FI107644B - Lämmönmittausjärjestelmä - Google Patents

Description

107644 Lämmönmittausj är j estelmä

Keksinnön kohteena on laite lämpötilan mittaamiseksi kor-5 keassa potentiaalissa olevilta johtimilta, joka laite on määritelty tarkemmin patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa. Korkealla potentiaalilla tarkoitetaan tässä jännitetasoja 220 voltista aina korkeimpiin verkkojännitteisiin, joita esiintyy voimansiirtojärjestelmissä.

10 Sähkövoimatekniikassa on hyvin tärkeää tietää virrallisten laitteistojen ja virtakiskojen lämpötila. Tätä voidaan käyttää kuorman suuruuden säätelemiseen (esim. väliaikaisen ylikuormituksen tapauksessa) ja ei-toivottavien voimankehitysten 15 tarkkailemiseksi virtakiskojen liitoksissa, kontakteissa ja kaapeliliittymissä, jolloin esim. syöpymisen aiheuttamat kasvaneet resistanssit voidaan havaita.

Edellä mainitun mittausongelman tekee erityisen vaikeaksi se, 20 että mittauskohdat sijaitsevat korkeassa potentiaalissa suu-··· ren virran yhteydessä. Mittausjärjestelmässä täytyy käsitellä :..j voimakkaita sähkö- ja magneettikenttiä, eikä sen saa lisätä pintavuotojen tai kipinäpurkauksen riskiä. Edullisesti sen ·.·. tulisi olla suunniteltu siten, että mitään uudenlaisia kokei- 25 ta ei tarvitse tehdä turvallisuuden varmistamiseksi.

·»« ·’ Julkaisussa Siemens-Energietechnik 6 (1984) No 6, s. 277-279,

Jez ym.: 1Lichtleiter-Trennverstärker, ein Gerät zura Messen auf hohem Potential' kuvataan mittauslaite, joka on tarkoi- 30 tettu mm. lämpötilan mittaamiseksi suurjännitteisistä koneis- * : toista. Huomattava haitta tässä laitteessa on se, että virran syöttö mittaustietojen lähettimelle tapahtuu käyttämällä .V akkua, joka on sijoitettu korkeaan potentiaaliin lähettimen lähelle, mistä seuraa se, että laitteiston suurjänniteosasta ·;·* 35 tulee tilaa vievä ja huoltoa vaativa. Lämpöantureina tässä -l· laitteistossa käytetään lämpöpareja, mistä seuraa heikko *·.: analoginen signaali, joka vaatii vahvistusta ja muuntamisen.

• · 2 107644

Mittaustiedon siirtämiseen korkeassa potentiaalissa olevalta lähettimeltä maapotentiaalissa olevalle vastaanottimelle käytetään optisia kuituja käsittävää valonjohdinta. Tämä voi joissakin tapauksissa lisätä pintavuotojen ja kipinäpurkauk-5 sen vaaraa.

Edellä mainitut haitat voidaan välttää vain osaksi patenttijulkaisun EP-A-0263233 selitysosassa kuvatulla lämmönmittaus-laitteella. Tämä laite käsittää kvartsikiteen muodossa olevan 10 lämpöanturin. Kide muodostaa taajuuden määräävän elementin värähtelypiirissä, jonka ulostulosignaali muunnetaan puls-sisarjaksi, joka lähetetään ulos valona ilmaisimelle. Anturin lämpötila saadaan mittaamalla vastaanotetun signaalin jakso. Anturiyksikön virran syöttö suoritetaan myös tässä laitteessa 15 akulla tai laskentayksiköstä kaapelin kautta. Niinpä tällai nen ratkaisu tuskin on sovellettavissa lämmönmittauksiin korkeassa potentiaalissa. Lisäksi laite on suhteellisen herkkä ympäristön valaistuksesta aiheutuville häiriöille, koska signaalin kukin jakso, johon mittaus perustuu, käsittää vain 20 yhden pulssin. Laitteen laskentayksikkö on tarkoitettu vas-*:* taanottamaan tietoja vain yhdeltä lähettimeltä, mikä merkit- ;♦·.· see sitä, että sovelluksissa, joissa lämmönmittaukset on suoritettava useasta mittauskohdasta, näin suunnitelluista ·.·. mittauslaitteista tulee suhteellisen kalliita.

