NO312925B1 - Kontaktkontroll - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår tilstandskontroll av elektriske kontakter i elkraftanlegg. Mer spesielt angår den en fremgangsmåte og anordning hvor det utføres nøyaktige resistansmålinger gjennom en eller flere kontakter ved forskjellige strømstyrker. Om resistansen er konstant og uavhengig av strømmen er kontakten god, mens en resistans som øker med økende strøm eller på andre måter ikke er konstant eller reproduserbar, gir en pålitelig indikasjon på at kontakten er dårlig eller overbelastet. Oppfinnelsen kan utnyttes generelt til å kontrollere alle typer elektriske kontakter mellom metalliske ledere.

Varmgang i de elektriske kontaktene, dvs. skjøtene mellom lederseksjonene i helkapslede, SF6-isolerte høyspenningskoblingsanlegg, som får utvikle seg over tid kan resultere i kostbart havari.

Konvensjonelle teknikker for tilstandskontroll av kontakter, det vil si termovisjon og 4-punkts motstandsmålinger, har begrensede muligheter til å påvise kont akt al dr ing inne i et SF6-anlegg på et tidlig stadium. Kapslingen skjermer for varmestrålingen, og om det måles en moderat motstandsøkning i en seksjon bestående av mange kontakter i serie, er det ikke mulig å finne ut om dette skyldes en betydelig økning i motstanden i én kontakt, en mindre økning i mange kontakter eller at ledertemperaturen er noe høyere enn ved forrige måling.

Fra teorien for elektriske kontakter er det kjent at slike kontakter som overbelastes vil ha en lokal temperaturøkning i de ørsmå kontaktpunktene. Ved moderat overbelastning vil kontaktmotstanden være noe høyere for store strømmer enn for.små, siden resistiviteten til metallet i kontaktpunktene øker med økende temperatur.

I mer ekstreme tilfeller kan temperaturen i kontaktpunktene bli så høy at det blir en lokal smelting. Dette vil kunne gi plutselige endringer i kontaktmotstanden, og vil ellers dramatisk øke hastigheten til kjemiske og metallurgiske prosesser som bidrar til å bryte ned kontakten. Eksempelvis vil smelting og korrosjonsprosesser raskt og irreversibelt kunne omforme ledende metall til oksider, sulfater eller andre isolerende eller dårlig ledende materialer.

Konvensjonelle metoder for målinger på elektriske kontakter i luft-isolerte elektriske anlegg kan i de fleste tilfeller måle eventuelle skader på de elektriske kontaktene i god tid før større skader har skjedd. Kontaktene er lett tilgjengelige og selv mindre kontaktskader kan detekteres med infrarøde kameraer eller ganske enkelt ved å sende en likestrøm på noen hundre ampere gjennom kontaktene og måle det resulterende spenningsfall over hver kontakt. Slike teknikker er imidlertid ikke egnet for å finne moderate kontaktskader inne i gass-isolerte rom. Metallveggene stopper infrarød stråling fra en svekket kontakt. Konvensjonelle motstandsmålinger mellom de eksterne kontaktpunktene har begrenset verdi idet målingene inkluderer mange kontakter i serie og det er vanskelig å skille en farlig resistansøkning i forårsaket av skade i én kontakt fra økninger av resistansen forårsaket av mindre og ufarlige skader i flere kontakter.

Blant de tidligere kjente metoder for å detektere dårlige kontakter er det for eksempel kjent fra DD 257885 Al å påtrykke korte strømpulser i mikrosekundområdet for deretter å detektere resulterende nye strømpulser forårsaket av gnistutladninger i de dårlige kontaktene.

US 5,721,688 beskriver et apparat og en metode for å måle på elektriske systemer, bl.a. batteritilstand, resistans i ledninger, kontakter, etc. Metoden er rettet spesielt mot strømforsyningssystemer og det benyttes en strømkilde som ved hjelp av en mikrodatamaskin styrer påtrykningen av forutbestemte strømsignaler og hvor det foretas målinger av de elektriske spenninger som dannes av de påtrykte strømmene og hvor i det minste én elektrisk egenskap ved systemet som testes blir beregnet.

Det er tidligere kjent fra US 3,816,812 en anordning for måling av resistansen til elektriske kontakter i elkraftanlegg. Anordningen omfatter en batteridrevet pulset strømkilde som i en av utførelsesformene omfatter oppladbare batterier og kondensatormidler.

