СПОСОБ КОНТРОЛЯ НЕСКОЛЬКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОВОДОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЖГУТА ПРОВОДОВ
METHOD OF INSPECTING MULTIPLE ELECTRIC WIRES OF BUNDLE OF WIRES

Изобретение относится к способу контроля жгута проводов, включающего в себя несколько электрических проводов, в частности проводов электроэнергии. Кроме того, изобретение относится к устройству контроля жгута проводов, включающего в себя несколько электрических проводов, и к ветроэнергетической установке.
Известно, что электрическая энергия направляется от электрического генератора ветроэнергетической установки по электрическим проводам в башне ветроэнергетической установки к основанию башни, чтобы там эту электрическую энергию передать дальше и/или переработать дальше. В одном известном примере генератор вырабатывает переменный ток, например в виде двух трехфазных переменных токов. Эти переменные токи выпрямляются в гондоле, в которой расположен генератор, а выработанный при этом постоянный ток по проводам постоянного тока направляется от гондолы и, тем самым, от верхней части башни вниз по башне к основанию башни. Для этого нередко параллельно включаются несколько однородных проводов, чтобы избежать слишком толстого и, тем самым, сложного в обращении провода и реализовать необходимое сечение системы проводов за счет использования нескольких параллельно включенных проводов. Эти провода могут быть электропроводящим образом соединены, например, в верхней части башни и основании башни соответственно посредством клеммной шины. Например, за счет этого параллельно включены могут быть 16 проводов, когда они соединены между собой на этой шине электрически, то есть гальванически. Выработанный постоянный ток подается тогда на эту шину или аналогичную деталь и распределяется идеальным образом равномерно по отдельным проводам. При этом равномерное распределение тока по электрическим проводам происходит, в принципе, физически условно. Если все провода имеют, в частности, одинаковые сечение и длину, а именно длину башни, то они имеют одинаковое омическое сопротивление или соответственно, говоря обобщенно, одинаковый импеданс. Соответственно в каждом проводе устанавливается одинаковый ток.
В действительности же может произойти так, что возникают помехи или, по меньшей мере, неприемлемые погрешности. Так, например, могут иметь место отдельные высокие переходные сопротивления, прерывания, короткие замыкания и т.п., что может привести к повышенному току, во всяком случае, в одном из проводов. Неправильно или недостаточно подключенные отдельные провода могут привести к тому, что по ним будет течь меньший или в самом крайнем случае вообще не будет течь ток, а остальным проводам придется воспринимать и пропускать соответственно больше тока.
Германское ведомство по патентам и товарным знакам провело поиск по приоритетной заявке к данной заявке следующего уровеня техники: DE 102009021217 А1 и ЕР 2270452 А2.
В основе изобретения лежит задача устранения, по меньшей мере, одной из упомянутых выше проблем. В частности, должно быть создано упрощенное решение, заключающееся в надлежащем контроле нескольких параллельно включенных проводов для направления тока от генератора вниз по башне. В частности, должны, по возможности, поддерживаться на низком уровне также аппаратные затраты, и преимущественно также, по возможности, должна поддерживаться на низком уровне подверженность к сбоям. По меньшей мере, должно быть предложено альтернативное решение.
Согласно изобретению, предложен способ по п. 1 формулы. Этот способ позволяет контролировать жгут проводов из нескольких электрических проводов, причем жгут проводов подготовлен для передачи электрической энергии, выработанной генератором ветроэнергетической установки. Жгут проводов передает, тем самым, соответствующий ток и за счет этого выработанную генератором энергию. При этом ток может быть выработан для дальнейшей переработки, в частности для выпрямления выработанного генератором тока.
Далее, по меньшей мере, на двух электрических проводах измеряется соответствующая температура. Таким образом, в распоряжении имеются, по меньшей мере, две температуры проводов, и эти измеренные температуры сравниваются между собой, в частности каждая измеренная температура с каждой другой измеренной температурой. При оценке этого сравнения соответствующих температур между собой или в результате нее определяется, не отличаются ли друг от друга две температуры более чем на одну заданную величину. Таким образом, речь идет о соотношении температур. Разумеется, могут учитываться также абсолютные температуры, чтобы обнаружить, например, перегрузку проводов, однако предложенное решение основано на сравнении двух температур.
