| JP63274037 | GAS MULTICIRCUIT SWITCH |
| JP03074121 | GAS INSULATED SWITCHGEAR |
| JP2005147890 | INSULATION ABNORMALITY DIAGNOSTIC DEVICE |
BAUER, Nicolas (Hauptstrasse 27, Sechmauern, 64750, DE)
MÜLLER, Andreas (Im Ankerhof 7, Klingenberg, 63911, DE)
HECKLER, Thomas (Dompfaffenweg 6, Grossheubach, 63920, DE)
BAUER, Nicolas (Hauptstrasse 27, Sechmauern, 64750, DE)
MÜLLER, Andreas (Im Ankerhof 7, Klingenberg, 63911, DE)
| PATENTANSPRUCHE 1. Messeinrichtung (1) zum Bestimmen der Füllmenge eines SF6-Gases in einer Isolierkammer (2), mit einem Druckaufnehmer (15), einem Temperaturmesselement (13) und einer Verarbeitungsvorrichtung (16) zur Bestimmung der Füllmenge des SF6-Gases aus dem Druckmesswert und dem zugehörigen Temperaturmesswert, wobei die Messeinrichtung (1) eine Öffnung der Isolierkammer (2) verschließend angeordnet ist und sowohl der Druckaufnehmer (15) als auch das Temperaturmesselement (13) direkt mit dem zu messenden SF6-GaS beaufschlagt sind. 2. Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Temperaturmesselement (13) ein in die Messeinrichtung (1) gasdicht eingeglaster Temperatursensor (13) ist. 3. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Druckaufnehmer (15) eine Membran aufweist . 4. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Temperaturmesselement (13) in der Messeinrichtung (1) der Membran des Druckaufnehmers (15) in Richtung der Isolierkammer (2) vorgelagert angeordnet ist. 5. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (1) von einem thermisch isolierenden Mantel (17) umgeben ist. 6. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierkammer (2) eine Hochspannungsschaltanlage ist, die mit SF6-Isoliergas gefüllt ist. 7. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsvorrichtung (16) in der Messeinrichtung (1) dem Druckaufnehmer (15) und dem Temperaturmesselement (13) in Richtung der Isolierkammer (2) nachgelagert angeordnet ist und ein der Gasfüllmenge entsprechendes Signal ausgibt. 8. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungsvorrichtung (16), der Druckaufnehmer (15) und das Temperaturmesselement (13) in der Messeinrichtung (1) im Wesentlichen koaxial angeordnet sind. 9. Messeinrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die Messeinrichtung (1) zusätzlich zu dem der Gasfüllmenge entsprechenden Signal ein der Gastemperatur entsprechendes Signal ausgibt. 10. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ausgegebenen Signale analoge Signale sind und gemäß dem 4-20mA-Standard ausgegeben werden. 11. Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge eines SFε-Gases in einer Isolierkammer (2), wobei eine Messeinrichtung (1) eine Öffnung der Isolierkammer (2) verschließt und einen Druckaufnehmer (15), ein Temperaturmesselement (13) und eine Verarbeitungsvorrichtung (16) aufweist; der Druckaufnehmer (15) eine Membran aufweist; die Membran des Druckaufnehmers (15) und das Temperaturmesselement (13) direkt mit dem zu messenden SF6-GaS beaufschlagt sind, und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Messen des Drucks des SF6-Gases durch den Druckaufnehmer (15); Messen der Temperatur des SF6-Gases unmittelbar durch das Temperaturmesselement (13); Bestimmen der Dichte des SF6-Gases aus dem Gasdruckmesswert und dem zugehörigen Gastemperatürmesswert; Bestimmen der Füllmenge des SF6-Gases aus der Dichte des SF6-Gases; Ausgeben eines der Füllmenge entsprechenden Signals; Ausgeben eines zugehörigen, der Gastemperatur entsprechenden Signals; und Ermitteln eines Trends zur Leckage der Isolierkammer (2) . 