Blant de tidligere kjente metoder for å detektere dårlige kontakter er det også metoder som utnytter den ulineære strømspenningskarakteristikken til dårlige kontakter ved at påtrykning av et sammensatt signal omfattende et likestrømssignal i kombinasjon med et vekselstrømssignal resulterer i feilsignaler, for eksempel et 2. harmonisk signal, dvs. et signal ved den doble frekvensen til det påtrykte testsignalet.

US 4,496,900 beskriver et apparat og en fremgangsmåte for ikke-destruktiv deteksjon av feil i ledere som gir opphav til ulineariteter i resistansen ved påtrykning av strømmer, der det påtrykte strømsignalet er et sammensatt veksel- og likestrømsignal.

US 3,500,188 beskriver en fremgangsmåte og et apparat for å måle den elektriske resistansen i elektriske koblinger ved å måle ulineariteten i resistansen som oppstår ved påtrykning av strøm. Et sammensatt signal som inneholder et vekselstrømsignal påtrykkes og høyere harmoniske av vekselstrømsfrekvensen finnes i det resulterende spennings signal et over ledningene som skal testes.

US 5,469,051 og US 4,213,087 beskriver fremgangsmåter og apparater for å teste elektriske ledningselementer ved produksjon av integrerte kretser hvor ulineariteten til resistansen bestemmes. US 5,496,051 beskriver at strømsignaler ved en første og en annen frekvens påtrykkes delene som skal testes. US 4,213,087 beskriver en fremgangsmåte hvor elementet som skal testes påtrykkes et tog av pulser, hvoretter den midlere strøm gjennom eller spenning over elementet gir et mål på en eventuell ulineær resistans i elementet.

Videre er det tidligere beskrevet en alternativ fremgangsmåte av M. Runde, A. Gjelsvik og A. Rein, i ''Method for detecting degraded cbntacts in gas insulated substations'<1>, Proe. 17th Int. Conf. Electrical Contacts, Nagoya, Japan, 1994, der strøm-spenningskarakteristikken for kontaktene fremskaffes ved at kontaktene påtrykkes pulsede likespenningssignaler med varierende spenning og å måle strømmen. Det nevnes imidlertid at en ulempe med denne metoden er knyttet til strømforsyningen. Selv om kontinuerlig operasjon av strømkilden ikke er påkrevd, er det klart at en likespenningsforsyning som er i stand til å avgi flere kiloampere blir både stor og kostbar.

Kilder som leverer kontinuerlig vekselstrøm (transformatorer) er prøvd ut tidligere, men dette gir svært store og tunge strømforsyninger. Videre er det tidligere prøvd å benytte batterier som likestrømskilde, men også dette gir uakseptabel tung strømkilde.

Runde m. fl. (1994) drøftet også muligheten for å benytte vekselspenningssignaler sammen med måling av den

tredje harmoniske komponent av den resulterende strømmen. Det er nevnt at denne metoden også har begrensninger. På grunn av det relativt store induktive spenningstapet vil det kreves en enda større kraftforsyning enn ved bruk av et

likespenningssignal. Videre må det muligens utføres en kalibrering for ulineariteter i strømkilden.

Pulsede, kondensatorbaserte strømkilder er som sådanne velkjent for ekempel fra US 6,184,662 Bl.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny fremgangsmåte og en anordning for kontroll av tilstanden til elektriske kontakter i elkraftanlegg, særlig i anlegg der kontaktene og hovedstrømbanen er innkapslet eller på annen måte vanskelig tilgjengelig, slik som i gassisolerte koblingsanlegg, hvormed vesentlige ulemper med de kjente fremgangsmåter og anordninger elimineres.

Det er et andre formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for kontroll av tilstanden til elektriske kontakter i elkraftanlegg, som også skaffer tilveie måledata som gjør det enkelt for en operatør å fastlå om en eller flere kontakter i et SF6 anlegg fremviser tegn på aldring.

Det er et tredje formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for kontroll av tilstanden til elektriske kontakter i elkraftanlegg som klarer seg med en lettere strømkilde enn tidligere kjente teknikker.

Det er et fjerde formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og anordning for kontroll av tilstanden til elektriske kontakter i elkraftanlegg som uten å åpne anlegget og uten at referanseverdier må være kjent, raskt og effektivt frembringer nøyaktige verdier for resistansen i en seksjon av hovedstrømbanen i anlegget slik at endringer i resistansen ved høy belastning lett kan konstateres.

