DE69215496T2 - Anordnung zum Kontrollieren der Verschmutzung eines elektrischen Isolators - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Überprüfen des Verschmutzungszustandes von elektrischen Isolatoren, die in einem vorgegebenen Bereich im Freien installiert sind, zum Beispiel von Isolatoren einer elektrischen Station oder Unterstation.
• In der folgenden Beschreibung meinen wir mit Isolatoren solche Einheiten, die aus Porzellan, Glas oder anderen geeigneten Isolationsmaterialien hergestellt sind und eine elektrische Isolation zwischen zwei Teilen unterschiedlicher Spannung einer elektrischen Freiluftanlage bieten.
• Eine gründliche Überprüfung der Verschmutzungszustände der außeren Oberflächen von solchen Isolatoren gestattet das Planen von Reinigungsaktionen auf diesen Isolatoren. Es sei angemerkt, daß ein Abfall der Isolationseigenschaften eines Isolators auch auftreten kann, wenn die Schmutzablagerung auf seiner Oberfläche den kritischen Schwellenwert überschreitet, der von Form und Größe des Isolators und der angelegten Spannung abhängt. Das hat zur Forderung nach einem Indikator für die Menge der Schmutzablagerung, die auf einem Isolator beziehungsweise einer Gruppe von innerhalb der gleichen Fläche installierten Isolatoren zu ermitteln ist, geführt, um den Moment signalisieren zu können, in welchem die Ablagerungsschicht den kritischen Schwellenwert erreicht, um dann das Reinigungssystem zu aktivieren, oder bei Nichtvorhandensein des letzteren, bei abgeschalteter Spannung die Reinigungsaktion in Betrieb zu nehmen. In der folgenden Beschreibung bezeichnet "Probenisolator" einen Isolator, der eine Gruppe von Isolatoren im gleichen Bereich vertritt, wobei eine Gruppe normalerweise aus Isolatoren verschiedener Typen und Formen aufgebaut ist.
• Es scheint, daß in Italien keine solche Mengenindikatoren installiert sind, aber anderswo sind Einrichtungen vorhanden, die als Mengenindikatoren der Verschnutzungablagerung arbeiten. Es ist ein erstes System bekannt, (siehe z.B. US- A-3905240), das einen Probenisolator enthält, der in einer vorgegeben Höhe über dem Boden im Bereich der Anlage exponiert ist und der periodisch in einen darunterliegenden Tank abgesenkt wird, um mit Hilfe von Zusatzmitteln, wie z.B. Ultraschall und der Rotation des Isolators um seine Achse, in Wasser gewaschen zu werden. Alle verschmutzungsmaterialien, die auf der Oberfläche der Probenisolatoren abgelagert sind, lassen sich im Wasser abwaschen. Am Ende jeder Waschperiode wird die Volumenleitfähigkeit der Lösung gemessen, und diese steigt natürlich nach jedem Waschen an. Irgendwann kommt die Zeit, wenn der gemessene Leitfähig keitswert gleich einem voreingestellten kritischen Schwellenwert ist. Weiterhin ist ein zweites System bekannt, das einen Probenisolator enthält, der, nachdem er wieder in einer bestimmten Höhe innerhalb des Bereiches der Anlage exponiert ist, periodisch abgesenkt und in eine Kammer eingeschlossen wird, in welcher Dampf, der von einem Dampfgenerator erzeugt wird, die Schmutzschicht auf der Oberfläche des Probenisolators befeuchtet. Dann wird die Leitfähigkeit dieser Schicht gemessen und mit einem voreingestellten Schwellenwert verglichen.
