WO2011134566A2 - Verfahren zur überwachung von isoliergasen - Google Patents

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WO2011134566A2
WO2011134566A2 PCT/EP2011/000951 EP2011000951W WO2011134566A2 WO 2011134566 A2 WO2011134566 A2 WO 2011134566A2 EP 2011000951 W EP2011000951 W EP 2011000951W WO 2011134566 A2 WO2011134566 A2 WO 2011134566A2
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temperature
insulated
pressure
insulated switchgear
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Martin Hinow
Ralf Pietsch
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035Gas-insulated switchgear
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00Investigating fluid-tightness of structures
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/53Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56Gas reservoirs
    • H01H33/563Gas reservoirs comprising means for monitoring the density of the insulating gas
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02B13/035Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects
    • H02B13/0655Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects through monitoring changes of gas properties

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring insulating gases in gas-insulated switchgear or test systems.
  • gas-insulated switchgear or test systems are in theory completely gas-tight encapsulated systems for the
  • Sulfur hexafluoride has a significantly higher dielectric strength than air.
  • SF6 is a non-staining, odorless, non-toxic gas that is non-flammable and behaves in an extremely inert manner similar to nitrogen. Because of its high density, the high ionization energy and the ability to bind free electrons, it is a commonly used insulating gas in medium and high voltage engineering.
  • Switchgear or a gas-insulated test system regulated in IEC 62271-203.
  • Cable connections may occur and by means of this method, only the gas content within the housing is measured from the complete system, d. H. from any of these mentioned potential flaws, exit. Furthermore, this method measures the gas concentration within the gas-tight enclosure at two specific times and thus determines whether the maximum permissible leak rate of 0.5% per year is complied with.
  • the pressure is a dependent physical quantity of temperature
  • such a simple measurement eliminates the determination of the leak rate, which requires very high accuracy.
  • the internal pressure of a closed body changes with the temperature of its filling medium, which would falsify the measurement result and render it useless.
  • the density of a body defined as mass per volume, is expressed in grams per cubic centimeter or kilogram per liter, and is a measure of the gas concentration within the equipment, regardless of the average gas temperature within the equipment.
  • Insulation resistance of gas-insulated switchgear is not exceeded until after the loss of large quantities of the insulating gas (for example when one bar falls). Therefore, the described measurement uncertainty for a density monitor for detecting the insulation strength is also acceptable.
  • Object of the present invention is therefore to provide a method for monitoring of insulating gases in gas-insulated switchgear or test systems, which allows us a simple way a reliable statement on the maximum leakage rate of 0.5% per year.
  • the general inventive concept is a combined measuring method comprising a pressure and temperature measurement within a closed measuring system
  • the measuring method according to the invention can be used separately for each chamber enclosed within the gas-insulated switchgear or the gas-insulated test system, by individually determining the parameters pressure and temperature for these chambers and evaluating them by the method according to the invention.
  • the possible fault on the respective chamber enclosed within the gas-insulated switchgear or the gas-insulated test system by individually determining the parameters pressure and temperature for these chambers and evaluating them by the method according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic flow diagram of a preferred embodiment
  • Figure 3 shows an example of a time course of temperature and pressure, relativized in their respective maximum to 100%
  • Figure 4 shows an example of a trend density evaluation.
  • FIG. 1 flow chart of the method according to the invention for monitoring of insulating gases in gas-insulated switchgear or test systems can be seen that in a first step initially and periodically by means of a separate measurement both pressure and temperature within a closed gas space of the gas-insulated Switchgear or gas-insulated
  • Test system can be determined at certain times at the same time.
  • a periodic measurement is understood as meaning, for example, a measuring interval of in each case 60 seconds to a few minutes.
  • at least one pressure and one temperature sensor are provided.
  • the pressure sensor is connected via a valve to a defined gas volume of the gas-insulated system.
  • pressure sensors are basically all known from the prior art sensors in question, a very sensitive, d. H. have on a few Pascal responsive, measuring range.
  • any sensor known from the prior art which has a display accuracy of at least 0.1 K can also be used in the case of the temperature sensor.
  • the mean value of the respective measurement is used as a database for the temperature for the further processing of the measured values.
  • the mean value of the respective measurement is used as a database for the temperature for the further processing of the measured values.