25

Patenttijulkaisun DE-B-1904853 selitysosasta on myös tunnet- « · • tua käyttää öljyllä täytettyjen muuntajien lämmönmittauksien yhteydessä kvartsikidettä lämpöanturina oskillaattorin ohjaamiseksi. Mittaustiedon siirtäminen maapotentiaaliin suorite- 30 taan tässä tapauksessa ultraäänien avulla. Tässäkään lait-: teessä ei ole mahdollista, että yksi ja sama vastaanotin vastaanottaisi ja erottelisi usealta lähettimeltä tulevia .V mittaustietoja.

» · « ·« 3 5 Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan suhteellisen yksin- *:* kertainen ja käytännöllisesti katsoen huoltoa tarvitsematon > · » · lämmönmittauslaite yllä mainittuja tarkoituksia varten, joka • t 3 107644 laite ei kärsi yllä mainituista tunnettuun tekniikan tasoon kuuluvien suunnittelujen haitoista. Laitteen kuuluu olla niin pieni tilavuudeltaan, että sitä voidaan käyttää esimerkiksi kojekennojen sisällä olemassa olevissa kytkinkojeistoissa, 5 joilla on keskisuuri jännite. Tämä saadaan keksinnön mukaisesti laitteella, jonka tunnusmerkit on kuvattu oheisissa vaatimuksissa.

Keksinnön mukainen mittauslaite voi käsittää joukon pieniä 10 elektroniikkayksiköitä, jotka on sijoitettu mittauskohtiin, niin että ne ovat samassa potentiaalissa kuin mittauskohdat sähköä ajatellen. Yksiköt on sovitettu saamaan tarvittavan käyttöenergiansa mittauskohdan magneettikentästä, mittaamaan lämpötilan, muuttamaan mittaustiedot viestiksi ja lähettämään 15 tämän ilman kautta vastaanottimelle, joka on sijoitettu maa-potentiaaliin. Viesti rakennetaan siten, että vastaanotin voi ottaa vastaan mittaustietoja useilta lähettimiltä.

Keksinnön mukainen mittaustietojen lähetin on sovitettu lä-20 hettämään samanaikaisesti sekä oman digitaalisen tunnistekoo-y/y dinsa että analogisen mittaustiedon tiedon vastaanottimelle :1·: moduloimalla lähetinelementin ulostulosignaalia siten, että '. tämä ulostulosignaali on lyhyiden pulssisuihkujen muodossa, ·.·. jotka toistetaan suhteellisen pitkällä jaksolla, jonka mää- ·.·. 25 rittää sekä tietojenlähettimen tunnistekoodi että mittausar- vo. Mittausarvoa edustaa siten portaaton poikkeama perusjak- • « * sosta, joka valitaan kullekin tietojenlähettimelle ja joka vuorostaan edustaa vastaavan tietojenlähettimen tunnistekoo-dia. Lähettämällä mittaustieto pulssisuihkujen muodossa saa- 30 daan rakennettua luotettavampia ja herkempiä vastaanottimia • 1 · kuin jos tieto olisi koostunut ainoastaan yhdestä pulssista *:1: jaksoa kohti. Tämä johtuu siitä, että vastaanottimen voidaan •V antaa olla valikoiva pulssisuihkussa esiintyvän taajuuden suhteen ja siten erotella oikeuttamattomat signaalit, kuten 35 esim. ympäristön valosta tulevat.

· • · 4 107644

Esitetty ratkaisu, jossa lähettimien sallitaan lähettää oman tunnistekoodinsa, niin että sama vastaanotin voi vastaanottaa ja erotella tietoja useilta lähettimiltä, on edullinen siinä suhteessa, että siinä tarvitaan tuskin mitään ylimääräistä 5 laitteistoa lähetinyksikössä verrattuna järjestelmään, jossa ei ole lähettimen tunnistusta. Sovelluksessa, jossa anturiyk-sikköjen määrä on suuri, on tärkeää pitää anturiyksikön mut-kikkuusaste alhaisella tasolla ja pikemminkin sijoittaa hieman enemmän vastaanottimeen.

10

Keksinnön erityisen sopivassa suoritusmuodossa yllä mainittu eletroniikkayksikkö käsittää värähtelypiirin, jonka taajuus muuttuu lämpötilan mukana. Lämpöanturina käytetään suoraan kidettä (kvartsiresonaattoria), jonka resonanssitaajuudella 15 on määrätty lämpöriippuvuus.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin kuvaamalla eräs suoritusmuoto oheiseen piirrokseen viitaten, jossa kuvio 1 on kaavio, jossa esitetään keksinnön mukaisen mit-20 tauslaitteen periaate, t'· kuviossa 2 esitetään kaaviomaisesti mittaustietojen lähetin, :··· joka on kiinnitetty virralliseen kiskoon, ja ·. kuviossa 3 esitetään esimerkkejä pulssijonoista, jotka lähe- V. tetään kolmesta lähettimestä, jotka on sijoitettu erivaihei- * Y 25 sille johtimille kolmivaiheisessa järjestelmässä.

