WO2022063555A1 - Vorrichtung und verfahren zur drahtlosen übertragung von informationen eines leistungsschalters - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur drahtlosen übertragung von informationen eines leistungsschalters Download PDF

Info

Publication number
WO2022063555A1
WO2022063555A1 PCT/EP2021/074483 EP2021074483W WO2022063555A1 WO 2022063555 A1 WO2022063555 A1 WO 2022063555A1 EP 2021074483 W EP2021074483 W EP 2021074483W WO 2022063555 A1 WO2022063555 A1 WO 2022063555A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit breaker
measuring
sensor
sensor unit
current
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/074483
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Armschat
Lutz-Rüdiger JÄNICKE
Markus Distler
Jörg HAFERMAAS
Alexander Rentschler
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH & Co. KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Publication of WO2022063555A1 publication Critical patent/WO2022063555A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3272—Apparatus, systems or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/42—Driving mechanisms
    • H01H33/423—Driving mechanisms making use of an electromagnetic wave communication
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/168—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off" making use of an electromagnetic wave communication
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0062—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity
    • H01H2011/0068—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity measuring the temperature of the switch or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/03—Application domotique, e.g. for house automation, bus connected switches, sensors, loads or intelligent wiring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/20—Smart grids as enabling technology in buildings sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/14—Protecting elements, switches, relays or circuit breakers

Definitions

  • the present invention relates to a device for the wireless transmission of information from a circuit breaker, this invention also relates to a circuit breaker with such a device and a method for the wireless transmission of information from a circuit breaker.
  • Circuit breakers wear out on the main contacts from arcing, deposits and mechanical deterioration. Poor contacts generate high heat losses and jeopardize the safe operation of the switch.
  • control capacitors and switch-on resistances connected in parallel to the switching chamber of the circuit breaker cannot be monitored. The failure of one of the components can endanger the circuit breaker and downstream electrical equipment.
  • Switch-on resistances for high-voltage direct current transmission systems (HVDC systems) or for other devices are also not monitored, since the devices are at potential and monitoring with high-voltage insulation would be too expensive.
  • HVDC systems high-voltage direct current transmission systems
  • a diagnosis of the status of the main contacts and the monitoring of built-on control capacitors and switch-on resistances is not available today. Only during a maintenance period when the system is switched off can manual measurements be carried out on switching chambers and on built-on control capacitors and switch-on resistances of the circuit breakers.
  • the object of the invention is to provide a device for the wireless transmission of information from a circuit breaker, in which information, for example measurement data, messages or warning messages, is transmitted wirelessly and thus a solution for the continuous monitoring of a circuit breaker is created will .
  • the device for the wireless transmission of information from a circuit breaker, the circuit breaker comprising a switching chamber with a contact arrangement with at least one main contact and a main current path
  • the device comprises a sensor unit for acquiring physical measurement data, the sensor unit comprising at least one measuring sensor for Detecting a measurement signal, a control unit for operating the sensor unit and for processing and forwarding the recorded measurement data, a transmission unit for sending information based on the measurement data, the transmission unit being designed to establish a wireless communication link, the device further comprising at least a first Current transformer for obtaining an auxiliary energy, the current transformer being applied to the main current path of the circuit breaker and for decoupling electrical energy for the particular proper operation of the sensor unit is designed.
  • Information can be understood to mean, for example, the measurement data actually recorded or also the processed measurement data and the measurement values calculated from them. Information can also be understood to mean, for example, messages or warning messages. It can be provided in particular that the sensor unit together with the Control unit that evaluates the measurement data, compares it with a reference value and, based on this, sends out a message or a warning if the reference value is exceeded or not reached.
  • the information is sent out via a wireless communication link, the wireless communication link can be a radio link, for example, the data using a known radio standard, such. B. GSM, 3G, 4G, 5G, WLAN, Bluetooth or another radio standard can be transmitted.
  • the device includes an energy storage device, wherein the energy storage device can be charged by means of the first current converter on the main current path and is set up to provide electrical energy for the intended operation of the sensor unit.
  • the sensor unit comprises at least one voltmeter.
  • the use of a high-impedance voltmeter can be provided.
  • the measuring sensor comprises at least one auxiliary contact with a measuring line for measuring a contact voltage, the auxiliary contact being connected via a measuring circuit to the at least one main contact of the circuit breaker and the sensor unit, the measuring circuit being connected via the main current path of the circuit breaker is closed.
  • the device comprises a temperature sensor, the temperature sensor being arranged in the measuring line of the auxiliary contact to the sensor unit, the sensor unit comprising at least one current source, the current source being set up in such a way that it can be switched into the measuring circuit.
