FR2730308A1 - Insulating gas density measuring system for circuit breakers - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA DENSITE D'UN GAZ
D'ISOLEMENT D'UN APPAREIL ELECTRIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure de la densité d'un gaz d'isolement d'un appareil électrique.METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE DENSITY OF A GAS
OF ISOLATION OF AN ELECTRIC DEVICE
The present invention relates to a method and a device for measuring the density of an insulating gas of an electrical appliance.
Les appareils électriques, tels que les disjoncteurs conventionnels sur colonnes isolantes en porcelaine ou en isolants synthétiques, ainsi que les postes sous enveloppe métalliques à la terre, dits postes blindés, utilisent souvent un gaz d'isolement à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, de formule chimique SF6. Electrical devices, such as conventional circuit breakers on porcelain insulating columns or in synthetic insulators, as well as substations in earthed metal casings, called shielded substations, often use an insulating gas with good dielectric properties, such as sulfur hexafluoride, with chemical formula SF6.
Les diverses caractéristiques de ces apareils, tels que le pouvoir de coupure ou la tenue diélectrique, dépendent de la densité du gaz d'isolement. Selon les normes, la démonstration de leur capacité d'interruption, leur tenue diélectrique, etc..., est effectuée au seuil minimal de densité garantie par le constructeur. The various characteristics of these devices, such as breaking capacity or dielectric strength, depend on the density of the insulating gas. According to the standards, the demonstration of their capacity for interruption, their dielectric strength, etc., is carried out at the minimum density threshold guaranteed by the manufacturer.
Pour surveiller la densité du gaz d'isolement et détecter le seuil minimal de bon fonctionnement, chaque appareil ou compartiment renfermant du gaz est équipé d'un appareil de mesure de la densité du gaz, appelé densimètre. To monitor the density of the insulating gas and detect the minimum operating threshold, each device or compartment containing gas is equipped with a device for measuring the density of the gas, called a density meter.
Ces densimètres peuvent mettre en oeuvre des principes physiques différents, par exemple la variation de la fréquence d'oscillation d'un quartz ou la déformation d'une membrane associée à un calcul de compensation en température, ou encore la comparaison de pression avec un volume de référence rempli du même gaz. Cette liste n'est pas limitative.These hydrometers can implement different physical principles, for example the variation of the oscillation frequency of a quartz or the deformation of a membrane associated with a temperature compensation calculation, or even the comparison of pressure with a volume. reference filled with the same gas. This list is not exhaustive.
Le bon fonctionnement de ces densimètres suppose qu'ils sont à la même température que le gaz dont ils sont censés mesurer la densité. I1 est connu en effet que la pression P d'un gaz et sa masse spécifique p sont liés par la relation approchée:
P=pKT
dans laquelle K est une constante et T est la température absolue du gaz.The proper functioning of these hydrometers assumes that they are at the same temperature as the gas whose density they are supposed to measure. It is known in fact that the pressure P of a gas and its specific mass p are linked by the approximate relation:
P = pKT
where K is a constant and T is the absolute temperature of the gas.
Tout pourcentage d'erreur sur T entraîne un pourcentage d'erreur égal sur p à une pression P donnée. Any percentage of error on T gives a percentage of error equal to p at a given pressure P.
Les densimètres sont installés d'une façon quasi générale, pour les disjoncteurs conventionnels sur colonnes isolantes, au pied des colonnes. A cet endroit, si la pression est évidemment la même que dans les chambres de coupure puisque les pressions s'égalisent toujours dans des volumes en communication, la température y est, par contre, notablement plus basse que dans la chambre de coupure lorsque celle-ci est traversée par le courant nominal. Density meters are installed almost generally, for conventional circuit breakers on insulating columns, at the foot of the columns. At this point, if the pressure is obviously the same as in the interrupting chambers since the pressures are always equalized in communicating volumes, the temperature there is, on the other hand, appreciably lower than in the interrupting chamber when the latter this is crossed by the nominal current.