» « · • * *’ ' Kuviossa 2 esitetty tietojenlähetin kiinnitetään esimerkiksi kiinnityshihnalla virralliseen kiskoon 2 esim. kytkinkojeis- ton kojekennossa keskisuurelle jännitteelle. (Keskisuurella 30 jännitteellä tarkoitetaan tässä jänniteväliä 1-40 kV.) Lähet- timen 1 koko on esim. 10 x 40 x 40 mm ja siinä on pyöristetyt T: kulmat sähkökentän keskittymisten välttämiseksi. Lähetin on .Y varustettu energialähdeyksiköllä, joka käsittää kelan 3, jossa on rautasydän 4 (kuvio 1) . Kiskon 2 virran synnyttämä •y* 35 magneettikenttä B indusoi kelassa 3 jännitteen, joka ta- m’\’ sasuunnataan tasasuuntaajassa 5. Energia varastoidaan konden- ’·.: saattoriin 6 elektroniikkayksikön 7 jatkuvaksi käyttämiseksi » · 5 107644 ja viestien lähettämiseksi. Kiskon 2 virta voi vaihdella esim. 50 A (vetovirta) - 40 kA (oikosulkuvirta), mikä aiheuttaa suuria vaihteluita kelan 3 indusoituneessa jännitteessä. Voimakkailla virroilla kyllästyvän rautasydämen 4 vuoksi 5 kuitenkin saadaan tietty kelasta tulevan energian vakavuus. Liian pienillä magneettikentillä (= pienillä virroilla) läm-mönmittausfunktion annetaan lakata.

Lämpöanturina käytetään kvartsikidettä 8, jonka resonanssi-10 taajuudella on määrätty lämpöriippuvuus. Tähän tarkoitukseen sopivaa kidettä valmistaa sveitsiläinen yritys Micro Crystal, CH—2540 Grenchen. Tällä kiteellä on resonanssitaajuus 262144 Hz lämpötilassa 25°C ja taajuusvaihtelu on lineaarista noin 7 Hz/l°C. Kide 8 on osa elektroniikkayksikön 7 niinkutsuttua 15 Pierce-oskillaattoria. Lämmönmittauksesta tuleva värähte- lysignaali on taajuusjaettu useisiin vaiheisiin, ja sitä käytetään pulssijonon luomiseksi, joka koostuu pulssisuihkuista (esim. 16 jaksoa) sopivalla taajuudella (esim. 33 kHz), jotka lähetetään välein, jotka voidaan valita lähettimessä (esim. 1 20 suihku/8-16 s, joka valitaan joko valmistus- tai käyttöönotti* tovaiheessa). Jotta vastaanotin, joka vastaanottaa mittaus- :·*: tietoja usealta eri lähettimeltä, pystyy tunnistamaan eri pulssijonot, voidaan valita eri lähettimien suihkuille eri

V. pituiset välit, kuten kuviosta 3 ilmenee. Pulssisuihkujen P

25 välit tR, ts ja tT eri vaiheissa R, S, T voivat olla esim. tR

= 8 s, ts = 9 s ja tT = 10 s. Koska väleillä on eri pituudet, ’ saavutetaan myös se etu, että eri lähettimiltä tulevat puls- sisuihkut harvemmin osuvat vastaanottimelle samaan aikaan.

30 Kun esim. kiskon 2 lämpötila vaiheessa R vaihtelee, kiskon V tietojenlähettimeltä tulevien pulssisuihkujen välit muuttuvat määrällä At arvosta tR/ joka oli tarkkaan asetettu tiettyyn ’·] lämpötilaan. Tämä muutos At voi olla muutamia millisekunteja !.i ja muodostaa lämpötilan muutoksen mitan.

35

Mittaustietojen muunnosta seuraava pulssijono ohjaa valo-·.: diodia (LED) 9, joka lähettää valoa (näkyvää tai infrapunaa) .

6 107644

Jotta saadaan lähetetyn valon suurempi hajonta, voidaan käyttää kahta lähetindiodia, jotka kohdistetaan eri suuntiin.