Ovennevnte formål oppnås med en fremgangsmåte som ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at den elektriske strømmen utlades fra kondensatorer som er en del av strømkilden, slik at det dannes minst én unipolar strømpuls, med en fremre, stigende flanke som er vesentlig steilere enn strømpulsens bakre, fallende flanke, og idet strømpulsen har en maksimal amplitude eller topp i et område mellom flankene,

at tilnærmet sammenhørende verdier av strøm- og spenningsforløpene samples i det minste i området nær toppen av strømforløpet for å danne tidsrekker eller -sekvenser av sampler, respektive i ( n) og u ( n)

og at samplene tilføres en mikroprosessor eller datamaskin for beregning av resistansen.

En anordning for å oppnå de ovennevnte formål er ifølge den foreliggende oppfinnelse kjennetegnet ved de trekk som fremgår av kravene 12-15.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende forklares nærmere med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser en måleutrustning ifølge oppfinnelsen for tilstandskontroll av kontakter i SF6-anlegg. Figur 2 viser et forenklet kretsskjema over strømkilden, kabeltilkoblinger og el-anlegget, for eksempel et SFe-anlegg. Figur 3 viser strøm- og spenningsforløpet tatt opp på et SF6-anlegg. Figur 4 viser strømpulser som fremkommer når en kondensatorbank som er ladet opp til forskjellige spenninger, utlades gjennom et SF6-anlegg.

Figur 5 viser et sekvensdiagram for en måling.

Figur 6 viser hvordan inngangstrinnet for datainnsamlingen er sammensatt. Figur 7 viser et skjermbilde med målesampler for et helt måleforløp og de tilsvarende målesampler etter korrigering for nettstøy og likespenningsoffset. Figur 8 viser et skjermbilde av den beregnede impedansen og resistansen basert på målingene. Figur 1 viser en strømkilde 1 som tar sin elektriske energi fra nettet (220 VAC). Fra en måle- og kontrollenhet 2 mottar strømkilden 1 styresignaler via en signalkabel 5. Ved hjelp av signalkabelen 5 overfører strømkilden 1 et analogt signal fra en intern strømsensor tilbake til måle- og kontrollenheten 2. Strømkilden 1 er koblet til det elanlegget 3 som skal testes via tilledninger 4 som kobles til en luftlinjegjennomføring 8 på elanlegget.

Tilledningene 4 kan føre strømmen til elanlegget 3 ved tilkobling til en luftlinjegjennomføring 8, gjennom en isolert jordslutter, eller et annet tilgjengelig sted (Fig 1, 17A,17B). Strømmen sendes så gjennom den seksjonen av anlegget som skal undersøkes, ut i kapslingen gjennom en jordslutter 9, og deretter tilbake gjennom kapslingen til utgangspunktet. Tilledningene 4 bør forlegges mellom strømkilden 1 og elanlegget 3 på en slik måte at induktansen de danner blir minst mulig. I praksis innebærer det at tilledningene ikke bør forme et større areal eller en større sløyfe enn nødvendig — de kan med fordel tvinnes i den grad det lar seg gjøre.

Måleledninger 6 for spenningsmålingen kobles til på tilsvarende måte som for konvensjonelle 4-punkts motstandsmålinger. Det vil si at måleledningene må kobles til mellom tilkoblingspunktene (17A,17B) slik at motstanden i forbindelsen mellom tilledningene 4 og anlegget 3 ikke kommer med. Måleledningene 6 må kobles til slik at spenningsfallet i kapslingen ikke inkluderes. Måle- og kontrollenheten 2 er via måleledningene 6 forbundet til elanlegget 3 slik at en av måleledningene 6 er forbundet til gjennomføringen 8 på elanlegget 3 mens den andre måleledningen 6 er forbundet til elanleggets jordpotensiale ved hjelp av en isolert jordslutter 7.

Også når det gjelder måleledningene 6 er det en fordel å unngå store sløyfer. Spesielt dersom det er luftlinjer i nærheten med høy strømføring og således et kraftig magnetfelt, vil det kunne induseres endel støy rundt nettspenningsfrekvensen og dens harmoniske dersom måleledningene er ugunstig forlagt. Det beste er, om forholdene ligger til rette for det, å tvinne ledningen rundt kapselen på seksjonen som undersøkes.

Styresignalene fra måle- og kontrollenheten 2 bestemmer tidspunktet for en strømutladning fra strømkilden 1. Styresignalene bestemmer videre når strømkilden skal lade opp kondensatorene etter en strømutladning.