В основе этого лежит идея, заключающаяся в том, что провода в нормальном случае нагружены электрически одинаково, в частности, что одинаковые провода передают одинаковую величину тока. При возникновении сбоя, при котором, например, один из проводов плохо контактирует или, например, поврежден, этот провод может иметь более высокое общее сопротивление и передавать соответственно меньше тока. Остальные провода, в частности, по меньшей мере, один дополнительный контролируемый провод передает в этом случае соответственно больше тока. В результате эти разные токи приводят к разному нагреву обоих проводов, тем самым, к разным температурам и, наконец, к лежащему выше заданного предела отклонению сравниваемых температур по отношению друг к другу.
Температуры в проводе подвергаются влиянию других различных воздействий, таких как величина общего тока, который в ветроэнергетической установке не в последнюю очередь зависит также от господствующих ветровых условий. Кроме того, на температуры проводов могут влиять также соответствующие окружающие температуры в башне или в месте ее установки. Эти более или менее внешние температурные влияния действуют, однако, на провода жгута в равной степени или, по меньшей мере, в равной степени. Поэтому за счет определения разности температур оценку других краевых условий можно оставить без внимания.
Кроме того, в любом случае описанное в качестве примера уменьшение тока в одном проводе, связанное с повышением тока в другом проводе, приводит к сравнительно большой разности температур и становится, тем самым, хорошо подходящим индикатором проблемы в этом жгуте проводов.
Заданный предел, который можно обозначать также предельной дифференциальной температурой, может быть твердо задан на основе эмпирических значений или предварительных измерений перед пуском в эксплуатацию. Точно так же можно измерить и зарегистрировать температуры, по меньшей мере, в первой тестовой установке на соответствующих проводах и снять нормальные отклонения температур. Таким образом, этот предел или предельная дифференциальная температура устанавливается преимущественно на значение, которое превышает зарегистрированные нормальные отклонения. При регистрации температуры на трех или более проводах можно предпочтительным образом задавать разные пределы или предельные дифференциальные температуры, а именно в зависимости от того, какой провод с каким сравнивается. Такие разные пределы могут определяться соответственно также за счет описанного предварительного измерения нормальных отклонений, в частности нормальных колебаний.
Заданный предел может быть установлен также заранее, а затем согласован во время эксплуатации установки в зависимости от предпринятых измерений.
Преимущественно подается предупредительный сигнал, который можно рассматривать как сообщение о помехе, если было обнаружено, что две температуры отличаются друг от друга более чем на заданный предел. Такой предупредительный сигнал может передаваться в виде внутреннего сигнала на управляющую вычислительную машину и т.п., которая может принять дальнейшие меры, в частности дросселировать ветроэнергетическую установку, в случае крайней необходимости отключить ее, а также в качестве альтернативы или дополнительно передать предупредительный сигнал, например, в центр управления через SCADA.
Преимущественно контролируемый жгут проводов проложен в башне ветроэнергетической установки, а вся выработанная генератором энергия - за вычетом потерь - направляется вниз по башне. Таким образом, этот способ касается, в частности, контроля проводов электроэнергии, передающих, в основном, электрическую энергию. Такие провода электроэнергии рассчитаны соответственно на пропускание большого тока, а не только на передачу информации. К тому же такие провода электроэнергии объединяются в жгуты, которые предусмотрены для пропускания общего тока, максимально равномерно распределяющегося по проводам этого жгута. Неправильное функционирование или неправильное подключение одного провода приводит, тем самым, к соответствующим сдвигам распределения тока между проводами. Из-за сравнительно высоких ожидаемых токов это заметно с термической точки зрения и регистрируется путем предложенного сравнения температур на соответствующем проводе.
Преимущественно контролируемые провода жгута проводов включены параллельно друг другу и предусмотрены для пропускания соответственно тока одинаковой величины. Для этого проводá выполняются, в основном, одинаковыми, а именно одного типа, и/или имеют одинаковую длину и/или одинаковое сечение. Одинаковая длина нужна обычно потому, что весь жгут и, тем самым, каждый отдельный провод в любом случае доходит преимущественно от верхней части башни до основания башни, причем вместо башни может использоваться также мачта. В случае одинакового сечения проводов и при этом применения одинакового материала, в частности меди, электрические провода равноценны, прежде всего, по своей электрической проводимости. Кроме того, в случае применения одинаковых оболочек одинаковыми являются также теплоизолирующие свойства. Преимущественно используются, в целом, одинаковые провода, чтобы предотвратить использование одного провода большого сечения, с которым, если его вообще можно было бы приобрести, было бы трудно обращаться.