  • only one temperature sensor is used, it is placed at the highest point of the gas-insulated switchgear or the gas-insulated test system and a measured value is used as a database for further processing.
  • these periodically determined measurement results are software-aided, in their respective maximum relative to 100%, in one Cartesian coordinate system, with the abscissa as the time axis, recorded and entered. This can be for each of the determined physical quantities, ie the
  • the time delay At between the corresponding maxima or minima of the two relative to 100% relative, superimposed and output as a function of time measured values, ie the temperature and the pressure determined.
  • This delay can be explained between the maxima or minima of the curves of the measured temperature and pressure, which change according to the same pattern, with the inertia of the system for heating the insulating gas and all gas-enclosing additional components (boiler), which is always disregarded in the prior art.
  • the associated density values of the respective separate measurements of the temperature and the pressure are determined by means of the real gas equation including At and subsequently stored non-volatile. Only this inclusion of At enables a meaningful evaluation of the density values for the purpose of determining the maximum permissible leak rate of 0.5% per year.
  • the real gas equation is used without directly involving the temporal parameter t, since it is always assumed that the system is stable and the density value is determined by inserting a pressure value P and a temperature value T of the same time tO into the equation ; this parameter falls outside the equation.
  • the density value is determined by inserting a pressure value P and a temperature value T of the same time tO into the equation ; this parameter falls outside the equation.
  • the thus determined and stored density values are graphically plotted over time and thus a tendency is shown by comparing the currently determined density value with one or more recently determined density values.
  • a warning for a leak occurring within the gas-insulated switchgear or the gas-insulated test system is derived.
  • Such a warning signal is thus output, for example, as soon as a value of the
  • Density 0.3% based on the maximum value of the density profile, below.
  • Figure 2 shows the schematic flow diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention, in addition to the detection of pressure and temperature within the closed interior of the gas-insulated switchgear or gas-insulated test system and the value of the load current of the inner conductor is included in the database of the further evaluation in order always to deduce a reliable statement about the escaping gas rate of the corresponding system if a constant load current has been established which lasts longer than the predetermined time delay ⁇ t.
  • the first method step first of all periodically and by means of a separate measurement, pressure, temperature and, in addition, the load current of the inner conductor within a closed gas space of the gas-insulated switchgear or of the gas-insulated test system
  • Times determined at the same time are identical.
  • all measuring devices known from the prior art are suitable for measuring the load current of the inner conductor, the load current being greater than that in the respective one
  • Busbar section of the switchgear installed current transformer is detected.
  • the feed-side current monitoring takes over this task. If the time delay ⁇ t has been determined between the respective maximums or minimums of the two values, which are relative to 100%, superimposed and output as a function of time, ie the temperature and the pressure, then
  • FIG. 3 shows the time profile of the periodically determined temperature 1 and of the pressure 2 in a superimposed representation, which is relativized in its respective maximum to 100%, plotted over time.
  • the relative curves change according to the same pattern, but offset by a certain time factor. In other words, the maximum of the graphical representation of the temperature is shifted to the right by the time offset A ⁇ on the abscissa.
  • Representation can be determined in a simple way, the time delay, which must then be considered in a subsequent process step for the accurate determination of the associated density value.
  • FIG. 4 shows the density values of the temperature and pressure values associated with FIG. 2, which are calculated using At with the gas equation.
  • the illustration shows that the determined density values to the left of the time t (0) move in the context of very small scattering. From time t (0), on the other hand, a sharp drop in the density values can be detected and thus a leak can be identified. Within about 10 hours, the density value drops by about 0.3%. However, it can also be seen that even a fraction of this leak rate could have been detected with the method according to the invention.
  • the leak rate of a gas-insulated switchgear or a gas-insulated test system can thus be qualitatively determined for the first time in a simple and reliable manner.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Isoliergasen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, ein kombiniertes Messverfahren, umfassend eine Druck- und Temperaturmessung, innerhalb eines geschlossenen Gasraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems als Datenbasis zu nutzen, um daraus eine zuverlässige und sehr genaue Aussage der entweichenden Gasrate der entsprechenden Anlage in sehr kurzer Zeit (Tag) zu ziehen.

Description

Verfahren zur Überwachung von Isoliergasen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Isoliergasen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen.
