PL181035B1

PL181035B1 - Sposób i układ do wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego w komorze łączeniowej aparatu elektrycznego

Info

Publication number: PL181035B1
Application number: PL96312652A
Authority: PL
Inventors: Edmond Thuries; Jean-Pierre Dupraz
Original assignee: Gec Alsthom T & D Sa
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2001-05-31
Also published as: CN1146012A; ATE186159T1; PL312652A1; US5693873A; AU4336596A; CN1051613C; EP0726630B1; BR9600350A; EP0726630A1; DE69604842D1; ES2138296T3; CA2169013A1; DE69604842T2; AU692652B2

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego w komorze łączeniowej aparatu elektrycznego.

Aparaty elektryczne, na przykład konwencjonalne bezpieczniki na kolumnach izolacyjnych, wykonanych z porcelany lub syntetycznych materiałów izolacyjnych, jak również stacje w uziemionych osłonach metalowych, na przykład tzw. metalizowanych, często zawierają gaz izolacyjny o dobrych właściwościach dielektrycznych, zwłaszcza sześciofluorek siarki o wzorze chemicznym SF₆.

Różne parametry tego rodzaju aparatów, na przykład ich moc wyłączania, lub właściwości dielektryczne, zależą od gęstości gazu izolacyjnego. Zgodnie z normami są one testowane na moc wyłączania, właściwości dielektryczne i tym podobne, przy minimalnej gęstości gwarantowanej przez wytwórcę, na przykład przy 30 kg/m³ w przypadku SF₆

Na przykład z opisów patentowych nr DE-A-3428322, DE-A-2607158 i DE-A-3910696 znane są sposoby i układy do monitorowania właściwości i charakterystyk gazu izolacyjnego w metalizowanej instalacji przełączającej wspomnianego rodzaju, zwłaszcza sposób i układ do monitorowania ciśnienia gazu wewnątrz komory układu przerywacza w funkcj i temperatury otoczenia komory. Żaden z tych przedstawionych sposobów i systemów nie może być użyty dla dokładnego określenia gęstości gazu izolacyjnego w pobliżu elementów przenoszących prąd elektryczny, ponieważ temperatura jest mierzona na zewnątrz komory i nie odpowiada faktycznej temperaturze panującej wewnątrz komory.

W celu monitorowania gęstości gazu izolacyjnego i wykrywania jego poziomu minimalnego dla prawidłowej pracy, każdy aparat elektryczny, bądź komora zawieraj ąca ten gaz, j est zaopatrzona w urządzenie do pomiaru gęstości gazu, zwane densymetrem. Densymetry mogą działać na różnych zasadach fizycznych, na przykład na zasadzie zmiany częstotliwości drgań kryształu, bądź na zasadzie odkształcania przepony, w połączeniu z obliczaniem kompensacji termicznej, bądź na zasadzie rzeczywistego porównania ciśnienia, dokonywanego z wykorzystaniem przestrzeni porównawczej, wypełnionej tym samym gazem.

Prawidłowość działania takich densymetrów wymaga założenia, że znajdująsię one w tej samej temperaturze co gaz, którego gęstość należy zmierzyć. Wiadomo, że gęstość p gazu związana jest z jego temperaturą T i ciśnieniem P zależnością:

p=F(T, P)

Pewnien błąd względny temperatury T zwiększa odpowiednio błąd względny gęstości gazu p przy danym ciśnieniu P.

W przypadku konwencjonalnych bezpieczników instalowanych na kolumnach izolacyjnych, desymetry prawie zawsze instalowane sąu podstawy kolumny. Jakkolwiek ciśnienie jest w zasadzie takie samo w tym miejscu, jak ciśnienie w komorach łączeniowych, to jeżeli ciśnienie w połączonych przestrzeniach zawsze się wyrównuje, to temperatura w tym miejscu jest znacznie niższa od temperatury w komorze łączeniowej, kiedy komora przepuszcza prąd o wartości nominalnej.