Преимущественно температура всех контролируемых проводов измеряется в продольном направлении жгута проводов в одном и том же месте, т.е., в частности, в месте подключения или измерения в верхней части башни или в месте подключения или измерения в ее основании. Благодаря этому можно предотвратить то, что разные места измерений, т.е., в частности, разные высоты измерений, приведут к разным температурам и, тем самым, к ослаблению информативности предложенного сравнения. Кроме того, сравнительно просто реализовать также предпочтительную связь измерительных датчиков с устройством обработки данных в верхней части башни, в частности в гондоле ветроэнергетической установки, или в основании башни. Все измеренные значения снимаются затем, в основном, в одном месте и там обрабатываются или, по меньшей мере, подготавливаются для обработки, например оцифровываются.
При сравнении двух температур между собой и регистрации того, отличаются ли обе температуры друг от друга более чем на одну заданную величину, одна из обеих температур может быть также, например, средним значением нескольких температурных значений. Так, например, среднее значение можно образовать из всех зарегистрированных температур, т.е. температур каждого из проводов, а затем отдельные температуры каждого провода сравнить с этим средним значением. При этом, правда, требование к точности может быть немного выше, чем когда две конкретно измеренные температуры сравниваются между собой, однако для температуры каждого провода достаточно сравнения, а именно сравнения этой температуры с усредненной температурой. Так, например, в случае десяти проводов требуется провести лишь десять сравнений, если температура каждого провода сравнивается только с одним средним значением температуры. Если температура каждого провода сравнивается с температурой каждого другого провода, что предложено также в одном варианте, то в названном примере требуется 45 сравнений.
Преимущественно температуру можно использовать как род силового рычага, который, следовательно, дает разъяснение о передаваемой мощности. Например, может подаваться сообщение о нарушении, если возникает отдельное отклонение температуры. Оно может составлять, например, 5°С. Дополнительно предложено подавать сообщение о нарушении также при превышении максимальной абсолютной температуры, если, например, провод достигает температуры 75°С.
В обоих описанных случаях сообщение о нарушении может замыкать контакт цепи тревожной сигнализации, когда включается, в частности замыкается накоротко, выключатель цепи тревожной сигнализации, что можно использовать соответственно дальше для обработки, например, за счет этого может включаться дополнительный тревожный сигнал, например сигнальная лампочка, акустический предупредительный сигнал и/или отключение установки. Кроме того, или в качестве альтернативы сообщение о нарушении может предусмотреть отправку пакета данных. Он может включать в себя место и время и, при необходимости, также другие подробности, например конкретно измеренную температуру, и соответственно направить дальше, в частности в центр управления.
Кроме того, предложено устройство контроля по п. 6. Оно предназначено для контроля жгута проводов, включающего в себя несколько электрических проводов, причем жгут проводов подготовлен для передачи выработанной генератором ветроэнергетической установки электрической энергии. Устройство контроля содержит соответственно температурный датчик, по меньшей мере, на двух электрических проводах для измерения соответственно температуры этих проводов. Далее предусмотрены устройство сравнения температур между собой и устройство обработки данных для регистрации того, отличаются ли друг от друга две температуры, т.е., в частности, температуры двух проводов, более чем на один заданный предел. В частности, такое устройство контроля выполнено для осуществления способа, по меньшей мере, по одному из описанных выше вариантов.
Устройство контроля дополнено предпочтительно управляющей вычислительной машиной для обработки измеренных температур, причем, в частности, управляющая вычислительная машина образует устройство сравнения и/или устройство обработки данных. Способ контроля выполняется, тем самым, в частности, полностью или частично с помощью управляющей вычислительной машины.
Преимущественно на каждом из электрических проводов расположен температурный датчик для регистрации температуры каждого из этих электрических проводов и проведения описанных сравнений. Оптимально использовать в качестве температурного датчика температурно-зависимый измерительный резистор. За счет этого можно простым образом измерять температуру и электрически обрабатывать дальше температурные значения. Точно так же простым образом можно предусмотреть на каждом проводе такой датчик. Так, даже в случае большого числа объединенных в жгут электрических проводов можно осуществлять предложенный контроль каждого отдельного провода. Для этого в простейшем случае требуется лишь соответственно один температурный датчик на каждом из контролируемых электрических проводов и блок обработки, в котором сходятся и обрабатываются все температурные значения. Преимущественно блок обработки или соответственно блок предварительной обработки включен между датчиком и управляющей вычислительной машиной для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой и/или для усиления измерительного сигнала.