• Der gemeinsame Nachteil dieser beiden Systeme besteht in der mechanischen Komplexität, die für die automatische Durchführung der Arbeitsstufen erforderlich ist. Zum Beispiel müssen sowohl die Waschkammern als auch die Feuchtigkeitskammern Vorrichtungen zum Öffnen und Schließen besitzen; insbesondere muß die erste geschlossen gehalten werden und darf nur für die Zeit geöffnet werden, die für den Eintritt des Probenisolators erforderlich ist, und die Systeme müssen Mechanismen und Steuermittel für die Bewegungen des Probenisolators gegenüber den Kammern enthalten. Ein weiterer Nachteil des ersten Systems betrifft den Umstand, daß seine Verwendung auf solche Fälle beschränkt ist, bei welchen der Schmutz leicht in Wasser lösbar ist, wie dies im allgemeinen bei Meeresverunreinigungen der Fall ist. Ein anderer Nachteil, der das zweite System betrifft, ist die Notwendigkeit, den Dampfgenerator in Bezug auf die Umgebungsbedingungen zu justieren, und der Umstand, daß diese Justierung komplexer und mit einem unbestimmten Ergebnis durchgeführt wird, weil das System im Freien arbeitet; darüberhinaus haben Experimente die Schwierigkeit der vollständigen Befeuchtung der Verunreinigungsschicht und die gleichzeitig Verhinderung, daß diese Schicht teilweise oder insgesamt weggewaschen wird, nachgewiesen.
• Ein System zum Befeuchten eines Isolators, ohne daß er bewegt wird, ist aus DE-A-219302 bekannt, in welchem ein Meßkopf, der eine Elektrode mit einem Flüssigkeitsbehälter enthält, unter Leerlaufbedingung auf den Isolator aufgelegt werden kann, wodurch das Aufbringen der Flüssigkeit darauf und das Messen der Leitfähigkeit der Verschmutzungsschicht ermöglicht werden.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung umgeht die vorgenannten Nachteile und wird im Anspruch 1 beansprucht.
• Das dritte System enthält Mittel zum Messen der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Umgebung zur Aktivierung der ersten und zweiten Systeme entsprechend einer voreingestellten Aufeinanderfolge zur Messung der Oberflächenleitfähigkeit des Probenisolators, der durch das erste System abgekühlt wurde, um einen Nennwert für die Leitfähigkeit zu erhalten, der die Funktionen des ersten Systems und des zweiten Systems blockiert und den Nennwert mit einem voreingestellten kritischen Leitfähigkeitswert vergleicht, der ein Alarmsignal erzeugt, sobald der kritische Wert erreicht ist, um ein im Bereich installiertes Reinigungssystem für die Isolatoren zu aktivieren, oder bei Nichtvorhandensein des letzteren eine Reinigungsaktion derselben Isolatoren bei abgeschalteter Spannung in Betrieb zu nehmen.
• Die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen in dem Umstand, daß die Befeuchtung der Schmutzablagerung auf dem Probenisolator in einem stufenartigen und naturnahen Prozeß, wie z.B. durch Tau oder Nebel, erfolgt, die die häufigere Ursache zur Entladung des Isolators sind; die Dauer der Befeuchtung ist genau kontrollierbar und das vermeidet das Risiko des Auswaschens der Oberfläche des Probenisolators während und nach dem Befeuchten; die Einrichtung ist hoch zuverlässig und sowohl in ihrem Aufbau als auch ihrer Wirkungsweise einfach.
• Die obigen und weitere Vorteile sollen in der folgenden Beschreibung mit Hilfe eines Realisierungsbeispiels der Erfindung an Hand der anhängenden Zeichnungen, die die speziellen Realisierungen zeigen, beschrieben werden, wobei:
• Fig. 1 eine Gesamtdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
• Fig. 2 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels zeigt; und
• Fig. 3 eine allgemeine Darstellung zeigt.