Podobna sytuacja występuje w przypadku kolumn metalizowanych. Przy tym podobnie, obowiązuje ogólna zasada dotycząca desymetrów, polegająca na instalowaniu ich na zewnątrz obudowy metalowej. Jak w powyższym przypadku, obudowy są znacznie chłodniejsze niż człony łączeniowe, bądź znajdujące się w nich szyny zbiorcze. Między środkiem wnętrza tego rodzaju aparatu i jego ścianami zewnętrznymi ustala się pewien gradient temperatury. Jak w powyższym przypadku, w całym wnętrzu panuje to samo ciśnienie, a ponieważ wartości temperatury

181 035 są różne, to gaz nie wszędzie ma tę samągęstość. Gęstość jest mniejsza bliżej środka, gdzie znajdują się części o wyższej temperaturze, niż we pobliżu ścian zewnętrznych.

Dla przykładu, w przypadku komory łączeniowej konwencjonalnego bezpiecznika przenoszącego prąd obciążenia, zawiera ona gaz o temperaturze o około 30°C wyższej od temperatury otoczenia. Zakładając, że temperatura otoczenia wynosi 20°C, błąd pomiaru gęstości wynosi około 10%. Dla ciśnienia progowego wynoszącego 0,5 MPa (5 bar) przy temperaturze 20°C, błąd wyrażony w jednostkach ciśnienia wynosi 500 hPa (500 milibar).

Jeżeli dopuszczalna moc wyłączania, na przykład przy uszkodzeniu linii, zmienia się wyraźnie już przy zmianach ciśnienia rzędu 100 hPa (100 milibar) i jeżeli występuje potrzeba nadmiernego wymiarowania aparatu, to wytwórcy żądają urządzeń do pomiaru ciśnienia, których dokładność, w jednostkach bezwzględnych jest lepsza od 50 hPa (50 milibar), tak więc widać, że błąd rzędu 500 hPa (500 milibar) jest zbyt duży.

Sposób wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego w komorze łączeniowej aparatu elektrycznego, w którym mierzy się temperaturę odniesienia na zewnątrz aparatu elektrycznego i w jego pobliżu za pomocą czujnika temperatury oraz mierzy się ciśnienie gazu izolacyjnego wewnątrz aparatu elektrycznego za pomocą czujnika ciśnienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że mierzy się wielkość prądu przepływającego przez aparat elektryczny i ustala się wielkość przyrostu temperatury gazu powyżej temperatury odniesienia za pomocą mikroprocesora komputera, w którego pamięci przechowuje się wartości przyrostu temperatury gazu w funkcji wielkości prądu i różnych wartości temperatury odniesienia, następnie oblicza się skorygowaną temperaturę gazu za pomocą sumatora, w którym sumuje się temperaturę odniesienia i przyrost temperatury gazu, następnie oblicza się gęstość pgazu izolacyjnego za pomocą przelicznika komputera, w którego pamięci przechowuje się równania stanu gazu p - F(T, P) zadane w postaci tabelarycznej.

Korzystnym jest, że wprowadza się poprawkę do określonej za pomocą obliczeń wielkości przyrostu temperatury gazu za pomocą mikroprocesora z pamięcią, w której przechowuje się zestaw tablic korekcyjnych odpowiadających ogólnemu stanowi aparatu elektrycznego, w zależności od stanu otwarcia lub zamknięcia wyłączników sekcyjnych umieszczonych w tym samym obwodzie co aparat elektryczny.

Korzystnym jest, że wprowadza się poprawkę do określonej za pomocą obliczeń wielkości przyrostu temperatury gazu za pomocą mikroprocesora, do którego wprowadza się informację o warunkach pogodowych zarejestrowanych za pomocą sondy, która ma taką samą wrażliwość na złe warunki pogodowe (wiatr, śnieg) jak gaz izolacyjny w aparacie elektrycznym.

