EP0911846A1 - Procédé pour déterminer avec une grande précision un taux de fuite d'une enveloppe d'appareillage électrique - Google Patents

Procédé pour déterminer avec une grande précision un taux de fuite d'une enveloppe d'appareillage électrique Download PDF

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EP0911846A1
EP0911846A1 EP98402639A EP98402639A EP0911846A1 EP 0911846 A1 EP0911846 A1 EP 0911846A1 EP 98402639 A EP98402639 A EP 98402639A EP 98402639 A EP98402639 A EP 98402639A EP 0911846 A1 EP0911846 A1 EP 0911846A1
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EP
European Patent Office
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envelope
temperature
pressure
values
index
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Withdrawn
Application number
EP98402639A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Dupraz
Edmond Thuries
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Grid Solutions SAS
Original Assignee
GEC Alsthom T&D SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • H01H33/563—Gas reservoirs comprising means for monitoring the density of the insulating gas

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a leak rate. from a series of density values of a contained dielectric gas under pressure in an envelope inside which is arranged an electrical device crossed by an electric current, each density value being calculated by a unit of recording and processing from corresponding pairs of pressure values and temperature delivered simultaneously by a pressure sensor and by a temperature sensor fixed on the envelope from the outside and communicating with the dielectric gas.
  • a distribution network or generator circuit breaker constitutes an application of such electrical equipment, in which the dielectric gas contained in the envelope is for example sulfur hexafluoride SF 6 .
  • the dielectric gas contained in the envelope is for example sulfur hexafluoride SF 6 .
  • SF 6 is used to extinguish an electric arc which forms in the envelope during l opening of the circuit breaker.
  • the pressure sensor and the temperature sensor are mounted from the outside on the envelope and communicate with the gas dielectric by a conduit formed in the thickness of the envelope.
  • Each record of measured pressure and temperature simultaneously by these sensors allows to calculate a value of density which is representative of the actual density of the dielectric gas contained in the envelope to the nearest measurement uncertainties.
  • Temperature compensation reveals itself insufficient to guarantee such precise control, since the measured pressure value is corrected with respect to the value measured from the temperature and not from the actual value of the temperature of the dielectric gas contained in the envelope.
  • the object of the invention is to improve the measurement accuracy of a leakage rate of a dielectric gas contained in an envelope of a electrical equipment.
  • the subject of the invention is a method for determining a leak rate from a series of gas density values dielectric contained under pressure in an envelope inside which is placed an electrical apparatus crossed by a current electric, each density value being calculated by a unit recording and processing from corresponding couples pressure and temperature values delivered simultaneously by a pressure sensor and a temperature sensor fixed on the envelope from the outside and communicating with the dielectric gas, characterized in that each density value is indexed by unit recording and processing according to a current value electric and a value of a climatic parameter of a medium in which is placed the envelope, recorded simultaneously at each corresponding couple of pressure and temperature values, for determine the leak rate from indexed leak rates which are obtained from density values indexed by the same index.
  • the values of the electric current flowing electrical equipment are recorded to take into account a heat exchange between this equipment and the dielectric gas contained in the envelope.
  • the values of the parameter of the environment in which the envelope is placed are recorded to take into account a heat exchange between the medium and the temperature sensor attached to the enclosure.
  • Recording an electric current value and a value of the climatic parameter simultaneously with each couple corresponding pressure and temperature values allows the recording and processing unit to assign the same index to density values associated with electric current values close to each other and to values of the climatic parameter also close to each other.
  • an indexed leakage rate calculated from density values of the same index, depends only in one way negligible the substantially constant gap between the actual temperature of the dielectric gas and the temperature measured by the sensor fixed on the envelope. The measurement accuracy of the indexed leakage is thus improved, as is the determination of the leak rate, obtained by an average indexed leak rate.
  • Figure 1 is a block diagram including an apparatus electric on which is implemented the method according to the invention.
