СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА, ЗАПОЛНЕННОГО ИЗОЛИРУЮЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮ
METHOD AND DEVICE FOR DETERMINATION OF RELATIVE HUMIDITY OF ELECTRIC DEVICE FILLED WITH INSULATING LIQUID

Область техники изобретения
Настоящее устройство относится к способу и устройству для определения относительной влажности электрического устройства, заполненного изолирующей жидкостью, содержащего резервуар, содержащий в себе изолирующую жидкость и газ, соединительный узел, предоставляющий взаимосвязь между газом резервуара и газом внешней среды и предоставляющий осушение газа, проходящего через соединительный узел.
Предшествующий уровень техники
Электрическое устройство, заполненное изолирующей жидкостью, такое как трансформатор, переключатель ответвлений или распределительное устройство, является устройством, используемым в приложениях, где требуется изоляция и охлаждение. Электрический узел погружается в изолирующую жидкость с подходящим диэлектриком и охлаждающими свойствами. Электрический узел заключен в резервуар, содержащий изолирующую жидкость и газ, такой как воздух, водород и так далее. Резервуар с погруженным электрическим узлом может также быть соединенным с резервуаром расширителя, содержащим изолирующую жидкость и газ. Изолирующая жидкость имеет поверхность, образующую границу между двумя материалами - изолирующей жидкостью и газом.
Значение относительной влажности изолирующей жидкости является важным для функции электрического устройства, заполненного изолирующей жидкостью. Относительная влажность изолирующей жидкости является отношением между абсолютной влажностью и потенциальным максимальным значением абсолютной влажности изолирующей жидкости для определенной температуры. Нарушение функционирования электрического устройства, заполненного изолирующей жидкостью, может случиться, если относительная влажность изолирующей жидкости, покрывающей электрический узел, является слишком высокой. Изменение в относительной влажности изолирующей жидкости имеет большое влияние на диэлектрическое сопротивление изолирующей жидкости. При высокой относительной влажности изолирующей жидкости диэлектрическое сопротивление изолирующей жидкости является низким. Диэлектрическое сопротивление изолирующей жидкости также находится под влиянием частиц изолирующей жидкости, таких как металлические частицы от электродов электрического узла. Если диэлектрическое сопротивление изолирующей жидкости является низким, могут произойти пробои в электрическом узле, которые могут повредить или ограничить функцию электрического устройства.
На основе опыта, изолирующая жидкость высоковольтных устройств через равные промежутки времени анализируется и поддерживается в рабочем состоянии. Также могут быть взяты образцы изолирующей жидкости для измерения количества влаги в изолирующей жидкости, для определения относительной влажности изолирующей жидкости. Действия для изменения изолирующей жидкости и получения образцов изолирующей жидкости отнимают много времени и, тем самым, имеют результатом повышенные эксплуатационные расходы электрического устройства. Альтернативно, датчик влажности может быть помещен в изолирующую жидкость. Однако измерение влажности в жидкости требует дорогостоящих датчиков.
Электрическое устройство генерирует тепло во время работы, которое вызывает локальное увеличение температуры. Это является главным образом верным для переключателей ответвлений или подобных распределительных устройств, где механические контактные выключатели являются непрерывно замкнутыми и разомкнутыми с высоким электрическим напряжением между точками переключения. В ходе операции переключения, изолирующая жидкость может быть разложена на газы, которые требуется выпустить. Тем самым, резервуару требуется находиться в соединении с внешней средой. Внешняя среда - это среда, окружающая электрическое устройство, заполненное изолирующей жидкостью, такая как воздух, окружающий резервуар. Взаимосвязь с внешней средой обычно осуществляется через соединительный узел, такой как осушающий поглотитель влаги из воздуха.