Figur 2 viser strømkilden mer detaljert og Figur 5 viser et typisk sekvensdiagram for et måleforløp. Strømkilden 1

inneholder en eller flere kondensatorer 11, som lades opp fra nettet v.h.a. en likeretter 10. Kondensatorene har en typisk kapasitans på 4 Farad. En typisk ladespenning er noen titalls volt. Kondensatorene kobles via en tyristor 13 og en

luftspole 14 til det elanlegget 3 som skal undersøkes, for eksempel et SF6-anlegg, med tilledninger 4. Tilledningenes resistans og induktans er antydet med symboler i Figur 2.

Måle- og kontrollenheten 2 kan være utstyrt med en "Start"-knapp slik at en operatør kan starte en måling manuelt. Ved operatørens aktivering av "start"-knappen sender måle- og kontrollenheten 2 et aktiveringssignal til en sekvensstyring 15 som kan være en del av strømkilden 1 og som styrer det videre forløpet av strømpulsene. Sekvensstyringen 15 styrer utladning og oppladning av strømkilden 1.

Et typisk forløp som illustrert i Figur 5 vil være at sekvensstyringen 15 sender et utkoblingssignal 37 til ladekretsen 10 i noen sekunder. Noen millisekunder, for eksempel 20 ms, etter at ladekretsen er deaktivert, sendes en triggepuls 38 til A/D-omvandlere 20 i måle- og kontrollenheten 2 slik at måling av tilnærmet sammenhørende verdier av strøm og spenning startes.

Sekvensstyringen 15 sender deretter en tennpuls 39 til tyristoren 13 som tennes og benyttes som et koblingselement. Den elektriske energien som er lagret i kondensatorene utlades så gjennom kretsen som skal undersøkes i form av en strømpuls 40. Formen på strømpulsen bestemmes av kretsparametrene, men forandres vanligvis svært lite fra strømpuls til strømpuls. Typisk vil stigetiden være svært kort, i størrelsesorden noen millisekunder, det vil si i samme størrelsesorden som for eksempel en kvart periode av nettsignalet, og etter at toppverdien er nådd følger et eksponentielt avtagende forløp, se også Figur 3. Strømpulsens amplitude kan komme opp i for eksempel 3000-5000 Ampere ved fulladete kondensatorer. Når strømpulsen har sin maksimalverdi 30, er kondensatorspenningen tilnærmet lik det resistive spenningsfallet i kretsen. Når strømmen begynner å avta, vil induktansene i kretsen prøve å opprettholde strømmen. En friløpsdiode 12 hindrer at kondensatorene 11 skades ved at de lades i reversretningen. Friløpsdioden vil også hindre svingninger i kretsen og sørge for at strømpulsen avtar langsommere etter toppen. Kondensatorene 11 lades helt eller nesten helt ut hver gang den leverer en strømpuls.

Etter hver strømpuls avslutter sekvensstyringen 15 utkoblingssignalet 37 til ladekretsen 10 slik at en ny opplading kan starte. Kondensatorene lades så opp til ønsket spenning.

Integrert i strømkilden 1 er det en luftspole 14 for å redusere kortslutningsstrømmen i tilfelle en uønsket klemmekortslutning og for å unngå skade på tyristoren 13.

Luftspolen virker også gunstig for strømpulsforløpet idet den

- medvirker til at strømpulsen avtar langsommere etter toppen. Strømkilden 1 omfatter også en strømsensor 16 omfattende en Rogowski-spole med en integrator for nøyaktig måling av

strømmen. Strømsensoren 16 skaffer til veie et spenningssignal som til enhver tid er proporsjonalt, med strømmen.

Tilledningene 4 som forbinder strømkilden 1 med kretsen som skal undersøkes, må ha et relativt stort tverrsnitt for at ikke spenningsfallet skal bli for stort og bør av samme grunn ikke være lengre enn nødvendig. De kan for eksempel være 70 mm<2> fleksible, gummi-isolerte kobberkabler, såkalt "sveisekabel". I praksis bør strømkilden 1 plasseres så nær tilkoblingspunktene 17A,17B på elanlegget som mulig. Oftest er det hensiktsmessig å bruke kapslingen som returleder, og å forbinde kablene til leder og jordsiden av en gjennomføring 3 som vist i Figur 1. For de største anleggene er det hensiktsmessig å plassere strømkilden 1 i en løfteheis eller lignende, avhengig av de stedlige forhold. Alle funksjonene til strømkilden 1 styres fra måle- og kontrollenheten 2, så en litt vanskelig tilgjengelig plassering av strømkilden 1 er derfor ikke særlig problematisk.

