DE19604203A1 - Verfahren zur Überwachung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungsschalters - Google Patents
Verfahren zur Überwachung eines Mittel- oder HochspannungsleistungsschaltersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Elektrische Hochspannungsleistungsschalter, die beispielsweise SF₆-gasisoliert sind,
besitzen ein bewegliches Kontaktstück, welches von einem Antrieb oder einer An
triebsvorrichtung bei einer Schalthandlung in Bewegung gesetzt wird. Die meisten
heutigen Antriebsvorrichtungen sind hydraulische Antriebe, die eine Kolbenstange
aufweisen, deren Bewegung meist über einen Kurbeltrieb und eine Zugstange auf das
bewegliche Kontaktstück übertragen wird.
Sollte nun zwischen der Kolbenstange und dem beweglichen Kontaktstück ein Fehler
beispielsweise durch Bruch oder Beschädigung auftreten, so wird dieses derzeit ledig
lich bei der Inbetriebnahme festgestellt und überwacht. Fehler, die später auftreten, wie
Schwergängigkeit durch erhöhte Reibung in Lagern oder Gleitkontakten, werden kaum
überwacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei dem auch während des Betriebes die Getriebekomponenten zwischen der An
triebsvorrichtung und dem beweglichen Kontaktstück überwacht werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß also wird der tatsächliche Bewegungsverlauf der Antriebsvorrich
tung, insbesondere die Geschwindigkeit, mit der sich die Antriebsvorrichtung und dort
insbesondere die Kolbenstange bewegt, gemessen und mit einem Soll-Bewegungsver
lauf, also mit einer Soll-Geschwindigkeit verglichen; ist die Geschwindigkeit der
Schalthandlung zu groß, dann kann dies darauf hindeuten, daß zwischen dem Kon
taktstück und der Antriebsvorrichtung ein Fehler, z. B. ein Bruch, aufgetreten ist.
Die Erfindung macht sich dabei zu Nutze, daß die Öffnungs- oder Schließgeschwindig
keit, oder Schaltgeschwindigkeit, abhängig ist von der SF₆-Dichte, der Umge
bungstemperatur, und natürlich auch von der Bauart des Leistungsschalters. Bei sog.
Blaskolbenschaltern ist die Schaltgeschwindigkeit auch noch abhängig von der Art des
abzuschaltenden Stromes. Der Bewegungsverlauf des beweglichen Kontaktstückes
kann demgemäß für jede Schalterbauart festgelegt werden. Bei Untersuchungen ist
festgestellt worden, daß - je nach Schalterbauart - der Bewegungsverlauf eines beweg
lichen Kontaktstückes bis zu etwa 20% vor Beendigung der Schaltbewegung kaum
unterschiedlich ist. Bei einem Blaskolbenschalter bewegt sich das bewegliche Kon
taktstück mit dem Blaszylinder relativ langsam, weil zunächst der Blasdruck aufgebaut
werden muß. Sobald das Gas freigegeben wird, der Lichtbogen also beblasen werden
kann, beschleunigt sich das Kontaktstück, verlangsamt sich aufgrund der Verstopfung
der Düse durch das Lichtbogenplasma und gelangt dann wieder mit erhöhter Ge
schwindigkeit in die Ausschaltstellung. Sobald der Weg für das Gas freigegeben wird,
erhält man eine bestimmte Geschwindigkeit bzw. Steigung der Kurve. Wenn nun bei
spielsweise ein Bruch an der Zugstange, die unmittelbar am beweglichen Kontaktstück
anschließt, auftritt, dann bewegt sich das bewegliche Kontaktstück sowie der Blaszy
linder nicht und demgemäß muß sich die Geschwindigkeit der Kolbenstange der An
triebsvorrichtung erhöhen, zum einen, weil die dem beweglichen Kontaktstück entspre
chende Masse nicht mehr beschleunigt wird und zum anderen weil ein Druckaufbau zur
Erhöhung des Blasdruckes nicht mehr stattfindet.
Eine andere Möglichkeit ist folgende:
So wie sich die Geschwindigkeit bei einer Schalthandlung beim Bruch beispielsweise an der Zugstange erhöht, so kann sich die Geschwindigkeit der Kolbenstange der An triebsvorrichtung auch verringern, beispielsweise weil die Reibung zwischen Gleitkon taktstücken oder die Reibung innerhalb von Lagerelementen erhöht wird. Dann wird die Schalthandlung längere Zeit in Anspruch nehmen, was ein Indiz für einen Fehler sein kann.
