FI116102B - Sähkönjakeluverkoissa tai -siirtoverkoissa käytettävä mittalaite - Google Patents

Description

116102 Sähkönjakeluverkoissa tai -siirtoverkoissa käytettävä mittalaite

Keksinnön kohteena on sähkönjakeluverkoissa tai -siirtoverkoissa käytettävä mittalaite, jossa on mittaussensori verkon yhden tai useamman parametrin mittaamiseksi 5 ja lähetin mittaustietojen langatonta tiedonsiirtoa varten, mittalaitteen ollessa sijoitettavissa sähköverkon eristimen yläpäähän.

Taustaa 10 Sähkönjakelu- ja siirtoverkoista saatavan mittaustiedon merkitys on viime vuosina kasvanut voimakkaasti. Syynä on sähköyhtiöiden kiristyneet tehokkuusvaatimukset, mikä vaatii verkostokapasiteetin suurempaa käyttöastetta ja siten tarkempaa tietoa voimajärjestelmän tilasta. Verkkojen ikääntyessä myös erilaiset kunnonvalvontaan ja diagnostiikkaan liittyvät mittaukset ovat saaneet uutta painoarvoa.

15

Toinen keskeinen kehitystrendi on sähköverkkojen käyttövarmuuden seuranta. Koska verkkoliiketoiminta on monopolitoimintaa, on valvova viranomainen kehittänyt erilaisia menetelmiä jakelutoiminnan laadun varmistamiseksi. Koska jakeluverkon keskeytysajoista on tulossa sääntelyn keskeisin kriteeri, on verkkoyhtiöillä suuri ta-20 loudellinen intressi tehostaa toimintaansa vikatilanteissa. Käytännössä tämä tarkoittaa investointeja verkostoautomaatioon, so. vikailmaisimiin ja kauko-ohjattaviin : ·, erottimiin. Pullonkaulaksi verkostoautomaation kehittämisessä on kuitenkin tullut '. . edullisten vikailmaisimien ja mittaustiedon puute.

’ · · 25 Edellä esitettyihin vaatimuksiin voitaisiin parhaiten vastata kehittämällä keskijännit- teisiin jakeluverkkoihin sopiva yleiskäyttöinen langaton sensori. Sensoritekniikka on viime aikoina ollut kasvavan kiinnostuksen kohteena, johtuen pääasiassa elektroniikan ja tiedonsiirtotekniikan kehityksestä. Keskeinen tekijä on ollut elektroniikan miniatyrisointi, joka on tuonut mukanaan entistä suorituskykyisempiä piirikomponent-30 teja, joiden energiankulutus on minimaalista. Tämän kehityksen ansiosta on tullut : ‘ ; mahdolliseksi integroida hyvin kevyt ja pieni langaton anturi sähköverkon eri kom- ,, *, ponentteihin.

‘‘ Erilaisia sensoriratkaisuja onkin maailmalla kehitetty paljon, alkaen 80-luvun alussa 35 esitellyistä "tehodonitseista"(siirtojohdon virtamittaus) Irlantilaisen FMCTechnolo- 2 116102 gyn viime keväänä esittelemään virtamittaus/vikailmaisin-yhdistelmään. Yhteistä molemmille edellä esitellyille ratkaisuille on se, että ne asennetaan riippumaan mitattavan johtimen ympärille. Melko massiivisina irrallisina komponentteina ne muodostavat johtimeen epäjatkuvuuskohdan ja lisäävät näin ollen riskiä, että johdin 5 katkeaa tuulen aiheuttamien värähtelyjen seurauksena. Tällaisia mittausantureita on esitetty esimerkiksi patenttijulkaisuissa EP-0314850, EP-0314849, EP-0125050 ja US-5565783. Tämän lisäksi mittausantureiden mittausjärjestelyltä on esitetty esimerkiksi patenttijulkaisussa US-4689752 ja hakemusjulkaisussa WO 01/71367.

10 Edellisten lisäksi on mittaustekniikkaa integroitu kaapelipäätteisiin ja avojohtoeristi-miin. Avojohtoeristimen osalta on USA:ssa taannoin patentoitu ratkaisu US-6555999, jossa mittausanturi on sijoitettu eristimen orteen liittävään tappiin.

Ratkaisu on elegantti, mutta vaatii orren maadoittamista, mikä puolestaan heikentää johdon ylijännitekestoisuutta ratkaisevasti. Ratkaisu ei ole langaton, vaan vaatii 15 signaalikaapelointia, mikä taas on altis indusoituville häiriöille. Patenttijulkaisusta US-5124642 tunnetaan sensorin sijoittaminen ontoksi muotoillun eristimen sisään kun eristimen yläpää on muotoiltu johtimen vastaanottavaksi kouruksi. Tämä edellyttää erikoisvalmisteista onttoa eristintä ja sensorilaitteen sijoittaminen sen sisään on valmistusteknisesti hankalaa. Kaapelipäätteisiin integroituja anturiratkaisuja on 20 esimerkiksi esitetty patenttijulkaisuissa US-3657650 ja US-6031368.

.. Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan alussa mainittua tyyppiä oleva mittalaite, • · *, jolla edellä esitetyt ongelmat voidaan välttää.

« t * ’··-' 25 Tämä tarkoitus saavutetaan oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitettyjen keksin nön tunnusmerkkien perusteella. Epäitsenäisissä vaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia toteutustapoja ja sovellutusmuotoja.

Edellä esitetyt ongelmat voidaan siis välttää integroimalla langaton sensorilaite säh-30 köverkon, tyypillisesti avojohtoverkon johdinvetoholkkiin. Tämä on komponentti, joka asennetaan tappieristimen yläpäässä olevaan kouruun helpottamaan johtimen asennusta linjan rakennusvaiheessa. Tavallisesti johdinvetoholkki jätetään asennuksen jälkeen paikoilleen, koska se on muotoiltu siten että mekaanisten värähtelyjen ’... * vaikutukset jäävät sen ansiosta vähäisemmiksi.

,·:·. 35 3 116102

Seuraavassa keksinnön yhtä suoritusesimerkkiä selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvioi esittää mittalaitetta 3, 5 eristimen 1 yläpäässä olevaan johdinvetoholkkiin 5 2 integroituna, kuviot 2 ja 3 esittävät eristimen yläpäässä olevaa johdinvetoholkkia sivulta ja päältä nähtynä. Kuviossa 2 on esitetty lisäksi mittauskela 5, 5' ja tehokela 4, 4' erillisinä komponentteina, ja 10 kuviot 4 ja 5 esittävät samaa kuin edelliset kuvat perspektiivikuvana ja päältä nähtynä. Kuviossa 5 on näytetty elektroniikkaosan toimintalohkot.

Johdinvetoholkki 2 on valmistettu muovista ja on muodoltaan halkaistu lieriö. Tä-15 män muodon ja materiaalin ansiosta yksi tai useampi mittausanturi 5 ja radiolähe-tin/vastaanotin 9 antenneineen 10 on kohtuullisen helppo valaa hoikin sisälle tai kiinnittää liimalla hoikin sisä- tai ulkopintaan. Lisäksi hoikilla on hyvin luonnollinen asennuspaikka avojohtoverkossa, mikä lisää hoikkiin integroidun mittalaitteen mahdollisuuksia massatuotteeksi. Verrattuna siirtojohtimen ympärille asennettuun mitta-20 laitteeseen, on johdinvetoholkkiin integroitu mittalaite rakenteeltaan hyvin kevyt, koska tappieristin toimii mittalaitteen tukirakenteena ja mittalaite ei sisällä mekaani-.. siä tuentaosia (aiemmin kehitetyt mittalaitteet ovat mekaanisesti raskaita, koska ‘. . niillä on hot-stick periaate ja mekaaniset osat, jotka pitävät mittalaitteen kiinni joh- *; ’; * timen ympärillä). Holkki ei myöskään muodosta johtimeen ylimääräistä epäjatku- ’ ' 25 vuuskohtaa. Verrattuna eristintappiin integroituun mittalaitteeseen, on johdinveto- i holkki helpompi vaihtaa.

» : Esitetyssä suoritusesimerkissä sensorina toimii hoikin 2 päässä oleva mittauskela 5 (Rogowskin kela), joka ei kuitenkaan sydämensä osalta ole suljettu ympyrä, vaan · 30 siinä on hoikin 2 halkiota 2a vastaava rako. Mittauskela 5* voi olla myös joustava 1. raon avaamiseksi ja sulkemiseksi tai se voi olla jaettu (split) kahteen puoliskoon, jotka kiinnitetään päät vastakkain hoikin 2 päähän johtimen ympärille. Hoikin 2 toisessa päässä on tehokela 4 tai 41, jonka rakennetta koskee samat huomautukset .. ’ kuin mittauskelaa. Piirilevyllä tai muulla elektroniikka-alustalla ovat teholähde 6, : ’ · *: 35 sisältäen tyypillisesti ison kondensaattorin, mikrokontrolleri 7, suodatin-vahvistin 8 ja I » 4 116102 radiolähetin/vastaanotin 9. Tämä elektroniikkaosa 3 voi olla sijoitettu pitkänomaisen hoikin 2 päiden väliselle alueelle. Antenni 10 voi olla hoikin 2 päässä mittauskelan vieressä.

5 Kaikki edellä mainitut laitteen keskeiset osat voidaan kiinnittää tai valaa säältä suojaan johdinvetoholkin 2 yhteyteen. Laitteen keskeiset osat tai osia voidaan kiinnittää tai valaa johdinvetoholkin yhteyteen suojaan myös sähköverkon ylijännitteiltä.

Johdinvetoholkki 2 mittalaitteineen on asennettavissa eristimen 1 yläpäässä olevaan 10 kouruun linjan rakennuksen yhteydessä ja hoikin toinen tehtävä on helpottaa johtimen asennusta. Holkki 2 mittalaitteineen voidaan asentaa myös jälkiasennuksena, kun halutaan vaihtaa aiemmin asennettu johdinvetoholkki mittalaitteella varustettuun hoikkiin.