Måle- og kontrollenheten 2 inneholder analog-til-digital (A/D)-omvandlere 20 som har en differensiell kanal 20A for strømmåling og en for spenningsmåling 2OB. For å oppnå tilstrekkelig nøyaktighet i målingene bør A/D-omvandlerne ha 16 bit oppløsning og et avvik fra linearitet mindre enn 0,5% innenfor et måleområde på -5 til +5 Volt. De må også klare en samplingsfrekvens på 50 kHz. Eksempelvis kan komponenten TransGuard S14K17 benyttes.

Figur 6 viser i detalj hvordan inngangstrinnet 26 i måle- og kontrollenheten for omvandling av de analoge spenningene fra henholdsvis Rogowski-spolen og fra potensialforskjellen fra elanlegget til digitale tidsrekker. Begge signalene vil typisk ha en amplitude på inntil noen volt, og bare i liten grad inneholde frekvenskomponenter høyere enn noen hundre hertz. A/D-omvandlerne aktiveres ved at triggesignalet 38 (Fig. 5) påtrykkes A/D-omvandlernes triggeinngang 25.

For spenningsmålingen kan det benyttes vanlig koaksialkabel 23 der senterlederen ender i en stor krokodilleklemme 24 som kan kobles til elanlegget. Skjermen jordes gjennom chassis på måle- og kontrollenheten og føres helt frem til, men forbindes ikke ved målepunktet på anlegget. Kablene forbindes til måle- og kontrollenheten ved bajonettilkoplinger e.l.

For strømmålingen overføres signalet fra Rogowski-spolen 16 gjennom en tvinnet to-leder 22 med skjerm som er integrert i kabelen mellom strømkilden 1 og måle- og kontrollenheten 2.

Etter A/D-omvandling lagres de digitale dataene i

buffere 21 som kan lagre en hel måleperiode, eksemplevis 2500 sampler som svarer til en målesekvens på 50 ms lengde. Fra bufferne sendes måledataéne videre for digital filtrering, annen etterprosessering og beregning.

Måle- og kontrollenheten 2 filtrerer måleverdiene, beregner og trekker fra det induktive spenningsfallet, og bestemmer deretter resistansen i kretsen for tidspunktet når strømmen har sin maksimalverdi.

Figur 3 viser et mer detaljert bilde av et typisk strøm-og spenningsforløp tatt opp på et SF6-anlegg. Spenningen har et eksponentielt fallende forløp. Strømmen har en raskt stigende flanke 31, for så å nå en topp- eller maksimalverdi 30. Deretter har strømmen et fallende eksponentielt forløp 32. De analoge måleverdiene samples i måle- og kontrollenheten.

Strømforløpet samples i det minste i nærheten av toppen av strømforløpet 30. Samplene danner tidsrekken i ( n). En tilnærmet sammenhørende tidsrekke, u( n), samples for spenningsforløpet. En datamaskin eller mikroprosessor 50 (Fig.l) , som vanligvis vil være en integrert del av måle- og kontrollenheten 2, foretar den-videre behandling av samplene.

I en utførelsesform utføres påtrykningen av elektrisk strøm fra strømkilden 1 i form av en eneste strømpuls idet strøm- og spenningsforløpene samples et flertall ganger i løpet av strømpulsens fallende flanke for derved å danne tidsrekker i ( n) og u ( n) . Dermed vil strømf orløpet i( n) innta

et antall forskjellige verdier. I denne en-puls-varianten blir strømkilden fortrinnsvis ladet opp til en spenning som er høy nok til at den resulterende strømpulsens toppverdi 30 er i nærheten av anleggets merkestrøm. Anleggets merkestrøm er en annen kjent betegnelse for anleggets maksimale laststrøm.

I en annen utførelsesform utføres påtrykningen av elektrisk energi fra strømkilden 1 i form av et flertall strømpulser med varierende strømstyrke. Figur 4 illustrerer strømforløpet for et slikt sett med strømpulser 40A-C som fremkommer når kondensatorbanken lades opp til forskjellige spenninger før de lades ut. I det minste én av strømpulsene har en toppverdi som er i nærheten av anleggets merkestrøm.

Den videre behandling av tidsrekkene i( n) og u( n) har som mål å finne resistansen i kretsen ved forskjellige strømverdier. For en-puls utførelsen beregnes resistansen ved de forskjellige strømverdier på strømpulsens fallende flanke.-For fler-puls utførelsen beregnes resistansen ved strømpulsens topp for hver enkelt strømpuls. Idet strømpulsene har forskjellige toppverdier for strømmen dannes et sett med resistansverdier for varierende strømverdier.