Поскольку контролируется каждый провод жгута, это касается электрически параллельно включенных проводов, которые передают энергию от электрического генератора ветроэнергетической установки и при этом распределяют между собой соответствующий ток. Жгут обозначает, следовательно, несколько объединенных проводов электроэнергии для передачи этой выработанной электрической энергии независимо от того, соединены ли механически с этим жгутом другие провода для другой цели, например провода передачи данных, защитные провода или заземляющие провода, которые при этом исключены из контроля.
Преимущественно эти провода жгута и, тем самым, жгут в целом предусмотрены для передачи постоянного тока.
Параллельное включение электрических проводов жгута означает, что эти провода присоединены, по меньшей мере, к одному месту соединения электропроводящим образом, т.е. непосредственно. Это может осуществляться, в частности, на одной общей клемме или шине. Передаваемый ток, который должен распределяться по отдельным проводам, может подаваться к этой шине или клемме, распределяясь оттуда максимально равномерно по отдельным электрическим проводам. В частности, для равномерного распределения тока важным является, однако, хорошее и равномерное электрическое соединение каждого из этих электрических проводов с шиной.
Кроме того, предложена ветроэнергетическая установка, содержащая башню с верхней частью и основанием и расположенный в верхней части башни генератор для генерирования электрической энергии из ветра. Генератор предусмотрен преимущественно в расположенной в верхней части башни гондоле. Кроме того, ветроэнергетическая установка содержит жгут проводов, включающий в себя несколько электрических проводов, для передачи выработанной генератором электрической энергии, в частности в виде постоянного тока, от верхней части башни к основанию башни. Кроме того, предусмотрено устройство контроля, описанное выше в связи, по меньшей мере, с одним вариантом осуществления. Преимущественно ветроэнергетическая установка осуществляет контроль нескольких электрических проводов жгута проводов, описанный выше в связи с вариантами способа контроля.
Преимущественно жгут проводов проложен в башне и передает всю выработанную генератором энергию, то есть всю выработанную мощность, вниз по башне. При этом возможными потерями можно пренебречь. Преимущественно выработанная генератором энергия преобразуется, прежде всего, в постоянный ток, передаваемый затем по этому жгуту.
Преимущественно провода жгута проводов включены параллельно друг другу и подготовлены для передачи соответственно тока одинаковой величины. В частности, электрические провода имеют для этого одинаковое сечение.
Ниже изобретение более подробно описано на примере осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
фиг. 1 - используемая в ветровом парке ветроэнергетическая установка схематично в перспективе;
фиг. 2 - схематично присоединительная шина с несколькими электрическими проводами жгута проводов.
На фиг. 1 изображена ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 установлен ротор 106 с тремя лопастями 108 и обтекателем 110. Ротор 106 при работе приводится ветром во вращательное движение и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104.
2
На фиг. 2 изображено устройство 1 для контроля кабельного жгута 2, который можно обозначать также жгутом 2 проводов. Последний включает в себя 16 электрических проводов 4, которые на данной фиг. изображены в сечении. Все электрические провода 4 имеют одинаковое сечение, и, вообще, представляют собой провода одного типа и выполнения. Показанный тип известен под обозначением NYY1х400 мм. По этим 16 электрическим проводам 4 жгута 2 проводов передается постоянный ток, который передает всю электрическую мощность генератора ветроэнергетической установки.
Электрические провода 4 жгута 2 проводов объединены на клеммном устройстве 6. При этом с каждым из электрических проводов 4 соединен температурный датчик 8, который выполнен здесь в виде температурно-зависимого резистора. Измеренные температурными датчиками 8 температуры обрабатываются в устройстве 1 контроля. При этом устройство 1 контроля расположено непосредственно рядом с клеммным устройством 6, что при реализации может иметь конструктивные преимущества. Место расположения устройства 1 контроля необязательно должно совпадать с местом расположения клеммного устройства 6, а может быть реализовано также в другом месте вдоль жгута 2 проводов. Однако использование клеммного устройства 6 упрощает также расположение температурных датчиков 8 и при этом повышает его надежность.
Устройство контроля 1 включает в себя питающий вход 10, который по роду может соответствовать нормальному электропитанию. За счет этого устройство контроля 1, в частности расположенный в нем управляющая вычислительная машина, может питаться электрической энергией в качестве питающей энергии. Питающий вход 10 является, тем самым, частью блока 12 обработки, который обозначен здесь лишь схематично. В блоке 12 обработки обрабатываются сигналы температурных датчиков 8, а именно всех 16 температурных датчиков 8. Восемь из 16 температурных датчиков 8 направлены вниз и снабжены на контактных штырьках присоединительными проводами 14, которые символически обозначены стрелками, чтобы показать, что они также обрабатываются в блоке 12 обработки.