So wie sich die Geschwindigkeit bei einer Schalthandlung beim Bruch beispielsweise an der Zugstange erhöht, so kann sich die Geschwindigkeit der Kolbenstange der An triebsvorrichtung auch verringern, beispielsweise weil die Reibung zwischen Gleitkon taktstücken oder die Reibung innerhalb von Lagerelementen erhöht wird. Dann wird die Schalthandlung längere Zeit in Anspruch nehmen, was ein Indiz für einen Fehler sein kann.
Die Änderung des Bewegungsverlaufes, d. h. die Änderung der Geschwindigkeit bei
einer Schalthandlung kann nicht nur beim Ausschalten detektiert werden, sondern auch
beim Einschalten. Es ist selbstverständlich, daß beispielsweise bei einem Bruch der
Zugstange, die unmittelbar am beweglichen Kontaktstück anschließt, auch die Ein
schaltbewegung beschleunigt abläuft, so daß der Einschaltvorgang früher beendet ist
als er hätte beendet sein sollen.
Man kann nun eine bestimmte zulässige Steigung der Kurve des Bewegungsverlaufes
definieren; wenn die tatsächlich gemessene Steigung deutlich größer ist als diese zu
lässige Steigung, dann kann davon ausgegangen werden, daß ein Fehlerfall aufgetre
ten ist.
Zur Ermittlung der Steigung werden zwei Punkte des Bewegungsverlaufes herausge
griffen und der dazwischenliegende Bereich zur Messung verwendet:
1. Punkt = Trennung der Lichtbogenkontakte
2. Punkt = die Strecke 20% bis 30% vor Ende der Schalthandlung.
2. Punkt = die Strecke 20% bis 30% vor Ende der Schalthandlung.
Näher an das Ende der Schalthandlung bzw. der Schaltbewegung zu gehen ist nicht
zweckmäßig, da dort die Kurve des Bewegungsverlaufes in die Horizontale übergeht
und es klar ist, daß der Steigungswert desto unbrauchbarer wird, je näher der zweite
Punkt an der Endstellung der Schalthandlung liegt.
Zur Messung der Steigung gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen kann der Bewe
gungsablauf an der Antriebsvorrichtung mit einem Sensor, beispielsweise einem Po
tentiometer, ermittelt werden, und aus diesem Wegverlauf errechnet ein Rechner die
Steigung und die Geschwindigkeit und vergleicht die gemessenen Werte mit den zu
lässigen Werten. Es besteht auch die Möglichkeit, Hilfsschalter zu verwenden. Ein er
ster Schalter wird bei der Kontakttrennung und ein zweiter Schalter entsprechend spä
ter betätigt. Wenn die Schaltzeitpunkte der beiden Hilfsschalter näher beieinander oder
weiter auseinander liegen als eine bestimmte zulässige Zeitdifferenz, dann ist ein
Fehler am Leistungsschalter vorhanden.
Anhand der Zeichnung sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Weg-Zeit-Diagramme zweier unterschiedlicher Schalter beim Aus
schaltvorgang,
Fig. 3 ein Weg-Zeit-Diagramm beim Einschaltvorgang, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Hochspannungsleistungsschal
ters.
Zunächst wird Bezug genommen auf die Fig. 4. Das Schaltgerät welches sehr sche
matisch dargestellt ist, besitzt ein festes Kontaktstück 10, welches mit einem bewegli
chen Kontaktstück 11 zusammenarbeitet, das an einer Kontaktstange 12 befestigt ist;
alle diese Komponenten bilden den Hochspannungsleistungsschalter 13. Die Kontakt
stange 12 ist mittels einer Kupplung 14 mit einer Antriebsstange 15 verbunden, welch
letztere zum Ausgleich von Bewegungstoleranzen über ein Gelenk 16 mit einer Kol
benstange 17 gekuppelt ist, die zu einer Kolben-Zylinderanordnung 18 mit einem Zy
linder 19 und einem darin befindlichen Kolben 20 gehört. An der Kolbenstange 17 ist
der Kolben 20 befestigt.