15 Keksinnön mukaisen mittalaitteen tai anturilaitteen asennus on helppo toteuttaa sähkölinjan rakennuksen yhteydessä. Mittalaitteelle on myös tunnunomaista se, että se ei ole erikseen asennettu siirto- tai jakelujohtimen ympärille, vaan johdin asennetaan anturilaitteen sisälle. Niin ikään mittalaitteelle on tunnusomaista se, että se kommunikoi mittaamansa suureet radioteitse, tai muuten ilman galvaanista yhteyttä 20 vastaanottavaan laitteistoon.

.. Sensorille 5 tai sensoreille mahdollisia toimintoja ovat esimerkiksi: '· * · Johtimen virran, jännitteen ja lämpötilan mittaus • » ♦ ’ *' ' · Johdinkatkeaman ilmaisu •... ’ 25 · Erilaisten vikatilanteiden ilmaisu (oikosulku, maasulku) : : * · Tuulen aiheuttaman johdinvärähtelyn mittaus · Sähköverkon osittaispurkausten mittaus t

Soveltamisen näkökohtia .. 30

Energian kulutusta voidaan vähentää ja teholähteen kokoa pienentää minimoimalla toiminnan kannalta tarvittavia mittauksia ja synkronoimalla mitatut suureet kyseisen .: vaiheen virtaan, sekä mittaamalla vikatilanteissa virta vian aikana sekä välittömästi .,: vikaa ennen. Vertaamalla näitä kahta mittausta toisiinsa saadaan virkavirta arvioitua . :1. 35 vaihekulmineen vianilmaisun kannalta riittävällä tarkkuudella.

5 116102

Tunnetuissa kilpailevissa ratkaisuissa on sykronointiin käytetty GPS-jäijestelmää (FMC Technology), turvattu jatkuvaan mittaukseen (EP-0314850), taikka keskimmäiseen vaiheeseen asennettuun sensoriin on sijoitettu ylimääräisiä mittauskeloja (WO 01/71367). Edelliset ratkaisut ovat sekä mekaanisesti että energian käytön 5 kannalta raskaita, jälkimmäinen taas on herkkä asennuksen geometrialle.

Esitetyllä sensori-ja mittaustekniikalla laite osaa tunnistaa maa-ja oikosulkuvirtoja ja laite mittaa sähköverkon osittaispurkauksia ja/tai johdinvärähtelyjä. Viimeksi mainittuun voidaan haluttaessa käyttää sensorina paineanturia.

10 I · > i t » · » • * » * * e t t * il» t » 1 * * * f

Claims (11)

1. 6 116102
2. 1. Sähkönjakeluverkoissa tai -siirtoverkoissa käytettävä mittalaite (3, 5), jossa on mittaussensori (5) verkon yhden tai useamman parametrin mittaamiseksi ja lähetin 5 (9) mittaustietojen langatonta tiedonsiirtoa varten, mittalaitteen ollessa sijoitettavis sa sähköjohtoverkon eristimen (1) yläpäähän, tunnettu siitä, että mittalaite (3, 5) on integroitu eristimen (1) yläpäässä olevaan kouruun asennettavaan johdinvetoholkkiin (2).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen (3, 4, 5) kes keiset osat tai osia on kiinnitetty tai valettu säältä suojaan johdinvetoholkin (2) yhteyteen.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen (3, 4, 5) 15 keskeiset osat tai osia on kiinnitetty tai valettu johdinvetoholkin (2) yhteyteen suojaan sähköverkon ylijännitteiltä.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että lähetin (9) kommunikoi mittaamansa suureet ilman galvaanista yhteyttä vastaanottavaan lait- 20 teistoon. : " 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että johdinveto- '· ·' holkki (2) on asennettavissa eristimen (1) yläpäässä olevaan kouruun linjan raken- ’* · * nuksen yhteydessä ja hoikin (2) toinen tehtävä on helpottaa johtimen asennusta. ' : 25
6. 6. Patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että johdinvetoholkki (2) on asennettavissa eristimen (1) yläpäässä olevaan kouruun jälkiasennuksena.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen , ,·' 30 energialähde on yksi tai useampi seuraavista: aurinko, tuuli, värähtely, paine, läm- : ‘; pötilan ero, jännite tai virta. i t
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että sensori (5) ‘;;; mittaa jaksollisesti tai jatkuvasti sähköverkon ja/tai ympäristön suureita. 35 116102
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite synkronoi mittaukset vaihevirtaan ja mittaa vikatilanteissa vaihevirran sekä ennen vikaa että vian aikana, ja että laite arvioi vikavirran suuruuden näiden kahden mittauksen erotuksena vaihekulmineen. 5
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite osaa tunnistaa maa- ja oikosulkuvirtoja.
11. 11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite mittaa sähkö-10 verkon osittaispurkauksia ja/tai johdinvärähtelyä. f » 116102