  • the circuit breaker comprises at least one switch-on resistor, the switch-on resistor being connected in parallel to the switching chamber, the device comprising a second current transformer as a measuring sensor, the second current transformer being set up in such a way that a measuring current is impressed into the switch-on resistor.
  • the circuit breaker comprises at least one control capacitor, the control capacitor being connected in parallel with the switching chamber, the device comprising a third current transformer as a measuring sensor, the third current transformer being set up in such a way that a measuring current is impressed on the control capacitor.
  • the invention also relates to a circuit breaker with a device for the wireless transmission of information as described above.
  • the invention also relates to a method for the wireless transmission of information from a circuit breaker, the method comprising the following steps:
  • a further embodiment of the invention provides that the step of acquiring measurement data using a measurement sensor of the sensor unit includes the following additional steps: - Providing an auxiliary contact with a measuring line as a measuring sensor for measuring a contact voltage,
  • the method includes the following additional steps:
  • the step of acquiring measurement data using a measurement sensor of the sensor unit includes the following additional steps:
  • the step of acquiring measurement data by means of a measuring sensor of the sensor unit the following additional steps:
  • control capacitor being connected in parallel to the switching chamber of the circuit breaker
  • Fig. 1 shows a graphic representation of a circuit breaker with an auxiliary contact according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a graphical representation of a circuit breaker with an auxiliary contact according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a circuit of a device for the wireless transmission of information from a circuit breaker with an auxiliary contact according to a further exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 4 another circuit of a device for the wireless transmission of information of a circuit breaker with a current converter according to an embodiment of the invention
  • Fig. 5 shows a further circuit of a device for the wireless transmission of information from a circuit breaker with a further current converter according to an exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 6 shows a further circuit of a device for the wireless transmission of information from a circuit breaker according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a graphic representation of a circuit breaker 1 with an auxiliary contact 4 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the one in Fig. 1 circuit breaker 1 shown consists of two contact systems arranged coaxially to one another, which open or open with a time offset. conclude .
  • the inner contact system is called the arcing contact system and the outer is called the rated current contact system.
  • the arcing contact system opens after and closes before the rated current contact system. All switching arcs are thus formed between the contacts of the arcing contact system, which consist of correspondingly erosion-resistant materials.
  • the contacts 2 of the rated current contact system consist of the heating cylinder and contact lamellae 3 on the side facing away from the drive.
  • the surfaces of these components can be silver-plated, for example, in order to reduce the contact resistance and thus the transmission losses. Only small, brief commutation arcs occur between these contacts 2 outside of the actual contact zone.
  • the contact lamellae 3 are arranged in small groups, which are secured against slipping or tilting by webs located between them.
  • a group of contact lamellae 3 is replaced by an insulating body 5 and an auxiliary contact 4 which lags behind the remaining contact lamellae 3 in making contact.
  • an insulated measuring line 6 runs along the base to the end of the switching chamber. At the end of the switching chamber, the measuring line 6 is routed outwards to the device according to the invention for the wireless transmission of information 8 of the circuit breaker 1 by means of a low-voltage bushing.
  • auxiliary contact 4 When the circuit breaker 1 is closed, a voltage drop caused by the operating current can be measured between this auxiliary contact 4 and the connection on the side remote from the drive.
  • the one in Fig. Auxiliary contact 4 shown in FIG. 1 is set back slightly, i. H . installed with delay time to the main contact lamella 3 and isolated from the carrier body.
  • FIG. 2 shows a graphic representation of the circuit breaker 1 according to FIG. 1 with an auxiliary contact 4 according to one exemplary embodiment of the invention.
  • the main contact lamellae 3 distributed around the circumference have empty spaces for thermal expansion.
  • An auxiliary contact 4 for measuring a contact voltage, for example, is integrated into such an empty space.
  • the figure shows 3 a circuit of a device for the wireless transmission of information 8 of a circuit breaker 1 with an auxiliary contact 4 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the circuit shown in FIG. 3 serves as a measuring circuit 23 for measuring resistance via the main contacts 2 and is closed via the main current path 7, which is routed, for example, to the flange (the connection terminal) of the circuit breaker 1.
  • the device according to the invention for the wireless transmission of information 8 of the circuit breaker 1 can also be installed on this flange. All of the devices involved in the measuring circuit 23 are therefore at a standstill and free from high voltage differences. Only the arcing contacts and main contacts described above are moved.
  • sensor unit 12 for example a voltmeter 16 have .
  • a contact transition voltage can be measured by means of the voltmeter 16 by means of the auxiliary contact 4 at the contact transition to a main contact lamella 3 .