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein durch eine temperaturbedingte Volumenausdehnung der Isolierkammer (2) bedingter Fehler des der Füllmenge entsprechenden Signals unter Verwendung des zugehörigen, der Gastemperatur entsprechenden Signals kompensiert wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei bei dem Schritt des Bestimmens der Dichte des SFε-Gases ein virialer Realgasansatz herangezogen wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der viriale Realgasansatz auf der allgemeinen Gasgleichung basiert, die mit einem Realgasfaktor ergänzt wird, wobei der Realgasfaktor mindestens eine mit einem Exponenten versehene Variable enthält, um eine Kurvenfunktion abzubilden, die dem realen Verhalten des SF6-Gases entspricht . 15. System zur Überwachung der Füllmenge eines SF6-Gases in einer Hochspannungskomponenten aufweisenden Isolierkammer (2), das eine Messeinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine Auswerteeinrichtung (8) zum Aufzeichnen des der Füllmenge entsprechenden Signals über die Zeit umfasst, wobei ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 verwendet wird, um einen Trend zur Leckage der Isolierkammer (2) zu bestimmen. 16. Überwachungssystem nach Anspruch 15, wobei die Signalübertragung an die Auswerteeinrichtung (8) durch Datenfernübertragungstechnik erfolgt . |
IN EINER ISOLIERKAMMER ODER EINER SCHALTANLAGE UND
DEMENTSPRECHENDES VERFAHREN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messeinrichtung zum Bestimmen der Füllmenge eines SF 6 -Gases in einer Isolierkammer oder einer Schaltanlage, ein Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge des SFε-Gases in der Isolierkammer bzw. Schaltanlage und auf ein System zur Überwachung der Füllmenge des SFε-Gases in der Isolierkammer bzw. Schaltanlage.
STAND DER TECHNIK
In der US 7,257,496 B2 ist ein Verfahren zum Überwachen eines SFε-Gases in einem Hochspannungsbehälter beschrieben. Dabei wird ein Druck des in dem Behälter vorhandenen SF 6 - Gases, eine Umgebungstemperatur des Behälters und eine Temperatur der Behälterwandaußenseite zu verschiedenen Messzeitpunkten gemessen. Anschließend wird ein Mittelwert aus den gemessenen Temperaturen berechnet und näherungsweise als SF 6 -Gastemperatur in dem Behälter festgelegt. Aus einer Molzahl des SF 6 -Gases, die aus dem gemessenen SF 6 -Gasdruck und der berechneten Gastemperatur mit Hilfe des idealen Gasgesetzes (p*V = n*R*T) berechnet wird, wird aus der sich ergebenden linearen Werteentwicklung ein molares Verhältnis zu den verschiedenen Messzeitpunkten bestimmt. Nach 21 Tagen Messung wird ein Trend des Molverhältnisses aufgezeichnet und die Steigung des Trends wird mit einer maximal zulässigen Leckage verglichen. Mit Hilfe des Trends wird der Zeitpunkt berechnet, zu dem ein hinterlegter Grenzwert unterschritten wird. Bei diesem Verfahren werden die Messdaten zu einem zuständigen Bediener übertragen, der sich entfernt von dem Hochspannungsbehälter befindet.
Ein Problem des bekannten Stands der Technik liegt darin, dass die Umgebungs- und Oberflächentemperatur bzw. der Mittelwert aus Oberflächen- und Umgebungstemperatur des SF 6 -Gasbehälters ungleich der wirklichen Gastemperatur sind. Darüber hinaus hat SFε-Gas ein nicht-lineares Verhalten, wie es von einer typischen SF 6 -Gas-Druck- Temperatur-Kennlinie bekannt ist. Das bedeutet, dass durch ein Anwenden des idealen Gasgesetzes zur Bestimmung einer Molzahl des SF 6 -Gases lediglich annähernde Werte im Vergleich zum Anwenden eines Realgasansatzes erhalten werden, bei dem tatsächlich gemessene Werte zur Anwendung kommen. Außerdem hängt die Molzahl von der Genauigkeit der ersten Messung, d.h. der Referenzmessung ab, die bei Anwendung des idealen Gasgesetzes nur annähernd genau erhalten wird. Kleinste Leckagen können daher mit dem in diesem Stand der Technik beschriebenen Verfahren nicht erfasst werden.