Beregningene må ta hensyn til flere forhold. For det første kan strøm- og spenningsmålingene inneholde både høyfrekvent støy (fra radiosendere, utladninger, etc) og nettfrekvent støy (f.eks. 16 2/3 Hz, 50 Hz, eller 60 Hz) For det andre inneholder kretsimpedansen en induktiv komponent som må trekkes fra for å komme frem til resistansen.

Alle frekvenskomponenter over noen hundre Hz anses å være støy. Disse fjernes med et bratt digitalt filter 49. Et båndstopp FIR (Finite Impulse Response) filter med knekkfrekvens på 250 Hz og med en dempning på 44 dB er utprøvd og har fungert bra.

Nettfrekvent støy og likespenningsoffset fra A/D omvandlerne fjernes deretter ved å ta utgangspunkt i at denne typen støy er forutsigbar. Følgende prosedyre kan benyttes: 1) Sekvensstyringen 15 settes slik at datainnsamlingen starter opp ca 30 ms eller 1500 sampler før strømpulsen starter. Intervallet inneholder dermed normalt bare eventuell lavfrekvent støy samt likespenningsoffset fra A/D-omvandlerne . 2) Et utsnitt nøyaktig én nettperiode lang tas ut fra sampel nr. 250 til sampel nr. 1249 på hver kanal (forutsatt

50 kHz samplingsfrekvens).

3) Utsnittene kopieres to eller tre ganger og utsnittene legges etter hverandre slik at det dannes en 2500 sampler lang tidsrekke for hver kanal. Disse tidsrekkene brukes som et mål på lavfrekvent støy og likespenningsoffset. 4) Støytidsrekkene trekkes fra tidsrekkene for begge kanalene. 5) Resultatet i form av en 2500 elementer lang tidsrekke for hver kanal lagres og benyttes i etterfølgende beregninger. Tidsrekkene benevnes i( n) og u( n) der Kn<2500 for henholdsvis strøm- og spenningssignalet. Dimensjonen er henholdsvis [kA] og [V].

Figur 7 viser et bilde av tidsrekkene i( n) for strøm 44 og u( n) for spenning 45 både før og etter filtrering av nettfrekvent støy og korrigering for likespenningsoffset. I figur 7 viser de stiplede linjer målesamplene og de heltrukne linjene viser de korrigerte dataene. Kurveutsnittet i Figur 7 viser alle 2500 målesampler for et typisk måleforløp.

Ved nettfrekvenser er spenningsfallet over en seksjon av et SF6-anlegg i hovedsak induktivt, typisk X/R=3, der X er den reaktansen og R er resistansen.

Når en strømpuls sendes gjennom utgjør det resistive spenningsfallet en varierende del av det totale, målte spenningsfallet. Den resistive andelen er minst på strømpulsens stigende flanke da di/dt her er størst, og den er størst idet strømpulsen har sin toppverdi 30. Da er di/ dt=0 og den induktive delen av spenningsfallet dermed også lik null.

Resistansen i kretsen er heller ikke helt konstant, siden inntrengningsdybden til strømmen øker gjennom et strømpulsforløp. Resistansen er således noe høyere på strømpulsens stigende flanke 31 enn på den fallende flanken 32.

Utfordringen er essensielt å beregne det rent resistive bidraget til impedansen på en slik måte at små avvik kan finnes når resultatene fra flere pulser med forskjellig toppverdi for strømmen sammenlignes.

I en utførelsesform bestemmes først kretsens induktans, L, ved regresjon, og ut fra dette kan reaktansen gjennom en del av pulsforløpet finnes. Reaktansen trekkes så fra den målte impedansen, slik at det rent resistive bidraget blir igjen. Det resistive bidraget ved strømmens toppverdi tas som kretsens resistans.

Mer detaljert kan resistansen bestemmes ved at de to tidsrekkene i ( n) og u ( n) for Kn<2500 behandles på følgende måte;

1) Tidspunktet der strømmen har sin toppverdi bestemmes ved å finne ved hvilken n tidsrekken i ( n) har sin største verdi. Denne benevnes nmax. 2) Et utsnitt på 200 sampler trekkes ut fra strømmålingene i ( n) og spenningsmålingene u( n) rundt tidspunktet for strømmens toppverdi, dvs. for nmax- 99<n<nmaxi. 10o ■ 3) En ny tidsrekke didt( n) som er den deriverte av det 200 punkter lange utsnittet av strømsignalet bestemmes. Dette gjøres ved å beregne didt ( n) = [ i ( n+ 1)- i ( n) ] / 20 for nmax- 99<n<nmax+ 99' Denne rekken med 199 sampler får dimensjonen [MA/s]. 4) En ny tidsrekke didt_ over_ i ( n) = didt ( n) / i ( n) for

nmax- 99<n<nmax+ 99 bestemmes. Denne rekken får dimensjon [l/ms].