  • Figure 2 shows a series of recordings made according to the method of the invention.
  • Figure 3 shows two plots for calculating an indexed leak rate according to the method of the invention.
  • FIG. 1 An electrical apparatus, for example a circuit breaker, is shown diagrammatically, FIG. 1, in the form of a tank 4 arranged in a cylindrical envelope 1 filled with a dielectric gas 7 such as SF 6 under a pressure of a few bars.
  • the circuit breaker is connected to two current leads 3 and 5.
  • a pressure sensor and a temperature sensor are attached on the envelope from the outside.
  • the pressure sensor 11 is equipped with a temperature sensor internal, and does not require mounting a second temperature.
  • the pressure sensor communicates with the dielectric gas contained in the envelope by a relatively narrow conduit 9 which contains the temperature probe and a pressure sensor, for example an elastic membrane.
  • the pressure sensor 11 delivers to a unit recording and processing 13 a couple of pressure values P and temperature T acquired simultaneously.
  • the couples of values are recorded for example every hour during a time period of one year to form an annual series of records. It is also planned to record the couples of pressure and temperature values sporadically during this period of time, for example on each change significant of the measured temperature.
  • Each pair of values is processed by the recording and processing unit 13 to calculate a value of the density of the dielectric gas contained in the envelope in using for example an empirical equation of state known in the literature.
  • the method provides for simultaneous recording for each pair of pressure and temperature values, a value of the electric current flowing through the electrical equipment, and a value of a climatic parameter of the environment in which is arranged the enclosure.
  • a first measuring device 17 of the type of an ammeter is arranged in bypass on the two current leads 3 and 5 to deliver to the recording unit and processing 13 a value of the intensity I of the electric current.
  • a second measuring device 15 comprising a thermometer is placed in the ambient medium of the envelope 3 which is generally atmospheric air, for delivering to the recording and processing unit 13 a value of the temperature T ext of the air.
  • the measuring device 15 It is planned to measure with the measuring device 15 other climatic parameters of the ambient environment of envelope 3, such as for example, the solar radiation directed on the envelope, the degree atmospheric humidity, or wind speed, the measure 15 being equipped with sensors corresponding to each of these climatic parameters.
  • the values of the electric current and the climatic parameter are processed by unit 13 to assign an index to the value of the density calculated from each corresponding pair of values pressure and temperature.
  • n 10 records acquired by the unit 13, which each include a pair of pressure values P n and temperature T n , an electric current value, and a temperature value air.
  • An index consists of a range of current values electric combined with an interval of climatic parameter values.
  • the four ranges of electric current values and the three outdoor temperature value ranges form per meeting two to two twelve separate indexes C1 to C12.
  • the four density values determined from records that have the numbers 1, 4, 8 and 10 are associated with four electric current values allowed in the same first interval I1 and at four permissible air temperature values in the same second interval I5. These four densities have the same index C1 defined by the union of the interval I1 and I5.
  • the six density values determined from records that bear the numbers 2, 3, 5, 6, 7 and 9 are associated with six values of electric current accepted in the same first interval I4 and at six permitted air temperature values in the same second interval I5. These six densities have the same index C10 defined by the meeting of the interval I4 and I5.
  • figure 2 which includes only one parameter climatic, easily generalized to several parameters climatic conditions.
  • FIG 3 we have reported density values as a function of the number of the records for the indexes C1 and C10 shown in Figure 2 and symbolized respectively by triangles and squares. These values are organized into two distinct sets which roughly draw two lines.
  • the recording and processing unit 13 performs on each set of density values of the same index, a linear regression and calculates a leakage rate indexed ⁇ 1 and ⁇ 10 by the slope of each of the two lines.
  • the two lines are substantially parallel between them and that they are offset in the direction of the axis which carry the density values. This shift is interpreted by two temperature differences between the temperature measured by the sensor and the actual temperature of the dielectric gas substantially constant for each line but different from one line to another.
