DE102019213912A1

DE102019213912A1 - Verfahren zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte

Info

Publication number: DE102019213912A1
Application number: DE102019213912.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meier
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2021047907A1; EP4008043A1; CN114365360A; US20220386511A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks (10) für Mittel- oder Hochspannungsschaltgeräte, wobei der erste Steuerschrank (10) eine Antikondensationsheizung (12) zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteilen (16) umfasst. Ein derartiges Verfahren ist besonders umweltschonend und nachhaltig. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte, wobei das Verfahren besonders energieeffizient ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte, welches ein derartiges Verfahren erlaubt.
Schaltanlagen zum Trennen von Strömen sind weitläufig bekannt. Die Anordnung von Schaltmodulen in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, beispielsweise, kann auf sehr unterschiedliche Weise erfolgen. Bekannt ist, dass derartigen Schaltanlagen Steuerschränke zugeordnet sind, welche einer Ansteuerung der Schaltanlagen dienen.
In den Steuerschränken von Hoch- und Mittelspannungsschaltgeräten, wie etwa von Leistungs- und Trennschaltern, kann unter spezifischen klimatischen Bedingungen eine Betauung von Bauteilen auftreten. Die Betauung kann über einen längeren Zeitraum zu Korrosion an kritischen Bauteilen führen. Zur Verhinderung der Betauung werden in den Steuerschränken Antikondensationsheizungen eingesetzt, die durchgehend und weitestgehend unselektiv betrieben werden.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich eines verbesserten Betauungsschutzes.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche ein Mittel zur Verhinderung der Betauung eines Bauteils in einem Steuerschrank für eine Schaltanlage verbessert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zumindest zum Teil durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Beschrieben wird ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks für Mittel- oder Hochspannungsschaltgeräte, wobei der erste Steuerschrank eine Antikondensationsheizung zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteilen umfasst, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

a) Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks;
b) Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks;
c) Ermitteln der Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks;
d) Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils; und
e) Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur.