Соединительный узел обеспечивает соединение между газом резервуара и внешней средой. Таким образом, газ может проходить через соединительный узел, и давление внутри резервуара будет поддерживаться из расчета давления окружающей среды. Когда изолирующая жидкость подогревается, например посредством электрического узла, изолирующая жидкость расширяется, и газ в резервуаре выдавливается во внешнюю среду через соединительный узел. Наоборот, когда изолирующая жидкость охлаждается, объем изолирующей жидкости уменьшается, и газ из внешней среды допускается в резервуар через соединительный узел. Более того, соединительный узел имеет функцию осушения газа, проходящего через соединительный узел, то есть соединительный узел имеет возможность удалять влагу газа, проходящего между резервуаром и внешней средой. Если функция соединительного узла является недостаточной, относительная влажность в изолирующей жидкости может увеличиваться, что может иметь результатом нарушение функционирования электрических устройств.
US20060162304 показывает осушитель воздуха для электрического оборудования с масляной изоляцией. Датчик влажности расположен между корпусом оборудования и нагревательным прибором в осушителе воздуха. Информация от датчика влажности используется для управления нагревательным прибором в осушителе воздуха. Нагревательный прибор имеет функцию регенерирования осушителя воздуха. Однако осушитель воздуха не имеет возможности определения относительной влажности в масле. Более того, не раскрыто средства для проверки способности осушителя воздуха удалять влагу.
Цели и сущность изобретения
Одна цель настоящего изобретения - предоставить способ для определения относительной влажности электрического устройства, заполненного изолирующей жидкостью.
Эта цель достигается способом, определенным в пункте 1 формулы изобретения.
Такой способ содержит:
непрерывное измерение и сохранение относительной влажности газа в резервуаре,
вычисление среднего значения относительной влажности газа на основе упомянутых сохраненных измерений влажности в ходе конкретного периода времени, и
определение относительной влажности изолирующей жидкости на основе упомянутого среднего значения относительной влажности газа и взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости при равновесии.
Относительная влажность является величиной содержания воды вещества. Относительная влажность газа является отношением между абсолютной влажностью и потенциальным максимальным значением абсолютной влажности газа при определенной температуре. В состоянии равновесия в закрытой системе с газом и изолирующей жидкостью существует равновесие между прониканием воды из газа в изолирующую жидкость и наоборот. В этом состоянии равновесия, существует взаимозависимость между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости. Взаимозависимость является зависимой от температуры. Из-за соединительного узла электрическое устройство, заполненное изолирующей жидкостью, является полуоткрытой системой, которая не находится в состоянии равновесия, таким образом, упомянутая взаимозависимость является недействительной. Однако изменения в относительной влажности изолирующей жидкости происходят медленно по сравнению с изменениями в относительной влажности газа. Среднее значение относительной влажности газа будет типичным для предположительного состояния равновесия резервуара и используется согласно изобретению для определения относительной влажности изолирующей жидкости. Таким образом, относительная влажность изолирующей жидкости определяется на основе упомянутого среднего значения относительной влажности в газе и упомянутой взаимозависимостью между относительной влажностью в газе и относительной влажностью изолирующей жидкости в состоянии равновесия.
Среднее значение относительной влажности является значением, которое представляет предположительное состояние равновесия резервуара. Среднее значение может быть вычислено на основе множества значений измерений, которые были сохранены в ходе периода времени. Примерами средних значений являются среднеарифметическое значение, срединное значение, средневзвешенное значение или другие значения, которые являются типичными для относительной влажности предположительного состояния равновесия. Таким же образом среднее значение измерения температуры может быть вычислено.
Изобретение имеет преимущество определения относительной влажности изолирующей жидкости. Следовательно, процедуры, такие как взятие проб изолирующей жидкости или смена изолирующей жидкости согласно графику технического обслуживания, не будут больше необходимыми, что уменьшит эксплуатационные расходы электрического устройства. Более того, изобретение имеет преимущество в том, что относительная влажность изолирующей жидкости может быть измерена, используя сенсоры для измерения относительной влажности в газе, которые имеют меньшую стоимость, чем датчики влажности для прямого измерения абсолютной влажности в жидкости. Таким образом, изобретение предоставляет экономически целесообразное определение относительной влажности изолирующей жидкости, которое уменьшает стоимость электрических устройств, заполненных изолирующей жидкостью.
