WO2006048370A1

WO2006048370A1 - Verfahren sowie vorrichtung zur ermittlung der position von elektrischen leiterelementen einer elektroenergieübertragungseinrichtung

Info

Publication number: WO2006048370A1
Application number: PCT/EP2005/055221
Authority: WO
Inventors: Peter Schmidt
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2006-05-11
Also published as: DE102004053611A1

Abstract

Eine Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) weist elektrische Leiterelemente (3a,b,c) auf. Die Position der elektrischen Leiterelemente (3a,b,c) ist zu überwachen. Dazu wird ein Verfahren eingesetzt, bei welchem die innerhalb eines Kapselungsgehäuses (5) angeordneten elektrischen Leiterelemente (3a,b,c) mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt werden und die reflektierten Wellen empfangen und ausgewertet werden und eine Aussage über die Position der elektrischen Leiterelemente (3a,b,c) getroffen wird.

Description

Beschreibung

Verfahren sowie Vorrichtung zur Ermittlung der Position von elektrischen Leiterelementen einer Elektroenergieübertra- gungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vor¬ richtung zur Ermittlung der Position von elektrischen Leiter¬ elementen einer Elektroenergieübertragungseinrichtung.

Es ist bekannt, beispielsweise den Schaltzustand eines elektrischen Schaltgerätes mittels einer Schaltzustandsan- zeige zu signalisieren. Dies ist notwendig, da die bewegbaren Schaltkontaktstücke oftmals nicht einsehbar sind. Die Schalt- Stellungsanzeigen sind beispielsweise über kinematische Ket^¬ ten mit einem bewegbaren Schaltkontaktstück verbunden. Eine Bewegung des Schaltkontaktstückes wird über die kinematische Kette zu der Schaltstellungsanzeige hin übertragen und dort zur Anzeige gebracht. Weitere Varianten von Schaltstellungs- anzeigen nutzen Hilfskontakte, welche die Lage eines bewegba^¬ ren SchaltkontaktStückes abbilden.

Eine mechanische Übertragung einer Bewegung weist den Nach¬ teil auf, dass bei einer Störung in der kinematischen Kette eine fehlerhafte Anzeige an der Schaltstellungsanzeiger auf^¬ treten kann. Für bestimmte Elektroenergieübertragungseinrich¬ tungen ist es aufgrund geforderter Sicherheitsfunktionen nicht ausreichend, sich auf die Anzeige der Schaltstellungs^¬ anzeige zu verlassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die ein zuverlässiges Ermitteln der Position eines elektrischen Leiterelementes ermöglicht und eine geringe Störanfälligkeit aufweist.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zumindest ein Leiterelement mit ge^¬ bündelten elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird, dass von dem Leiterelemente reflektierte Wellen empfangen werden, dass die empfangenen Wellen ausgewertet werden und eine Position des Leiterelementes ermittelt wird.

Die Verwendung von elektromagnetischen Wellen ermöglicht es, unabhängig von mechanischen Übertragungselementen eine Posi¬ tionsermittlung vorzunehmen. Kurzzeitig auftretende Störun¬ gen, wie äußere Felder oder ähnliches, beeinflussen die Wirk- samkeit des Überwachungsverfahrens nur vorübergehend. Nach dem Abklingen der Störgrößen bleibt weiterhin die Möglichkeit bestehen, elektromagnetische Wellen einzustrahlen und reflek¬ tierte Wellen zu empfangen und auszuwerten. Vorzugsweise wer¬ den im Radarbereich liegende Wellen eingesetzt. Diese Wellen können stark gebündelt werden und befinden sich im Mikrowel¬ lenbereich, also im Bereich von 1 Gigahertz bis zu 1 Terra- hertz. Mikrowellen nehmen so das Grenzgebiet zwischen Radio¬ strahlen (< 1 Gigahertz) und Infrarotstrahlen (> 1 Terra- hertz) ein. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das gleiche Prinzip mit Hilfe von Ultraschallwellen durchge^¬ führt wird. Aufgrund der allseitigen Ausbreitung elektromag^¬ netischer Wellen ist eine Ausrichtung auf zu überwachende elektrische Leiterelemente nur in einer groben Richtung nö^¬ tig. Dadurch wird eine leichte Montage der entsprechenden Vorrichtungen ermöglicht. Von den Leiterelementen werden die Wellen reflektiert und zurückgeworfen. Die reflektierten Wel¬ len können dann empfangen werden. Dabei ergeben sich charak¬ teristische Wellenmuster, die Aufschluss über die Lage der elektrischen Leiterelemente gestatten. Als elektrische Lei^¬ terelemente sind insbesondere bewegbare Schaltkontaktstücke einer elektrischen Schalteinrichtung überwachbar. Es können jedoch auch so genannte „passive" elektrische Leiterelemente überwacht werden. So ist es beispielsweise möglich, den Zu^¬ stand eines Sammelschienenabschnittes zu überwachen. Ein Lockern von einzelnen Leiterabschnitten oder eine Lageverän¬ derung aufgrund von Ermüdungserscheinungen von Halteelementen kann so ermittelt werden.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die elektromag^¬ netischen Wellen in Form von Impulsen abgestrahlt werden.