  • the parallelism of straight lines illustrates that any constant deviation is practically without influence on the indexed leakage rate calculated from values of density with the same index.
  • the accuracy of measuring leakage rates indexed and that of the leakage rate ⁇ , obtained by an average rate leakage indexed, is higher as the value intervals of the electric current and the climatic parameter gathered in an index are narrower.

Landscapes

  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Selon le procédé des couples de pression et de température sont enregistrés à l'aide d'un capteur de pression et d'un capteur de température fixés sur l'enveloppe par l'extérieur et communiquant avec le gaz diélectrique, pour calculer une valeur de densité du gaz diélectrique pour chaque couple. Simultanément à la pression et à la température, le courant électrique traversant l'appareillage électrique disposé à l'intérieur de l'enveloppe et un paramètre climatique du milieu environnant l'enveloppe, sont enregistrés pour assigner un index à chaque valeur de densité, ce qui permet de déterminer le taux de fuite avec une précision améliorée, à partir de taux de fuite indexés qui sont obtenus à l'aide de valeurs de densité de même index. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un procédé pour déterminer un taux de fuite à partir d'une série de valeurs de densité d'un gaz diélectrique contenu sous pression dans une enveloppe à l'intérieur de laquelle est disposé un appareillage électrique traversé par un courant électrique, chaque valeur de densité étant calculée par une unité d'enregistrement et de traitement à partir de couples correspondants de valeurs de pression et de température délivrées simultanément par un capteur de pression et par un capteur de température fixés sur l'enveloppe par l'extérieur et communiquant avec le gaz diélectrique.
Un disjoncteur de réseau de distribution ou de générateur constitue une application d'un tel appareillage électrique, dans lequel le gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe est par exemple l'hexafluorure de soufre SF6. Présent sous une pression de quelques bars à l'état pur ou mélangé avec un autre gaz comme l'air ou le tétrachlorure de carbone CCl4, le SF6 est utilisé pour éteindre un arc électrique qui se forme dans l'enveloppe lors de l'ouverture du disjoncteur.
Le capteur de pression et le capteur de température sont montés par l'extérieur sur l'enveloppe et communiquent avec le gaz diélectrique par un conduit formé dans l'épaisseur de l'enveloppe. Chaque enregistrement de la pression et de la température mesurées simultanément par ces capteurs permet de calculer une valeur de densité qui est représentative de la densité réelle du gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe aux incertitudes de mesure près.
On sait que la mesure de la température simultanément à celle de la pression permet, par une compensation en température, de s'affranchir d'une diminution de pression qui ne résulte non pas d'une perte de masse ou d'une fuite du gaz diélectrique hors de l'enveloppe, mais seulement d'une contraction du gaz diélectrique sous l'effet d'une diminution de sa température.
Avec le procédé qui vient d'être décrit, il est possible de contrôler des pertes de masse de quelques pour-cent par an. Cependant, des normes sur la protection de l'environnement peuvent établir à terme un contrôle à un pour-mille par an, et notamment pour le SF6 ou le CCl4.
La compensation en température se révèle à elle seule insuffisante pour garantir un contrôle aussi précis, dans la mesure où la valeur mesurée de la pression est corrigée par rapport à la valeur mesurée de la température et non pas par rapport à la valeur réelle de la température du gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe.
Le but de l'invention est d'améliorer la précision de mesure d'un taux de fuite d'un gaz diélectrique contenu dans une enveloppe d'un appareillage électrique.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer un taux de fuite à partir d'une série de valeurs de densité d'un gaz diélectrique contenu sous pression dans une enveloppe à l'intérieur de laquelle est disposé un appareillage électrique traversé par un courant électrique, chaque valeur de densité étant calculée par une unité d'enregistrement et de traitement à partir de couples correspondants de valeurs de pression et de température délivrées simultanément par un capteur de pression et par un capteur de température fixés sur l'enveloppe par l'extérieur et communiquant avec le gaz diélectrique, caractérisé en ce que chaque valeur de densité est indexée par l'unité d'enregistrement et de traitement en fonction d'une valeur du courant électrique et une valeur d'un paramètre climatique d'un milieu dans lequel est disposée l'enveloppe, enregistrées simultanément à chaque couple correspondant de valeurs de pression et de température, pour déterminer le taux de fuite à partir de taux de fuite indexés qui sont obtenus à partir de valeurs de densité indexées par un même index.