Wenn nun zur Durchführung einer Ausschaltung in den kleineren Raum 21a der Kol
ben-Zylinderanordnung Druckfluid zugeführt und/oder der Raum 21 entlastet wird,
dann bewegt sich der Kolben 20 in Pfeilrichtung P, wodurch über die Antriebsstange 15
und die Kupplung 14 die Kontaktstange 12 und damit das bewegliche Kontaktstück 11
in Ausschaltrichtung bewegt werden. Die Kontaktstelle 10, 11 kann dabei in einem
Schalter angeordnet sein, der als Vakuumschalter, als Selbstblasschalter oder als
Blaskolbenschalter ausgebildet ist.
Das bewegliche Kontaktstück 11 besitzt eine Masse m₁₁ die Kontaktstange 12 eine
Masse m₁₂, die Kupplung 14 eine Masse m₁₄, die Antriebsstange 15 eine Masse m₁₅
und das Gelenk 16 eine Masse m₁₆. Die Summe dieser Massen m₁₁ + m₁₂ + m₁₄ +
m₁₅ + m₁₆ ist von der Kolben-Zylinderanordnung 18 zu beschleunigen und wenn der
Schalter 13 ein sog. Blaskolbenschalter ist, dann ist auch ein Blasdruck zur Beblasung
des Lichtbogens zu erzeugen. Hieraus ergibt sich für die Antriebsvorrichtung bzw. für
die Kolben-Zylinderanordnung eine bestimmte geforderte Antriebsleistung und der
Bewegungsverlauf und damit die Geschwindigkeit der Kolbenstange 17 und des Kol
bens 20 sind hierdurch definiert und bestimmt.
Die Fig. 1 zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm des Kolbens mit der Kolbenstange bei einem
Selbstblasschalter und die Fig. 2 den Weg-Zeit-Verlauf bei einem Blaskolbenschalter,
je bei einer Ausschaltung.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 erkennt man, daß eine Kurve 1, eine Kurve 2 und eine
Kurve 3 ein Band mit einer bestimmten Breite B bilden; die Breite des Bandes, welches
als auch Sollband bezeichnet werden kann, ist abhängig von unterschiedlichen Fakto
ren, beispielsweise von mechanischen Einflüssen, wie z. B. Reibung in Lagern, oder in
geringem Umfang auch von der Umgebungstemperatur.
Die Kurve 4, die rechts dieses Bandes B liegt, zeigt ein Verhalten eines Schalters, bei
dem der Schaltvorgang verspätet eingeleitet oder verlangsamt worden ist, beispiels
weise durch unzulässige hohe Reibungen in Lagern oder an der Kontaktstelle und dgl.,
und die Kurve 5 erhält man dann wenn beispielsweise die Antriebsstange 15 gebro
chen ist und damit die Antriebsvorrichtung bzw. die Kolben-Zylinderanordnung lediglich
den verbleibenden Teil der Antriebsstange, das Gelenk 16, die Kolbenstange 17 und
den Kolben 20 beschleunigen muß. Diese Kurve zeigt, daß der Anstieg A5, der durch
den Quotienten Wegstrecke : Zeit definiert ist, größer ist als die Anstiege der Kurven 1,
2, 3 und 4. Der Wert des Anstieges A5 und die damit definierte Geschwindigkeit liegen
unterhalb des Bandes B, der als zulässiges Band bezeichnet werden kann. Die Mes
sung der Anstiege kann dadurch erfolgen, daß man an der Kolbenstange 17 einen
Sensor anbringt, der den Bewegungsverlauf anzeigt, oder man kann zwei Punkte be
nutzen, nämlich den Punkt P₁ der Kontakttrennung und einen Punkt P₂, der z. B. 30%
des gesamten Ausschaltweges von der Ausschaltstellung entfernt ist.
Bei dem Diagramm Fig. 2 zeigt die Kurve 6 den Bewegungsverlauf bei einem Blaskol
benschalter bei einer Kurzschlußabschaltung, die Kurve 7 den Bewegungsverlauf bei
sog. Leerlauf, wenn der Schalter ohne Strom geschaltet wird, und die Kurve 8 den
Verlauf bei Bruch beispielsweise des Gelenkes 16. Auch hier kann durch Definierung
des Anstieges der einzelnen Kurven, insbesondere eines zulässigen Anstieges, und
durch Vergleich mit dem Anstieg der Kurve 8 auf einen Fehler, z. B. auf den Bruch der
Antriebsstange 15 oder des Gelenkes 16 geschlossen werden.