Согласно варианту осуществления изобретения, способ дополнительно содержит указание нарушения функционирования изолирующей жидкости, если определенная относительная влажность в изолирующей жидкости превышает конкретное значение. Таким образом, указывается, что относительная влажность изолирующей жидкости выше, чем желательно, и существует риск, что функция электрического устройства понижается. Когда указано нарушение функционирования изолирующей жидкости, изолирующая жидкость требует осушения или замены на новую изолирующую жидкость с в меру низкой относительной влажностью.
В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения способ дополнительно содержит:
постоянное измерение и сохранение температуры изолирующей жидкости резервуара,
вычисление среднего значения температуры в резервуаре на основе упомянутых хранимых измерений температуры в ходе упомянутого периода времени,
установление взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости при равновесии в зависимости от среднего значения температуры и определение относительной влажности изолирующей жидкости на основе созданной взаимозависимости.
Посредством создания взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости среднее значение температуры в резервуаре используется либо для выборки взаимозависимости, либо для вычисления взаимозависимости. Таким образом, может быть определено более точное значение относительной влажности в изолирующей жидкости.
Согласно варианту осуществления изобретения, способ дополнительно содержит определение среднего значения относительной влажности на основе сохраненных измерений влажности в ходе периода времени, большего, чем один день, и, предпочтительно, 2-3 дней. Так как изменения в относительной влажности изолирующей жидкости происходят медленно по сравнению с изменениями в относительной влажности газа, вычисленное среднее значение относительной влажности в ходе периода времени, большего, чем один день, улавливает изменение в относительной влажности газа. Таким образом, может быть определено более точное значение относительной влажности в изолирующей жидкости.
Другая цель изобретения - указать нарушение функционирования электрического устройства, заполненного изолирующей жидкостью. Эта цель достигается способом, содержащим указание нарушения функционирования изолирующей жидкости и указания нарушения функционирования соединительного узла. Посредством использования комбинации этих двух нарушений функциональности указывается надежная оценка обоих текущего и будущего статуса электрического устройства. Это имеет результатом надежную эксплуатацию электрического устройства.
В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения способ дополнительно содержит:
определение, когда температура в изолирующей жидкости падает между первой и второй температурой, и разница между перовой и второй температурой является большей, чем конкретное значение,
вычисление разницы в относительной влажности газа в резервуаре при первой температуре и при второй температуре, и
указание нарушения функционирования соединительного узла на основе упомянутой разницы относительной влажности.
При температурном падении изолирующая жидкость охлаждается, и, таким образом, плотность изолирующей жидкости увеличивается, а объем изолирующей жидкости уменьшается. Для поддержания того же самого давления внутри резервуара, как во внешней среде, газ из внешней среды допускается в резервуар через соединительный узел. При определенном падении температуры, относительная влажность газа, который допускается в резервуар через соединительный узел, должна быть уменьшена посредством осушающей функции соединительного узла. Таким образом, функционирование соединительного узла будет уменьшать относительную влажность газа, проходящего через соединительный узел. Если соединительный узел не уменьшает или недостаточного уменьшает относительную влажность газа, проходящего через соединительный узел, существует нарушение функционирования соединительного узла.
Нарушение функционирования соединительного узла указывается на основе вычисленной разницы в относительной влажности при первой температуре и второй температуре. Предпочтительно, способ дополнительно содержит указание нарушения функционирования соединительного узла, когда вычисленная разница в относительной влажности при первой температуре и при второй температуре меньше, чем конкретное значение. При нарушении функционирования соединительного узла, возможность соединительного узла уменьшить относительную влажность для газа, проходящего через соединительный узел, является более низкой, чем желается. Таким образом, является возможным, что относительная влажность изолирующей жидкости резервуара будет увеличиваться выше уровня, что подвергает риску функцию электрического устройства. Вариант осуществления делает возможным указать нарушение функционирования соединительного узла, и, таким образом, может быть гарантирована безопасная эксплуатация электрического устройства.
