Monitoraggio di alta precisione della densità del gas isolante con confronto del gas di riferimento
Il principio di confronto del gas di riferimento è stato sviluppato e brevettato da Trafag negli anni '80 - ed è diventato lo standard industriale leader per il monitoraggio della densità dei gas isolanti nella tecnologia ad alta tensione. Se il monitoraggio della densità deve soddisfare requisiti elevati di affidabilità, precisione, stabilità e durata, non c'è altra soluzione che questo principio completamente compensato in temperatura.
Monitoraggio della densità dei gas: la compensazione della temperatura è un must
La misurazione della densità nelle camere isolate con gas in pressione è una questione di fisica, perché la pressione, la densità e la temperatura hanno una relazione specifica. La relazione è definita dalle isocore (cambiamento di stato costante) per ogni specifico gas isolante. Le prestazioni isolanti di una camera isolata con gas si ottengono con una densità definita che porta a una pressione specifica a una determinata temperatura. In una camera chiusa e a tenuta di gas, la densità totale rimane sempre costante, ma le variazioni di temperatura portano a una variazione della pressione del sistema.
Diagramma: Curva di pressione di vapore: linee di densità equivalente di gas di SF6
Rappresentazione schematica del principio della camera di riferimento: la camera di riferimento (f) è riempita con il gas di riferimento (c), che corrisponde alle specifiche del cliente, con una quantità di gas precedentemente definita con precisione. Nella camera di riferimento è presente un sistema di soffietti (d, e), che viene pressurizzato dal basso con il gas isolante (a) del sistema da monitorare. A seconda della densità o della pressione del gas, il sistema di soffietti si muove e quindi attiva i microinterruttori (h) impostati dal cliente. Il gas di riferimento e il gas isolante da monitorare sono accoppiati termicamente dal sistema di soffietti e si comportano in modo identico. In questo modo, la temperatura non ha alcuna influenza sul monitoraggio. Il principio di misurazione è completamente compensato dalla temperatura. Si tratta quindi di un principio di monitoraggio assoluto.
Il monitoraggio assoluto della densità consente la compensazione completa della temperatura da parte del sistema di riferimento
Un densostato è solitamente montato direttamente sulla camera di pressione del sistema ad alta tensione (a) tramite un collegamento al processo configurabile (b). I misuratori di densità Trafag si basano su una camera di riferimento (c) con un sistema a soffietto metallico integrato (d), che viene riempita con il gas isolante specifico del cliente. Il sistema a soffietto metallico consente un accoppiamento diretto della temperatura del gas della camera di pressione e del riempimento del gas isolante nella camera di riferimento. Le variazioni della temperatura ambiente influenzano la pressione (cambiamento di stato isocoro) nello spazio del gas nella stessa misura della pressione nella camera di riferimento. Pertanto, l'influenza della temperatura sulla pressione del gas isolante è intrinsecamente compensata e sul display (i) viene visualizzata una pressione del gas isolante molto precisa @ 20°C (corrispondente alla densità), a qualsiasi temperatura ambiente. Nessun falso allarme viene attivato da variazioni di pressione legate alla temperatura. La camera di riferimento del misuratore di densità e la camera di pressione del sistema ad alta tensione sono entrambi sistemi sigillati ermeticamente. La pressione ambiente (ad es. altitudine o fluttuazioni meteorologiche) non ha alcuna influenza sul principio di funzionamento. Si tratta quindi di un principio di monitoraggio assoluto.
Il sistema a soffietto aziona il microinterruttore
La pressione, o più precisamente la densità, del compartimento di gas isolante da monitorare viene confrontata attraverso il volume del soffietto esterno (e) con la densità predefinita del volume del soffietto interno ermeticamente sigillato (f) della camera di riferimento. Se la densità del compartimento di gas cambia, il sistema a soffietto aziona fino a quattro microinterruttori indipendenti (h) tramite un'asta di commutazione e una piastra di commutazione caricata a molla (g). Ciascun microinterruttore può essere calibrato in fabbrica per la pressione in aumento o in diminuzione, cioè se la densità scende al di sotto delle impostazioni del punto di commutazione predefinito, i contatti del microinterruttore si chiudono o si aprono in modo graduale. L'accuratezza del punto di commutazione viene testata in fabbrica a -25°C, +20°C e 50°C.
Misure di supporto per le applicazioni esterne più esigenti
Se la pressione del comparto del gas isolante (a,e) diminuisce a causa di una perdita, la pressione del volume del soffietto interno ermeticamente sigillato (f) si ripercuote sulla pressione dello scomparto in calo. L'asta dell'interruttore con la piastra dell'interruttore (g) si muovono verso il basso. Se gli effetti ambientali locali influenzano l'accoppiamento diretto della temperatura della camera di pressione (a) e del sistema di gas di riferimento (c), ad esempio in installazioni all'aperto con forte irradiazione solare o condizioni meteorologiche estreme o in rapido cambiamento, le coperture termiche appositamente progettate supportano il bilanciamento della temperatura tra la camera di pressione e il sistema di gas di riferimento.
Esempio pratico di funzionamento
L'esempio seguente verrà utilizzato per spiegare il funzionamento del sistema a soffietto. I parametri specifici del cliente definiti in questo esempio sono:
- Pressione di riempimento (densità) vano gas isolante: 6,1 bar ass. @ 20°C, SF6 puro
- SP1: 5,7 bar abs. @ 20°C, punto di intervento decrescente per il rifornimento del vano
- SP2: 5,5 bar abs. @ 20°C, punto di commutazione dell'allarme di blocco decrescente
- SP3: 5,5 bar abs. @ 20°C, punto di allarme ridondante di blocco decrescente
- SP4: 6,4 bar ass. @ 20°C, in salita il punto di allarme alto per la sovrapressione del compartimento
- Volume interno del soffietto pre-pressurizzato in fabbrica della camera di riferimento: 5,7 bar abs. a 20°C, SF6, sigillato ermeticamente, secondo SP1
Punto di commutazione del primo allarme
Quando la pressione scende al di sotto del punto di commutazione 1 (SP1) a 5,7 bar ass. @ 20°C, il primo microinterruttore commuta e attiva il primo allarme. Di solito, il primo allarme indica che la camera di pressione deve essere riempita.
Punto di commutazione dell'arresto di emergenza-allarme
Se la pressione scende ulteriormente, nell'esempio al di sotto di 5,5 bar ass. a 20°C, di solito si attivano altri due microinterruttori ridondanti (SP2 e SP3). Per impostazione predefinita, questi punti di commutazione sono utilizzati come arresto di emergenza; la sicurezza operativa e funzionale del sistema non è più garantita.
Punto di commutazione dell'allarme alto
Un quarto microinterruttore (SP4) può essere utilizzato, ad esempio, per monitorare le condizioni di sovrapressione indesiderate durante le routine di riempimento del compartimento di pressione. Se la pressione supera i 6,4 bar ass. a 20°C, il microinterruttore commuta e attiva un allarme alto.
