006] 提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
[0007] 图1是
现有技术下的绝缘导体上的传感器的剖视图。
[0008] 图2提供了当公共电压相对于导体电压浮动时绝缘导体上的电压和传感器公共电压的曲线图。
[0009] 图3是根据一个实施例的传感器模块在接合绝缘导体之前的剖视图。
[0010] 图4是完全安装到绝缘导体上的图3的传感器模块的剖视图。
[0011] 图5是图3的传感器模块的顶部透视图。
[0012] 图6是图3的传感器模块的底部透视图。
[0013] 图7是在安装到绝缘导体上之前的传感器模块的第二实施例的剖视图。
[0014] 图8示出了在安装过程中的图7的传感器模块。
[0015] 图9示出了完全安装到绝缘导体上的图7的传感器模块。
[0016] 图10示出了在安装到绝缘导体上之前的传感器模块的第三实施例的剖视图。
[0017] 图11示出了完全安装到绝缘导体上的图10的传感器模块的剖视图。
[0018] 图12示出了完全安装到绝缘导体上的传感器模块的第四实施例的剖视图。
[0019] 图13示出了完全安装到绝缘导体上的传感器模块的第五实施例的剖视图。
[0020] 图14示出了在安装到绝缘导体上之前的传感器模块的第六实施例的剖视图。
[0021] 图15示出了完全安装到绝缘导体上的图13的传感器模块的剖视图。
具体实施方式
[0022] 将传感器安装到诸如母线的非绝缘导体上通常需要使包含母线的整个变电站断电，从而传感器可以安全地安装到暴露的导体上。这种变电站的断电导致依赖变电站提供
能量的企业的大量停机时间。
[0023] 在一些中压和高压电传输系统中，提供了
电路断路器，其允许传输系统的不同部分彼此隔离。一些电路断路器包括绝缘导体，其可以通过断开由电路断路器控制的连接而断电。因为电路断路器臂可以在不使整个变电站断电的情况下断电，所以将传感器放置在电路断路器的绝缘导体上看来会是将传感器直接放置在暴露的母线上的有吸引力的替代方案。
[0024] 图1提供了安装在绝缘导体100上的传感器模块106的剖视图，该绝缘导体100例如是用于中压电力系统的绝缘电路断路器，其由被绝缘体104包裹的导体102组成。传感器模块106包括基部108，在基部的顶表面上支撑基部盖110、天线112以及电路部件114和116。天线112和电路部件114、116安装在盖110内并连接到形成在基部108的顶表面上的导电迹线。至少一个导电迹线提供公共电压或电气公共端(有时称为电路地)，即使公共电压可能不处于接地。电路部件114包括传感器，例如温度传感器、湿度传感器或局部放电传感器。束带或系带120围绕绝缘导体100和基部108延伸，以将传感器模块106紧固到绝缘导体100上。
[0025] 如图1所示，基部108的顶表面上的导电迹线通过绝缘体104与导体102隔离。结果，那些导电迹线上的公共电压具有相对于绝缘导体电位的浮动电压电位。
[0026] 当导体102承载交流电压时，导体102的电压的变化在传感器模块106的导电迹线中感应出电压，使得公共电压跟随导体102上的电压。例如，在图2中，曲线图200示出了导体102上的电压，曲线图202示出了传感器模块106随时间变化的公共电压，其中电压显示在竖轴204上，时间显示在横轴206上。如图2所示，传感器模块106上的公共电压202超前于导体
102上的电压200，产生曲线图208所示的电压差。在某些情况下，该电压差可足够大以触发绝缘体104上的局部放电。这种局部放电可能损坏绝缘体104并且可能掩盖电力系统的其它部件中的其它局部放电，使得传感器模块106中的传感器不能检测到其它的可能更显着的局部放电。
[0027] 为了克服这些问题，各种实施例提供了来自传感器模块的基部的延伸部，其被设计成贯穿或围绕中压或高压绝缘导体(例如绝缘电路断路器)上的绝缘体通过，以到达导体。这些延伸部提供从导体到基部上的公共电压导电迹线的导电路径，从而将公共电压设置为导体的电压。这消除了公共电压和导体之间的电压差，并减少了由于传感器模块而发生局部放电的机会。