Gasisolierte Schaltanlagen oder Prüfsysteme sind, im Unterschied zu luftisolierten Schaltanlagen, in der Theorie vollständig gasdicht gekapselte Systeme für die
Hochspannungstechnik, die aus Isolationszwecken den elektrischen Innenleiter mit Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SF6), umgeben. In ihrer Bauweise sind gasisolierte Schaltanlagen wesentlich kompakter als luftisolierte Schaltanlagen, da
Schwefelhexafluorid eine deutlich höhere Durchschlagsfestigkeit als Luft besitzt. SF6 ist unter Normalbedingungen ein färb- und geruchloses, ungiftiges Gas, das unbrennbar ist und sich äußerst reaktionsträge, ähnlich wie Stickstoff, verhält. Wegen seiner hohen Dichte, der hohen lonisierungsenergie und der Eigenschaft, freie Elektronen zu binden, ist es in der Mittel- und Hochspannungstechnik ein gängig verwendetes Isoliergas.
SF6 zählt jedoch auch zu den stärksten Treibhausgasen, was den Einsatz aus
umwelttechnischen Gesichtspunkten höchst problematisch erscheinen lässt.
Insbesondere gilt es die Freisetzung von SF6 außerhalb der Anlage zu minimieren, d. h. im besten Fall ganz auszuschließen. Als Obergrenze der Freisetzung von SF6 sieht der Gesetzbegeber eine maximale Leckrate von 0,5% pro Jahr für eine gasisolierte
Schaltanlage oder ein gasisoliertes Prüfsystem vor, geregelt in der IEC 62271-203.
Da sich der Referenzwert der Leckrate auf ein komplettes Jahr bezieht, ist es technisch sehr anspruchsvoll, ein derart kleines Leck in gasisolierten Schaltanlagen oder
Prüfsystemen zu detektieren. Beim einzig zuverlässigen Messverfahren wird um die gesamte gasisolierten Schaltanlage oder das gesamte gasisolierte Prüfsystem eine gegenüber der äußeren Atmosphäre gasdichte Kabine gebaut, in der dann das entwichene SF6 mittels hochempfindlicher Gassensoren nachgewiesen werden kann. Diese zusätzliche Kabine vor Ort zu errichten, ist jedoch zum einen kostenintensiv, aber auch zeitaufwändig, so dass sich diese Methode kaum auf dem freien Markt durchgesetzt hat. Zudem kann dadurch keine Aussage getroffen werden, an welcher Stelle genau die gasisolierte Schaltanlage oder das gasisolierte Prüfsystem undicht ist, da eine Emission von SF6 an allen Übergangsstellen zwischen den einzelnen Modulen, beispielsweise den Flanschen, den Dichtungsringen, den Schaltstangen, den Schrauben oder
Kabelanschlüssen, auftreten kann und mittels dieser Methode lediglich der Gasgehalt innerhalb der Umhausung gemessen wird der aus der kompletten Anlage, d. h. aus irgendeiner dieser genannten möglichen Fehlerstellen, austritt. Weiterhin misst man mit diesem Verfahren die Gaskonzentration innerhalb der gasdichten Umhausung zu zwei bestimmten Zeitpunkten und bestimmt damit, ob die maximal zulässige Leckrate von 0,5% pro Jahr eingehalten wird.
Um Aussagen über die dielektrische Isolationsfestigkeit von gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen treffen zu können, ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, eine Gasdichtemessung oder auch Gasdruckmessung innerhalb der Anlage
durchzuführen. Da jedoch der Druck eine abhängige physikalische Größe der Temperatur ist, scheidet eine derart einfache Messung für die Bestimmung der Leckrate, die eine sehr hohe Genauigkeit erfordert, aus. Der Innendruck eines geschlossenen Körpers ändert sich mit der Temperatur seines Füllmediums, was das Messergebnis damit verfälschen und unbrauchbar machen würde. Die Dichte eines Körpers, definiert als Masse pro Volumen, wird beispielsweise in Gramm pro Kubikzentimetern oder Kilogramm pro Litern angegeben und bildet dabei ein Maß für die Gaskonzentration innerhalb der Anlage, unabhängig von der mittleren Gastemperatur innerhalb der Anlage.