La situation est analogue pour les postes blindés. En effet, de façon quasi générale également, les densimètres sont installés à la surface extérieure des enveloppes métalliques. Ces enveloppes sont, de même que précédemment, notablement plus froides que les organes de coupure ou que les barres qu'lles contiennent. Un gradient de température s'établit en effet entre le centre des appareils et les parois extérieures. De même que précédemment, la même pression règne dans tout le volume, mais les températures étant différentes, le gaz ne présente pas la même densité partout. Elle est plus faible au centre vers les parties chaudes que vers l'extérieur. The situation is similar for armored posts. In fact, almost also generally, the hydrometers are installed on the outside surface of the metal casings. These envelopes are, as previously, considerably colder than the cut-off members or the bars which they contain. A temperature gradient is established between the center of the devices and the outer walls. As before, the same pressure prevails throughout the volume, but the temperatures being different, the gas does not have the same density everywhere. It is weaker in the center towards the hot parts than towards the outside.
A titre d'exemple, il est fréquent que dans une chambre de coupure de disjoncteur conventionnel, traversée par le courant de charge, la température du gaz à l'intérieur de cette chambre soit de 300 supérieure à la température ambiante. En prenant un température ambiante à 200C, soit 293K, l'erreur sur la densité mesurée est de 10k environ. Pour une pression de seuil de 5 bars à 200C, l'erreur traduite en pression est de 500 millibars. For example, it is frequent that in a conventional circuit breaker breaking chamber, crossed by the charging current, the temperature of the gas inside this chamber is 300 higher than the ambient temperature. By taking an ambient temperature at 200C, or 293K, the error on the measured density is about 10k. For a threshold pressure of 5 bars at 200C, the error translated into pressure is 500 millibars.
Quand on sait que les pouvoirs de coupure, en défaut de ligne par exemple, sont sensibles à des réglages de pression d'environ 100 millibars, et que pour tirer au plus juste le dimensionnement de leurs appareils, les constructeurs demandent des densimètres ayant une précision au moins égale en valeur absolue à 50 millibars, on voit qu'une erreur de 500 millibars est aberrante. When we know that the breaking powers, for example in line failure, are sensitive to pressure settings of about 100 millibars, and that to get the most from the sizing of their devices, the manufacturers ask for density meters with precision at least equal in absolute value to 50 millibars, we see that an error of 500 millibars is aberrant.
Un but de la présente invention est de réaliser un densimètre pouvant tenir compte avec autant de précision que possible, de la température réelle existant au sein des appareils isolés au gaz, dans la zone la plus chaude où règne la densité la plus faible. Or il est très difficile et très coûteux de mesurer la température exacte dans la chambre de coupure des disjoncteurs conventionnels, ou auprès des contacts ou des barres des postes blindés en raison de l'obstacle de la tension électrique. An object of the present invention is to produce a hydrometer which can take into account as accurately as possible the actual temperature existing within gas-insulated apparatus, in the hottest zone where the lowest density prevails. However, it is very difficult and very expensive to measure the exact temperature in the breaking chamber of conventional circuit breakers, or with contacts or bars of shielded substations due to the obstacle of the electrical voltage.
L'invention se fonde sur l'observation que l'échauffement, c'est-à-dire l'écart par rapport à la température ambiante, au sein d'un appareil électrique, est une fonction croissante et monotone du courant qui traverse les appareils. The invention is based on the observation that the heating, that is to say the deviation from ambient temperature, within an electrical appliance, is an increasing and monotonous function of the current which flows through the appliances.
Le procédé de l'invention pour déterminer la densité d'un gaz au sein d'un appareil électrique, au moyen d'un densimètre placé dans un endroit à la température ambiante et relié à la pression interne de l'appareil, comprend les opérations suivantes:
- on établit préalablement, pour chaque type d'appareil, et pour au moins une valeur donnée de la température ambiante, la courbe d'échauffement AT en fonction de l'intensité I du courant traversé,
- on mesure l'intensité actuelle 1a qui traverse l'appareil et on en déduit l'échauffement actuel ATa par rapport à la température ambiante Ta mesurée,
- on applique à la valeur da fournie par le densimètre une correction par un facteur multiplicatif égal à:
(1 - ATa/Ta). The method of the invention for determining the density of a gas within an electrical appliance, by means of a hydrometer placed in a place at ambient temperature and connected to the internal pressure of the appliance, comprises the operations following:
- one establishes beforehand, for each type of device, and for at least one given value of the ambient temperature, the temperature rise curve AT as a function of the intensity I of the current crossed,
the current intensity 1a which crosses the apparatus is measured and the current overheating ATa is deduced therefrom with respect to the measured ambient temperature Ta,
- a correction is applied to the value da provided by the hydrometer by a multiplicative factor equal to:
(1 - ATa / Ta).