Bei einer Aussendung der elektromagnetischen Wellen in kurzen Impulsen kann ein zwischen den Impulsen liegender Zeitraum dazu genutzt werden, die reflektierten Wellen zu empfangen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass eine separate Sende- und eine separate Empfangsantenne zum Einsatz gelangt. Vorteil^¬ haft kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein- und dieselbe Antenne zum Senden und Empfangen Verwendung findet. Bei einer Verwendung einer einzigen Antenne vermindert sich der benö¬ tigte Bauraum, so dass auch bei kleinvolumigen Anordnungen Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens zum Einsatz gelangen können.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ausgehend von den empfangenen Wellen ein Vergleich mit Referenzmustern erfolgt.

In Abhängigkeit der Position der elektrischen Leiterelemente ergibt sich ein bestimmtes Muster von reflektierten Wellen. Tritt nunmehr eine Veränderung der Lage einzelner Leiterele¬ mente auf, wie beispielsweise während eines Schaltvorgangs, so ändert sich das Muster der reflektierten Wellen. Je nach Anzahl und zeitlicher Folge mehrerer Sendeimpulse kann so beispielsweise auch die Bewegung eines Schaltkontaktstückes selbst überwacht werden. Die empfangenden Wellen selbst oder von den empfangenden Wellen abgeleitete Muster können mit entsprechenden Referenzmustern verglichen werden. Je nach Be¬ darf können dabei eine Vielzahl von Referenzmustern hinter¬ legt sein, die eine Überwachung beispielsweise eines Schalt^¬ vorganges oder ein Voranschreiben einer Verformung eines Lei- terelementes infolge von Stromwärmeeffekten oder ähnliches erkennen lassen. In einem sehr einfachen Fall können auch nur zwei Referenzmuster hinterlegt sein, wobei eines die Referenz für einen geöffneten Schaltkontakt und das andere die Refe^¬ renz für einen geschlossenen Schaltkontakt darstellt.

Es kann vorgesehen sein, dass die Referenzmuster beispiels¬ weise bei einer Inbetriebnahme einer Elektroenergieübertra^¬ gungseinrichtung erstmalig erfasst und abgespeichert werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass typische Grundmuster vorgegeben und bereits werksseitig stan^¬ dardmäßig abgespeichert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die elektromagnetischen Wellen Mikrowellen sind. Wie oben stehend beschrieben, umfassen Mikrowellen bestimmte Frequenzbänder. Mikrowellen sind leicht zu erzeugen und deren Reflektionen leicht zu empfangen und weiter zu verarbeiten.

Neben der Angabe eines Verfahrens zur Lösung der oben stehen- den Aufgabe ist eine Vorrichtung zur vorteilhaften Durchfüh¬ rung des Verfahrens anzugeben. Eine zuverlässige Überwachung einer Position eines elektri¬ schen Leiterelements wird mittels einer Vorrichtung zur Er¬ mittlung der Position von elektrischen Leiterelementen einer Elektroenergieübertragunseinrichtung ermöglicht, die ein elektrische Leiterelemente umschließendes Kapselungsgehäuse aufweist, welches einen zu überwachenden Raum begrenzt und eine Antenne aufweist, mittels welcher elektromagnetische Wellen, welche von zumindest einem elektrischen Leiterelement reflektiert werden, in das Kapselungsgehäuse einstrahlbar sind.

Eine derartige Vorrichtung gestattet es, das erfindungsgemäße Verfahren rationell durchzuführen. Kapselungsgehäuse sind beispielsweise an Hochspannungsschaltgeräten bzw. Hochspan- nungsschaltanlagen oder gasisolierten elektrischen Leitungen eingesetzt. Die Kapselungsgehäuse sind in ihrem Innern mit einem Isoliergas befüllt und isolieren so die elektrischen Leiterelemente gegenüber dem Kapselungsgehäuse. Gleichzeitig ist durch die Verwendung des Isoliergases eine gewisse Beweg- barkeit der Leiterelemente zugelassen. Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass das Isoliergas an elektri¬ schen Schaltgeräten mit bewegbaren Schaltkontaktstücken auch als Lichtbogen-Löschgas Verwendung findet.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mit der An¬ tenne Reflektionen der eingestrahlten Wellen empfangbar sind.