Ein weiteres Problem des bekannten Stands der Technik liegt darin, dass eine Messung über 21 Tage i.d.R. nicht ausreicht, um eine zutreffende Aussage über das Verhalten des überwachten Behälters zu machen, da die zu erwartenden Leckageraten selbst nach einem Jahr noch keine signifikanten Änderungen der Füllmenge verursachen (ein Richtwert der Füllmengenänderung ist max . -0,5%/Jahr). Gleiches gilt für die Berechnung des zu erwartenden Zeitpunktes des Unterschreitens des hinterlegten Grenzwerts. Letztendlich liegt ein weiteres Problem darin, dass ein Ausfall der Datenübertragung zu dem zuständigen Bediener zu einem Ausfall der gesamten Überwachung führt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorhergehend genannten Probleme des Stands der Technik zu lösen .
Diese Aufgabe wird mit einer Messeinrichtung nach Anspruch 1, einem Verfahren nach Anspruch 11 und einem Überwachungssystem nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt .
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Bestimmen der Füllmenge eines SF 6 -Gases in einer Isolierkammer weist einen Druckaufnehmer, ein Temperaturmesselement und eine Verarbeitungsvorrichtung zur Bestimmung der Füllmenge des Gases aus dem von dem Druckaufnehmer gemessenen Druckmesswert und dem von dem Temperaturmesselement gemessenen, zugehörigen Temperaturmesswert auf. Die Messeinrichtung ist dabei so angeordnet, dass sie eine Öffnung der Isolierkammer verschließt, so dass das zu messende SF 6 -GaS in die Messeinrichtung eindringen kann. Dadurch wird erreicht, dass sowohl der Druckaufnehmer als auch das Temperaturmesselement direkt mit dem zu messenden Gas beaufschlagt sind.
Das Temperaturmesselement ist vorzugsweise ein Temperatursensor, der in die Messeinrichtung gasdicht eingeglast ist. Das bedeutet, dass die elektrische Verbindung zu dem Temperatursensor durch eine Einglasung aus dem mit SF 6 -GaS beaufschlagten Raum (Gasraum bzw. Tank) in der Messeinrichtung herausgeführt wird. Der Temperatursensor ist vorzugsweise ein PTIOO-Sensor, und die Isolierkammer ist vorzugsweise eine Hochspannungsschaltanlage, die mit SF 6 -Isoliergas gefüllt ist. Des Weiteren weist der Druckaufnehmer als druckaufnehmendes Element vorzugsweise eine Membran auf, die direkt mit dem SF 6 -GaS beaufschlagt wird, wobei der Druck des SF 6 -Gases über die Membran auf weitere Komponenten des Druckaufnehmers übertragen wird. Alternativ dazu kann der Druckaufnehmer ein in die Membran eingelassener Dehnmessstreifen, ein Piezo-Drucksensor usw. sein.
In der Messeinrichtung ist das Temperaturmesselement vorzugsweise so angeordnet, dass es der Membran des Druckaufnehmers in einer Richtung zu der Isolierkammer hin vorgelagert ist. Das bedeutet, dass die Messstelle, an der die Temperaturmessung des SF 6 -Gases stattfindet, in der Messeinrichtung bezüglich der Isolierkammer direkt vor der Messstelle der Druckmessung des SF 6 -Gases liegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die gemessene Temperatur des SF 6 -Gases dem gemessenen Druck des SF 6 -Gases entspricht .
Des Weiteren ist die Messeinrichtung vorzugsweise von einem thermisch isolierenden Mantel umgeben, so dass die in der Messeinrichtung angeordneten Messelemente nach außen zu einer Umgebung hin thermisch isoliert sind. Eine Verfälschung der Messdaten, insbesondere eine Verfälschung der Temperaturmessdaten kann dadurch verhindert werden.