Другая цель настоящего изобретения - предоставить устройство для определения относительной влажности электрического устройства, заполненного изолирующей жидкостью.
Эта цель достигается устройством, определенным в пункте 8 формулы изобретения.
Такое устройство содержит второй датчик, сконфигурированный непрерывно измерять относительную влажность газа в резервуаре, вычислительный узел, сконфигурированный получать и хранить измеренные значения от второго датчика и вычислять среднее значение относительной влажности в газе на основе упомянутых измерений влажности в ходе конкретного периода времени, чтобы определить относительную влажность изолирующей жидкости на основе упомянутого среднего значения относительной влажности газа и взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости при равновесии.
Вычислительный узел является устройством с функцией сохранения обработки данных измерения. На основе обработанных данных и взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости при равновесии может быть указано нарушение функционирования устройства, заполненного изолирующей жидкостью.
Способ и устройство согласно изобретению являются преимущественно используемыми для определения нарушения функционирования переключателя ответвлений.
Переключатель ответвлений является электрическим устройством с точкой присоединения вдоль обмотки трансформатора. Таким образом, число витков обмотки трансформатора может быть проконтролировано для цели разрешения регулировки напряжения вторичной обмотки. Переключатель ответвлений является электрическим устройством, которое погружено в изолирующую жидкость для цели изоляции и охлаждения.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет теперь объяснено более подробно посредством описания различных вариантов осуществления изобретения со ссылками на приложенные фигуры.
Фиг.1a показывает пример устройства, заполненного изолирующей жидкостью, включающего в себя устройство согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг.1b показывает пример устройства, заполненного изолирующей жидкостью, присоединенного к резервуару расширителя.
Фиг.2 показывает пример взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости при равновесии при конкретной температуре.
Фиг.3 показывает блок-схему последовательности операций способа согласно варианту осуществления изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Фиг.1a показывает пример устройства 20, заполненного изолирующей жидкостью, включающего в себя устройство для определения нарушения функционирования устройства согласно варианту осуществления изобретения. Устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью, включает в себя резервуар 1, содержащий в себе изолирующую жидкость 2 и газ 3. Изолирующая жидкость 2 имеет подходящие диэлектрические и охлаждающие свойства. Изолирующая жидкость 2 имеет поверхность, образующую границу между двумя материалами - изолирующей жидкостью 2 и газом 3. Устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью, дополнительно включает в себя электрический узел 8, такой как переключатель ответвлений, который заключен в резервуар 1 и полностью погружен в изолирующую жидкость 2. Электрический узел 8 осуществляет работу, при которой производится тепло и где изолирующая жидкость 2 может быть разложена на газы. Устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью, предоставлено с соединительным узлом 4, таким как осушающий поглотитель влаги из воздуха, который расположен на краю резервуара 1. Соединительный узел 4 обеспечивает соединение между газом 3 резервуара и газом, окружающим электрическое устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью. Таким образом, газы, производимые устройством 20, заполненным изолирующей жидкостью, могут быть выпущены, а давление газа 3 поддерживается с тем же самым давлением, что и у газа, окружающего устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью. Соединительный узел 4, более того, имеет функцию осушения газа, проходящего через соединительный узел 4. Таким образом, гарантируется, что относительная влажность газа 3 в резервуаре 1 является достаточно низкой, чтобы относительная влажность изолирующей жидкости 2 в резервуаре 1 также поддерживалась на низком уровне.