Układ do wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego w komorze łączeniowej aparatu elektrycznego, zaopatrzony w czujnik temperatury umieszczony w pobliżu aparatu elektrycznego, dla pomiaru temperatury odniesienia, oraz czujnik ciśnienia gazu izolacyjnego w aparacie elektrycznym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzony w urządzenie pomiarowe wielkości prądów płynących przez aparat elektryczny, połączone z mikroprocesorem, którego wyjście informacji o przyroście temperatury gazu powyżej temperatury odniesienia w funkcji wielkości prądów i dla różnych temperatur odniesienia jest dołączone do wejścia sumatora, do którego drugiego wejścia jest dołączony czujnik temperatury swym wyjściem informacji o temperaturze odniesienia, a wyjście informacji o skorygowanej temperaturze gazu sumatora jest dołączone do wejścia przelicznika komputera, do którego drugiego wejścia jest dołączone wyjście informacji o ciśnieniu gazu czujnika ciśnienia, przy czym w pamięci przelicznika komputera są przechowywane równania stanu gazu do obliczenia gęstości p gazu w funkcji ciśnienia i temperatury.

Korzystnym jest, że wyjście informacji o wielkości temperatury odniesienia czujnika temperatury, wyjście informacji o wielkości ciśnienia gazu czujnika ciśnienia, oraz wyjścia informacji o wielkości prądów urządzenia pomiarowego, są połączone z komputerem poprzez łącza kończące się w pomieszczeniu, w którym znajduje się komputer zaopatrzony w przelicznik i mikroprocesor.

181 035

Korzystnym jest, że dodatkowo do mikroprocesora komputerajest dołączona sonda, swym wyjściem informacj i o warunkach pogodowych, usytuowana w pobliżu aparatu elektrycznego.

Korzystnym jest, że czujnik ciśnienia gazu jest połączony ze skompensowanym termicznie obwodem elektrycznym.

Korzystnym jest, że czujnik ciśnienia gazu jest umieszczony w termostacie.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia sposób i system do wyznaczania gęstości gazu w strefie niedostępnej aparatu elektrycznego, przy dobrej dokładności, zgodności z wymaganiami technicznymi i obowiązującymi normami.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ilustrujący sposób przeprowadzania wyznaczania gęstości gazu w strefie niedostępnej wewnątrz aparatu elektrycznego, fig. 2 - zmiany przyrostu temperatury gazu w funkcji gwałtownych zmian prądu, z ukazaniem termicznych stałych czasu aparatu, a fig. 3 przedstawia układ do pomiaru gęstości gazu izolacyjnego w konwencjonalnym bezpieczniku, zainstalowanym w otwartej przestrzeni, w widoku poglądowym.

Jak przedstawiono na fig. 1 czujnik temperatury 10 jest umieszczony możliwie blisko monitorowanej przestrzeni. W sprzęcie z metalizacją czujnik temperatury jest umieszczony w sąsiedztwie obudowy metalowej, a w przypadku bezpiecznika typu konwencjonalnego umieszczonego na kolumnach izolacyjnych, stosuje się czujnik do pomiaru temperatury otoczenia panującej wokół kolumn z bezpiecznikami, usytuowany zwykle u podstawy kolumny. Za pomocą czujnika temperatury 10 mierzy się temperaturę odniesienia T_REF

Na wyjściu mikroprocesora 15 odbiera się obliczony przyrost temperatury gazu ΔΤ, to znaczy różnicę między temperaturą wewnątrz aparatu, w sąsiedztwie przewodów, a temperaturą odniesienia T_REF.

Do wejść mikroprocesora 15 doprowadza się informacje o wielkości prądów I_A, I_B, I_cprzepływających przez różne tory fazowe aparatu elektrycznego. Jeżeli aparat ten składa się z trzech identycznych elementów jednofazowych, to wykorzystuje się wartość pojedynczego prądu, na przykład najwyższą. W pamięci mikroprocesora przechowywane są wartości przyrostu temperatur w funkcji wartości prądów, dla różnych wartości temperatury odniesienia. Te wartości przyrostu temperatury wyznaczone są albo doświadczalnie u wytwórcy, który wykonał aparat, albo za pomocą modelu matematycznego.