Die Punkte P₁ und P₂, die bei einem Blaskolbenschalter ebenfalls benutzt werden kön
nen, werden durch Hilfsschalter definiert, die mit der Kolbenstange 17 in Verbindung
stehen. Der zeitliche Abstand der beiden Punkte P₁ und P₂ ist natürlich bei den Kurven
4 und 5 bezogen auf die Kurve 1 bzw. das zwischen den beiden Kurven 2 und 3 lie
gende Band unterschiedlich, so ist der zeitliche Abstand ΔT zwischen den Punkten P₁
und P₂ der Kurve 5 kleiner als der zeitliche Abstand der Kurve 1 zwischen den Punkten
P₁ und P₂ ebenso wie der zeitliche Abstand ΔT der Kurve 4.
Die Fig. 3 zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm für einen Einschaltvorgang. Beginnend von
der Einschaltung verläuft der Weg über der Zeit entsprechend einer Sollkurve gemäß
der Kurve 9 oder einem dem Kurvenband zwischen den Kurven 2 und 3 der Fig. 1 ent
sprechenden Kurvenband (nicht gezeigt). Sollte beispielsweise ein Bruch an der An
triebsstange 15 erfolgt sein, dann erhält man eine beschleunigte Kurve, nämlich die
Kurve 10. In ähnlicher Weise gibt es auch eine lediglich strichliert in der Fig. 3 gezeigte
Kurve 11, die der Kurve 4 der Fig. 1 entspricht und dann entsteht, wenn sich der Ein
schaltvorgang aufgrund von Reibung in bestimmten Teilen, z. B. mit Gleit- oder Drehla
gern, verzögert.
Die Kurven 4 bzw. 11 sind durchaus von wesentlicher Bedeutung, da diese Kurven an
deuten können, daß ein größerer Fehler, der zu einer Fehlschalthandlung führt, noch
erfolgen kann. Detektiert man die Kurven 4 und 11, dann kann noch etwas zur Vermei
dung größerer Schäden getan werden, wogegen natürlich die Kurven 5 und 10 bei ei
nem erfolgten Bruch oder bei einem sonstigen Fehler detektiert werden können.
Die Messung der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung ist an sich bekannt; sie
kann mit den verschiedensten Methoden durchgeführt werden; eine solche Methode ist
beispielsweise die Messung der Zeitdifferenz zwischen der Betätigung zweier Hilfs
schalter, eine inkrementale Messung der Bewegung der Kolbenstange und dgl.
Claims (3)
1. Verfahren zur Überwachung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungs
schalters, der ein bewegliches Kontaktstück aufweist, welches von einer Antriebsvor
richtung angetrieben wird, wobei zwischen der Antriebsvorrichtung und dem bewegli
chen Kontaktstück Getriebeelemente wie z. B. eine Kurbelwelle, eine Pleuelstange
oder Antriebsstange und dgl. vorgesehen sind, die die Bewegung der Antriebsvorrich
tung auf das bewegliche Kontaktstück übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß der
tatsächliche Bewegungsverlauf der Antriebsvorrichtung gemessen und mit einem Be
wegungsverlauf-Sollwert verglichen wird, wobei bei Abweichung hin zu beschleunigtem
oder verzögertem Bewegungsverlauf ein Alarmsignal abgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als charakteristi
sche Werte die Geschwindigkeit und/oder die größte Steigung des Bewegungsverlau
fes verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenz
zwischen der Betätigung zweier Hilfsschalter gemessen wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996104203 DE19604203A1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Verfahren zur Überwachung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungsschalters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996104203 DE19604203A1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Verfahren zur Überwachung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungsschalters |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19604203A1 true DE19604203A1 (de) | 1997-08-07 |
Family
ID=7784619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996104203 Ceased DE19604203A1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Verfahren zur Überwachung eines Mittel- oder Hochspannungsleistungsschalters |
Country Status (1)
Country | Link |
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