[0028] 图3提供了根据一个实施例的传感器模块300在安置在绝缘导体100上之前的剖视图。传感器模块300包括基部308，基部308支撑盖310、天线312以及电路部件314和316。电路部件314和316以及天线312安装在盖310内并电连接到基部308的顶表面上的导电迹线层。导电迹线包括公共电压，有时称为电路地。部件314包括至少一个传感器，例如，温度传感器、湿度传感器或局部放电传感器。根据一些实施例，传感器是表面
声波传感器。天线312接收并发送电磁
信号，以允许传感器模块300和外部设备之间的无线通信。另外，所接收的电磁信号中的一些能量用于为传感器模块300供电，使得传感器模块300不需要
电池。
[0029] 呈
弹簧加载的销320和322形式的延伸部延伸穿过基部308并在基部308下方延伸。弹簧加载的销320和322各自具有三部分结构，其包括分别的销头壳324和326、分别的接触壳328和330，以及分别的内弹簧332和334。接触壳328/330的一端被捕获在相应的销头壳
324/326内，并允许在销头壳324/326内竖向移动。内弹簧332和334安置在相应的销头壳
324/326和接触壳328/330内，以施加抵抗销头壳和接触壳的向外力。因此，在静止
位置，内弹簧332和334使接触壳328和330从销头壳324和326延伸出到结构所允许的最大程度，该结构将接触壳328/330的端部捕获在销头壳324/326内。
[0030] 至少接触壳328/330和销头壳324/326的外部是导电的。根据一个实施例，每个销头324、326与在传感器模块300的顶部上承载公共电压的导电迹线接触。因此，销320和322提供到承载公共电压的导电迹线的导电路径。在优选实施例中，孔350和352至少部分地填充有导电
粘合剂，例如载
银的RTV
硅树脂。
[0031] 在将基部308安装到绝缘体104之前，在绝缘体104中制造诸如开口350和352的开口，以分别接收销320和322的接触壳328和330的端部。当基部308放置在绝缘体104上时，接触壳328和330分别进入开口350和352，延伸穿过移除的绝缘体的厚度以与导体102接触。当基部308移动为更靠近绝缘体104时，通过使销头壳324和326沿接触壳328和330的外部向下移动同时进一步
压缩弹簧332和334，销320和322开始压缩。
[0032] 根据一个实施例，当基部308最初安装在绝缘体104上时，销头324暴露。该暴露的销头可以在安装期间使用，以确保在公共电压导电迹线和导体102之间已经建立电连接。具体地，
电阻探针可以放置在导体102和销头324之间，以测量销320和导体102的连接的电阻。
[0033] 使用弹簧加载的销320和322的一个优点是销的长度不必与绝缘体104的厚度精确匹配。因为销320和322可以被压缩，所以它们可以适应多个不同的绝缘体厚度。因此，对于较厚的绝缘体，销320和322将被少量压缩，而对于较薄的绝缘体，销320和322将被压缩更大的量。在两种情况下，弹簧324和326保持接触壳328和330与导体102接触。
[0034] 根据一个实施例，在基部308的底表面和绝缘体104之间使用粘合剂400，将基部308紧固到绝缘导体100上。在传感器300已经安装在绝缘导体100上之后，其可以用
电介质包裹体402来包裹，以使传感器模块300的外部电绝缘。
[0035] 在传感器模块300已经安装在绝缘导体100上之后，销320和322将传感器模块300的公共电压保持在与导体102上所建立的相同的电压。结果，公共电压不会超前或滞后于导体102上的电压，并且消除了通过绝缘体104的局部放电。
[0036] 图5提供了图3和图4的传感器模块/传感器组件300的顶部透视图，图6提供了底部透视图。在图5中，盖310被透明地示出，并且天线312已被移除，以提供对基部308的顶部上的导电迹线和电路部件的更好观察。如果示出天线312，它将在开口550和552处连接到基部308。在图5的实施例中，电路部件314是表面声波(SAW)传感器，电路部件316是
电阻器。另外，示例性传感器模块包括电感器518。使用SAW传感器是最优选的实施例；然而，本公开还设想了
射频识别(RFID)传感器、介质
谐振器、磁谐振器和可用于对通电的电导体进行无线感测的其它感测元件。
[0037] 传感器模块300包括导电迹线，例如，公共电压导电迹线530以及附加迹线532和534，其中公共电压导电迹线530包括连接到由附图标记530表示的线的所有迹线。根据一个实施例，通过以使得不同导电迹线彼此
电隔离的图案沉积