Die Verarbeitungsvorrichtung ist in der Messeinrichtung vorzugsweise so angeordnet, dass sie dem Druckaufnehmer und dem Temperaturmesselement in Richtung der Isolierkammer nachgelagert ist. Das bedeutet, dass die
Verarbeitungsvorrichtung in der Messeinrichtung bezüglich der Isolierkammer hinter dem Temperaturmesselement und dem Druckaufnehmer angeordnet ist. Das Temperaturelement und der Druckaufnehmer geben ihre Messsignale an die Verarbeitungsvorrichtung ab, die diese Signale verarbeitet und ein der Füllmenge entsprechendes Signal ausgibt. Weiterhin vorzugsweise sind die Verarbeitungsvorrichtung, der Druckaufnehmer und das Temperaturmesselement in der Messeinrichtung im Wesentlichen koaxial angeordnet, so dass jeweilige Mittelachsen der Verarbeitungsvorrichtung, des Druckaufnehmers und des Temperaturmesselements im Wesentlichen übereinstimmen. Dadurch kann ein Einbau dieser Komponenten in die Messeinrichtung vor einem Anbringen der Messeinrichtung an der Isolierkammer erleichtert und eine räumliche Nähe sowie korrekte Relativlage der einzelnen Komponenten sichergestellt werden, wodurch u.a. ein Verfälschen der Messdaten aufgrund unerwünschter Berührung, langer Übertragungswege und anderer gegenseitiger Beeinflussung vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung gibt zusätzlich zu dem der Füllmenge entsprechenden Signal vorzugsweise ein der gemessenen Gastemperatur entsprechendes Signal aus. Dieses Gastemperatursignal kann dazu verwendet werden, einen Verlauf des Füllmengensignals über die Zeit zu glätten bzw. einen durch eine temperaturbedingte Volumenausdehnung der Isolierkammer bedingten Fehler des der Füllmenge entsprechenden Signals zu kompensieren. Die von der Messeinrichtung ausgegebenen Signale sind vorzugsweise analoge Signale, die dem 4-20mA-Standard entsprechen.
Mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist es möglich, bereits kleinste Leckagen der Isolierkammer zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Im Prinzip besteht die erfindungsgemäße Messeinrichtung also aus einem kombinierten Druck- und Temperatursensor, der ein füllmengenproportionales, analoges Ausgangssignal liefert. Das Füllmengensignal wird dabei im Wesentlichen aus einer Dichte des SF 6 -Gases ermittelt, die auf einem gemessenen SF 6 -Gasdrucksignal und einem gemessenen SF 6 - Gastemperatursignal basierend errechnet ist, und wird anschließend weiter mit Hilfe der gemessenen Gastemperatur kompensiert. Bei der Bestimmung der SFε-Gasdichte kommt vorzugsweise ein virialer Realgasansatz im Sinne einer Virialgleichung zur Anwendung und die Berechnung erfolgt intern in der Verarbeitungsvorrichtung der Messeinrichtung. Eine Virialgleichung ist eine Erweiterung der allgemeinen Gasgleichung durch eine Reihenentwicklung nach Potenzen von 1/V n ,. Bei einem Abbruch der Reihenentwicklung nach dem ersten Glied erhält man wiederum die allgemeine Gasgleichung. Führt man die Reihenentwicklung jedoch weiter, entsteht eine potenziell unendliche Zahl von Zustandsgieichungen mit einer zunehmenden Anzahl von Parametern. Der viriale Realgasansatz kann, im Gegensatz zu anderen Ansätzen wie z.B. dem idealen Gasgesetz, das nichtlineare Verhalten (Druck-Temperatur-Kennlinie) von SFε-Gas hinreichend genau nachbilden.
Der viriale Realgasansatz basiert auf der allgemeinen (idealen) Gasgleichung (p*V = n*R*T) , wobei ein Realgasfaktor Z integriert ist. Üblicherweise wird der Realgasfaktor Z jedoch nicht als eine feste Konstante angesehen, sondern wird als eine Funktion zum Beispiel der Temperatur betrachtet (Z (T) ) . Mit sich ändernder Temperatur ergeben sich andere Werte für Z. Analog kann man auch für die Größen Dichte oder Druck verfahren und den Realgasfaktor von diesen abhängig machen.
p = p*R SF6 *T*Z(T) (1)
Der Realgasfaktor enthält mindestens eine mit einem Exponenten versehene Variable, um eine Kurvenfunktion abzubilden, die dem realen Verhalten des SF 6 -Gases entspricht. Dabei setzt sich der Realgasfaktor aus mehreren einzelnen Termen abhängig von der Temperatur sowie steigenden Potenzen der Dichte zusammen.