Ein derartiges Verfahren erlaubt auf einfach umsetzbare und effiziente Weise das Heizen von Schaltschränken zur Verhinderung oder zumindest zur Reduzierung der Kondensation von Luftfeuchtigkeit auf Bauteilen innerhalb des Schaltschranks.
Das beschriebene Verfahren dient somit der Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks wobei der Steuerschrank einem Mittelspannungsschaltgerät beziehungsweise einer Mittelspannungsschaltanlage oder einem Hochspannungsschaltgerät beziehungsweise einer Hochspannungsschaltanlage zugeordnet ist. Derartige Schaltgeräte beziehungsweise Schaltanlagen sind an sich bekannt und umfassen beispielsweise Leistungs- und/oder Trennschalter. Es sind in der Regel Anlagen, in denen elektrische Energie verteilt oder umgespannt wird. Unter einem Mittelspannungsschaltgerät ist im Sinne der Erfindung ferner insbesondere ein solches zu verstehen, bei dem Spannungen geschaltet oder getrennt werden, die etwa in einem Bereich von 1 kV bis ca. 60 kV liegen. Ferner ist unter einem Hochspanungsschaltgerät ein solches zu verstehen, bei dem Spannungen geschaltet oder getrennt werden, die in einem Bereich von über ca. 60 kV bis zu 1000 kV oder sogar darüber, beispielsweise bis zu 1150 kV, liegen.
In dem Steuerschrank beziehungsweise in den Steuerschränken derartiger Schaltanlagen sind meist Hilfskontakte vorgesehen, welche den Stand der Hauptkontakte der Schaltanlagen widerspiegeln. Jedoch kann grundsätzlich eine Ansteuerelektronik für die Schaltanlage in dem Steuerschrank vorgesehen sein.
Aufgrund von klimatischen Verhältnissen kann das Auftreten von Tau beziehungsweise von kondensierter Luftfeuchtigkeit an Bauteilen innerhalb des Steuerschranks möglich sein. Dies kann zu Korrosion von Bauteilen innerhalb des Steuerschranks führen. Um dies zu verhindern ist in der Regel eine sogenannte Antikondensationsheizung vorgesehen. Diese kann die Atmosphäre beziehungsweise die Bauteile innerhalb des Steuerschranks aufheizen und dadurch ein Kondensieren der Luftfeuchtigkeit verhindern. Entsprechend ist es vorgesehen, dass der Steuerschrank eine Antikondensationsheizung zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteilen umfasst.
Um eine verbesserte Steuerung der Antikondensationsheizung in dem Steuerschrank zu ermöglichen, weist das hier beschriebene Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf.
Gemäß Verfahrensschritt a) erfolgt ein Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, also insbesondere der Luftfeuchtigkeit der in dem Steuerschrank befindlichen Luft. Gemäß diesem Verfahrensschritt wird somit beispielsweise unter Verwendung eines entsprechenden Sensors eine Detektion hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit, die in der Atmosphäre, also insbesondere in der Luft, innerhalb des Steuerschranks und damit insbesondere innerhalb eines Gehäuses des Steuerschranks vorliegt, durchgeführt.
Dieser Schritt ist etwa mit einem oder mehreren üblichen Sensoren zur Ermittlung der Luftfeuchtigkeit innerhalb oder außerhalb des Steuerschranks angeordnet realisierbar.
Gemäß Verfahrensschritt b) erfolgt ein Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, also in anderen Worten der Lufttemperatur der Luft in dem Steuerschrank. Gemäß diesem Verfahrensschritt wird somit beispielsweise unter Verwendung eines entsprechenden Sensors beziehungswiese Thermometers eine Detektion hinsichtlich der Temperatur, die in der Atmosphäre beziehungsweise in der Luft innerhalb des Steuerschranks und damit insbesondere innerhalb eines Gehäuses des Steuerschranks vorliegt, durchgeführt.
Dieser Schritt ist etwa mit einem oder mehreren üblichen Sensoren zur Ermittlung der Temperatur innerhalb oder außerhalb des Steuerschranks angeordnet realisierbar.
Gemäß dem weiteren Verfahrensschritt c) umfasst das Verfahren den Schritt des Ermittelns der Taupunkttemperatur der Atmosphäre, wie etwa der Luft, in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks.
Dieser Schritt basiert somit darauf, dass etwa allein durch die zuvor ermittelten Parameter, nämlich die Feuchtigkeit und die Temperatur der Atmosphäre beziehungsweise der Luft innerhalb des Steuerschranks eine Bestimmung der Taupunkttemperatur möglich ist.
Dies ist etwa möglich durch einfaches Zuordnen von entsprechenden Werten für die Taupunkttemperatur zu dem entsprechenden Parameterpaar Temperatur und Feuchtigkeit. Dies kann somit möglich sein durch das Bereitstellen vorgegebener Werte der Taupunkttemperatur bei gegebener Feuchtigkeit und Temperatur der Atmosphäre beziehungsweise der Luft oder durch eine näherungsweise Berechnung unter Verwendung der ermittelten Messwerte, etwa unter Verwendung einer Näherungsformel. Da Steuerschränke meist nicht druckdicht ausgeführt sind, kann für den Druck der Atmosphärendruck angenommen werden.
Unter der Taupunkttemperatur ist dabei in an sich bekannter Weise die Temperatur der Luft zu verstehen, die bei konstantem Druck unterschritten werden muss, damit sich Wasserdampf als Tau oder Nebel abscheiden kann beziehungsweise dass in anderen Worten Luftfeuchtigkeit auf Bauteilen innerhalb des Steuerschrankes kondensieren kann, wenn die Bauteiltemperatur die Taupunkttemperatur unterschreitet. An der Taupunkttemperatur beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 % und die Luft ist mit Wasserdampf gerade gesättigt.
Gemäß dem weiteren Verfahrensschritt d) umfasst das Verfahren weiterhin das Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils. Dies kann beispielsweise mit einem Sensor oder mit einer Mehrzahl an Sensoren umgesetzt werden, wobei auch mehrere Sensoren an unterschiedlichen Bauteilen vorgesehen sein können, etwa an unterschiedlichen Bauteilen mit unterschiedlicher Masse.
Dieser Schritt ist wiederum beispielsweise mit einem oder mehreren üblichen Sensoren zur Ermittlung der Temperatur, insbesondere Thermometern, innerhalb oder außerhalb des Steuerschranks angeordnet, realisierbar. Das Bauteil oder die Bauteile, deren Bauteiltemperatur ermittelt werden, können beispielsweise derartige Bauteile sein, bei denen eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit insbesondere hinsichtlich einer Korrosion besonders kritisch sind. Somit sind hier insbesondere Bauteile von Belang, welche offenliegende korrosionsempfindliche Stellen aufweisen.
Somit kann es vorgesehen sein, dass wenigstens einer, beispielsweise sämtliche, der Verfahrensschritte a), b) und d) mit in dem Inneren Volumen des Steuerschranks angeordneten Sensoren durchgeführt wird.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Ermittlung der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, der Ermittlung der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks und der Ermittlung der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils mittels jeweiliger spezifischer Sensoren etwa innerhalb des Steuerschranks können diese Parameter auch durch eine Annäherung beziehungsweise Abschätzung ermittelt werden. So kann die Annahme getroffen werden, dass die Temperatur der Atmosphäre innerhalb des Steuerschranks und die Bauteiltemperatur ungefähr gleich sind, wie die Temperatur der den Steuerschrank umgebenden Luft, da die Steuerschränke meist nicht luftdicht oder nach außen vollständig thermisch isoliert ausgeführt sind. Gleichermaßen kann man von der Luftfeuchtigkeit der den Steuerschrank umgebenden Luft auf die Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem Steuerschrank schließen. Somit können die Verfahrensschritte a) b) und d) auch durch das Erfassen von Wetterdaten aufweisend die Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit realisiert werden.
Beispielhafte kritische Bauteile, deren Korrosion verhindert werden kann, umfassen in keiner Weise beschränkend elektrische Kontakte in Hilfsschaltern, SF₆-Dichtewächtern, Öldruckschaltern, Relais beziehungsweise Schützen. Alternative kritische Bauteile sind ferner solche, bei denen nicht zwingend die Korrosion problematisch ist sondern vielmehr das Verhindern der Überbrückung von Isolationsstrecken von Wichtigkeit ist. Entsprechend können weitere kritische Bauteile Stecker oder Leisten sein, die durch Betauung leitend werden könnten.
Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt e) das Erstellen und insbesondere das Ausführen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur.
Somit wird es bei dem hier beschriebenen Verfahren realisiert, dass die Antikondensationsheizung gesteuert beziehungsweise angesteuert wird basierend auf einer Kombination der Parameter Bauteiltemperatur, Atmosphärentemperatur innerhalb des Steuerschrankes und Feuchtigkeit der Atmosphäre innerhalb des Steuerschrankes und damit insbesondere der Taupunkttemperatur.
Insbesondere eine derartige Ansteuerung der Antikondensationsheizung kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik für Steuerschränke für Hochspannungs- und Mittelspannungs-Schaltanlagen signifikante Vorteile ermöglichen.
Denn gemäß dem Stand der Technik ist es oftmals in derartigen Schaltschränken vorgesehen, dass die Antikondensationsheizungen unabhängig von den tatsächlichen klimatischen Bedingungen und somit unabhängig vom der Taupunkttemperatur im Dauerbetrieb insbesondere dauerhaft arbeitet. Insoweit beispielsweise in Mittelspannungsanwendungen gesteuerte Heizungen eingesetzt werden, arbeiten diese jedoch einzig mit physikalischen Größen der Steuerschrankinnenraumluft, wie der Temperatur oder der Luftfeuchtigkeit. Diese Größen allein erfassen jedoch die Problematik der Kondensation an den kritischen Bauteilen nicht vollumfänglich.
Erst dadurch, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren neben den physikalischen Größen der Innenatmosphäre des Steuerschranks auch die tatsächlichen oder angenäherten Bauteiltemperaturen ermittelt und zur Steuerung gemeinsam mit der Taupunkttemperatur herangezogen werden, kann eine Steuerung der Antikondensationsheizung mit verbesserter Effizienz ermöglicht werden.
Das Verfahren kann somit darauf basieren, dass, wenn die Bauteiltemperatur größer ist, als die Taupunkttemperatur, eine Betauung nichtstattfinden wird oder in anderen Worten, dass eine Betauung dann stattfindet, wenn die Bauteiltemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur liegt.
Denn durch die Ermittlung der vorbeschriebenen Parameter kann es auf verlässliche Weise ermöglicht werden, dass sowohl die Taupunkttemperatur ermittelt wird und dadurch eine Bedingung ermittelt wird, bei der eine Kondensation der Luftfeuchtigkeit stattfindet, als auch ermittelt wird, ob diese Bedingung bei einem oder mehreren Bauteilen auch wirklich vorliegt. Entsprechend kann unter realen Bedingungen abgeschätzt beziehungsweise ermittelt werden, ob eine Betauung des Bauteils stattfinden wird und damit ob eine Gefahr für das Bauteil durch auftretende Korrosion besteht und ob somit ein Heizen sinnvoll ist, oder ob eine Betauung aufgrund der in dem Steuerschrank herrschenden klimatischen Bedingungen unwahrscheinlich ist beziehungsweise nicht auftreten wird, so dass auf ein Heizen verzichtet werden kann. Somit erlaubt das hier beschriebene Verfahren ein bedarfsgerechtes Heizen der Antikondensationsheizung des Steuerschranks, wodurch auf ein dauerhaftes Arbeiten der Antikondensationsheizung so verzichtet werden kann.
Dadurch lässt es sich erreichen, dass die Antikondensationsheizungen mit einem geringeren Energieverbrauch arbeiten und dadurch eine signifikant verringerte Belastung für die Umwelt verursachen. Beispielsweise kann die Kohlendioxidbelastung für die Umwelt im Vergleich zu Lösungen mit dauerhaft arbeitenden Antikondensationsheizungen signifikant reduziert werden.
Darüber hinaus kann durch das hier beschriebene Verfahren es ermöglicht werden, dass die Betriebssicherheit des Steuerschranks verbessert werden kann. Denn bei einem permanenten Betrieb der Antikondensationsheizung ist die Gefahr eines Fehlerzustands, der auch sicherheitskritisch sein kann, gegenüber dem hier beschriebenen Verfahren deutlich vergrößert.
Aus den gleichen Gründen kann auch die Zuverlässigkeit der Antikondensationsheizung verbessert werden, was Service-Intervalle weniger kritisch werden lässt und ferner Ausfallzeiten reduzieren kann.
Durch Verhinderung von Betauung beziehungsweise Kondensation von Luftfeuchtigkeit an Bauteilen im Inneren des Steuerschrankes wird auch deren Korrosion verhindert oder zumindest deutlich reduziert. Durch die an den tatsächlichen physikalischen Bedarf angepasste Steuerung der Antikondensationsheizungen wird eine sichere und vor allem energieeffiziente Steuerung erreicht. Diese Steuerung basiert auf klimaphysikalisch relevanten Zustandsgrößen der Steuerschrankinnenraumatmosphäre beziehungsweise der Steuerschrankinnenraumluft und der kritischen Bauteile, welche erst gemeinsam die Bedingungen für mögliche Kondensation exakt beschreiben.
Dabei wird insbesondere betrachtet, dass Kondensation nur unter bestimmten klimatischen Bedingungen auftreten kann, welche am besten und verlässlichsten durch die Taupunkttemperatur beschrieben werden. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird die physikalische Größe des Taupunktes genutzt, um als Parameter im Abgleich zusammen mit Temperaturen kritischer Bauteile im Inneren der Steuerschränke eine Steuergröße zu schaffen, die eine sichere und energieeffiziente Steuerung der Anti-Kondensationsheizungen ermöglicht.
Dem Vorstehenden folgend ergibt sich somit durch den sicheren und vor allem bedarfsgerechten Einsatz der AntiKondensationsheizung global ein sehr großes Potential zur Energieeinsparung, Kosteneinsparung und der Reduktion des CO₂-Ausstoßes. Dadurch kann eine deutlich verbesserte CO₂ Bilanz (CO₂-Footprint) der Schaltgeräte realisiert werden.
Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung reduziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Antikondensationsheizung ausgeschaltet wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur.