铜合金层来形成导电迹线。
[0038] 除了弹簧加载的销320和322之外，传感器模块300被示出为包括弹簧加载的销520和522，其也连接到公共电压导电迹线530。销520和522类似于销320和322，并且以与以上关于销320和322讨论的方式相同的方式操作。如图5所示，销520和320的头部被暴露，使得欧姆表可以放置在两个销中任一个与导体102之间，以确定销是否与导体102导电连接。销520和522的接触壳523和525如图6所示。在替代实施例中，销520和320不存在，但是暴露与公共电压导电迹线530连接的金属焊盘，并且测量所述焊盘560与绝缘导体102之间的电阻，以验证公共电压导电迹线530与绝缘导体102的导电连接。
[0039] 图7示出了第二实施例的传感器模块700的剖视图。传感器模块700包括基部708，基部708支撑盖710、电路部件714和716以及天线712。电路部件714和716以及天线712安装在盖710内，并且电连接到基部708的顶表面上的导电迹线。部件714包括至少一个传感器，例如，温度传感器、湿度传感器或局部放电传感器。根据一些实施例，传感器是
表面声波传感器。SAW传感器的使用是最优选的实施例；然而，本公开还设想了射频识别(RFID)传感器、介质谐振器、磁谐振器和可用于对通电的电导体进行无线感测的其它感测元件。天线712接收和发送电磁信号以允许传感器模块700与外部设备之间的无线通信。另外，所接收的电磁信号中的一些能量用于为传感器模块700供电，使得传感器模块700不需要电池。基部708的顶表面上的导电迹线包括公共电压或电路地导电迹线。
[0040] 基部708包括两个
螺纹孔711和713以及呈具有刺穿端部720和722的螺钉形式的两个延伸部724和726。用于公共电压的导电迹线延伸出
螺纹孔711和713且围绕螺纹孔711和713延伸，使得当螺钉724和726螺纹接合到螺纹孔711和713中时，它们与导电迹线产生电连接。
[0041] 如图8所示，当基部708放置在绝缘体104上并且带螺纹的螺钉724螺纹接合到带螺纹的开口711中时，螺钉724的刺穿端部720刺穿绝缘体104以在绝缘体104中形成开口。螺钉724延伸穿过该开口并且接触导体102，从而在导体102和用于公共电压的导电迹线之间提供传导路径。类似地，当螺钉726螺纹接合到开口711中时，螺钉726的刺穿端部722刺穿绝缘体104以形成穿过绝缘体104的厚度的开口。螺钉726延伸穿过该开口并且接触导体102，从而在导体102和公共电压导电迹线之间提供传导路径。这些传导路径将公共电压保持在导体102的电压。
[0042] 如图9所示，在一些实施例中，在将螺钉724和726螺纹接合到绝缘体104中之前，用粘合剂层900将基部708紧固到绝缘体104上。在一些实施例中，在将螺钉724和726螺纹接合到基部708中并刺穿绝缘体104后，粘合剂层902和904分别施加在螺钉724和726上，以使螺钉724和726的顶部电绝缘。在另外的实施例中，介电带906缠绕在传感器模块700周围，以进一步绝缘传感器模块700。
[0043] 图10示出了第三实施例的传感器模块1000的剖视图。传感器模块1000包括基部1008，基部1008支撑盖1010、电路部件1014和1016以及天线1012。电路部件1014和1016以及天线1012安装在盖1010内并且电连接到基部1008的顶表面上的导电迹线。部件1014包括至少一个传感器，例如，温度传感器、湿度传感器或局部放电传感器。根据一些实施例，传感器是表面声波传感器。SAW传感器的使用是最优选的实施例；然而，本公开还设想了射频识别(RFID)传感器、介质谐振器、磁谐振器和可用于对通电的电导体进行无线感测的其它感测元件。天线1012接收和发送电磁信号以允许传感器模块1000与外部设备之间的无线通信。
另外，所接收的电磁信号中的一些能量用于为传感器模块1000供电，使得传感器模块1000不需要电池。基部1008的顶表面上的导电迹线包括公共电压或电路地导电迹线。
[0044] 具有尖状物1054的导电层1052安装到基部1008的底表面上。导电层1052电连接到过孔1048的内表面上的导电涂层1050，过孔1048在基部1008的底表面与基部1008的顶表面上的导电迹线之间。