Фиг.1a также показывает пример устройства для определения нарушения функционирования устройства 20 варианта осуществления изобретения. Устройство на фиг.1а имеет функцию предоставления определения нарушения функционирования электрического устройства 20, заполненного изолирующей жидкостью. Устройство является способным определить два отдельных нарушения функционирования, во-первых, нарушение функционирования изолирующей жидкости 2 и, во-вторых, нарушение функционирования соединительного узла 4. Нарушение функционирования изолирующей жидкости 2 указывается, когда относительная влажность изолирующей жидкости 2 превосходит конкретное значение, где свойства изоляции и охлаждения изолирующей жидкости 2 уменьшаются, так что функция устройства 20, заполненного изолирующей жидкостью, подвергается риску. Нарушение функционирования соединительного узла 4 указывается, когда функция осушения газа, проходящего через соединительный узел 4, уменьшается, так что существует риск того, что относительная влажность изолирующей жидкости 2 будет увеличиваться.
Устройство для определения нарушения функционирования устройства, показанного на фиг.1a, содержит температурный датчик 5 и датчик 6 относительной влажности. Температурный датчик 5 сконфигурирован непрерывно измерять температуру изолирующей жидкости в резервуаре 1. В показанном варианте осуществления, температурный датчик 5 расположен в жидкости 2 в резервуаре 1. Температурный датчик 5 может, например, быть тепловым датчиком, термоэлементом или любым другим датчиком, который дает возможность непрерывного измерения температуры. Датчик 6 относительной влажности сконфигурирован непрерывно измерять относительную влажность газа 3 в резервуаре 1. Датчик 6 относительной влажности расположен в газе 3 в резервуаре 1 на расстоянии от поверхности изолирующей жидкости 2. В предпочтительном примере, датчик 6 влажности расположен близко к соединительному узлу 4. Датчик 6 относительной влажности может, например, быть емкостным полимерным датчиком или любым другим датчиком, который дает возможность непрерывного измерения относительной влажности в различных газах.
Фиг.1b показывает устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью, где резервуар 1 содержит основной резервуар, включающий в себя электрический узел 8, и резервуар расширителя, включающий в себя границу между изолирующей жидкостью 2 и газом 3. Таким образом, должно быть гарантировано, что электрический узел 8 всегда погружен в изолирующую жидкость 2. В показанном примере, температура измеряется в нескольких положениях в резервуаре, в таких как положение в основном резервуаре и положение в резервуаре расширителя. Таким образом, температурное изменение в изолирующей жидкости, характерное для всего резервуара, может быть определено.
Устройство для определения нарушения функционирования устройства дополнительно содержит вычислительный узел 10, расположенный снаружи электрического устройства 20, заполненного изолирующей жидкостью. Вычислительный узел содержит процессор, такой как центральный процессор (ЦП, CPU), и запоминающий носитель, такой как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) или другие типы запоминающего носителя. Вычислительный узел 10 сконфигурирован получать и хранить значения измерений от температурного датчика 5 и датчика 6 относительной влажности.
Вычислительный узел 10 дополнительно сконфигурирован для осуществления нескольких задач, в которых сохраненные значения измерений обрабатываются. Обработанные значения измерений используются вычислительным узлом 10 для осуществления задач, в которых определяются и указываются нарушения функциональности электрического устройства 20, заполненного изолирующей жидкостью.
Основная задача вычислительного узла 10 состоит в выполнении способов, как определено в формуле изобретения согласно изобретению. На фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ и компьютерный программный продукт согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Будет понятно, что каждый блок блок-схемы может быть реализован инструкциями компьютерной программы. На первом этапе способа, значения измерений температуры и относительной влажности (ОВ, RH) от температурного датчика 5 и датчика 6 относительной влажности получаются и сохраняются, блок 30. Если измерения были осуществлены внутри меньшего периода, чем конкретный период времени, требуется получить и сохранить больше значений измерений перед продолжением способа, в блоке 32. Значения измерений будут сохранены в конкретном временном окне, так что значения измерений, которые старше, чем конкретное значение, будут исключены из способа. Продолжительность периода времени является предпочтительно достаточно длинной для сбора изменений температуры и относительной влажности в ходе работы электрического устройства 20, заполненного изолирующей жидкостью, такой как 2-3 дня.