Zu beachten ist in Gleichung (2), dass die Dichte umgerechnet werden muss, so dass sie in der Einheit mol/L 15 vorliegt. Um das Ergebnis der Berechnung in bar zu erhalten, ist es notwendig, die allgemeine Gaskonstante in der Form
R = O, 0831434 J/ (mol*K)
in Gleichung (2) einzusetzen. Die beiden Terme B(T) und C(T) in Gleichung (2) setzen sich jeweils aus mehreren Termen zusammen:
5(7) = 5 0+ | + |l + | l (3)
C(T) = C 0 +C ι *T+C 2 *T 2 (4)
Die Messung der SF 6 -Gastemperatur findet entsprechend in einer in der Messeinrichtung integrierten Messkammer statt, in der auch das Temperaturmesselement und der Druckaufnehmer angeordnet sind und die eine direkte Verbindung zum zu überwachenden Gasraum der Isolierkammer hat. Durch die direkte Anbindung an den Gasraum bzw. Tank ist daher ein Gasaustausch gewährleistet, wodurch es ermöglicht wird, dass das Temperaturmesselement die tatsächliche Gastemperatur misst. Die Messkammer ist vom Rest der Messeinrichtung hermetisch abgeriegelt und gegen thermische Fehlereinflüsse von außen durch den thermisch isolierenden Mantel isoliert. Die analogen Messelemente der erfindungsgemäßen Messvorrichtung sind vorzugsweise direkt an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) angeschlossen. In der SPS werden die lokalen Alarme zur Überwachung des sicheren Betriebs der Schaltanlage realisiert. Sollte eine plötzliche Leckage auftreten, gibt die SPS bei einem Unterschreiten eines eingestellten Grenzwertes einen entsprechenden Alarm aus, wodurch der sichere Betrieb der Schaltanlage gewährleistet werden kann. Zudem werden die analogen Signale in der SPS im Anschluss an die Messvorrichtung vorzugsweise digitalisiert (mind. 14bit A/D-Wandlung) . Die SPS kann des Weiteren vorzugsweise mit einer lokalen Display-Anzeige verbunden sein. Über die Anzeige wird der aktuelle Dichtewert angezeigt. Die Anzeige kann eine Farbwechselfunktion aufweisen (z.B.: grüne Ziffern = OK, gelbe Ziffern = Grenzwert erreicht, rote Ziffern = 2. Grenzwert erreicht) . Durch die Platzierung der SPS in direkter Umgebung der überwachten Schaltanlage, d.h. ohne Datenfernübertragung, und dadurch, dass die Alarmausgänge der SPS direkt mit der Steuerung der Schaltanlage verbunden sind, ist der sichere Betrieb der Schaltanlage jederzeit gewährleistet.
Die auf diese Weise digitalisierten Signale werden vorzugsweise mittels Datenfernübertragungstechnik an eine zentrale Datenbank gesendet. Eine spezielle Auswertesoftware, die auf die zentrale Datenbank zugreift, bietet die Möglichkeit, vorher ermittelte Kennlinien der Messelemente zu speichern sowie störende äußere Einflüsse (z.B. eine Volumenausdehnung des Gasraums bzw. Tanks) zu korrigieren. Die Korrektur der Volumenausdehnung erfolgt mittels der gemessenen Temperatur und eines hinterlegten Ausdehnungskoeffizienten des Tankmaterials. Die korrigierten Dichtewerte werden zur Analyse dauerhaft in der Datenbank abgelegt. Die Rohdaten werden archiviert. Weiterhin kann die Software im Zuge einer statistischen Auswertung (Methode kleinster Fehlerquadrate, Best Fit Straight Line) aus den Messdaten einen Trend der überwachten Füllmenge abschätzen. Das Ergebnis der Auswertung ist die tatsächliche Leckage, d.h. der tatsächliche SF 6 -Gasverlust der zu überwachenden Schaltanlage. Der gefundene lineare Trend kann in der Datenbank abgelegt und je nach Anwenderwunsch, z.B. in eine Leckagerate oder in bereits emittierte Gasmasse umgewandelt werden. Dazu müssen lediglich Daten zu Größe (Volumen) und Solldichte des überwachten Tanks in der Auswertesoftware hinterlegt werden. Der Trend kann, insbesondere zu Anfang der Messung, auch über kürzere Zeiträume bestimmt werden. Da sich die Emissionsdaten jedoch generell auf einen Zeitraum von einem Jahr beziehen, können Auswertungen über kürzere Zeiträume nur bedingt für Aussagen zur Lecksituation des Tanks genutzt werden.