  • the measured contact junction voltage is linked to the current in circuit breaker 1 and the resistance at the contact junction can be easily calculated.
  • the temperature close to the main contacts 2 is measured.
  • a temperature sensor 19, for example a PT100, can be provided for this purpose, which is introduced into the measuring line 6 in the vicinity of the main contacts 2. If the contact transition voltage is measured with a high-impedance voltmeter 16, the measuring line 6 is virtually currentless. It is advantageous here if the sensor unit 12 has a power source
  • the switch 18 which can be switched alternately into the measuring circuit 23 . This can be done, for example, by the one shown in FIG. 3 switch 18 shown take place. If the switch 18 is open, the pure contact transition voltage can be measured by means of the auxiliary contact 4 . If the switch 18 is closed, the measured voltage can serve as a measure for the resistance of the temperature sensor 19 . In this case, the contact voltage is comparatively small or known, so that the resistance of the temperature sensor 19 can be measured precisely. Thus, in addition to measuring the contact transition voltage, a temperature measurement is also possible with a single single-wire measuring line 6 .
  • FIG. 3 shows that the sensor unit 12 has an energy store 22 .
  • An energy store 22 supplies the sensor unit 12 and other technical components such as a transmission unit 14 with electrical energy. So that the device 8 can work independently, a first current transformer 9 is provided for obtaining auxiliary energy.
  • the current transformer 9 is applied to the main current path 7 of the circuit breaker 1 and is designed to decouple electrical energy for the intended operation of the sensor unit 12 . Also can here- are charged by the energy store 22 of the sensor unit 12 .
  • the sensor unit 12 has a control unit 15, the control unit 15 serving to operate the sensor unit 12 and to prepare and forward the recorded measurement data or information.
  • Fig. 3 there is also a transmission unit 14 for sending information.
  • the transmission unit 14 is designed in such a way that it establishes a wireless communication connection for the transmission of the information.
  • Information can be understood to mean, for example, the measurement data actually recorded or else the processed measurement data and measurement values calculated from them.
  • Information can also be understood to mean, for example, messages or warning messages.
  • the sensor unit 12 takes on the monitoring tasks required for a circuit breaker 1 , in particular by evaluating measurement data. In particular, provision can be made for the sensor unit 12 to send a message or a warning message to a remote gateway when anomalies are detected in the circuit breaker 1 . This can also be done in particular by means of the transmission unit 14 via a wireless communication link. As a result, the device can also be operated independently, which eliminates the need for complicated cabling.
  • the sensor unit 12 with the control unit 15 and the transmission unit 14 can in particular form a common unit that can be easily installed.
  • the sensor unit 12 can be installed at the fixed end of the contacts.
  • provision can be made for one sensor unit 12 to be installed on the fixed contact side (on the connection flange remote from the drive) of a switching chamber.
  • the sensor unit 12 takes over the monitoring tasks and sends a message to the gateway when an anomaly has been detected.
  • an image of the actual state of the circuit breaker 1 can be sent at regular intervals, independently of the switching state.
  • a data set can be created for each status change, for example switching the circuit breaker 1 on or off. As a result, different data sets can be compared with one another and the actual state of the circuit breaker 1 can be monitored.
  • the sensor unit 12 can be triggered via a trigger input using a trigger signal prepared from the acceleration or a voltage.
  • FIG. 4 shows a further circuit of a device for the wireless transmission of information 8 of a circuit breaker 1 with a current transformer 13 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the one in Fig. 4 can be used in particular for monitoring on-resistances 10 of the circuit breaker 1 .
  • Fig. 4 shows the circuit breaker 1 very schematically as an open switch.
  • the circuit breaker 1 comprises at least one switch-on resistor 10 , the switch-on resistor 10 being connected in parallel with the switching chamber of the circuit breaker and thus in parallel with the main current path 7 . If the circuit breaker 1 is closed and an operating current flows through it, the effective resistance of the switch-on resistor 10 can be measured in normal operation by means of a second current transformer 13 which serves as a measuring sensor 4 , 13 , 20 .
  • the second current transformer 13 is set up in such a way that a measuring current is impressed into the on-resistance 10 by means of the second current transformer 13 which, for example, is plugged onto a fastening lug of the on-resistance 10 .
  • this can be done with 16 times the fundamental frequency of the network, away from the usual harmonics in the network.
  • the voltage drop is measured at 16 times the frequency on the secondary-side winding of the current transformer 13, this is possibly. after a correction proportional to the (resistive) active component of the measured total impedance of the on-resistance 10 .
  • a control capacitor 11 that may be attached in parallel to the circuit breaker 1 is not included in the measurement, since the capacitor 11 is not in the current path, but is merely arranged in parallel with the circuit breaker 1, which is closed with extremely low resistance.