In dieser Ausgestaltung ist es somit in anderen Worten vorgesehen, dass die Antikondensationsheizung in einem Grundzustand arbeitet und somit die Bauteile innerhalb des Steuerschranks heizt und nur dann, wenn dies durch den Steuerbefehl angezeigt ist, die Heizleistung reduziert wird, etwa die Heizung ganz ausgestellt wird. Diese Ausgestaltung erlaubt die Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens in einer besonders effektiven und sicheren Art und Weise. Denn zum Einen kann, wenn immer dies angezeigt beziehungsweise zulässig ist, die Heizleistung bis hin zu einem Ausschalten der Heizung reduziert werden, was den Energieverbrauch wie vorstehend beschrieben deutlich reduzieren kann. Darüber hinaus ist es sichergestellt, dass etwa bei einem Fehler einer Steuereinheit oder bei dem Ausbleiben von Steuerbefehlen die Antikondensationsheizung arbeitet und so eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit und folgend die Korrosion von Bauteilen innerhalb des Steuerschranks verhindert wird.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung reduziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur, wobei bei dem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur ein Sicherheitsparameter berücksichtigt wird.
In dieser Ausgestaltung ist somit wie vorstehend beschrieben ein Grundzustand der Antikondensationsheizung vorgesehen, bei dem diese aktiv ist und wobei basierend auf einem Steuerbefehl die Heizleistung reduziert wird, beispielsweise die Heizung ausgeschaltet wird. Dabei wird jedoch bei einem Vergleich der Taupunkttemperatur und der Bauteiltemperatur ein Sicherheitsparameter berücksichtigt. In anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Steuerbefehl zum Reduzieren der Heizleistung der Antikondensationsheizung dann ausgegeben wird, wenn die Bauteiltemperatur abzüglich des Sicherheitsparameters weiterhin größer ist, als die Taupunkttemperatur. In anderen Worten muss in dieser Ausgestaltung zwischen der Taupunkttemperatur und der Bauteiltemperatur ein Sicherheitsparameter als ein bestimmter Temperaturbereich vorliegen, um den Steuerbefehl auszugeben und die Antikondensationsheizung anzusteuern. Der Sicherheitsparameter kann beispielsweise ein Faktor oder ein definierter Temperaturbereich sein.
Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass die Heizleistung nur dann reduziert wird, wenn dies auch besonders sicher ermöglicht werden kann. Dadurch kann besonders effektiv sichergestellt werden, dass eine Korrosion der in dem Steuerschrank befindlichen Bauteile oder etwa das Verschlechtern einer Isolationsstrecke verhindert wird, da es verhindert oder die Gefahr zumindest deutlich reduziert werden kann, dass die Heizleistung reduziert wird, obwohl dies aufgrund des in dem Steuerschrank herrschenden Klimas nicht angezeigt wäre.
Der Sicherheitsparameter kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die entsprechenden Parameter nicht explizit gemessen sondern abgeschätzt beziehungsweise angenähert werden, beispielsweise unter Verwendung von Wetterdaten wie vorstehend beschrieben.
Hinsichtlich des Sicherheitsparameters kann es vorgesehen sein, dass dieser auf wenigstens einem von der Art und der Ausbildung des Bauteils basiert, dessen Bauteiltemperatur ermittelt wurde. Insbesondere diese Parameter können eine Beeinflussung der Temperatur hervorrufen. Denn die Art des Bauteils, also um welches Bauteil beziehungsweise um welche Art von Bauteil es sich handelt, kann beispielsweise einen Hinweis auf das Material, Größe und die Kritizität einer Korrosion oder andere Beeinflussung durch Betauung geben. Insbesondere kann ein Hinweis gegeben sein, dass ein fehlerhafter Zustand einen kostenintensiven Austausch erfordert oder einen sicherheitskritischen Zustand hervorruft. Die Ausbildung des Bauteils, also etwa wie oder aus welchen Materialien das Bauteil hergestellt beziehungsweise ausgebildet ist, kann ferner auch für die spezifische Ausgestaltung einer bestimmten Art eines Bauteils einen Hinweis auf das Material und die Größe des Bauteils geben. Das Material und die Größe können dabei einen Einfluss auf die Wärmekapazität geben und damit einen Hinweis auf die Temperatur des Bauteils etwa nach einer Temperaturveränderung. Weiterhin können diese Parameter einen Hinweis geben auf die Anfälligkeit für eine Korrosion.
Somit können die Sicherheitsparameter dann besonders groß gewählt werden, wenn eine Korrosion des Bauteils bei Betauung wahrscheinlich ist und schwerwiegende Folgen hätte.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt d) das Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens zweier in dem inneren Volumen des Steuerschranks befindlicher Bauteile umfasst und dass bei Verfahrensschritt e) der Steuerbefehl basierend auf einem Vergleich sämtlicher ermittelter Bauteiltemperaturen und der Taupunkttemperatur erfolgt. In dieser Ausgestaltung kann es somit vorgesehen sein, dass eine Redundanz hinsichtlich der Bauteiltemperatur ermöglicht wird und/oder, dass das unterschiedliche Verhalten hinsichtlich der Temperatur für unterschiedliche Bauteile beachtet wird. Dadurch kann die Gefahr einer fehlerhaften Ansteuerung weiter verhindert werden. Denn es kann nunmehr erlaubt werden, dass der Steuerbefehl nur ausgegeben wird, wenn die entsprechende Bedingung, wie etwa einer höheren Bauteiltemperatur im Vergleich zur Taupunkttemperatur, für beide Bauteile gilt.
Darüber hinaus ist es auch möglich, unterschiedliche Bauteile etwa mit unterschiedlichen Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen, was eine verbesserte Adaptivität ermöglicht und dadurch einer unterschiedlichen Anfälligkeit der Bauteilmaterialien an Korrosion Rechnung trägt. Diese Ausgestaltung kann vorteilhaft ausgeführt werden unter Verwendung entsprechender Sensoren im Inneren des Steuerschranks.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass der Steuerbefehl nur für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung des ersten Steuerschranks verwendet wird. In dieser Ausgestaltung erfolgt somit die Temperatursteuerung der Antikondensationsheizung für jeden der Steuerschränke in einer autonomen Weise. Diese Ausgestaltung erlaubt das Durchführen des Verfahrens mit einer besonders hohen Genauigkeit. Denn es wird möglich, dass die Steuerung der Antikondensationsheizung auf den im Steuerschrank unmittelbar herrschenden Bedingungen basieren kann.
Diese Ausgestaltung kann somit besonders bevorzugt ausgeführt werden, wenn die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine lokale, nur dem ersten Steuerschrank zugeordnete, Steuereinheit erfolgt. Die Steuereinheit kann beispielsweise in dem Steuerschrank angeordnet sein. Ferner kann diese Ausgestaltung wiederum vorteilhaft ausgeführt werden unter Verwendung entsprechender Sensoren im Inneren des Steuerschranks.
Es kann jedoch gleichermaßen möglich sein, dass der Steuerbefehl für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung des ersten Steuerschranks und zusätzlich für ein Ansteuern einer Antikondensationsheizung wenigstens eines zweiten Steuerschranks verwendet wird. In dieser Ausgestaltung kann somit etwa die Sensorik zum Steuern einer Mehrzahl an Kondensationsheizungen deutlich reduziert werden, da die Steuerung einer Mehrzahl an Antikondensationsheizungen auf einer reduzierten Anzahl an Messungen oder Abschätzungen beziehungsweise Annäherungen erfolgen kann. Dies kann beispielsweise darauf basieren, dass angenommen werden kann, dass die klimatischen Bedingungen von benachbart angeordneten Steuerschränken ähnlich sein werden. Unter dieser Voraussetzung kann der erstellte Steuerbefehl für andere Steuerschränke verwendbar sein.
Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass die für den ersten Steuerschrank ermittelte Bauteiltemperatur und die für den ersten Steuerschrank ermittelte Taupunkttemperatur zum Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung des zweiten Steuerschranks verwendet wird.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine zentrale Steuereinheit erfolgt, welche Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erhält und den Steuerbefehl basierend auf Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erstellt. Somit werden in dieser Ausgestaltung die Verfahrensschritte a) bis d) für eine Mehrzahl an Steuerschränken durchgeführt, etwa durch entsprechende Sensoren oder entsprechende Annährungen beziehungsweise Annahmen, was es ermöglicht, Bauteiltemperaturen und Taupunkttemperaturen für eine Mehrzahl an Steuerschränken zu ermitteln. Diese Daten können dann von der zentralen Steuereinheit ausgewertet werden. Entsprechend kann der Steuerbefehl auf der Vielzahl an Daten wie vorstehend beschrieben erstellt werden.
In dieser Ausgestaltung kann die Peripherie, welche in den Steuerschränken vorzusehen ist, reduziert werden, da auf eine Steuereinheit beziehungsweise Steuereinheiten verzichtet werden kann. Ferner können die Sensordaten beispielsweise für einen Teil einer Gruppe von Steuerschränken erfasst werden und der Steuerbefehl auf sämtliche Steuerschränke ausgedehnt werden.
Darüber hinaus kann der Steuerbefehl auf einer Vielzahl unabhängig voneinander erhobenen Daten basieren, was das Verfahren besonders sicher machen kann.
Es kann bevorzugt sein, dass die Erstellung des Steuerbefehls unter Beachtung von klimatischen Bedingungen außerhalb des Steuerschranks erfolgt. Insbesondere kann eine Temperatur und/oder eine Sonneneinstrahlung beziehungsweise ein Grad der Bewölkung verwendet werden, die außerhalb des Steuerschranks auftritt beziehungsweise vorliegt. Dadurch kann das Verfahren besonders verlässlich und effizient ausgeführt werden. Dabei können etwa die Schritte a), b) und d) nur oder zusätzlich unter Beachtung von klimatischen Bedingungen außerhalb des Steuerschranks erfolgen.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Erstellung des Steuerbefehls unter Verwendung eines Verfahrens der künstlichen Intelligenz erfolgt. Beispielsweise kann das Verfahren unter Verwendung eines neuronalen Netzes erfolgen. In dieser Ausgestaltung kann das Verfahren besonders exakt und anpassbar erfolgen. Beispielsweise kann die Abhängigkeit von Temperaturschwankungen der Atmosphäre innerhalb des Steuerschranks auf die Bauteiltemperatur erfasst und ausgewertet werden. So kann beispielsweise vorhegesagt werden, wie sich basierend auf Temperaturschwankungen die Bauteiltemperatur ändert, um so die Antikondensationsheizung besonders sicher zu steuern. Weiterhin können Parameter, wie etwa klimatische Bedingungen außerhalb des Steuerschranks beachtet und besonders sicher in die Auswertung einbezogen werden.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung des Systems, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein System zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte, beispielsweise für Leistungsschalter und/oder Trennschalter, wobei der erste Steuerschrank eine Antikondensationsheizung zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteilen aufweist, wobei die Steueranordnung wenigstens aufweist: einen Sensor zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks; einen Sensor zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks; einen Sensor zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils; und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, die Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks zu ermitteln basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, und einen Steuerbefehl zu erstellen und insbesondere an die Antikondensationsheizung weiter zu leiten zum Ansteuern der Antikondensationsheizung basierend auf einem Vergleich der Temperatur des wenigstens einen in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils und der Taupunkttemperatur.
Ein derartiges System dient insbesondere dazu, ein wie vorstehend im Detail beschriebenes Verfahren durchzuführen.
Somit erlaubt ein hier beschriebenes System insbesondere aus den zuvor genannten Gründen in einer effektiven und sicheren Weise, eine Betauung von Bauteilen innerhalb eines Steuerschranks für Mittel- oder Hochspanungsanwendungen zu verhindem oder zumindest signifikant zu reduzieren. Dabei kann eine besonders umweltfreundliche und nachhaltige Lösung geschaffen werden, die gleichermaßen einen besonders langzeitstabilen Betrieb ermöglichen kann.
Dabei können jeweils unterschiedliche Sensoren zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks und zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils vorgesehen sein, oder vorgesehene Sensoren können mehrere Parameter ermitteln. Letzteres ist beispielsweise möglich, wenn das Ermitteln der Parameter etwa basierend auf klimatischen Bedingungen durchgeführt wird, die außerhalb des Steuerschranks vorliegen und vorstehend im Detail beschriebene Annahmen beziehungsweise Annäherungen erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit in dem Steuerschrank angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere eine autonome Steuerung einer Antikondensationsheizung des Steuerschranks ermöglicht werden.
Insbesondere wird es in dieser Ausgestaltung möglich, dass der Steuerbefehl nur für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung des ersten Steuerschranks verwendet wird. Es wird ferner möglich, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine lokale, nur dem ersten Steuerschrank zugeordnete, Steuereinheit erfolgt.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Steuereinheit von dem Steuerschrank getrennt angeordnet ist und mit den Sensoren über eine kabellose Verbindung für einen Datentransfer verbindbar ist. In dieser Ausgestaltung wird es möglich, dass der Steuerbefehl für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung des ersten Steuerschranks und zusätzlich für ein Ansteuern einer Antikondensationsheizung wenigstens eines zweiten Steuerschranks verwendet wird.
Insbesondere wird es so möglich, dass die für den ersten Steuerschrank ermittelte Bauteiltemperatur und die für den ersten Steuerschrank ermittelte Taupunkttemperatur zum Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung des zweiten Steuerschranks verwendet werden.
Bevorzugt kann es in dieser Ausgestaltung umgesetzt werden, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine zentrale Steuereinheit erfolgt, welche Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erhält und den Steuerbefehl basierend auf Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erstellt.
Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinheit mit wenigstens einer in einem Steuerschrank angeordneten Antikondensationsheizung für einen Datentransfer verbindbar ist. Dabei kann die ausbildbare Datenverbindung durch eine kabelbasierte Datenleitung oder auch kabellos erfolgen.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Systems wird auf die Beschreibung des Verfahrens, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und den zugehörigen Beispielen. In den Figuren zeigen:

1 schematisch ein System zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks in einer ersten Ausgestaltung;
2 schematisch ein System zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks in einer weiteren Ausgestaltung;
3 ein Diagramm darstellend den Zusammenhang des Taupunkts von der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur;
4 ein Diagramm darstellend den Zusammenhang von vorliegenden klimatischen Bedingungen mit der Bauteiltemperatur;
5 ein Diagramm darstellend eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entlang der Zeitachse eines Tages; und
6 ein Diagramm zeigend den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der 1 ist eine Ausgestaltung eines Systems zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks 10 gezeigt. Insbesondere dient der Steuerschrank 10 der Ansteuerung von Mittel- und Hochspannungsschaltgeräten.
Der Steuerschrank 10 umfasst eine Antikondensationsheizung 12 zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10 befindlichen Bauteilen 16. In der 1 sind dabei rein exemplarisch drei Bauteile 16 in dem inneren Volumen 14, also etwa innerhalb eines Gehäuses, des Steuerschranks 10 gezeigt. Derartige Bauteile 16 können beispielsweise anfällig für Korrosion sein, so dass eine die Korrosion fördernde Betauung verhindert werden sollte.
Um beispielsweise aber nicht beschränkt hierauf eine Korrosion durch Betauung der Bauteile 16 zu verhindern, erlaubt das System eine vorteilhafte Temperatursteuerung des Steuerschranks 10, insbesondere durch eine vorteilhafte Ansteuerung der Antikondensationsheizung 12.
Hierzu umfasst das System einen Sensor 18 zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10. Dieser Sensor 18 kann ein an sich bekannter Feuchtesensor sein und ist zweckmäßiger Weise aber nicht beschränkt hierauf im Inneren des Steuerschranks 10 angeordnet.
Ferner umfasst das System einen Sensor 20 zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10. Ein derartiger Sensor 20 kann wiederum in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein und ist zweckmäßiger Weise aber nicht beschränkt hierauf ebenfalls im Inneren des Steuerschranks 10 angeordnet.
Weiterhin umfasst das System einen Sensor 22 zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks 10 befindlichen Bauteils 16. Ein derartiger Sensor 22 kann wiederum in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein und ist zweckmäßiger Weise aber nicht beschränkt hierauf ebenfalls im Inneren des Steuerschranks 10 und genauer an einem Bauteil 16 angeordnet.
Es ist ferner eine Steuereinheit 24 vorgesehen. Die Steuereinheit 24 ist durch Datenverbindungen mit den Sensoren 18, 20, 22 und ferner mit der Antikondensationsheizung 12 verbunden und kann basierend auf den erhaltenen Sensordaten so die Antikondensationsheizung 12 ansteuern. Die Datenverbindungen sollen durch die Pfeile verdeutlicht sein. In der Ausgestaltung gemäß 1 ist es dabei vorgesehen, dass die Steuereinheit 24 in dem Steuerschrank 10 angeordnet ist.
Im Detail erlaubt das vorbeschriebene System ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10;
b) Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10;
c) Ermitteln der Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10 basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks;
d) Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10 befindlichen Bauteils 16; und
e) Erstellen und Ausführen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung 12 basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur.