Dokładność obliczenia przyrostu temperatury gazu ΔΤ zwiększa się przez wprowadzenie poprawki uwzględniającej otwarcie lub zamknięcie wyłączników sekcyjnych przyporządkowanych do aparatu, ponieważ przyrosty temperatury różniąsię, zależnie od stanu tych wyłączników sekcyjnych. Z wyjść czujnika 19 stanu wyłączników sekcyjnych doprowadza się do mikroprocesora 15 sygnały informacyjne o stanach różnych wyłączników sekcyjnych a, b, c a mikroprocesor 15 wybiera tablicę poprawek odpowiadającą ogólnemu stanowi aparatu, spośród zestawu tablic korekcyjnych o poprawce IP do mikroprocesora 15.

Wartość przyrostu temperatury ΔΤ podawana jest do sumatora 22, który wyznacza skorygowaną temperaturę gazu T wewnątrz aparatu elektrycznego, po prostu przez zsumowanie temperatury odniesienia T_REF zmierzonej za pomocą czujnika temperatury 10 i wartości przyrostu temperatury ΔΤ.

Informacja o wielkości skorygowanej temperatury gazu T jest przesyłana do przelicznika komputera 24, którego pamięć zawiera tablice funkcji stanu gazu w aparacie, wpostaci funkcji

P=F(T,P)

Te funkcje stanu są znane i stabelaryzowane, a szczególnie równania Beattie, Bridgmanna, Dóringa itp, które uwzględniają zwłaszcza zjawisko skraplania.

Informacja o wielkości ciśnienia gazu P podawana jest przez czujnik ciśnienia 25, dołączony do monitorowanego aparatu elektrycznego.

Sposób wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego wewnątrz aparatu elektrycznego może być udoskonalony przez uwzględnienie termicznej stałej czasu tego aparatu.

Po przepuszczeniu prądu przez zespół szyn, czyli przewodów w aparacie, następuje wzrost temperatury, a temperatura równowagi zostaje osiągnięta dopiero po upływie pewnego czasu

181 035 od ustalenia się prądu. Długość tego okresu, to znaczy termiczna stała czasu, zależy od temperatury odniesienia.

Na figurze 2A przedstawiono zmiany prądu, począwszy od wartości 0, jego narastanie od wartości II, a następnie do wartości 12, a krzywa z fig. 2B przedstawia wykres dla przyrostu temperatury ΔΤ, który osiąga kolejno wartości ΔΤ1 i Δ T2 przy stałych czasu GT1 i GT2 będących funkcją zarówno prądu, jak i różnic temperatury.

Jeżeli temperatura odniesienia jest temperaturą obudowy zawierającej gaz (odnosi się to do kolumny metalizowanej), to stała czasu jest niezależna od warunków pogodowych (wiatr, śnieg itp.). Można wziąć pod uwagę algorytm korekcyjny, tak aby w przyroście temperatury były uwzględnione powolne zmiany prądu w czasie.

Jeżeli jednak temperatura odniesienia nie jest temperaturą obudowy, to wtedy stała czasu zależy od warunków pogodowych, i w celu uwzględnienia tego parametru, korzystne jest zastosowanie sondy 17 określającej termogram, który odwzorowuje rozkład temperatury w monitorowanej przestrzeni. Wyj ście informacji o warunkach pogodowych TG sondy 17 jest dołączone do mikroprocesora 15. Kształt i usytuowanie sondy 17 względem aparatu elektrycznego są takie, że zapewniają taką samą wrażliwość sondy na pogorszenie warunków pogodowych, jak wrażliwość monitorowanej przestrzeni. Program obliczeniowy mikroprocesora 15 uwzględnia informacje o warunkach pogodowych TG dostarczone przez sondę 17 do mikroprocesora 15.