Durch die Verwendung ein und derselben Antenne zum Einstrah¬ len von Wellen und zum Empfangen der Reflektionssignale ist der konstruktive Aufwand für die Ausgestaltung einer Vorrich¬ tung zur Ermittlung der Position von elektrischen Leiterele¬ menten begrenzt. Gleichzeitig wird der benötigte Bauraum an der zu überwachenden Elektroenergieübertragungseinrichtung begrenzt, da lediglich eine einzige Antenne zum Senden und Empfangen Verwendung findet.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die einge- strahlten Wellen von einem bewegbaren Schaltkontaktstück eines Schaltgerätes reflektiert werden.

An Elektroenergieübertragungseinrichtungen werden regelmäßig die bewegbaren Schaltkontaktstücke von Schaltgeräten bewegt. Eine Überwachung derartiger Vorgänge ist mittels der Vorrich¬ tung leicht möglich, da mittels der eingestrahlten Wellen Isolierabständen problemlos überbrückt werden können, ohne deren Isolationsfestigkeit zu beeinflussen. Die bewegbaren Schaltkontaktstücke sind oftmals von Lichtbogenkammern umge- ben. Derartige Lichtbogenkammern sind beispielsweise aus

Hartgas abgebenden Isolierwerkstoffen gefertigt. Bei einer entsprechenden Wahl des Frequenzbandes können diese problem¬ los von den eingestrahlten und den reflektierten Wellen durchdrungen werden. Damit ist es nicht notwendig, in den konstruktiven Aufbau der Elektroenergieübertragungseinrich¬ tung selbst massiv einzugreifen. Vielmehr ist die vorgeschla¬ gene Vorrichtung auch an bestehenden Elektroenergieübertra¬ gungseinrichtungen nachrüstbar.

Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Kapselungsgehäuse die eingestrahlten Wellen schirmt.

Kapselungsgehäuse müssen eine ausreichende mechanische Stabi^¬ lität aufweisen. Dazu können sie beispielsweise aus einem me- tallischen Werkstoff gefertigt werden. Bei einer entsprechen¬ den Einhausung bzw. Umschließung der elektrischen Leiterab¬ schnitte mit einem schirmenden Kapselungsgehäuse kann so der Wirkungsbereich der eingestrahlten Wellen begrenzt werden. Somit ist es möglich, mehrere benachbart zueinander angeord^¬ nete Einrichtungen mittels gleichartigen Vorrichtungen zu überwachen. Durch die Schirmwirkung wird ein gegenseitiges Überlagern und Beeinflussen verhindert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei^¬ spiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigt die

Figur 1 eine schematische Ansicht eines elektrischen

Schaltgerätes und die

Figur 2 ein Reflektionssignal für geöffnete Kontakte sowie die

Figur 3 ein Reflektionssignal für geschlossene Kontakte.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Elektroenergie^¬ übertragungseinrichtung 1. Die Elektroenergieübertragungsein- richtung 1 umfasst einen dreipolig ausgebildeten Trennschal^¬ ter, der drei gleichartig aufgebaute Phasenleiter Ll, L2, L3 aufweist. Jeder der drei Phasenleiter Ll, L2, L3 weist je¬ weils eine Trennstelle auf, die mittels eines bewegbaren SchaltkontaktStückes 3a,b,c auftrenn- und schließbar ist. Die bewegbaren Schaltkontaktstücke 3a,b,c sind in Richtung der Doppelpfeile 4a,b,c bewegbar.