Die Analyse der Füllmenge über die SFε-Gasdichte erfolgt in festen Zeiträumen, z.B. über ein Jahr, ein Quartal oder einen Monat.
Die Auswertung über ein Jahr liefert dabei die genauesten Ergebnisse, die Auswertungen über kürzere Zeiträume zeigen kurzfristige Änderungen der Leckage an. Die Auswertesoftware gibt einen entsprechenden Trend der Tankleckage aus. Im Gegensatz zu klassischen SFε-Gas- Überwachungstechniken kann ein Anwender mit Hilfe des Leckagetrends die Wartung der Schaltanlage, bspw. ein Nachfüllen des SF 6 -Gases, im Voraus planen. Die Auswertesoftware bietet weiterhin die Möglichkeit, Grenzwerte für die Tankleckage zu definieren. Werden die eingestellten Grenzwerte über- bzw. unterschritten, erhält der Anwender eine entsprechende Benachrichtigung und kann Gegenmaßnahmen, bspw. zur Abdichtung der Leckage, ergreifen .
Bei der erfindungsgemäßen Messeinrichtung werden alle Messwerte zu der Datenbank übertragen und in dieser abgelegt bzw. gespeichert. Diesen Messwerten entsprechend kann bspw. eine graphische Auswertung erstellt werden, die dem Anwender die benötigten Informationen bereitstellt. Dabei ist es denkbar, dass der Zugriff des Anwenders auf die Datenbank von jedem PC mit Internetzugang aus erfolgen kann, wobei dem Anwender z.B. ein passwortgeschützter Zugang ermöglicht wird. Alternativ können dem Anwender in regelmäßigen Abständen Berichte zur Verfügung gestellt werden, die die entsprechenden Angaben zum Gasverlust der Anlage enthalten. Dabei bietet die erfindungsgemäße Messeinrichtung die Möglichkeit, die Wartung der Schaltanlage im Voraus zu planen, sowie eine erhöhte Leckage festzustellen und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge des SF 6 -Gases in der Isolierkammer umfasst einen Schritt des Messens des Drucks des Gases durch den Druckaufnehmer, einen Schritt des Messens der Temperatur des Gases unmittelbar durch das Temperaturmesselement, einen Schritt des Bestimmens der Dichte des Gases aus dem
Gasdruckmesswert und dem zugehörigen Gastemperaturmesswert, einen Schritt des Ausgebens eines der Gasdichte entsprechenden Signals, einen Schritt des Ausgebens eines zugehörigen, der Gastemperatur entsprechenden Signals und einen Schritt des Ermitteins eines Trends zur Leckage der Isolierkammer. Das Verfahren weist des Weiteren vorzugsweise zudem einen Schritt auf, bei dem der durch eine temperaturbedingte Volumenausdehnung der Isolierkammer bedingter Fehler des Signals, das der Füllmenge entspricht, unter Verwendung des zugehörigen Gastemperatursignals kompensiert wird. Weiterhin wird bei dem Schritt des Bestimmens der Gasdichte vorzugsweise ein virialer Realgasansatz herangezogen.