[0045] 当传感器模块1000安装在绝缘导体100的绝缘体104上时，尖状物1054刺穿绝缘体104以在绝缘体104中形成开口，并延伸穿过该开口和绝缘体104的厚度，以与导体102接触。
以这种方式，尖状物1054用作延伸部，其提供从导体102贯穿导电层1052和导电涂层1050到公共电压导电迹线的导电路径。传感器模块1000可以用粘合剂1100紧固到绝缘体104上，和/或可以使用系带或束带1102紧固到绝缘导体100上。另外，介电包裹体1104可以缠绕在传感器模块1000和绝缘体104的外部周围，以进一步绝缘传感器模块1000的外部。
[0046] 图12提供了根据第四实施例的传感器模块1200的剖视图。传感器模块1200包括基部1208，基部1208支撑盖1210、电路部件1214和1216以及天线1212。电路部件1214和1216以及天线1212安装在盖1210内并且电连接到基部1208的顶表面上的导电迹线。部件1214包括至少一个传感器，例如，温度传感器、湿度传感器和局部放电传感器。根据一些实施例，传感器是表面声波传感器。SAW传感器的使用是最优选的实施例；然而，本公开还设想了射频识别(RFID)传感器、介质谐振器、磁谐振器和可用于对通电的电导体进行无线感测的其它感测元件。天线1212接收并发送电磁信号以允许传感器模块1200与外部设备之间的无线通信。另外，所接收的电磁信号中的一些能量用于为传感器模块1200供电，使得传感器模块1200不需要电池。基部1208的顶表面上的导电迹线包括公共电压或电路地导电迹线。
[0047] 导电延伸部1220安装到基部1208的底表面上，并且包括具有端部1222的弯曲部或夹持部1224。夹持部1224的端部1222在绝缘体104的开口处插入到绝缘体104和导体102之间，该开口形成在导体102延伸超过绝缘体104的端部1260的地方。因此，导电延伸部1220延伸穿过绝缘体104中的开口，使得端部1222位于绝缘体104和导体102之间并且与导体102接触。
[0048] 在基部1208的顶部上的公共电压导电迹线与基部1208的底部之间的过孔1248的内表面上的导电涂层1250在公共电压导电迹线和导电延伸部1220之间提供导电路径。结果，导电延伸部1220在导体102和公共电压导电迹线之间提供导电路径。根据一个实施例，介电包裹体1270缠绕在传感器模块1200和绝缘导体100周围，以进一步绝缘传感器模块1200的外部。在至少一些实施例中，延伸部1220包括
导线。
[0049] 图13提供了根据第五实施例的传感器模块1300的剖视图。传感器模块1300包括基部1308，基部1308支撑盖1310、电路部件1314和1316以及天线1312。电路部件1314和1316以及天线1312安装在盖1310内并且电连接到基部1308的顶表面上的导电迹线。部件1314包括至少一个传感器，例如，温度传感器、湿度传感器和局部放电传感器。根据一些实施例，传感器是表面声波传感器。SAW传感器的使用是最优选的实施例；然而，本公开还设想了射频识别(RFID)传感器、介质谐振器、磁谐振器和可用于对通电的电导体进行无线感测的其它感测元件。天线1312接收并发送电磁信号以允许传感器模块1300与外部设备之间的无线通信。另外，所接收的电磁信号中的一些能量用于为传感器模块1300供电，使得传感器模块1300不需要电池。基部1308的顶表面上的导电迹线包括公共电压或电路地导电迹线。
[0050] 基部1308的底表面安装到导电延伸部1320上，导电延伸部1320具有向下延伸的腿部1322。当安装在绝缘导体100上时，向下延伸的腿部1322延伸穿过绝缘体104中的开口，该开口形成在导体102延伸超过绝缘体104的端部1360的地方。在至少一些实施例中，延伸部1320包括导线。在优选实施例中，暴露导体102的边缘1360至少部分地
覆盖有导电粘合剂，例如载银的RTV硅树脂。
[0051] 基部1308包括过孔1348，过孔1348涂覆有导电层1350，以在导电延伸部1320与基部1308的顶表面上的公共电压导电迹线之间提供电连接。因此，导电延伸部1320提供从导体102到基部1308的顶表面上的公共电压导电迹线的导电路径。
[0052] 传感器模块1300可以使用系带或束带1382和/或使用粘合剂1380紧固到绝缘导体100上。此外，在一些实施例中，介电包裹体1384缠绕在绝缘导体100和传感器模块1300周围，以进一步绝缘传感器模块1300的外部。