Selon l'invention, les valeurs du courant électrique qui traverse l'appareillage électrique sont enregistrées pour prendre en compte un échange thermique entre cet appareillage et le gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe. De même, les valeurs du paramètre climatique du milieu dans lequel est disposée l'enveloppe sont enregistrées pour prendre en compte un échange thermique entre le milieu et le capteur de température fixé sur l'enveloppe.
Tout écart entre la température réelle du gaz diélectrique et la température mesurée par le capteur fixé l'enveloppe, dû par exemple à une différence d'inertie thermique du gaz et de la sonde de température montée dans le capteur, reste sensiblement le même s'il est engendré par un courant électrique sensiblement constant et par un paramètre climatique sensiblement constant également.
L'enregistrement d'une valeur de courant électrique et d'une valeur du paramètre climatique simultanément à chaque couple correspondant de valeurs de pression et de température permet à l'unité d'enregistrement et de traitement d'assigner un même index à des valeurs de densité associées à des valeurs de courant électrique voisines entre elles et à des valeurs du paramètre climatique également voisines entre elles.
D'où il résulte qu'un taux de fuite indexé, calculé à partir de valeurs de densité de même index, ne dépend que d'une façon négligeable de l'écart sensiblement constant qui existe entre la température réelle du gaz diélectrique et la température mesurées par le capteur fixé sur l'enveloppe. La précision de mesure du taux de fuite indexé est ainsi améliorée, de même que la détermination du taux de fuite, obtenu par une moyenne de taux de fuite indexé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description illustrée par les dessins.
La figure 1 est un schéma bloc comprenant un appareillage électrique sur lequel est mis en oeuvre le procédé selon l'invention.
La figure 2 montre une série d'enregistrements effectués selon le procédé de l'invention.
La figure 3 montre deux tracés de calcul d'un taux de fuite indexé selon le procédé de l'invention.
Un appareillage électrique, par exemple un disjoncteur, est schématisé, figure 1, sous la forme d'un plein 4 disposé dans une enveloppe 1 cylindrique remplie d'un gaz diélectrique 7 comme le SF6 sous une pression de quelques bars. Le disjoncteur est relié à deux amenées de courant 3 et 5.
Un capteur de pression et un capteur de température sont fixés sur l'enveloppe par l'extérieur. Dans l'exemple de la figure 1, le capteur de pression 11 est équipé d'une sonde de température interne, et n'impose pas de monter un deuxième capteur de température.
Le capteur de pression communique avec le gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe par un conduit 9 relativement étroit qui contient la sonde de température et un détecteur de pression, par exemple une membrane élastique.
Le capteur de pression 11 délivre vers une unité d'enregistrement et de traitement 13 un couple de valeurs de pression P et de température T acquises simultanément. Les couples de valeurs sont enregistrés par exemple toutes les heures pendant une période de temps d'une année pour former une série annuelle d'enregistrements. Il est également prévu d'enregistrer les couples de valeurs de pression et de température d'une façon sporadique pendant cette période de temps, par exemple à chaque changement significatif de la température mesurée. Chaque couple de valeurs est traité par l'unité d'enregistrement et de traitement 13 pour calculer une valeur de la densité du gaz diélectrique contenu dans l'enveloppe en utilisant par exemple une équation d'état empirique et connue dans la littérature.
Selon l'invention, le procédé prévoit d'enregistrer simultanément à chaque couple de valeurs de pression et de température, une valeur du courant électrique traversant l'appareillage électrique, et une valeur d'un paramètre climatique du milieu dans lequel est disposée l'enceinte.