  • HVDC switch-on resistances can also be monitored.
  • On-state resistors for an HVDC are usually installed with a bypass isolator connected in parallel for normal operation.
  • the parallel bypass switch which is often also designed as a bypass isolator, must be closed.
  • the device shown in FIG. 4 also includes a sensor unit 12 and a current transformer 9 for obtaining auxiliary energy in the main current path 7 of the circuit breaker 1 .
  • the current transformers 9, 13 can also be used to measure the decaying inrush current of the (HVDC) system, in particular when no current transformer signal is otherwise available.
  • a thermal model of the switch-on resistance 10 can also be installed in the sensor unit 12 .
  • a non-open switching chamber of an (open) double-chamber switch can also be detected by means of the measuring method described above for measuring the contact transition resistance or a leakage current. In this way, for example, a faulty switching chamber can also be detected.
  • the device 8 described above can also be used to monitor the duration of arcing and to monitor contact chatter.
  • the high frequencies contained in the arc are measured when the circuit breaker 1 is opened and closed by means of the current transformer 9 located in the main current path 7 of the circuit breaker 1 and fed to a high-pass filter. This charges a capacitor whose voltage U a kk accumulated over the arcing event is measured after the event.
  • triggering of the sensor unit 12 can also be provided. This is achieved via a trigger input of the sensor unit 12 using a processed trigger signal from an acceleration or a voltage threshold value from the voltage U a kk.
  • Another monitoring function that can be achieved by means of the device 8 is contamination monitoring in the switching chamber of the circuit breaker 1 .
  • a metal ring is attached to the inside of the cap insulator. This metal ring is pressed in so that it presses outwards against the inner wall of the insulator and makes good contact everywhere. If the inside of the insulator is coated, the contact strip made of conductive paint makes good contact with the coating.
  • the leakage current is measured through the layer of dirt inside.
  • the advantage here is that only one measuring line that is in contact with the metal ring must be brought to the outside through the low-voltage bushing in the connecting flange.
  • the sensor unit 12 used simultaneously for one or more monitoring functions represents a cost-effective and efficient tool for monitoring numerous operating properties of a circuit breaker 1 .
  • the one in Fig. The circuit shown in FIG. 5 essentially corresponds to that in FIG. 4 circuit shown.
  • the circuit breaker 1 has at least one control capacitor 11 , which is connected in parallel with the switching chamber of the circuit breaker 1 and thus in parallel with the main current path 7 .
  • the circuit breaker 1 If the circuit breaker 1 is open, the current that flows through the control capacitor 11 when the parallel switch is open is measured. If there are several switching chambers and control capacitors 11 connected in series, the total impedance of all the capacitors 11 is measured. A change in the capacitance of one or more capacitors 11 is directly reflected in the leakage current through the control capacitors 11 . For example, in the case of ferroresonance, the measured current can be excessive. If such a ferroresonance is detected by an increase in the current, provision can be made in particular for the sensor device 12 to emit a warning message.
  • the impedance of the control capacitor 11 can be measured in normal operation by means of the third current transformer 20 .
  • the third current transformer 20 is set up in such a way that a measuring current is fed into the control capacitor capacitor 11 by means of the third current transformer 20, which is attached, for example, to a fastening tab of the control capacitor 11. For example, this can be done with 16 times the fundamental frequency of the network, away from the usual harmonics in the network. It is, for example, the voltage drop measured at 16 times the frequency on the secondary winding of the current transformer 20, this is possibly. after a correction proportional to the reactance of the control capacitor 11 .
  • the voltage drop on the current transformer can also be measured on the busbar below the current transformer 20 , ie on the primary side or the high-current side of the current transformer 290 .
  • a turn-on resistor 10 that may be attached in parallel to the circuit breaker 1 is not included in the measurement, since the turn-on resistor 10 is not in the current path, but is merely arranged in parallel with the switch 1, which is closed with extremely low resistance.
  • FIG. 6 shows a further circuit of a device for the wireless transmission of information 8 of a circuit breaker 1 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the voltage drop on the current transformer can also be measured on the conductor rail below the current transformer 9, ie on the primary side or the high-current side of the current transformer 9.
  • the taps on the lead to the switch-on resistor 10 tap the voltage in the rail below the current transformer 9 .