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, w celu uniknięcia stosowania skomplikowanego sprzętu do pomiaru warunków pogodowych, rozkaz zawarty w algorytmie powoduje blokadę alarmu i rozkazów odnoszących się do zaprogramowanych poziomów na określony okres czasu po każdej istotnej zmianie prądu, przy czym okres ten jest funkcją termicznej stałej czasu.

Zmiany prądu uważa się za istotne, jeżeli w stałych warunkach następuje jego wzrost powodujący zmianę przyrostu temperatury wyższą, niż od wartości wymaganej dla określonego stopnia dokładności.

Ogólnie biorąc, czujnik ciśnienia 25 przekazujące informację o ciśnieniuP. Jego dokładność musi odpowiadać, w całym zakresie temperatury gazu w pracującym aparacie celowi, do którego odnosi się odpowiednia dokładność pomiaru gęstości gazu.

Zwykle wykorzystywane czujniki ciśnienia wymagają korekcji, której dokonuje się przy zastosowaniu czujnika ciśnienia z czujnikiem temperatury sterującym obwodem kompensacyjnym.

Tańszy wariant przewiduje stabilizację temperatury czujnika ciśnienia za pomocą izolowanej termicznie osłony zawierającej jeden lub więcej samoczynnie regulowanych elementów grzejnych, lub zaopatrzeniu przetwornika czujnika ciśnienia i przyporządkowanego mu układu elektronicznego w urządzenie grzejne z automatyczną regulacją.

Na figurze 3 przedstawiono ilustrację objaśniającą korzystny przykład realizacji układu według wynalazku.

Komputer 31 znajduje się w zamkniętym pomieszczeniu 30 i jest zaopatrzony w mikroprocesor 15 (fig. 1), do obliczania przyrostu temperatury gazu ΔΤ na podstawie informacji o wartości temperatury i prądu oraz do obliczania gęstości gazu na podstawie stanu gazu, jak również w przelicznik 24 (fig. 1), do obliczania gęstości p gazu w funkcji ciśnienia i temperatury.

W przykładzie z fig. 3, aparat elektryczny jest konwencjonalnym bezpiecznikiem SF₆, przy czym na rysunku przedstawiono tylko jednofazowy aparat elektryczny 32. Czujnik ciśnienia 32A podaje do przelicznika komputera 31 informację o wartości ciśnienia P za pośrednictwem łącza informacji o ciśnieniu 33. Urządzenie pomiarowe wielkości prądów I_A I_B, I_c, w przedstawianym przykładzie jednofazowego aparatu elektrycznego 32 jest to transformator prądowy 34, podaje odczyty prądu przepływającego przez badany tor fazowy do mikroprocesora komputera 31, za pośrednictwem łącza informacji o wielkości prądów 35. Czujnik temperatury 36 umieszczony przy podstawie kolumny bezpiecznikowej podaje do mikroprocesora komputera 31 informację o wartości temperatury odniesieniaT_REF, przenoszoną

181035 7 za pośrednictwem łącza informacji o temperaturze 37. Określająca warunki pogodowe sonda 38 odwzorowuje rozkład termiczny dla bezpiecznika i umieszczona w jego sąsiedztwie, łączem 39 podaje do mikroprocesora komputera 31 informację o zmianie przewodności termicznej aparatu elektrycznego, w tym przypadku bezpiecznika. Ponadto, system do wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego wewnątrz aparatu elektrycznego jest zaopatrzony w elementy sygnalizacyjne i alarmowe 41 i 42.