В следующей части способа, как показано на фиг.3, среднее значение относительной влажности газа 3 и температуры в резервуаре 1 вычисляется на основе сохраненных значений измерений, блок 34. Примерами средних значений являются среднеарифметическое значение, срединное значение или другие типы средних значений. Среднее значение относительной влажности газа будет типичным для предположительного состояния равновесия резервуара 1. Средняя температура используется для выбора взаимозависимости между относительной влажностью газа и относительной влажностью изолирующей жидкости 2 при равновесии, дополнительно указывающей на взаимосвязь. Взаимозависимость выбирается из числа сохраненных взаимозависимостей, в блоке 36. Альтернативно, взаимозависимость может быть вычислена на основе средней температуры. Таким образом, более точное значение относительной влажности изолирующей жидкости может быть определено.
Фиг.2 показывает пример взаимозависимости между относительной влажностью газа 3 и относительной влажностью изолирующей жидкости 2 при равновесии при конкретной температуре. На оси X показана относительная влажность газа 3. На оси Y представлена относительная влажность изолирующей жидкости 2. Эта взаимозависимость является зависимой от температуры. Взаимозависимость отображает состояние равновесия между прониканием воды из газа 3 в изолирующую жидкость 2 и наоборот. Так как изменения в относительной влажности изолирующей жидкости 2 происходят медленно по сравнению со степенью изменения в относительной влажности газа 3, среднее значение относительной влажности газа 3 будет типичным для предположительного состояния равновесия в резервуаре 1. Таким образом, взаимозависимость, показанная на фиг.2, может быть использована вместе с вычисленным средним значением относительной влажности газа 3 для того, чтобы определить относительную влажность в изолирующей жидкости 2.
Например, используем показанную взаимозависимость на фиг.2 и предполагаем среднее значение относительной влажности газа 3 вычисленным в 0,5. Из взаимозависимости относительная влажность в изолирующей жидкости 2 может быть определена при том же значении относительной влажности, а именно, 0,5.
В следующей части способа, показанного на фиг.3, относительная влажность (ОВ, RH) изолирующей жидкости определяется на основе среднего значения относительной влажности в газе 3 и выбранной взаимозависимости, в блоке 38. Если определенная относительная влажность изолирующей жидкости больше, чем конкретное значение, указывается нарушение функционирования изолирующей жидкости в блоке 42. Таким образом, например, производится аварийная сигнализация или электрическое устройство, заполненное изолирующей жидкостью, останавливается, и изолирующая жидкость 2 может быть заменена изолирующей жидкостью, содержащей меньшую относительную влажность. В случае, когда относительная влажность изолирующей жидкости не превосходит конкретное значение, возможность соединительного узла 4 уменьшить относительную влажность газа, проходящего через соединительный узел 4, проверяется посредством способа, как показано на фиг.3. Эта проверка может быть осуществлена в случае, где существует падение температуры, которое превышает конкретное значение, блок 44. В случае, когда не обнаружено такого падения температуры, способ подходит к концу, блок 52. При определенном температурном падении, большем, чем конкретное значение, газ из внешней среды подается в резервуар 1. Вычисляется разница в относительной влажности газа 3 в резервуаре при температурном падении, блок 46. Если вычисленная разница в относительной влажности превышает конкретное значение, указывается нарушение функционирования соединительного узла 4 в блоке 50. Иначе, способ повторно запускается, блок 52. Таким образом, электрическое устройство 20, заполненное изолирующей жидкостью, может быть контролируемым в ходе его работы.
Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а может изменяться и модифицироваться в пределах объема последующей формулы изобретения. Например, изобретение может быть исключительно представленным с возможностью указывать нарушение функционирования изолирующей жидкости 2. Относительной влажности не желательно превосходить конкретный уровень, который должен быть указан, альтернативно определенная относительная влажность изолирующей жидкости 2 может быть представлена отдельно.