Der Trennschalter 2 ist innerhalb eines Kapselungsgehäuses 5 angeordnet. Der Trennschalter 2 ist gegenüber dem Kapselungs- gehäuse 5 elektrisch isoliert gehalten. Das Innere des Kapse^¬ lungsgehäuses ist mit einem Isoliergas, vorzugsweise einem unter erhöhten Druck stehenden elektronegativen Isoliergas wie Schwefelhexafluorid oder Stickstoff, befüllt. Gasdicht in eine Öffnung des Kapselungsgehäuses 5 ist eine Sende- und Empfangseinrichtung 6 für elektromagnetische Wellen einge- passt. Abweichend kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Sende- und Empfangseinrichtung vollständig im Innern des Kap- selungsgehäuses 5 angeordnet ist oder außerhalb des Kapse^¬ lungsgehäuses 5 beabstandet zu diesem angeordnet ist. Im In^¬ nern des Kapselungsgehäuses 5 ist eine Sende- und Empfangsan^¬ tenne 7 angeordnet. Die von der Sende- und Empfangseinrich^¬ tung 6 abgegebenen elektromagnetischen Wellen, vorzugsweise Mikrowellen oder Ultraschallwellen, werden über die Sende- und Empfangsantenne 7 in das Innere des Kapselungsgehäuses 5 eingestrahlt. Dort breiten sich die Wellen allseitig aus. In Abhängigkeit der im Innern des Kapselungsgehäuses 5 befindli^¬ chen Einbauten, wie Trennschalter, weitere Leiterstücke, Schirmelektroden oder ähnliches, erfolgt eine Reflektion der eingestrahlten Wellen. Insbesondere eine Veränderung der Po¬ sition der bewegbaren Schaltkontaktstücke 3a,b,c verändert das Reflektionsmuster der elektromagnetischen Wellen. Vor¬ zugsweise erfolgt eine impulsförmige Einstrahlung der elektromagnetischen Wellen, so dass in den Zeiträumen zwi¬ schen den einzelnen Impulsen die reflektierten Wellen mittels der Sende- und Empfangsantenne 7 empfangen werden können und in der Sende- und Empfangseinrichtung 6 weiter verarbeitet werden können. Der Sende- und Empfangseinrichtung ist eine Auswerteeinrichtung 8 zugeordnet. Die Auswerteeinrichtung 8 vergleicht die reflektierten Wellenmuster mit hinterlegten Wellenmustern. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass von den reflektierten Wellenmustern abgeleitete Größen mit ent¬ sprechend hinterlegten abgeleiteten Größen verglichen werden.

Eine mögliche Darstellung der reflektierten Wellen zeigen die Figuren 2 und 3, wobei in den Figuren die reflektierten Wel¬ len in verschiedene Spektren aufgeteilt sind. Jeder Balken entspricht einer bestimmten Wellenlänge. Die Länge der Balken bildet jeweils die Intensität ab. Die jeweiligen Spektralana^¬ lysen der reflektierten Wellen sind in einer charakteristi¬ schen Form jeweils für einen geöffneten Zustand der Schalt- kontaktstücke 3a,b,c (Figur 2) bzw. für einen geschlossenen Schaltzustand der Schaltkontaktstücke 3a,b,c (Figur 3) darge^¬ stellt. Ein Vergleich empfangener reflektierter Wellen und hinterlegter Referenzmuster gestattet eine Aussage über den Schaltzustand des Trennschalters 2. Sind eine entsprechende Vielzahl von Referenzen hinterlegt, die jeweils einer Posi^¬ tion der bewegbaren Schaltkontaktstücke 3a,b,c während eines Schaltvorganges entsprechen, so kann auch ein Voranschreiten einer Schaltbewegung überwacht werden. Damit ist es bei¬ spielsweise möglich, auch Zwischenstellungen bzw. Störstel- lungen der Schaltkontaktstücke genau zu erfassen.

Bezugszeichenliste

1 Elektroenergieübertragungseinrichtung

Ll,L2,L3 Phasenleiter 2 Trennschalter

3a,b, c Schaltkontaktstücke

4a,b, c Doppelpfeile

5 Kapselungsgehäuse

6 Sende- und Empfangseinrichtung 7 Sende- und Empfangsantenne

8 Auswerteeinrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung der Position zumindest eines elektrischen Leiterelementes (3a,b,c) einer Elektroenergie- Übertragungseinrichtung (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- zumindest ein Leiterelemente (3a,b,c) mit gebündelten elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird,

- dass von dem Leiterelemente (3a,b,c) reflektierte Wellen empfangen werden,

- dass die empfangenen Wellen ausgewertet werden und eine Position des Leiterelementes (3a,b,c) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektromagnetischen Wellen in Form Impulse abgestrahlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ausgehend von den empfangenen Wellen ein Vergleich mit Refe¬ renzmustern erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektromagnetischen Wellen Mikrowellen sind.

5. Vorrichtung zur Ermittlung der Position zumindest eines elektrischen Leiterelementes (3a,b,c) einer Elektroenergie^¬ übertragungseinrichtung (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroenergieübertragungseinrichtung (l)ein elektrische Leiterelemente (3a,b,c) umschließendes Kapselungsgehäuse (5) aufweist, welches einen zu überwachenden Raum begrenzt und mittels einer Antenne (7) elektromagnetische Wellen, welche von zumindest einem elektrischen Leiterelement (3a,b,c) re^¬ flektiert werden in das Kapselungsgehäuse (5) einstrahlbar sind.

6. Vorrichtung zur Überwachung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit der Antenne (7) Reflektionen der eingestrahlten Wellen empfangbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die eingestrahlten Wellen von einem bewegbaren Schaltkontakt¬ stück (3a,b,c) eines Schaltgerätes (2) reflektiert werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kapselungsgehäuse (5) die eingestrahlten Wellen schirmt.