Mittaustiedon siirto maapotentiaaliin tapahtuu ilman kautta 5 eli valonjohtimia käyttämättä. Tiedon sieppaa tiedonvas- taanotin 10, joka käsittää valonilmaisimen 11, joka muuttaa valosignaalin sähkösignaaliksi, joka käsitellään esitystä varten sopivalla tavalla.

10 Mittaustiedon siirtämisellä lyhyiden pulssisuihkujen muodossa, joilla on suhteellisen pitkät välit, on se etu jatkuvana pulssijonona siirtämiseen verrattuna, että yksi ja sama vastaanotin voi vastaanottaa ja erotella useilta eri lähettiläiltä tulevia mittaustietoja. Lisäksi energiantarve pienenee ja 15 LEDin toimintaikä lisääntyy.

Lähettimen ja vastaanottimen välinen siirtoetäisyys voi vaihdella noin 0.1 metristä kojeistolla, jolla on keskisuuri jännite, noin 8 metriin kojeistolla, jonka jännite on 800 kV.

20 ·;· Keksintö ei rajoitu esitettyyn ja kuvattuun suoritusmuotoon,

»M

...: vaan useat muutokset ovat mahdollisia patenttivaatimusten ·, puitteissa. Esimerkiksi sen sijaan, että mittaustiedot siir- • i • rettäisiin valolla, on mahdollista käyttää siirtoon ultra- . 25 ääntä. Esitetty laite soveltuu myös lämmönmittauksiin öljyllä täytetyissä muuntajissa, jolloin mittaustieto siirretään • · ·* * muuntajan öljyn kautta.

* · • · * « · • i * · • · • · · »M • « • · · « · * 4 · • « • · • *

Claims (8)

1. 7 107644
2. 1. Laite lämpötilan mittaamiseksi useasta mittauskohdasta korkeassa potentiaalissa olevilta virrallisilta johtimilta (2), jolloin mainittu laite käsittää mittaustietojen lähetti- 5 men (1), joka on sijoitettu lähelle kutakin mittauskohtaa ja olennaisesti samaan potentiaaliin kuin tämä kohta ja jota ohjaa lämpöanturi (8), jolloin mainittu tietojenlähetin (l) on varustettu energialähdeyksiköllä (3-6), joka on sovitettu saamaan energiansa vastaavaa johdinta (2) ympäröivästä sähkö-10 ja/tai magneettikentästä, jolloin tietojenlähetin on sovitettu lähettämään mittaustiedon tietojen vastaanottimeen (10), joka on asetettu maapotentiaaliin, siten että tiedon vastaanotin (10) pystyy vastaanottamaan tietoja joukolta tietojenlähettimiä (1), tunnettu siitä, että tieto-15 jenlähetin (1) on sovitettu lähettämään yhtä aikaa sekä oman digitaalisen tunnistekoodinsa että analogisen mittaustiedon tiedon vastaanottimeen (10) moduloimalla lähetinelementin (9) ulostulosignaalia siten, että mainittu signaali on puls-sisuihkujen (P) muodossa, jotka toistetaan jaksolla (tR, ts, 20 tx), joka on pitkä pulssisuihkujen kestoon verrattuna ja jon-|j' ka määrittää sekä tietojenlähettimen tunnistekoodi että mit- ;··· tausarvo, jolloin mittausarvoa edustaa portaaton poikkeama perusjaksosta, joka valitaan kullekin tietojenlähettimelle ja ,·. joka edustaa vastaavan tietojenlähettimen tunnistekoodia, 25 jolloin eri tietojenlähettimille valittujen perusjaksojen väliset portaat ovat huomattavasti suuremmat kuin mittaustie-tojen aiheuttama suurin mahdollinen poikkeama.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu 30 siitä, että mittausarvojen siirto lähettimen (1) ja vastaan- » · *.· ottimen (10) välillä tapahtuu olennaisesti ilmassa tai muussa kaasumaisessa väliaineessa. * « > · •
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu 35 siitä, että mittausarvojen siirto lähettimen (1) ja vastaan-;i ottimen (10) välillä tapahtuu nestemäisessä väliaineessa. • · • - 8 107644
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämpöanturi (8) koostuu värähtelypiiriin sisältyvästä kvartsikiteestä, jolloin kvartsikiteen resonanssitaa-juudella on määrätty lämpöriippuvuus. 5
6. 5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että lähetin (1) käsittää mittaustietojen muuntimen, joka ohjaa valodiodia (9), joka lähettää näkyvää tai infrapunaista moduloitua valoa. 10
7. 6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että tietojenlähetin (1) koostuu ultraäänilähettimestä.
8. 15 Patentkrav