181 035

FIG. 2A

181 035

FIG/I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego w komorze łączeniowej aparatu elektrycznego, w którym mierzy się temperaturę odniesienia na zewnątrz aparatu elektrycznego i w jego pobliżu za pomocą czujnika temperatury oraz mierzy się ciśnienie gazu izolacyjnego wewnątrz aparatu elektrycznego za pomocą czujnika ciśnienia, znamienny tym, że mierzy się wielkość prądu (I_A, I_B, I_c) przepływającego przez aparat elektryczny i ustala się wielkość przyrostu temperatury gazu (ΔΤ) powyżej temperatury odniesienia (T_REF), za pomocą mikroprocesora (15) komputera, w którego pamięci przechowuje się wartości przyrostu temperatury gazu (ΔΤ) w funkcji wielkości prądu (I_A, I_B, I_c) i różnych wartości temperatury odniesienia (T_REF), następnie oblicza się skorygowaną temperaturę gazu (T) za pomocą sumatora (22), w którym sumuje się temperaturę odniesienia (T_REF) i przyrost temperatury gazu (ΔΤ), następnie oblicza się gęstość pgazu izolacyjnego za pomocą przelicznika (24) komputera, w którego pamięci przechowuje się równania stanu gazu p= F(T, P) zadane w postaci tabelarycznej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się poprawkę do określonej za pomocą obliczeń wielkości przyrostu temperatury gazu (ΔΤ), za pomocą mikroprocesora z pamięcią, w której przechowuje się zestaw tablic korekcyjnych odpowiadających ogólnemu stanowi aparatu elektrycznego, w zależności od stanu otwarcia lub zamknięcia wyłączników sekcyjnych umieszczonych w tym samym obwodzie co aparat elektryczny.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wprowadza się poprawkę do określonej za pomocą obliczeń wielkości przyrostu temperatury gazu (ΔΤ) za pomocą mikroprocesora (15), do którego wprowadza się informację o warunkach pogodowych (TG) zarejestrowanych za pomocą sondy (17), która ma taką samą wrażliwość na złe warunki pogodowe (wiatr, śnieg) jak gaz izolacyjny w aparacie elektrycznym.
4. Układ do wyznaczania gęstości gazu izolacyjnego w komorze łączeniowej aparatu elektrycznego, zaopatrzony w czujnik temperatury umieszczony w pobliżu aparatu elektrycznego, dla pomiaru temperatury odniesienia, oraz czujnik ciśnienia gazu izolacyjnego w aparacie elektrycznym, znamienny tym, że jest zaopatrzony w urządzenie pomiarowe (34) wielkości prądów (I_A, I_B, IJ płynących przez aparat elektryczny (32), połączone z mikroprocesorem (15), którego wyjście informacji o przyroście temperatury gazu (ΔΤ) powyżej temperatury odniesienia (T_REF) w funkcji wielkości prądów i dla różnych temperatur odniesienia jest dołączone do wejścia sumatora (22), do którego drugiego wejścia jest dołączony czujnik temperatury (10,36) swym wyjściem informacji o temperaturze odniesienia (T_REF), a wyjście informacji o skorygowanej temperaturze gazu (T) sumatora (22) jest dołączone do wejścia przelicznika komputera (24), do którego wejściajest dołączone wyjście informacji o ciśnieniu gazu (P) czujnika ciśnienia (25), przy czym w pamięci przelicznika komputera (24) sąprzechowy wane równania stanu gazu do obliczenia gęstości pgazu w funkcji ciśnienia i temperatury.
5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że wyjście informacji o wielkości temperatury odniesienia (T_REF) czujnika temperatury (10,36), wyjście informacji o wielkości ciśnienia gazu (P) czujnika ciśnienia (25,32A) oraz wyjścia informacji o wielkości prądów (I_A, I_B, I_c) urządzenia pomiarowego (34) są połączone z komputerem (31) poprzez łącza (33, 35, 37) kończące się w pomieszczeniu (30), w którym znajduje się komputer (31) zaopatrzony w przelicznik (24) i mikroprocesor (15).
6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że dodatkowo, do mikroprocesora (15) komputera (31) jest dołączona sonda (17,38) swym wyjściem informacji o warunkach pogodowych (TG), usytuowana w pobliżu aparatu elektrycznego.

181 035
7. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że czujnik ciśnienia gazu (32A) jest połączony ze skompensowanym termicznie obwodem elektrycznym.
8. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że czujnik ciśnienia gazu (32A) jest umieszczony w termostacie.

* * *