Da die Gasdichtemessung unabhängig von der mittleren Gastemperatur funktioniert, ließen sich daraus, auf den ersten Blick betrachtet, auch Rückschlüsse auf die
Gasleckrate ziehen. Betrachtet man jedoch die Temperaturverteilung innerhalb einer gasisolierten Schaltanlage oder einem gasisolierten Prüfsystem, so ergeben sich auf Grund des stromdurchflossenen Innenleiters oder der von außen temporär wirkenden Sonneneinstrahlung, über den Querschnitt der Anlage betrachtet, Temperaturdifferenzen bis zu mehreren zehn Grad Kelvin. Diese inhomogene Temperaturverteilung über den Querschnitt der Anlage führt zu Dichteunterschieden, die diese Messmethode bei einer geforderten Auswertegenauigkeit für die Bestimmung der maximal zulässigen Leckrate von gerade einmal 0,5% pro Jahr trotzdem ausscheiden lässt. Mit anderen Worten: Die Gasdichtemesssung ist nur heranziehbar, um eine Aussage über die Isolationsfähigkeit treffen zu können, nicht jedoch, um darüber eine zuverlässige Aussage über die maximal zulässige Leckrate von 0,5% pro Jahr zu ermitteln. Allein schon deshalb nicht, weil die am Markt erhältlichen Sensoren eine Toleranz in der Messgenauigkeit von in etwa 1% aufweisen, also das Doppelte von dem, was in der ICE 62271-203 als maximale
Obergrenze pro Jahr festgelegt wurde. Weiterhin ist zu bemerken, dass die
Isolationsfestigkeit von gasisolierten Schaltanlagen erst nach dem Verlust von größeren Mengen des Isoliergases (z.B. beim Absinken von einem bar) unterschritten wird. Deshalb ist die beschriebene Messunsicherheit für einen Dichtewächter zur Detektierung der Isolationsfestigkeit auch akzeptabel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Überwachung von Isoliergasen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen anzugeben, das auf einfache Art uns Weise eine zuverlässige Aussage zur maximalen Leckrate von 0,5% pro Jahr erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, ein kombiniertes Messverfahren, umfassend eine Druck- und Temperaturmessung innerhalb eines geschlossenen
Gasraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems als
Datenbasis zu nutzen, um daraus eine zuverlässige Aussage der entweichenden Gasrate der entsprechenden Anlage zu ziehen. Bereits seit längerem ist es dabei bekannt, dass sich sowohl die Messwerte des zeitlichen Verlaufs der Temperatur, verglichen mit den Messwerten des zeitlichen Verlaufs des Drucks, nach den selben Mustern ändern. Hat man mit dieser Datenbasis jedoch bisher die Dichtewerte innerhalb der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems zu den jeweiligen Messzeitpunkten zu ermitteln versucht, um daraus eine Aussage der Leckrate zu treffen, so musste man feststellen, dass die Auswertung der Messwerte auf Grund zu großer Streuungen dafür nicht geeignet waren. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass hierfür ein zusätzliches Überlagern der beiden in ihrem Maximum auf 100% relativierten Funktionen, d. h. der grafisch ausgegeben Messwerte der Temperatur im Vergleich zu denen des Drucks, und eine anschließende Bestimmung des Zeitverzuges zwischen den entsprechenden Maxima oder Minima beider über die Zeit aufgetragener Messwerte notwendig sind. Wird nämlich unter Einbeziehung des Zeitverzuges der zugehörige Dichtewert der jeweiligen Messung der Temperatur und des Drucks mittels der realen Gasgleichung bestimmt, so lässt sich aus der grafischen Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der entsprechend dazugehörigen Dichtewerte auf einfache Weise eine genaue Aussage der Leckrate von maximal zulässigen 0,5% pro Jahr ziehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird damit eine einfache Möglichkeit geschaffen, die Konformität mit IEC 62271 -203 tatsächlich in sehr kurzer Zeit (im Bereich von ein bis drei Tagen) nachzuweisen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird neben der Erfassung des Drucks und der Temperatur innerhalb des geschlossenen Innenraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems zusätzlich auch der Wert des Laststroms des Innenleiters mit in die Datenbasis der weiteren
Auswertung einbezogen. Eine nachfolgende zuverlässige Aussage über die entweichende Gasrate der entsprechenden Anlage wird nur dann getroffen, wenn sich ein konstanter Laststrom eingestellt hat, der länger als der vorab bestimmte Zeitverzug At andauert. Ist das der Fall, sind die Werte um die thermischen Einflüsse des stromdurchflossenen Innenleiters eliminiert und die gefolgerten Rückschlüsse für die entweichende Gasrate pro Jahr nun aussagekräftig. Die gasisolierte Schaltanlage oder das gasisolierte Prüfsystem müssen damit nicht mehr, wie nach dem Stand der Technik erforderlich, abgeschaltet oder mit nur sehr geringem Laststrom, der keine thermischen Auswirkungen auf das Gesamtsystem ausübt, betrieben werden, sondern können in unveränderter Art und Weise weiterlaufen.