Dieses Verfahren basiert somit in dieser spezifischen Ausgestaltung darauf, dass anhand der durch die Sensoren 18, 20, 22 ermittelten Parameter effektiv die Antikondensationsheizung 12 situationsbedingt ansteuerbar ist und so ein energiesparendes Heizen möglich wird. Dies kann besonders effektiv sein, wenn basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung 12 reduziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur.
In dieser Ausgestaltung wird somit die Sensorik im Inneren des Steuerschranks 10 eines Schaltgeräts zur Ermittlung der Taupunkttemperatur der Innenraumluft in Verbindung mit Sensorik Zur Ermittlung der Temperatur kritischer Bauteile 16 eingesetzt. Eine insbesondere smarte Elektronik der Steuereinheit 24 führt einen Abgleich der Größen durch und entscheidet auf Basis von Vorgabewerten über die Steuerung der Antikondensationsheizung 12 im Steuerschrank 10. Sie liefert im Folgenden beispielsweise ein entsprechendes Ausgabesignal Zur Ansteuerung eines Schützes im Steuerschrank.
Grundsätzlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Parameter Temperatur der Atmosphäre in dem Steuerschrank 10, Bauteiltemperatur und relative Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre in dem Steuerschrank 10 durch außerhalb des Steuerschrank 10 vorhandene Sensoren ermittelt und entsprechend angehnähert werden.
Die Bedingung für die Unterbrechung der Anti-Kondensationsheizung 12 kann bevorzugt wie folgt gelten:

Bauteiltemperatur - Sicherheitsmarge > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft.

Die Sicherheitsmarge ist ein beispielsweise durch den Entwickler festzulegender Wert, der in einem Bereich von > 0 liegt. Hier sollte vor allem das Erwärmungs- und Abkühlungsverhalten (Zeitkonstante) des kritischen Bauteils 16 beziehungsweise der kritischen Bauteile 16 berücksichtigt werden.
Zur Erhöhung der Sicherheit des Systems gegen Kondensation kann die Sicherheitsmarge erhöht werden, oder auch die Messung an weiteren (n) kritischen Bauteilen 16 mit zu erwartenden unterschiedlichen Temperaturen eingeführt werden. Neben der Sicherheit wird hierdurch auch die Energieeffizienz optimiert. Die Bedingung für die Unterbrechung der Anti-Kondensationsheizung mit n = 2 Bauteilsensoren soll wie folgt gelten:

Bauteiltemperatur 1 - Sicherheitsmarge 1 > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft

Bauteiltemperatur 2 - Sicherheitsmarge 2 > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft.

In diesem ersten auch als „On Board“ zu bezeichnenden Lösungsansatz wird die Steuerentscheidung für die Unterbrechung der Antikondensationsheizung 12 für jedes Schaltgerät individuell durch lokale Sensorik und Elektronik im jeweiligen Steuerschrank 10 getroffen.
Beispielsweise und grundsätzlich kann ein intermittierender Betrieb der Antikondensationsheizung 12 möglich sein. Für den Fall, dass die Bedingungen zur Abschaltung der Antikondensationsheizung 12 nicht erfüllt sind, bleibt die Heizung in Betrieb. Durch die eingebrachte Wärmeleistung wird die Temperatur der Atmosphäre 14 wie auch der Bauteile 16 erhöht und die relative Feuchte der Innenraumluft reduziert. Hierdurch werden die physikalisch-klimatischen Größen so verändert, dass Kondensation nicht auftreten kann.
Der Betrieb der Antikondensationsheizung 12 wird für eine festzulegende Zeit (Intervallbetriebszeit) aufrechterhalten. Diese Zeit lässt sich nach Tages- und Jahreszeit optimieren. Danach erfolgt die aktive Abschaltung. Diese wird solange aufrechterhalten, bis erneut die Bedingungen zur Unterbrechung der Antikondensationsheizung 12 erfüllt sind.
Die Messung von Steuerschrank-Klimadaten und Bauteiltemperaturen kann ferner lokal für die eine Mehrzahl an Steuerschränken, etwa für eine gesamte Station, repräsentativ für nur ein Schaltgerät beziehungsweise einen Steuerschrank 10 erfolgen. Die ermittelten Daten werden in der Stationsleittechnik verarbeitet und bewertet. Das daraus abgeleitete Steuersignal steuert etwa die Antikondensationsheizungen 12 aller Steuerschränke 10 in der Umspannstation.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines entsprechenden Systems. Die Ausgestaltung gemäß 2 zeigt eine Mehrzahl an Steuerschränken 10. Genauer sind drei Steuerschränke 10 gezeigt. Die in 1 gezeigte Konfiguration der Steuerschränke 10 kann auch für die in 2 gezeigten Steuerschränke 10 gelten. Allerdings ist in 2 gezeigt, dass die Steuereinheit 24 als zentrale Steuereinheit 24 ausgestaltet ist.
Daher kann die Steuereinheit 24 Sensordaten für einen oder mehrere Steuerschränke 10 erhalten, wozu wiederum durch die Pfeile gekennzeichnete Datenverbindungen, insbesondere kabellose Datenverbindungen, vorgesehen sind. Die Steuereinheit 24 kann das vorbeschriebene Verfahren ausführen und basierend auf sämtlichen Sensordaten einen Steuerbefehl erstellen, basierend auf dem eine oder bevorzugt mehrere Antikondensationsheizungen 12 verschiedener Steuerschränke 10 arbeiten können.
Hier erfolgt der Einsatz von Sensorik wie zu 1 beschrieben jedoch können beispielswiese die Sensordaten für nur einen repräsentativen Steuerschrank 10 in einem Umspannwerk in die Stationsleittechnik übertragen werden, beispielsweise kabellos. Die Messdaten beziehungsweise Sensordaten werden hier durch eine insbesondere smarte Verarbeitungslogik ähnlich der oben beschriebenen Ausführungsform für die Steuerung der Antikondensationsheizungen 12 der Schaltgerate in dem Umspannwerk eingesetzt. Die Verarbeitungslogik zur Erstellung des Steuerbefehls kann grundsätzlich etwa auf künstlicher Intelligenz beruhen und/oder eine Cloud-Lösung umfassen.
Bei Erreichen der erforderlichen Bedingung zur Abschaltung der Antikondensationsheizungen 12 werden beispielsweise in der Leittechnik alle Schaltkreise der Antikondensationsheizungen 12 des Umspannwerks unterbrochen. Dazu können entsprechende Schütze in der Leitwarte gesteuert werden.
Damit auch die Bedingungen verschiedenartiger Schaltgeräte (Leistungsschalter, Trennschalter) sowie möglicher verschiedener Hersteller in einem Umspannwerk adäquat berücksichtigt werden können, kann die Bedingung für die Unterbrechung der Antikondensationsheizung 12 aller Geräte wie folgt gelten:

Bauteiltemperatur - Sicherheitsmarge 1 (Schaltgeräteart) - Sicherheitsmarge 2 (Schaltgerätehersteller) > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft.

Die Sicherheitsmargen sind grundsätzlich festzulegende Temperaturwerte beziehungsweise Temperaturbereiche (> 0) oder auch Faktoren für die Bauteiltemperatur. Hier sollte vor allem das Schaltgeräte-spezifische und Schaltgerätehersteller-spezifische Erwärmungs- und Abkühlungsverhalten der jeweiligen kritischen Bauteile 16 berücksichtigt werden.
Möglich wird es bei einer zentralisierten Steuereinheit 24 beispielsweise ferner die Verwendung von exemplarischen Sensordaten für den Steuerschrank 10 eines Schaltgerätes in einer Umspannstation und deren stations-interne smarte Verarbeitung, um daraus Steuersignale abzuleiten, die für die gesamte Anlage beziehungsweise eine große Anzahl an Steuerschränken 10 einsetzt werden. Somit können Sensordaten für eine Anzahl x Steuerschränken 10 zur Steuerung der Antikondensationsheizungen 12 einer Anzahl y Steuerschränken 10 eingesetzt werden, wobei die Anzahl x kleiner ist als die Anzahl y.
Die Wirkungsweise und die Vorteile des vorstehend beschrieben Systems beziehungsweise des vorstehend beschrieben Verfahrens wird in den folgenden Figuren erläutert.
Die 3 zeigt ein Diagramm, welches den Zusammenhang des Taupunkts von der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur zeigt. Im Detail zeigen die X-Achsen die Lufttemperatur und zeigen die Y-Achsen den Taupunkt beziehungsweise die Taupunkttemperatur, wohingegen verschiedene Linien die relative Luftfeuchtigkeit zeigen. Aus diesem Zusammenhang ist auf einfache Weise bei gegebenen klimatischen Bedingungen der Taupunkt bestimmbar. Dies ist etwa für eine Lufttemperatur von 20°C und einer exemplarischen relativen Luftfeuchtigkeit von 60 % gezeigt. Verbindet man die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit erhält man einen Taupunkt von ca. 12 °C. Diese physikalischen Zusammenhänge werden bei dem Verfahrend er Erfindung verwendet.
4 zeigt weiterhin eine mögliche simulative Betrachtung äußerer klimatischer Bedingungen. So sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich äußere klimatische Bedingungen, wie etwa die Sonneneinstrahlung, oder die äußere Temperatur vorteilhaft verwendbar, um eine effektive Steuerung der Antikondensationsheizung 12 zu ermöglichen.
In dem Diagramm der 4 stellt die x-Achse die Zeit dar und stellt die y-Achse die Temperatur dar. Dabei zeigt die Kurve A die Umgebungstemperatur, zeigt die Kurve B die Taupunkttemperatur und zeigt die Kurve C die Bauteiltemperatur.
Dabei ist über die Zeit ein exemplarischer Verlauf der Bauteiltemperatur im Zusammenhang mit den Verläufen der Umgebungs- und Taupunkttemperaturen der Luft dargestellt. Liegt die Bauteiltemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur der Umgebungsluft, bildet sich Kondenswasser. Zu Zeiten der Kondenswasserbildung, welche schraffiert und mit x2 gekennzeichnet sind, sollte die Steuerschrankheizung beziehungsweise Antikondensationsheizung 12 in Betrieb sein.
In den anderen Zeiten, welche bei t1 und t2 starten, was jeweils der Mittagszeit entsprechen kann, und als x1 bezeichnet sind, kann auf das Arbeiten der Antikondensationsheizung 12 verzichtet werden, da die Bauteiltemperatur oberhalb der Taupunkttemperatur liegt.
Es ist somit zu erkennen, dass aufgrund der thermischen Trägheit der Bauteile 16, die abhängig von deren Masse (m) und deren spezifischer Wärmekapazität (c) ist, der Angleich der Temperatur jedoch immer zeitlich verzögert erfolgt. Die Bauteiltemperatur ist somit meist zeitlich versetzt hinter der Umgebungstemperatur. Zusätzlich verlieren kleine Bauteile 16 durch Abstrahlung in den Abendstunden ihre Wärme schneller als die umliegende Luft.
Hinsichtlich der Beachtung der Temperatur kann eine zusätzliche Sonneneinstrahlung wie oben beschrieben gut zur Steuerung der Antikondensationsheizung 12 verwendet werden. Da die Sonneneinstrahlung der Kondenswasserbildung entgegenwirkt, ist dies ein unterstützender Fall, der ein Reduzieren der Heizleistung ermöglicht. Grundsätzlich kann die Sonneneinstrahlung somit zusätzlich zur Umgebungstemperatur betrachtet werden, wobei jedoch aufgrund der unterstützenden Wirkung die Sonneneinstrahlung gegebenenfalls auch unbetrachtet bleiben kann.
Wie vorstehend gezeigt kann jedoch insbesondere die Umgebungstemperatur von Wichtigkeit sein, da die Bauteiltemperatur eine Funktion der Umgebungstemperatur ist und sich dieser nach einer bestimmten Zeit asymptotisch angleichen kann und auch die Temperatur der Atmosphäre im Inneren des Steuerschranks 10 sich an die Temperatur der den Steuerschank 10 umgebenden Atmosphäre angleichen wird.
5 zeigt weiterhin ein Diagramm, bei dem exemplarisch ein tatsächlicher Tagesverlauf von Klimagrößen auf Basis von Realdaten gezeigt ist. Im Detail zeigt 5 an der linken Y-Achse die Temperatur und auf der rechten Y-Achse die relative Luftfeuchtigkeit, wohingegen die X-Achse einen Tagesverlauf in Stunden anzeigt. Die Kurve D zeigt ferner die Temperatur, welche insbesondere eine Außentemperatur bezüglich eines Steuerschranks 10 sein kann, und zeigt die Kurve F die relative Luftfeuchtigkeit und zeigt die Kurve E die auf den vorherigen Parametern basierende Taupunkttemperatur. Im Detail sind somit die Verläufe von relativer Feuchte, Außentemperatur und abgeleiteter Taupunkttemperatur über einen gesamten Tag dargestellt.
In dem oval markierten Bereich, in dem sich die Außentemperatur und die Taupunkttemperatur deutlich unterscheiden, besteht Potential für die Unterbrechung des Dauerheizbetriebes der Antikondensationsheizung 12 und damit beispielsweise zur Einsparung von Energie und CO₂.
6 zeigt weiterhin ein Diagramm, welches beispielhaft anhand realer Werte die Häufigkeit der Stunden in einem Monat in % zeigt jeweils zu einem gewählten Temperaturdelta, wie etwa 5 K, zwischen der Lufttemperatur, welche wie vorstehend beschrieben als grober Anhaltspunkt für die Bauteiltemperatur gesehen werden kann, und der Taupunkttemperatur. Dabei wurden die Lufttemperatur und die Bauteiltemperatur wie auch die Luftfeuchtigkeit angenähert durch Messungen der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit außerhalb des Steuerschranks 10, was aufgrund der nicht luftdichten Ausgestaltung der Steuerschränke 10 möglich ist.
Die Temperaturdeltas zwischen Umgebungstemperatur und Taupunkttemperatur wurden für jeden Monat einzeln und dann auch als arithmetischer Mittelwert beziehungsweise Durchschnitt für alle Monate grafisch dargestellt. Mit der Mittelwertkurve beziehungsweise mit der als Durchschnitt bezeichneten Kurve zeigend das arithmetische Mittel ist es leicht möglich eine überschlägige, aber realistische Abschätzung für die Häufigkeit der Stunden in einem Jahr zu machen, in denen eine bestimmte ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur, also angenähert der Bauteiltemperatur, und der Taupunkttemperatur besteht, um die Antikondensationsheizung 12 temporär beispielsweise abzuschalten.
Die Entscheidungslogik basiert beispielsweise auf dem Zusammenhang zwischen der Umgebungstemperatur und der Bauteiltemperatur, die sich ihr kontinuierlich annähert, so dass bei ausreichend hoher Differenz von Umgebungstemperatur und Taupunkttemperatur auch auf eine hinreichend große Differenz von Bauteiltemperatur und Taupunkttemperatur geschlossen werden kann
Ausgehend von einem ersten vorläufig angenommenen minimalen Temperaturdelta von 5 K zwischen Umgebungstemperatur und Taupunkttemperatur lässt sich über das gesamte Jahr ein Einsparpotential von rund 30 % ermitteln, vgl. 5, Annahme: Temperaturdelta 5 K.