Das erfindungsgemäße System zur Überwachung der Füllmenge des SF 6 -Gases in der Isolierkammer, in der Hochspannungskomponenten enthalten sind, umfasst die erfindungsgemäße Messeinrichtung, wie sie vorhergehend beschrieben ist, sowie eine Auswerteeinheit zum Aufzeichnen des der Füllmenge entsprechenden Signals über die Zeit. Dabei wird das vorhergehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren verwendet, um einen Trend zur Leckage der Isolierkammer zu bestimmen. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Signale an die Auswerteeinheit durch entsprechende Datenfernübertragungstechniken, wie z.B. durch Funktechnologie oder über das Internet.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung im an einer Isolierkammer angeschlossenen Zustand gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine beispielhafte schematische Ansicht einer der Messeinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nachgeschalteten, speicherprogrammierbaren Steuerung;
Fig. 3 zeigt verschiedene Arten von
Kommunikationsmöglichkeiten zwischen der Messeinrichtung und einem Anwender; Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das einen Dichteverlauf des SF 6 Gases über die Zeit angibt;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das einen fehlerkompensierten Dichteverlauf des SF 6 -Gases angibt; und
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das eine vorbestimmte Ist- Kennlinie und die entsprechende Soll-Kennlinie der Messeinrichtung angibt.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine Messeinrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messeinrichtung 1 ist an einer Öffnung in einer Außenwand 21 einer Isolierkammer 2 befestigt, wodurch die Öffnung in der Außenwand 21 gasdicht (hermetisch) abgeschlossen ist. Die Isolierkammer 2 ist mit SF 6 -GaS gefüllt. Die
Messeinrichtung 1 ist hier über ein Gewinde (nicht gezeigt) mit der Außenwand 21 verbunden. Alternativ dazu kann die Messeinrichtung 21 an der Außenwand 21 festgeschweißt oder in die Öffnung in der Außenwand 21 gepresst sein.
Durch eine Öffnung 11 in der Messeinrichtung 1 kann das SF 6 -GaS in die Messkammer 12 eindringen. In der Messkammer 12 ist ein Temperaturmesselement 13 zum Messen der Temperatur des SF 6 -Gases vorgesehen. Die elektrische Leitung des Temperaturmesselements 13 führt aus der Messkammer 12 heraus, wobei der Durchgang der Leitung aus der Messkammer 12 durch eine Einglasung 14 (d.h. in Glas eingeschmolzen) abgedichtet ist.
Ein Druckaufnehmer 15 ist des Weiteren in der Messkammer 12 angeordnet, wobei der Druckaufnehmer 15 in einer Rückwand der Messkammer 12 eingebettet ist. Der Druckaufnehmer 15 weist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Druckmembran auf, die zu der Messkammer 12 hin freiliegt. Dadurch ist die Membran direkt mit SF 6 -GaS beaufschlagt und der Druckaufnehmer 15 misst den Druck des SFε-Gases in der Messkammer 12. In der Messkammer 12 ist das Temperaturmesselement 13 in unmittelbarer Nähe vor dem Druckaufnehmer 15 angeordnet, so dass ein gemessener Druck und eine gemessene Temperatur in der Messkammer 12 demselben SFε-Gasanteil zugehörig sind. Die Membran ist hermetisch dicht mit der Messkammer 12 verbunden und verschließt diese.
Der Druckaufnehmer 15 und das Temperaturmesselement 13 sind mit einer Verarbeitungsvorrichtung 16 elektrisch verbunden, wobei der Druckaufnehmer 15 und das Temperaturmesselement 13 ihre jeweiligen Messsignale an die Verarbeitungsvorrichtung 16 übertragen. In der Verarbeitungsvorrichtung 16 wird aus dem analogen Drucksignal P a n a i o g und dem entsprechenden analogen Temperatursignal T ana i og ein analoges Dichtesignal Panaiog des SFε-Gases mit Hilfe des früher beschriebenen virialen Realgasansatzes ermittelt und ausgegeben. Zudem wird von dem Temperaturmesselement 13 das gemessene, analoge Temperatursignal T ana i og auch direkt ausgegeben.
Die Messeinrichtung 1 stellt eine geschlossene, fluiddichte Einheit dar, in der das Temperaturmesselement 13, der Druckaufnehmer 15 und die Verarbeitungsvorrichtung 16 im Wesentlichen koaxial zueinander so angeordnet sind, dass das Temperaturmesselement 13 bezüglich der Isolierkammer 2 in der Messkammer 12 vor dem Druckaufnehmer 15 und dieser wiederum vor der Verarbeitungsvorrichtung 16 angeordnet sind. Diese innere Anordnung in der Messeinrichtung 1 ist durch einen thermisch isolierenden Mantel 17 gegen äußere thermische Einflüsse isoliert. Der thermisch isolierende Mantel 17 kann aus einem Dämmstoff, wie z.B. einem thermisch isolierenden Kunststoffschäum bestehen.