Auf besonders einfache Art und Weise lässt sich das erfindungsgemäße Messverfahren für jede innerhalb der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems geschlossenen Kammer separat anwenden, indem man die Parameter Druck und Temperatur für diese Kammern einzeln ermittelt und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auswertet. Damit kann die mögliche Fehlerstelle auf die jeweilige
geschlossenen Kammer innerhalb der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems begrenzt werden, was dann die anschließende Behebung des Lecks enorm erleichtert.
Das Verfahren soll nachstehend beispielhaft anhand von Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 2 einen schematischen Ablaufplan einer bevorzugten
weiterentwickelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 3 ein Beispiel eines zeitlichen Verlaufs von Temperatur und Druck, relativiert in ihrem jeweiligen Maximum auf 100% Figur 4 ein Beispiel einer tendenziellen Dichteauswertung.
Dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ablaufplan des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Überwachung von Isoliergasen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen ist zu entnehmen, dass in einem ersten Verfahrensschritt zunächst einmal periodisch und mittels einer separaten Messung sowohl Druck als auch Temperatur innerhalb eines geschlossenen Gasraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten
Prüfsystems zu bestimmten Zeitpunkten zeitgleich bestimmt werden. Unter einer periodischen Messung wird im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein Messintervall von jeweils 60 Sekunden bis einigen Minuten verstanden. Dafür sind wenigstens ein Druck- und ein Temperatursensor vorgesehen. Der Drucksensor wird über ein Ventil an ein definiertes Gasvolumen der gasisolierten Anlage angeschlossen. Als Drucksensoren kommen grundsätzlich alle aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren in Frage, die einen sehr feinfühligen, d. h. auf wenige Pascal reagierenden, Messbereich aufweisen. Auch bei dem Temperatursensor kann grundsätzlich jeder aus dem Stand der Technik bekannte Sensor eingesetzt werden, der eine Anzeigegenauigkeit von wenigstens 0,1 K besitzt. Werden mehrere Temperatursensoren, beispielsweise um den Umfang der gasisolierten Anlage, angeordnet, so wird in diesem Fall der Mittelwert der jeweiligen Messung als Datenbasis für die Temperatur zur weiteren Verarbeitung der Messwerte verwendet. Wird hingegen nur ein Temperatursensor eingesetzt, so wird dieser am höchsten Punkt der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems angeordnet und der eine gemessene Wert als Datenbasis für die weitere Verarbeitung verwendet.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden diese periodisch ermittelten Messergebnisse softwareunterstützt, in ihrem jeweiligen Maximum auf 100% relativiert, in einem kartesischen Koordinatensystem, mit der Abszisse als Zeitachse, aufgezeichnet und eingetragen. Dies kann für jede der ermittelten physikalischen Größen, d. h. der
Temperatur und des Drucks, in einem separaten Koordinatensystem geschehen, oder einem gemeinsamen. In jedem Fall jedoch muss eine grafische Überlagerung der beiden auf 100% relativierten Funktionen über die Zeit erfolgen.
Wiederum in einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Zeitverzug At zwischen den entsprechenden Maxima oder Minima der beiden auf 100% relativierten, überlagerten und als Funktion der Zeit ausgegebenen Messwerte, also der Temperatur und des Drucks, bestimmt. Erklärt werden kann dieser Zeitverzug zwischen den Maxima oder Minima der sich nach den selben Mustern ändernden Kurven der gemessen Temperatur und des Drucks mit der im Stand der Technik immer außer Acht gelassenen Trägheit des Systems für die Erwärmung des Isoliergases sowie aller gasumschließenden Zusatzkomponenten (Kessel). Je nach Innenvolumen der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems kann der Zeitverzug für die Erwärmung des Isoliergases sowie der
Zusatzkomponenten mehrere zehn Minuten betragen. Die genaue Bestimmung der Zeitverzuges ist jedoch ausschlaggebend für eine nachfolgende Messergebnisauswertung zur Bestimmung der maximal zulässigen Leckrate.