Claims

Verfahren zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks (10) für Mittel- oder Hochspannungsschaltgeräte, wobei der erste Steuerschrank (10) eine Antikondensationsheizung (12) zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteilen (16) umfasst, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); b) Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); c) Ermitteln der Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); d) Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteils (16); und e) Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung (12) basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung (12) reduziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung (12) reduziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur, wobei bei dem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur ein Sicherheitsparameter berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsparameter auf wenigstens einem von der Art und der Ausbildung des Bauteils (16) beruht, dessen Bauteiltemperatur ermittelt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt d) das Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens zweier in dem inneren Volumen (14) des Steuerschranks (10) befindlicher Bauteile (16) umfasst und dass bei Verfahrensschritt e) der Steuerbefehl basierend auf einem Vergleich sämtlicher ermittelter Bauteiltemperaturen und der Taupunkttemperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl nur für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung (12) des ersten Steuerschranks (10) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine lokale, nur dem ersten Steuerschrank (10) zugeordnete, Steuereinheit (24) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung (12) des ersten Steuerschranks (10) und zusätzlich für ein Ansteuern einer Antikondensationsheizung (12) wenigstens eines zweiten Steuerschranks (10) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für den ersten Steuerschrank (10) ermittelte Bauteiltemperatur und die für den ersten Steuerschrank (10) ermittelte Taupunkttemperatur zum Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung (12) des zweiten Steuerschranks (10)verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine zentrale Steuereinheit (24) erfolgt, welche Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken (10) erhält und den Steuerbefehl (10) basierend auf Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigster einer der Verfahrensschritte a), b) und d) mit in dem Inneren Volumen (14) des Steuerschranks (10) angeordneten Sensoren (18, 20, 22) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung des Steuerbefehls unter Beachtung von klimatischen Bedingungen außerhalb des Steuerschranks (10) erfolgt.
System zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks (10) für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte, wobei der erste Steuerschrank (10) eine Antikondensationsheizung (12) zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteilen (16) aufweist, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das System wenigstens aufweist: einen Sensor (18) zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) ; einen Sensor (20) zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); einen Sensor (22) zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteils (16); und eine Steuereinheit (24), wobei die Steuereinheit (24)dazu ausgestaltet ist, die Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (24) des ersten Steuerschranks (10)zu ermitteln basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10), und einen Steuerbefehl zu erstellen zum Ansteuern der Antikondensationsheizung (12) basierend auf einem Vergleich der Temperatur des wenigstens eines in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteils (16) und der Taupunkttemperatur.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (24) in einem Steuerschrank (10) angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (24) zu dem Steuerschrank (10) getrennt angeordnet ist und mit den Sensoren (18, 20, 22) über eine kabellose Verbindung für einen Datentransfer verbindbar ist.