• Fig. 1 zeigt: a) eine Tragsäule 1, die an ihrer Spitze einen Isolatoreinsatz 2 trägt, der etwa 7 m über dem Boden innerhalb des Geländes der elektrischen Unterstation angeordnet ist; am Einsatz 2 ist ein wie oben festgelegter Probenisolator 3 installiert mit einem Muster, das für die anderen in demselben Bereich installierten Isolatoren repräsentativ ist, und der einen inneren Hohlraum 4 mit einem Profil besitzt, das klar ersichtlich dem Muster des Außenprofils folgt (dieser Probenisolator 3 ist etwa 30 cm hoch und besitzt eine Ableitungsleitung von etwa 50 cm); b) ein röhrenförmiger Körper aus isolierendem Material 5 mit Vorsprüngen 6, die den Rippen 7 des Probenisolators entsprechen, ist innerhalb des letzteren durch den Einsatz 2 positioniert; c) ein erstes System 8/1 für die Kühlung, das eine herkömmliche Kühlanordnung 9 (umgekehrter Carnot- Kreislauf) enthält, deren Verdampfer innerhalb einer Einheit 10 ein Wärmetauscher zugeordnet ist; das erste Kühlsystem 8/1 einer Kühlflüssigkeit, die in der Kühleinrichtung 9 enthalten ist, eine Temperatur von etwa 15 ºC weniger als die Temperatur der den Probenisolator umgebenden Luft verleiht; mit Hilfe einer Pumpe 11 veranlaßt das System die gekühlte Flüssigkeit, durch eine an der Bodenseite des röhrenförmigen Körpers 5 eintretende Eintrittsleitung 12 im inneren Hohlraum 4 zu zirkulieren, dem Weg in Richtung des Pfeiles F1 zu folgen und in der Rückleitung 13 entsprechend dem Pfeil F2 zu enden; d) ein zweites System 8/2, das in der Zeichnung Fig. 3 ausführlich gezeigt wird, zum Messen der Oberflächenleitfähigkeit des Probenisolators 3; im Bild sind in einem geschlossenen A-B-Stromkreis zwischen dem Kopf und dem Boden des Probenisolators 3 nur ein Spannungsgenerator 14 für mindestens 10 kV und ein Amperemeter 15 angebracht.
• Fig. 2 ist eine Darstellung einer Einrichtung der Kühlanordnung, die vollkommen der in Fig. 1 gezeigten gleicht, in welcher jedoch die Kühlanordnung mit Peltier-Modulen realisiert ist. Gemäß dem Peltiereffekt wird bekanntlich an der Kontaktfläche zwischen zwei Leitern unterschiedlicher Zusammensetzung und kontinuierlich hindurchfließendem Strom, entsprechend der Richtung des Stromes Wärme erzeugt oder absorbiert. Die Industrie stellt gegenwärtig Peltiermodule für verschiedene technische Anwendungen her, und die gezeigte Anordnung enthält ein Kühlsystem 16, das 20 Peltiermodule 17 verwendet, wobei jedes aus etwa 70 Wismut-Tellur- Thermoelementen besteht, wobei die Abmessungen der letzteren 29 x 22 x 5 mm beträgt, die parallel geschaltet sind und von einem kontinuierlichen 12V Strom von der Quelle 18 versorgt werden. Die Pumpe 11 veranlaßt die gekühlte Flüssigkeit innerhalb des Hohlraumes 4 des Probenisolators 3 (nicht gezeigt) durch die Rohrleitungen 12 und 13 und innerhalb des Wärmetauschers 19 zu zirkulieren. Eine Wand des Wärmetauschers 19 grenzt an die Kühlwände 20 der 20 Peltiermodule, so daß die Flüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 15ºC niedriger gekühlt werden kann als die Umgebungstemperatur. Die durch die Flüssigkeit herausgezogene Wärme plus dem termischen Äquivalent der zugeführten Energie für die Peltiermodule wird im Wärmetauscher 20 abgeleitet.