5) En ny rekke z ( n) = u( n) / i ( n) for naax- 99<n<nmax+ 99

bestemmes. Dimensjonen på z(n) blir [mQ] .

6) En lineær kurvetilpasning med eksempelvis minste kvadraters metode gjennomføres for å bestemme koeffisienten L i uttrykket z ( n) = R + L didt_ over_ i ( n) for nmax. 99<n<nmax+ 99. Dimensjonen på koeffisienten L blir [\ iH] . 7) En ny rekke r( n) = z ( n) - L didt_ over_ i ( n) beregnes

for nmax- 99<n<nmax+ 99.

8) Resistansen ved strømmens toppverdi r( nmax) avleses.

Figur 8 viser et bilde av tidsrekkene 46,47 for den beregnede impedansen z(n) og resistansen r(n) for et utsnitt av testforløpet nær tidspunktet for strømmens toppverdi 30. I dette utsnittet er resistanskurven 47 en tilnærmet flat

kurve. Eventuelle avvik fra en flat, horisontal kurve kan beregnes og utnyttes til å danne et mål for den statistiske usikkerheten i målingen.

Et mikroprosessorbasert system benyttes både for å implementere de ovenfor nevnte rutinene og for å bygge opp et brukergrensesnitt (presentasjon på skjermbilder). Eksempelvis kan det vises kurver av selve testforløpet og de beregnede tidsrekker som vist i Figur 7 og 8. På de samme bilder av testforløpet kan det også vises de viktigste resultater fra testforløpet, dvs. strømmens toppverdi og den tilhørende beregnede resistans. Dermed har brukeren en mulighet til å vurdere hvor gode testene er. Eventuelle alvorlige feil i testforløpene kan således enkelt identifiseres. Videre vises også de viktigste data i sekvensstyringen.

Det mikroprossesorbaserte systemet inneholder gjerne også vanlige funksjoner for lagring av flere testforløp, fremvisning av tidligere testforløp og funksjoner for overføring av måledata til en PC.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte ved kontroll av tilstanden til elektriske kontakter i elkraftanlegg, særlig i anlegg med en eller flere kontakter og der hele eller deler av hovedstrømbanen er innkapslet eller på annen måte vanskelig tilgjengelig, slik som i gassisolerte koblingsanlegg, omfattende påtrykning av elektrisk strøm (28) fra en strømkilde (1) som tilkobles hovedstrømbanen i nevnte elkraftanlegg (3), måling (16) av forløpet av den påtrykte strømmen, måling (2) av en resulterende elektrisk spenning som oppstår over et bestemt parti av hovedstrømbanen, og beregning av resistansen over nevnte parti på grunnlag av målingene av strøm og spenning som uttrykk for tilstanden til kontaktene, utlading av den elektriske strømmen fra i det minste en kondensator (11) som er en del av strømkilden (1), slik at det dannes minst én unipolar strømpuls (28), med en fremre, stigende flanke (31) som er vesentlig steilere enn strøm-pulsens bakre, fallende flanke (32), og idet strømpulsen har en maksimal amplitude eller topp (30) i et område mellom flankene, karakterisert ved at tilnærmet sammenhørende verdier av strøm- og spenningsforløpene samples (20A,20B) i det minste i området nær toppen av strømforløpet for å danne tidsrekker eller -sekvenser av sampler, respektive i ( n) og u ( n), der Kn<N hvor N er total antall sampler i hver tidsrekke, og at samplene tilføres en mikroprosessor eller datamaskin (50) for beregning av resistansen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at påtrykningen av elektrisk strøm fra strømkilden skjer i form av en eneste puls (28) og at strøm- og spenningsforløpene samples et flertall, N, ganger i løpet av strømpulsens fallende flanke (32) for derved å danne tidsrekkene i ( n) og u( n).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at påtrykningen av elektrisk strøm fra strømkilden skjer i form av et flertall pulser (40A,40B,40C) med varierende strømstyrke og at strøm-og spenningsforløpene samples i det minste en gang for hver puls, i området nær toppen av strømforløpet, for derved å danne tidsrekkene i ( n) og u ( n) .