Fig. 2 zeigt schematisch eine der Messeinrichtung 1 nachgelagerte Steuerungsvorrichtung 3, die eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) beinhaltet und bei der die von der Messeinrichtung 1 ausgegebenen analogen Temperatur- und Dichtesignale p a naiog, T ana i og als Eingangssignale verwendet werden. In der
Steuerungsvorrichtung 3 werden die analogen Ausgangssignale P a n a i o g, T ana i og der Messeinrichtung 1 in einem Analog-Digital- Wandler 4 zu digitalen Signalen Pdigitai/ T digita i umgewandelt. Die digitalen Signale Pdigitai/ T digita i werden in einem Speicher 5 zwischengespeichert und als Datenpaket über eine Kommunikationsschnittstelle 6 bidirektional weiterkommuniziert, z.B. an einem Server, wobei die weiterkommunizierten Signale letztendlich zur Erstellung einer Trendkurve durch eine Auswertesoftware dienen. Die Steuerung stellt für bestimmte voreingestellte Dichtewerte programmierbare Alarmkontakte Ai, A 2 , A 3 etc. bereit, um ein kritisches Absinken der SFε-Gasdichte anzuzeigen. Des Weiteren kann der aktuell gemessene Füllstand über eine zusätzliche Display-Anzeige 7 als Ist-Wert direkt an bzw. in der Nähe der Isolierkammer 2 angezeigt werden.
Fig. 3 zeigt verschiedene mögliche Arten der Datenfernübertragung der von der Messeinrichtung 1 in der Isolierkammer 2 gemessenen und von der
Steuerungsvorrichtung 3 weiterverarbeiteten Signale an eine Auswerteeinrichtung 8, die die Auswertesoftware ausführt. Im Fall A von Fig. 3 werden die von der
Steuerungseinrichtung 3 ausgehenden Informationen direkt an die Auswerteeinrichtung 8 übertragen, z.B. über eine feste, unterirdische Leitung. Im Fall B von Fig. 3 werden die von der Steuerungseinrichtung 3 ausgehenden Informationen per Funkübertragung an die Auswerteeinrichtung 8 übertragen. Im Fall C von Fig. 3 werden die von der Steuerungseinrichtung 3 ausgehenden Informationen per Funk in ein Rechnernetzwerk, wie z.B. das Internet (world wide web) eingespeist und über einen Server 9 an die Auswerteeinrichtung 8 übermittelt.
In Fig. 4 ist ein Dichteverlauf der SF 6 -Gasfüllmenge über die Zeit t in einem Diagramm gezeigt. In dieser Ansicht entspricht der Abstand zwischen 2 Strichen auf der Zeitachse einem Tag. Dabei kann man erkennen, wie sich die Dichte p über den Tag hinweg durch bspw. ein Aufwärmen der Isolierkammer 2 verändert. Aus diesem Diagramm ist klar zu erkennen, dass das auf Normwerte umgerechnete Füllvolumen V stark von einer Temperatur in der Isolierkammer 2 und damit von einer SF 6 -Gastemperatur abhängig ist.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, dass einen temperaturkompensierten Verlauf der SF 6 -Gasdichte p der einzelnen Messungen über die Zeit t angibt. Dazu wird die SF 6 -Gastemperatur zu jeder Messung als Kompensationsfaktor verrechnet, um die temperaturbedingte Volumenausdehnung der Isolierkammer 2 zu kompensieren. Der Trend der SFε- Gasdichte p ist in dem Diagramm ebenfalls gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die Trendlinie leicht nach unten geneigt ist und sich einem minimalen Grenzwert Min. langsam annähert. Bei Erreichen des minimalen Grenzwerts Min. kann bspw. von der Auswerteeinrichtung 8 eine akustische oder visuelle Warnung an einen Anwender ausgegeben werden, so dass Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Zudem kann bspw. die Display-Anzeige 7 ein visuelles Signal direkt vor Ort in der Nähe der Isolierkammer 2 an einen Anwender, wie z.B. Wartungspersonal ausgeben. In dem Diagramm von Fig. 6 ist eine vorbestimmte Ist- Kennlinie und die entsprechende Soll-Kennlinie der Messeinrichtung 1 angibt. Aus diesen Kennlinien kann ein Signalunterschied Δ bestimmt werden, um den sich der Ist- Verlauf der SFβ-Gasdichte p im Vergleich zum Soll-Verlauf verändert hat.