L'invention a également pour objet un dispositif pour la détermination de la densité d'un gaz au sein d'un appareil électrique, au moyen d'un densimètre placé dans un endroit à la température ambiante Ta et relié à la pression interne de l'appareil , caractérisé en ce qu'il comprend des tables des valeurs de l'échauffement du gaz au sein de l'appareil en fonction de l'intensité qui le traverse pour au moins une valeur de la température ambiante, des moyens pour mesurer la valeur de l'intensité du courant dans l'appareil, et des moyens pour déterminer, en fonction de la valeur du courant et en fonction des tables précitées, la valeur de l'échauffement ATa par rapport à la température ambiante, la valeur dc de la densité recherchée étant égale à:
da. (1-ATa/Ta). The invention also relates to a device for determining the density of a gas within an electrical appliance, by means of a hydrometer placed in a place at ambient temperature Ta and connected to the internal pressure of the apparatus, characterized in that it comprises tables of the values of the heating of the gas within the apparatus as a function of the intensity which passes through it for at least one value of the ambient temperature, means for measuring the value of the current intensity in the apparatus, and means for determining, as a function of the value of the current and as a function of the aforementioned tables, the value of the temperature rise ATa with respect to the ambient temperature, the value dc of the density sought being equal to:
da. (1-ATa / Ta).
De préférence, les valeurs de l'intensité du courant et de la densité da fournie par le densimètre sont numérisés et adressés à un ordinateur qui contient en mémoire les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température pour au moins une valeur de la température ambiante et qui est programmé pour fournir le produit da. (l-ATa/Ta) -
Lorsque ladite mémoire ne contient les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température que pour une seule valeur de la température ambiante, le programme comprend un sous-programme fournissant une correction supplémentaire tenant compte de l'écart entre la valeur actuelle de la température ambiante et le valeur de la température ambiante mémorisée.Preferably, the values of the current intensity and of the density da supplied by the hydrometer are digitized and sent to a computer which stores in memory the values of the heating of the apparatus as a function of the temperature for at least one room temperature value and which is programmed to supply the product da. (l-ATa / Ta) -
When said memory contains the values of the temperature rise of the device as a function of the temperature for only one value of the ambient temperature, the program includes a subroutine providing an additional correction taking into account the difference between the value current room temperature and the stored room temperature value.
Lorsque ladite mémoire contient les valeurs de l'échauffement de l'appareil en fonction de la température pour plusieurs valeurs de la température ambiante, le programme comprend un sous-programme complémentaire d'interpolation entre les diverses courbes d'échauffement. When said memory contains the values of the heating of the apparatus as a function of the temperature for several values of the ambient temperature, the program comprises a complementary subroutine of interpolation between the various heating curves.
Un exemple de mise en oeuvre du procédé est décrit en référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est un diagramme représentant l'échauffement par rapport à la température ambiante du gaz à l'intérieur de l'appareil,
- la figure 2 est un schéma d'une installation de mesure de la densité d'un gaz dans un pôle d'un disjoncteur conventionnel.An example of implementation of the method is described with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 is a diagram representing the heating with respect to the ambient temperature of the gas inside the appliance,
- Figure 2 is a diagram of an installation for measuring the density of a gas in a pole of a conventional circuit breaker.
La Fig. 1 montre, pour plusieurs valeurs de la température ambiante, les échauffements par rapport à cette dernière du gaz au sein d'un pôle de disjoncteur conventionnel, en fonction du rapport I/In du courant traversant le pôle par rapport au courant nominal. On a représenté trois courbes pour des températures ambiantes de 10, 20 et 30 OC. Si les essais effectués ne permettent pas toujours d'obtenir toutes ces courbes, on disposera dans tous les cas d'une courbe par exemple à la température ambiante de 200C. Fig. 1 shows, for several values of the ambient temperature, the overheating with respect to the latter of the gas within a conventional circuit breaker pole, as a function of the I / In ratio of the current passing through the pole relative to the nominal current. Three curves have been shown for ambient temperatures of 10, 20 and 30 OC. If the tests carried out do not always make it possible to obtain all of these curves, there will in all cases be a curve for example at ambient temperature of 200C.