Erfindungsgemäß werden nun die zugehörigen Dichtewerte der jeweiligen separaten Messungen der Temperatur und des Drucks mittels der realen Gasgleichung unter Einbeziehung von At ermittelt und nachfolgend nichtflüchtig gespeichert. Erst diese Einbeziehung von At ermöglicht eine aussagekräftige Auswerten der Dichtewerte zum Zwecke der Bestimmung der maximal zulässigen Leckrate von 0,5% pro Jahr.
Nach dem Stand der Technik wird die reale Gasgleichung ohne direkte Einbeziehung des zeitlichen Parameters t verwendet, da immer von einem eingeschwungenen System ausgegangen wird und man den Dichtewert ermittelt, indem man einen Druckwert P und einen Temperaturwert T des immer selben Zeitpunkts tO in die Gleichung einsetzt; damit fällt dieser Parameter aus der Gleichung. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass für die Leckrate nur dann eine Aussage mit Hilfe der realen Gasgleichung getroffen werden kann, wenn At mit in die Berechnung einbezogen wird, man also den Druckwert zum Zeitpunkt t1 und den Temperaturwert zum Zeitpunkt t1 +At in die reale Gasgleichung einsetzt. In einem nochmals weiteren Verfahrensschritt werden die so ermittelten und gespeicherten Dichtewerte grafisch über die Zeit aufgetragen und damit eine Tendenz durch einen Vergleich des aktuell ermittelten Dichtewertes mit einem oder mehreren zuletzt ermittelten Dichtwerten aufgezeigt. Sobald sich die entsprechenden Dichtewerte signifikant ändern, wird ein Warnhinweises für ein auftretendes Leck innerhalb der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems abgleitet. Ein derartiges Warnsignal wird somit beispielweise dann ausgegeben, sobald ein Wert des
Dichteverlaufs 0,3%, bezogen auf den Maximalwert des Dichteverlaufs, unterschreitet.
Figur 2 zeigt den schematischen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsforms des erfindungsgemäßen Verfahrens, beim dem neben der Erfassung des Drucks und der Temperatur innerhalb des geschlossenen Innenraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems auch den Wert des Laststroms des Innenleiters mit in die Datenbasis der weiteren Auswertung einbezogen wird, um daraus immer dann eine zuverlässige Aussage über die entweichende Gasrate der entsprechenden Anlage zu folgern, wenn sich ein konstanter Laststrom eingestellt hat, der länger als der vorab bestimmte Zeitverzug At andauert. Hierfür wird in dem ersten Verfahrensschritt zunächst einmal periodisch und mittels einer separaten Messung sowohl Druck, Temperatur als auch zusätzlich der Laststrom des Innenleiters innerhalb eines geschlossenen Gasraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems zu bestimmten
Zeitpunkten zeitgleich bestimmt. Mit anderen Worten: Die Zeitpunkte für die Ermittlung von Druck, Temperatur und Laststrom sind jeweils identisch. Für die Messung des Laststroms des Innenleiters eignen sich dabei grundsätzlich alle aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräte, wobei der Laststrom über den im jeweiligen
Sammelschienenabschnitt der Schaltanlage installierten Stromwandler erfasst wird. Bei gasisolierten Prüfanlagen übernimmt die einspeiseseitige Stromüberwachung diese Aufgabe. Ist der Zeitverzug At zwischen den entsprechenden Maxima oder Minima der beiden auf 100% relativierten, überlagerten und als Funktion der Zeit ausgegebenen Messwerte, also der Temperatur und des Drucks, bestimmt worden, so werden im
Unterschied zu dem in Figur 1 beschriebenen Verfahren hier die zugehörigen Dichtewerte mittels der realen Gasgleichung immer nur dann ermittelt, wenn sich ein konstanter Laststrom eingestellt hat, der länger als der vorab bestimmte Zeitverzug At andauert. Durch diesen Verfahrensschritt werden besonders bevorzugt Temperatureinflüsse, die durch den stromdurchflossenen Innenleiter bedingt sind, eliminiert. Figur 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der periodisch ermittelten Temperatur 1 und des Drucks 2 in einer, in ihrem jeweiligen Maximum auf 100% relativierten, überlagerten Darstellung, angetragen über die Zeit. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ändern sich die relativierten Kurven nach dem selben Muster, jedoch um einen gewissen Zeitfaktor versetzt. Mit anderen Worten: Das Maximum der grafischen Darstellung der Temperatur ist um den Zeitversatz A\ auf der Abszisse nach rechts verschoben. Aus dieser
Darstellung lässt sich auf einfache Weise der Zeitverzug bestimmen, der dann in einem nachfolgenden Verfahrensschritt zur genauen Bestimmung des zugehörigen Dichtewertes Berücksichtigung finden muss.
