Temperature Monitoring in Switchgears

Abstract

This thesis focuses on the problem of temperature monitoring inside electrical switchgears. The outcome of this work is a developed sensor prototype. This solution can monitor multiple bus bar and cable joints in switchgears using a single thermopile IR sensor. The measured temperatures are saved in a multipixel array, and they can be shown to the system operator using the application’s HMI. The main function of the application is to alarm the system when temperature hot-spots start to develop.

The specifications for the developed temperature monitoring application are laid out. Theory about IR temperature measurement is presented, and the function principle of thermopile sensors is described. Different solutions to the known reflectivity problem of bus bars are discussed. The presented solution to this problem is to apply high-emissivity paints or tapes close to potential hot-spots.

The developed application’s functions are shown in simple terms. A proof-of-concept test is made for the developed prototype application and different tapes and paints are also tested. The results of the test indicate promise for the developed prototype and the full application. Finally, a discussion is held about the test results and further product possibilities.

This thesis was made for Arcteq Ltd in Vaasa.

Detta examensarbete behandlar problemet med temperaturövervakning i ställverk. Resultatet av detta examensarbete blev en utvecklad prototyp för en temperaturgivare. Den slutgiltiga lösningen kan övervaka flera kritiska anslutnings- och förgreningspunkter genom att använda endast en IR-givare. De mätta temperaturerna kan sedan visas för systemets operatör via systemets HMI. Systemets huvudsakliga funktion är att alarmera när temperaturen i en punkt överskrider en alarmnivå.

Specifikationerna för den utvecklade temperaturövervakningsapplikationen framställs. Teorin som användes för temperaturmätningen med IR-givaren presenteras. Dessutom presenteras teorin som möjliggjorde mätningen med termoelement, vilket är centralt till den valda givartypen. Olika lösningar till det kända reflektivitetsproblemet diskuteras. Den valda lösningen var att applicera tejp eller målfärg nära samlingsskenornas potentiella hetpunkter.

Den utvecklade lösningen beskrivs i enkla termer. Ett test utfördes för att bekräfta den utvecklade prototypen och olika tejper och målfärger testas också. Resultaten är lovande för den utvecklade givarprototypen och lösningen som helhet. Slutligen hålls en diskussion angående testresultaten och produktens framtidsutsikter.

Arbetet gjordes åt Arcteq Ab i Vasa.

Tämä lopputyö käsittelee lämpötilan valvontaa sähkökojeistossa. Tuloksena kehitettiin anturimoduuli, joka pystyy valvomaan useita kohtia kojeistossa käyttäen ainoastaan yhtä IR-anturia. Mitatut lämpötilat voidaan näyttää järjestelmän valvojalle järjestelmän HMI-ikkunassa. Järjestelmän päätehtävä on varoittaa kun tietyt lämpötilarajat ylittyy.

Kehitetyn lämpötilamittausjärjestelmän vaatimukset esitetään. IR-anturin lämpötilamittauksen teoriaa käsitellään ja termoelementin käytäntö esitellään. Eri ratkaisuista sähkökiskojen reflektio-ongelmalle keskustellaan. Valittu ratkaisu on peittää mittauskohdat materiaalilla jossa on korkea emissioarvo.

Kehitetyn applikaation testit suoritettiin ja erilaisia teippejä ja maaleja testattiin. Testien tulosten perusteella prototyyppi ja koko applikaatio näyttää lupaavilta. Lopuksi keskustellaan testituloksista ja tuotteen tulevaisuuden mahdollisuuksista.

Tämä opinnäytetyö on tehty Arcteq Oy:lle Vaasassa.