[0053] 根据另外的实施例，导电延伸部1320被替换为导线，该导线穿过绝缘体104中的相应开口提供传感器模块的导电迹线和绝缘导体102之间的电连接，所述开口形成在导体102延伸超过绝缘体104的端部1360的地方。
[0054] 图14提供了根据第六实施例的传感器模块1400的剖视图。传感器模块1400包括基部1408，基部1408支撑盖1410、电路部件1414和1416以及天线1412。电路部件1414和1416以及天线1412安装在盖1410内并且电连接到基部1408的顶表面上的导电迹线。部件1414包括至少一个传感器，例如，温度传感器、湿度传感器和局部放电传感器。根据一些实施例，传感器是表面声波传感器。SAW传感器的使用是最优选的实施例；然而，本公开还设想了射频识别(RFID)传感器、介质谐振器、磁谐振器和可用于对通电的电导体进行无线感测的其它感测元件。天线1412接收并发送电磁信号以允许传感器模块1400与外部设备之间的无线通信。另外，所接收的电磁信号中的一些能量用于为传感器模块1400供电，使得传感器模块1400不需要电池。基部1408的顶表面上的导电迹线包括公共电压或电路地导电迹线。基部
1408包括至少一个过孔1448，至少一个过孔1448具有涂覆有导电涂层1450的内表面。导电涂层1450电连接到基部1408的顶表面上的公共电压导电迹线，并且电连接到基部1408的底表面上的导电层。
[0055] 呈导电嵌条或弹簧1452形式的导电延伸部的尺寸设计成装配在绝缘体104中形成的开口1454内，并因此延伸穿过该开口和限定开口1454的绝缘体104的厚度。嵌条1452的高度略大于绝缘体104的厚度，使得当嵌条1452的底表面接触导体102时，嵌条1452的顶表面略高于绝缘体104的顶表面。在优选实施例中，孔1454至少部分地填充有导电粘合剂，例如载银的RTV硅树脂。在至少一个实施例中，导电嵌条1452由柔顺的导电粘合剂(例如载银的RTV硅树脂)就地形成。
[0056] 如图15所示，通过将延伸嵌条1452放置到开口1454中、然后使用粘合剂1500和/或系带或束带1502将传感器模块1400的其余部分紧固到绝缘导体100上，将传感器模块1400固定到绝缘导体100。传感器模块1400紧固到绝缘导体100上，使得过孔1448安置在嵌条1452的紧上方或紧邻嵌条1452，从而嵌条1452的导电顶表面与导电涂层1450的一部分接触。结果，嵌条1452提供从导体102通过导电涂层1450到基部1408的顶表面上的公共电压导电迹线的导电路径。金属嵌条的示例包括例如圆顶形的弹簧
黄铜片、弹簧线圈或金属实心件。
[0057] 根据一些实施例，提供了用于将传感器模块固定到绝缘导体以使传感器模块的一部分与导体产生
电流接触的方法。该方法包括：在绝缘导体的绝缘体中形成开口；以及将传感器模块的弹簧加载的销放置在开口内，使得销与导体产生电流接触。然后用一种或更多种粘合剂和束缚件将传感器模块紧固到绝缘导体上。在其它实施例中，带螺纹的螺钉螺纹接合到传感器模块的基部中，使得螺钉的刺穿端部刺穿绝缘导体上的绝缘体，并与导体产生电流接触。每个螺钉进一步与传感器模块上的用于公共电压的导电迹线接触。
[0058] 根据另一实施例，在传感器模块紧固到绝缘导体上时，传感器模块的底部上的尖状物刺穿绝缘导体的绝缘体，以与导体产生电流接触。在再一的实施例中，传感器模块紧固到绝缘导体的绝缘体上，使得传感器模块的一部分延伸过绝缘体的端部，以与延伸超过绝缘体的导体的一部分产生电流接触。在又一实施例中，传感器模块的一部分插入到绝缘导体的绝缘体与绝缘体的端部处的导体之间。
[0059] 在又一实施例中，在绝缘导体的绝缘体中形成开口，并且将导电嵌条放置在开口中。然后将传感器模块的基部紧固到绝缘体上，使得基部与嵌条产生电流接触，转而与导体产生电流接触。
[0060] 尽管以上已经作为单独实施例示出或描述了元件，但是每个实施例的部分可以与上述其它实施例的全部或部分组合。
[0061] 尽管已经用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但应理解，所附
权利要求书中限定的主题不必限于上述具体特征或动作。而是，上面描述的具体特征和动作被公开为用于实现权利要求的示例形式。