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at i det minste én strøm-puls har en amplitude tilsvarende anleggets merkestrøm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at strømpulsen(e) har en stigetid tilsvarende størrelsesorden som for nettfrekvensen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at strømpulsenes form er tilnærmet lik.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at strøm- og spennings-forløpet samples fra et tidspunkt nær strømmens toppverdi og inntil strømmen har falt vesentlig fra denne, som for eksempel til omlag 1/3 av sin toppverdi.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-7 karakterisert ved at beregningen av resistansen omfatter et eller flere av følgende trinn; fjerning av likestrømsoffset, filtrering av høyfrekvent støy, filtrering av nettfrekvent støy og korreksjon for induktivt spenningsfall.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at korreksjonen for induktivt spenningsfall omfatter følgende trinn: identifisering av den sampel der strømforløpet har sin toppverdi, utdrag av et antall sampler fra strøm- og spenningsmålingene omkring tidspunktet for strømmens toppverdi, beregning av induktansen, L, ved lineær kurvetilpasning av samplene til formelen der AT er samplingsintervallet, og beregning av en ny tidsrekke der det induktive bidraget til spenningsfallet er trukket fra, slik at resultatet blir resistansen, r( n), som ønskes bestemt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at filtreringen av høy-frekvent støy skjer ved filtrering av signalene i et digitalt lavpassfilter (49).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at filtreringen av nettfrekvent støy og likespennings offset omfatter trinnene: dannelse av en tidsrekke som representerer nettfrekvent støy og likespennings-offset ved å ta ut et antall sampler tilsvarende én eller et helt antall nettperioder forut for påtrykning av strømpulsen fra tidsrekkene for å danne et utsnitt, kopiering av utsnittet et antall ganger idet disse kopiene legges etter hverandre for å danne to lengre tidsrekker (en spenningsstøytidsrekke og en strømstøytidsrekke), og subtraksjon av støytidsrekkene fra de registrerte strøm- og spenningsforløpene.

12. Anordning for kontroll av tilstanden til elektriske kontakter i elkraftanlegg, særlig i anlegg der kontaktene og hovedstrømbanen er innkapslet' eller på annen måte vanskelig tilgjengelig, såsom i gassisolerte koblingsanlegg, omfattende en strømkilde (1) som er innrettet til å kobles til hoved-strømbanen i et elkraftanlegg (3) og omfattende en eller flere kondensatorer (11) for å avgi i det minste én strømpuls (28) med en fremre, stigende flanke (31) som er vesentlig steilere enn strømpulsens bakre, fallende flanke (32) idet strømpulsen har en toppverdi (30) i et område mellom flankene, midler for strømmåling (16), en måle- og kontrollenhet (2) som er innrettet til å kobles til strømkilden for avgivelse av styresignaler og for mottak av målte strømverdier fra nevnte midler for strømmåling, og hvor måle- og kontrollenheten (2) er innrettet til å måle spenningen over hele eller et parti av hovedstrømbanen, karakterisert ved at måle- og kontrollenheten (2) omfatter et inngangstrinn (26) innrettet til å konvertere strøm- og spenningsmålingene til digitale tidsrekker eller -sekvenser, respektive i( n) og u ( n) , at en mikroprosessor eller datamaskin (50) er anordnet for innsamling, filtrering, lagring og videre bearbeiding av tidsrekkene, og at resistansen til hele eller et parti av hovedstrømbanen i anlegget beregnes i mikroprosessoren eller datamaskinen.

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at strømkilden er innrettet til å avgi en enkelt strømpuls og at måle- og kontrollenheten omfatter innretninger til å sample strøm- og spennings-forløpet flere ganger under den ene pulsens fallende flanke for-derved å skaffe tilveie tidsrekkene i ( n) og u( n) der verdiene varierer i løpet strømpulsens fallende flanke.

14. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at strømkilden er innrettet til å avgi et flertall pulser med varierende strømstyrke, og at måle- og kontrollenheten omfatter innretninger til å sample strøm og spenning i det minste en gang i løpet av hver puls, fortrinnsvis i nærheten av toppen av strømpulsen.

15. Anordning i følge ett av kravene 12-14, karakterisert ved at strømkilden omfatter ett eller flere av følgende elementer: en parallellkoblet friløpsdiode (12) over strømkildens kondensatorer, en seriekoblet luftspole (14) i strømkildens utgang og en strømsensor omfattende en Rogowski-spole (16) med integrator innrettet til å avføle strømmen fra strømkilden.