В качестве альтернативы электропитание блока 12 обработки может осуществляться также по проводу передачи данных, причем интерфейс обходится одним или несколькими проводами передачи данных, который используется как в качестве электропитания, так и в качестве приемо-передающего провода.
Блок 12 обработки сравнивает затем температуры, зарегистрированные температурными датчиками 8, между собой и подает сообщение о нарушении, как только две температуры отличаются друг от друга более чем на одно заданное значение, в частности более чем на один заданный предел дифференциальной температуры. Сообщение о нарушении может подаваться, например, таким образом, что на тревожном выходе 16 замыкается или размыкается выключатель. К этому тревожному выходу 16 может быть, тем самым, подключена электрическая схема или электрическая обрабатывающая схема для обработки такого коммутационного сигнала извне или для формирования за счет коммутации тревожного выхода 16 непосредственно другого тревожного сигнала или предупредительного сообщения иного рода. Коммутация может вызывать также непосредственно действие в ветроэнергетической установке, при необходимости, даже отключить ее.
Кроме того или в качестве альтернативы через выход 18 тревожных данных может выдаваться пакет данных, который содержит вид и объем измеренного нарушения. Такой пакет данных может содержать, в частности, время и место расположения устройства контроля или место расположения соответствующей ветроэнергетической установке. Кроме того, в таком пакете данных могут содержаться также конкретно снятые температурные значения. Для этого содержатся либо температурные значения всех электрических проводов 4, либо только температура провода, которая привела к вызвавшему сообщение о нарушении отклонению.
Помимо контроля разностей температур, то есть помимо сравнения температур электрических проводов 4 между собой, устройство 1 выполняет также контроль абсолютных температур.
В клеммном устройстве 6 имеются также два заземляющих провода 20, которые обычно называются РЕ-проводами, однако не должны передавать ток и соответственно не содержат также температурного датчика. 16 электрических проводов 4 вместе с этими двумя РЕ-проводами 20 объединены в корпусе 22. Вне корпуса 22 предусмотрены предохранительный провод 24, дополнительный вспомогательный провод 26 и световод 28, которые могут использоваться ветроэнергетической установкой, однако не играют никакой роли для устройства 1 контроля и осуществляемого им способа контроля.
Таким образом, для защиты кабельной линии башни от перегрузки, в частности в случае многократно уложенных параллельно друг другу электрических проводов, предложен контроль. Он основан на разных температурах отдельных проводников, т.е. отдельных электрических проводов, вследствие разных токов, которые могут быть условными за счет высоких переходных сопротивлений, прерываний, коротких замыканий и т.п.
Благодаря предложенному контролю должна достигаться защита каждого отдельного электрического провода кабельной линии от перегрузки.
Основа заключается в том, что каждый проводник, через который течет ток, нагревается пропорционально, а именно в зависимости от высоты тока. Электрические провода и кабели специфицированы, как правило, вплоть до максимальной рабочей температуры. Например, кабель с типовым обозначением NYY рассчитан на температуру поверхности до +70°С. За счет параллельного включения двух или более проводов ток в идеальном случае равномерно распределяется по всем проводам. Таким образом, при использовании проводов одного типа, а также одинаковой длины и одинакового выполнения, нагрев идентичен. Нарушения или технические дефекты, обусловленные неправильным изготовлением, конфекционированием, прокладкой или эксплуатацией провода, могут привести к его повышенному сопротивлению, которые находятся в обратном отношении к прохождению тока. Уменьшенное прохождение тока в соответствующем проводе приводит к повышению тока в других параллельно проложенных проводах и, тем самым, повышению температуры там. Разность температур определяется с помощью измерительной техники, обрабатывается и обнаруживается как дефект. Измерение абсолютной температуры каждого отдельного провода вызывает то, что при достижении максимально допустимой температуры поверхности, которая, например, для провода типа NYY должна составлять 70°С, мощность ветроэнергетической установки уменьшается или, при необходимости, она останавливается.
Предложенный контроль или предложенное устройство контроля, что можно обозначить, в целом, как систему измерения и контроля, отличается также высокой гибкостью в применении. Предложенная система работает, в основном, независимо от типа кабеля и числа проводов. Устройство контроля или соответствующий способ необязательно применять в башне, а может применяться также в других местах, где проходит жгут электрических проводов, например в гондоле или в дополнительном здании для электрооборудования. Это обусловлено тем, что прохождение тока в электрических проводах по всей длине каждого провода идентичное.