Dans la figure 2, la référence 1 désigne un pôle d'un disjoncteur conventionnel, situé dans un poste en plein air. In Figure 2, reference 1 designates a pole of a conventional circuit breaker, located in an outdoor station.
Un densimètre 2, placé à la température ambiante, par exemple à l'extérieur sur un mur d'un local 4 d'exploitation du poste, est en communication avec la pression interne du pôle par une canalisation 5.A hydrometer 2, placed at ambient temperature, for example outside on a wall of a room 4 for operating the station, is in communication with the internal pressure of the pole by a pipe 5.
Un transformateur de courant 8, disposé au voisinage du pôle et équipant naturellement le poste, fournit la valeur de l'intensité actuelle Ia du courant traversant le pôle. Cette information est acheminée au local 4, par exemple par une liaison optique 9; l'information peut être affichée sur un afficheur 10. A current transformer 8, disposed in the vicinity of the pole and naturally equipping the station, supplies the value of the current intensity Ia of the current passing through the pole. This information is sent to room 4, for example by an optical link 9; the information can be displayed on a display 10.
L'opérateur dispose d'un calculateur 12 et d'un programme de calcul et de lecture des données précitées relatives aux échauffements du pôle 1 qui ont été enregistrées sur une disquette 13 lors des essais du pôle. The operator has a computer 12 and a program for calculating and reading the aforementioned data relating to the heating of the pole 1 which were recorded on a floppy disk 13 during the tests of the pole.
L'opérateur, après avoir chargé la disquette dans l'ordinateur, introduit la valeur du courant actuel 1a du pâle, la valeur de la température ambiante actuelle Ta fournie par un thermommètre 14 (disposé extérieurement au local) et la valeur de la densité da mesurée par le densimètre 2. Le calculateur élabore, à partir des données, l'échauffement dans le pôle par rapport à l'ambiante actuelle et fournit la valeur dc corrigée de la densité, égale à:
da . < 1 - ATa/Ta)
Dans le cas où les valeurs des échauffements n'ont été déterminées que pour une seule valeur Tao de la température ambiante, l'opérateur introduira cette valeur pour le calcul de la correction; mais le programme pourra comporter un sous-programme de correction complémentaire.Cette correction du second ordre peut par exemple être un facteur multiplicatif approximatif [1 - (Tao - Ta)/ Tao], où Ta représente la température ambiante mesurée.The operator, after having loaded the floppy disk into the computer, enters the value of the current current 1a of the light, the value of the current ambient temperature Ta supplied by a thermometer 14 (arranged outside the room) and the value of the density da measured by the hydrometer 2. The computer calculates, on the basis of the data, the temperature rise in the pole compared to the current ambient and provides the value dc corrected for the density, equal to:
da. <1 - ATa / Ta)
If the temperature rise values have only been determined for a single Tao value of the ambient temperature, the operator will enter this value for the calculation of the correction; but the program may include a complementary correction subroutine. This second order correction can for example be an approximate multiplying factor [1 - (Tao - Ta) / Tao], where Ta represents the measured ambient temperature.
Si les valeurs des échauffements ont été établies pour plusieurs valeurs de la température ambiante, comme le montre la Fig.l, le programme pourra comporter un sousprogramme complémentaire d'interpolation entre les diverses courbes de la Fig.1. If the temperature rise values have been established for several values of the ambient temperature, as shown in Fig.l, the program may include an additional subprogram for interpolation between the various curves in Fig.1.
Bien entendu, la fourniture de la densité corrigée peut être complètement automatisée et fournie en permanence. Of course, the supply of the corrected density can be completely automated and supplied continuously.
I1 suffit de munir les appareils de mesure du courant, de la densité et de la température ambiante de convertisseurs analogique-digital appropriés et de les connecter directement à l'ordinateur. Celui-ci sera programmé pour fournir une alarme au cas où la valeur corrigée de la pression atteindrait un seuil donné. It is sufficient to provide the current, density and ambient temperature measuring devices with suitable analog-to-digital converters and to connect them directly to the computer. This will be programmed to provide an alarm in case the pressure corrected value reaches a given threshold.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications de détail et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. The invention is not limited to the example described. In particular, without departing from the scope of the invention, it is possible to make detailed modifications and replace certain means with equivalent means.
Claims (5)
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| ST | Notification of lapse | ||
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| CD | Change of name or company name |