• Fig. 3 ist eine allgemeine Darstellung der Einrichtung, in welcher die Kühlanordnung mit 20 Peltiermodulen 17 realisiert ist, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Es wird jedoch deutlich, daß diese Zeichnung mit leichten Änderungen auch auf die Einrichtung angewendet werden kann, in welcher die Kühlanordnung in konventioneller Weise realisiert ist, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Die Zeichnung ist einfach verständlich, wenn die Hauptteile aufgezählt werden und die Funktion derselben erläutert wird. Auf einem Isolator 20, der von einer Säule C gehalten wird, ist ein Probenisolator 3 installiert, der dem in Fig. 1 gezeigten identisch ist und der Einheit von 20 Peltiermodulen 17 zugeordnet ist, wie früher beschrieben wird. Der Rest der Anordnungen umfaßt: einen Transformator 21, der den Probenisolator auf eine Spannung von 10 kV hält; Sicherungen 22, die den Versorgungskreis des Transformators 21 und einen Signalgeber 23 absichern, der in einer gut sichtbaren Position angeordnet ist, um das mögliche Durchbrennen der Sicherungen zu signalisieren; eine Aufteilungs- und Verteilertafel 24, die verwendet wird, um die ankommenden elektrischen Leitungen in 220V/40A und 220V/6A zu verteilen, die die statische Noteinheit 25 versorgen, die im Falle einer Netzunterbrechung die Reserveleistung zuführt, und eine elektronische Box 26 zur Steuerung der Einrichtungen; eine Box 27, um den Meßwert der Oberflächenspannung in ein digitales Signal umzuwandeln; ein Thermohygrometer 28, um die Werte der relativen Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit an der Außenseite zuzuführen; ein Anemometer 29, um die Werte der Windgeschwindigekit zuzuführen; ein Modul 30, um den Vergleich zwischen dem gemessenen Wert und dem gespeicherten kritischen Schwellenwert vorzunehmen und möglicherweise ein Alarmsignal einzuschalten; eine Einheit 31, um die Peltiermodule 17 mit einem kontinuierlichen Strom zu versorgen.
• Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel fügt dem einen oben erwähnten weitere Vorteile hinzu: Die Einrichtung ist sehr kompakt und das Kühlsystem ist vollständig feststehend; Fehler in der Kühlanordnung sind weit weniger häufig und leichter behebbar. Schließlich ist die wärmedurchlässige Flüssigkeit, die für die Kühlung in den Peltiermodulen verwendet wird, nicht verschmutzt und unterscheidet sich von den herkömmlichen Kühlflüssigkeiten, die gegenwartig aus ökologischen Gründen unter Kritik stehen.

Claims (4)

1. Vorrichtung mit einem Probenisolator und Mitteln zum Überprüfen des Verschmutzungszustandes von elektrischen Isolatoren durch Messen der Menge von auf der Außenfläche des Probenisolators (3) abgelagertem Verschmutzungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenisolator (3) sich in einer festen Position befindet und einen inneren Hohlraum (4) aufweist, und daß ein erstes System (8/1) vorgesehen ist, das in dem Hohlraum (3) ein kaltes Fluid zirkuliert, um den Probenisolator (3) auf eine solche Temperatur abzukühlen, daß die Umgebungsfeuchtigkeit auf der Außenfläche des Probenisolators kondensiert; wobei ferner ein zweites System (8/2) vorgesehen ist, um die Oberflächenleitfähigkeit des von dem ersten System (8/1) gekühlten Probenisolators zu messen; und ein drittes System, das in der Lage ist, ein Alarmsignal zu erzeugen, sobald die an dem gekühlten Probenisolator gemessene Oberflächenleitfähigkeit ein vorgegebenen kritischen Leitfähigkeitswert erreicht, und dadurch eine automatische Waschanlage für die in dem gleichen Bereich installierten Isolatoren zu aktivieren oder einen Reinigungsvorgang bei abgenommenen Isolatoren zu befehlen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte System in der Lage ist, die relative Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebung zu messen, das erste (8/1) und zweite (8/2) System in einer vorgegebenen Reihenfolge zur Messung der Oberflächenleitfähigkeitswerte an dem gekühlten Probeisolator zu aktivieren, bis ein Endwert für die Leitfähigkeit erreicht ist, den Betrieb des ersten (8/1) und zweiten (8/2) Systems zu stoppen und dann den Endwert mit dem vorgegebenen kritischen Leitfähigkeitswert zu vergleichen und ein Alarmsignal zu erzeugen, sobald ein kritischer Wert erreicht ist, um eine Waschanlage für die im gleichen Bereich installierten Isolatoren zu aktivieren oder einen Waschvorgang bei abgenommenen Isolatoren zu befehlen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste System (8/1) eine übliche Kühleinrichtung (9, 10) mit umgekehrtem Carnotkreislauf umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste System (8/1) eine Kühleinrichtung (16) umfaßt, die eine Anzahl von Peltierelementen (17) verwendet.