Dans l'exemple de la figure 1, un premier appareil de mesure 17 du type d'un ampèremètre est disposé en dérivation sur les deux amenées de courant 3 et 5 pour délivrer vers l'unité d'enregistrement et de traitement 13 une valeur de l'intensité I du courant électrique.
Un deuxième appareil de mesure 15 comprenant un thermomètre est disposé dans le milieu ambiant de l'enveloppe 3 qui est en général l'air atmosphérique, pour délivrer vers l'unité d'enregistrement et de traitement 13 une valeur de la température Text de l'air.
Il est prévu de mesurer avec l'appareil de mesure 15 d'autres paramètres climatiques du milieu ambiant de l'enveloppe 3, comme par exemple, le rayonnement solaire dirigé sur l'enveloppe, le degré d'humidité de l'air atmosphérique, ou la vitesse du vent, l'appareil de mesure 15 étant équipé de capteurs correspondant à chacun de ces paramètres climatiques.
Les valeurs du courant électrique et du paramètre climatique sont traitées par l'unité 13 pour assigner un index à la valeur de la densité calculée à partir de chaque couple correspondant de valeurs de pression et de température.
Sur la figure 2, on a représenté une série de n = 10 enregistrements acquis par l'unité 13, qui comportent chacun un couple de valeurs de pression Pn et de température Tn, une valeur de courant électrique, et une valeur de température de l'air.
Une valeur du courant électrique, en ampères, est admise dans l'un des quatre intervalles suivants : I1 = [0 - 500], I2 = [500 - 1000], I3 = [1000 - 1500] et I4 = [1500 - 2000]. Si la valeur du courant électrique n'est comprise dans aucun de ces intervalles, l'enregistrement est stocké dans une mémoire séparée de l'unité 13.
Une valeur de la température extérieure, en degrés celsius, est admise dans l'un des trois intervalles suivants : I5 = [-10 - 0], I6 = [0 - 10] et I7 = [10 - 20]. Si la valeur de la température extérieure n'est comprise dans aucun de ces intervalles, l'enregistrement est stocké dans une mémoire séparée de l'unité 13.
Un index est constitué par un intervalle de valeurs du courant électrique réuni à un intervalle de valeurs du paramètre climatique. Les quatre intervalles de valeurs de courant électrique et les trois intervalles de valeurs de la température extérieure forment par réunion deux à deux douze index distincts C1 à C12.
Les quatre valeurs de densité déterminées à partir des enregistrements qui portent les numéros 1, 4, 8 et 10 sont associées à quatre valeurs de courant électrique admises dans le même premier intervalle I1 et à quatre valeurs de la température de l'air admises dans le même deuxième intervalle I5. Ces quatre densités ont le même index C1 défini par la réunion de l'intervalle I1 et I5.
Les six valeurs de densité déterminées à partir des enregistrements qui portent les numéros 2, 3, 5, 6, 7 et 9 sont associées à six valeurs de courant électrique admises dans le même premier intervalle I4 et à six valeurs de la température de l'air admises dans le même deuxième intervalle I5. Ces six densités ont le même index C10 défini par la réunion de l'intervalle I4 et I5.
L'exemple de la figure 2, qui ne comprend qu'un paramètre climatique, se généralise aisément à plusieurs paramètres climatiques.
A l'issue de la série, ou en cours de série si le nombre d'enregistrements déjà acquis est suffisant, des valeurs de densité ayant un même index sont traitées pour calculer un taux de fuite indexé τi.
Figure 3, on a reporté des valeurs de densité en fonction du numéro des enregistrements pour les index C1 et C10 montrés dans la figure 2 et symbolisés respectivement par des triangles et des carrés. Ces valeurs s'organisent en deux ensembles distincts qui dessinent sensiblement deux droites. L'unité d'enregistrement et de traitement 13 effectue sur chaque ensemble de valeurs de densité de même index, une régression linéaire et calcule un taux de fuite indexé τ1 et τ10 par la pente de chacune des deux droites.