In Figur 4 sind die unter Einbeziehung von At mittels der Gasgleichung errechneten Dichtewerte der zu Figur 2 gehörenden Temperatur- und Druckwerte dargestellt. Die Darstellung lässt erkennen, dass sich die ermittelten Dichtwerte links des Zeitpunkts t(0) im Rahmen nur sehr kleiner Streuungen bewegen. Ab dem Zeitpunkt t(0) hingegen ist ein starker Abfall der Dichtewerte feststellbar und damit ein Leck identifizierbar. Innerhalb von ca. 10h fällt der Dichtewert um in etwa 0,3%. Es ist jedoch auch erkennbar, dass bereits ein Bruchteil dieser Leckrate mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hätte detektiert werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann damit auf einfache und zuverlässige Weise die Leckrate einer gasisolierten Schaltanlage oder eines gasisolierten Prüfsystems erstmals qualitativ bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von Isoliergasen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen, aufweisend nachfolgende Verfahrensschritte:
- Periodische separate Messung von Temperatur und Druck innerhalb eines
geschlossenen Gasraums der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems zeitgleich zu bestimmten Zeitpunkten
- Grafische Aufzeichnung der in ihrem Maximum auf 100% relativierten, zu den
perodischen Zeitpunkten ermittelten, jeweiligen Messwerte, d. h. der Temperatur und des Drucks, als Funktion der Zeit
- Grafische Überlagerung der beiden auf 100% relativierten Funktionen der Zeit
- Bestimmung von At, d. h. des Zeitverzuges, zwischen den entsprechenden
Maxima oder Minima der beiden auf 100% relativierten, überlagerten und als Funktion der Zeit ausgegebenen Messwerte der Temperatur und des Drucks - Ermittlung von zugehörigen Dichtewerten der jeweiligen separaten Messungen der
Temperatur und des Drucks mittels der realen Gasgleichung unter Einbeziehung von At
- Nachfolgende nichtflüchtige Speicherung des ermittelten Dichtewertes
- Aufzeigen einer Tendenz durch Vergleich des aktuell ermittelten Dichtewertes mit einem oder mehreren zuvor ermittelten und gespeicherten Dichtewerten
- Ableiten eines Warnhinweises für ein auftretendes Leck innerhalb der gasisolierten
Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems, sobald sich die entsprechenden Dichtewerte signifikant ändern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass im ersten Verfahrensschritt neben der separaten Messung der Temperatur und des Drucks zusätzlich auch der Laststrom des Innenleiters der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems zeitgleich zu den bestimmten Zeitpunkten periodisch separat gemessen wird, und dass im fünften Verfahrensschritt die zugehörigen Dichtewerte der jeweiligen separaten Messungen der Temperatur und des Drucks mittels der realen Gasgleichung immer dann ermittelt werden, wenn sich ein konstanter Laststrom eingestellt hat, der länger als der Zeitverzug At geflossen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die periodische separate Messung der Temperatur an mehreren Stellen des Umfangs der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems erfolgt und daraus der Mittelwert der Temperatur zum jeweiligen Messzeitpunkt als Grundlage für die nachfolgende grafische Aufzeichnung dient.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die periodische separate Messung der Temperatur an mehreren Stellen zwischen dem oberen und unteren Punkt der gasisolierten Schaltanlage oder des gasisolierten Prüfsystems erfolgt und daraus der Mittelwert der Temperatur zum jeweiligen
Messzeitpunkt als Grundlage für die nachfolgende grafische Aufzeichnung dient.
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