On remarque que les deux droites sont sensiblement parallèles entre elles et qu'elles sont décalées dans la direction de l'axe qui portent les valeurs de densité. Ce décalage s'interprète par deux écarts de température entre la température mesurée par le capteur et la température réelle du gaz diélectrique sensiblement constants pour chaque droite mais différent d'une droite à l'autre. Le parallélisme des droites illustre le fait que tout écart constant est pratiquement sans influence sur le taux de fuite indexé calculé à partir de valeurs de densité ayant le même index.
D'où il résulte que la précision de mesure des taux de fuite indexés et celle du taux de fuite τ, obtenu par une moyenne de taux de fuite indexé, est d'autant plus élevée que les intervalles de valeurs du courant électrique et du paramètre climatique réunis dans un index sont plus étroits.

Claims (7)

  1. Procédé pour déterminer un taux de fuite d'un gaz diélectrique (7) sous pression dans une enveloppe (1) d'un appareillage électrique, consistant à effectuer sur une certaine période de temps, des mesures de la température (T) et de la pression (P) du gaz à l'intérieur de l'enveloppe par l'intermédiaire d'un capteur de température et d'un capteur de pression (11) fixés sur l'enveloppe par l'extérieur, à déterminer une série de valeurs de densité du gaz à partir des couples correspondants de valeurs mesurées de pression et de température, et à déterminer le taux de fuite sur la base de cette série de valeurs de densité, caractérisé en ce que simultanément à la mesure d'un couple de température et de pression du gaz à l'intérieur de l'enveloppe, on mesure le courant (I) qui traverse l'appareillage disposé à l'intérieur de l'enveloppe et un paramètre climatique (Text) du milieu dans lequel est disposée l'enveloppe, pour assigner à la valeur de densité correspondant audit couple de valeurs mesurées de température et de pression, un index parmi un ensemble d'index différents (C1,C12), chaque index correspondant à un intervalle (I1 à I7) dans lequel se situe la valeur mesurée du courant et la valeur mesurée du paramètre climatique, en ce que on détermine sur la base des valeurs de densité ayant un même index, un taux de fuite correspondant à cet index, et en ce que sur la base des taux de fuite (τ1 à τ10) correspondant respectivement aux différents index, on détermine le taux de fuite du gaz dans l'enveloppe.
  2. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le paramètre climatique est la température de l'air dans lequel est disposée l'enveloppe.
  3. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le paramètre climatique est le rayonnement solaire traversant l'air dans lequel est disposée l'enveloppe.
  4. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le paramètre climatique est le degré d'humidité de l'air dans lequel est disposée l'enveloppe.
  5. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le paramètre climatique est la vitesse du vent de l'air dans lequel est disposée l'enveloppe.
  6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on détermine un taux de fuite correspondant à un index en effectuant une régression linéaire sur les valeurs de densité correspondant à cet index et dans lequel le taux de fuite du gaz dans l'enveloppe est déterminé en effectuant la moyenne des taux de fuite correspondant respectivement aux différents index.
  7. Le procédé selon la revendication 6, dans lequel la détermination des taux de fuite correspondant respectivement aux différents index et du taux de fuite du gaz dans l'enveloppe est effectuée par une unité d'enregistrement et de traitement (13) connectée audit capteur de pression et de température (11), l'unité d'enregistrement et de traitement enregistrant en mémoire de façon régulière ou sporadique chaque couple de valeurs mesurées de température et de pression ensemble avec une valeur de courant et une valeur de paramètre climatique.
EP98402639A 1997-10-23 1998-10-23 Procédé pour déterminer avec une grande précision un taux de fuite d'une enveloppe d'appareillage électrique Withdrawn EP0911846A1 (fr)

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