  • the measurement can also be carried out, for example, with 16 times the fundamental frequency of the network, away from the usual harmonics in the network.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

Bei einem Leistungsschalter umfassend eine Schaltkammer mit einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Hauptkontakt (2), der Leistungsschalter (1) weiter umfassend einen Hauptstrompfad (7), soll eine kontinuierliche und einfache Überwachung des Leistungsschalters (1) bereitgestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters (1) angegeben wird, die Vorrichtung (8) umfassend eine Sensoreinheit (12) zum Erfassen von physikalischen Messdaten, die Sensoreinheit (12) umfassend zumindest einen Messsensor (4, 13, 20) zum Erfassen eines Messsignals, eine Steuereinheit (15) zum Betreiben der Sensoreinheit (12) und zum Aufbereiten und Weiterleiten der aufgenommenen Messdaten, eine Übertragungseinheit (14) zum Senden von Informationen, wobei die Übertragungseinheit (14) derart ausgebildet ist, eine drahtlose Kommunikationsverbindung herzustellen, zumindest einen ersten Stromwandler (9) zur Gewinnung einer Hilfsenergie, wobei der Stromwandler (9) auf dem Hauptstrompfad (7) des Leistungsschalters (1) aufgebracht ist und zum Auskoppeln von elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit (12) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters
Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters , auch betri f ft diese Erfindung einen Leistungsschalter mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters .
Leistungsschalter verschleißen auf den Hauptkontakten durch Lichtbogenabbrand, Ablagerungen und mechanische Beeinträchtigungen . Schlechte Kontakte erzeugen hohe Wärmeverluste und gefährden den sicheren Betrieb des Schalters . Eine Diagnose des Leistungsschalters während seines Betriebs ist heute nicht möglich . Auch können parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters geschaltete Steuerkondensatoren und Ein- schaltwiderstände nicht überwacht werden . Der Aus fall eines der Bauteile können den Leistungsschalter und nachfolgende elektrische Geräte gefährden . Auch Einschaltwiderstände für Hochspannungs -Gleichstrom-Übertragungs -Anlagen (HGÜ-Anlagen) oder für andere Geräte werden nicht überwacht , da die Geräte auf Potential liegen und eine Überwachung mit Hochspannungsisolation zu teuer wäre .
Eine Diagnose zum Zustand der Hauptkontakte , und zur Überwachung von angebauten Steuerkondensatoren und Einschaltwiderständen ist heute nicht verfügbar . Lediglich während eines Wartungs zeitraums mit Abschaltung der Anlage können von Hand Messungen an Schaltkammern und an angebauten Steuerkondensatoren und Einschaltwiderständen der Leistungsschalter durchgeführt werden .
Eine frühzeitige Erkennung von sich entwickelnden Schäden sowie eine kontinuierliche Überwachung der Leistungsschalter sind daher nicht möglich . Ausgehend von den zuvor beschriebenen Problematiken liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters zur Verfügung zu stellen, bei der Informationen beispielsweise Messdaten, Nachrichten oder Warnmeldungen drahtlos übermittelt werden und damit eine Lösung für die kontinuierliche Überwachung eines Leistungsschalters geschaf fen wird .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters , der Leistungsschalter umfassend eine Schaltkammer mit einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Hauptkontakt und einem Hauptstrompfad, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Sensoreinheit zum Erfassen von physikalischen Messdaten umfasst , die Sensoreinheit umfassend zumindest einen Messsensor zum Erfassen eines Messsignals , eine Steuereinheit zum Betreiben der Sensoreinheit und zum Aufbereiten und Weiterleiten der auf genommenen Messdaten, eine Übertragungseinheit zum Senden von Informationen basierend auf den Messdaten, wobei die Übertragungseinheit derart ausgebildet ist , eine drahtlose Kommunikationsverbindung herzustellen, die Vorrichtung weiter umfassend zumindest einen ersten Stromwandler zur Gewinnung einer Hil fsenergie , wobei der Stromwandler auf dem Hauptstrompfad des Leistungsschalters aufgebracht ist und zum Auskoppeln von elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit ausgebildet ist .
Unter Informationen können beispielsweise die eigentlich erfassten Messdaten oder aber auch die aufbereiteten Messdaten und die daraus berechneten Messwerte verstanden werden . Auch kann unter Informationen beispielweise Nachrichten oder auch Warnmeldungen verstanden werden . Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit zusammen mit der Steuereinheit die Messdaten auswertet , mit einem Referenzwert vergleicht und basierend darauf eine Meldung oder bei Überschreiten oder Unterschreiten des Referenzwerts eine Warnmeldung aussendet . Die Informationen werden dabei über eine drahtlose Kommunikationsverbindung ausgesendet , wobei die drahtlose Kommunikationsverbindung beispielsweise eine Funkverbindung sein kann, wobei die Daten mittels eines bekannten Funkstandards , wie z . B . GSM, 3G, 4G, 5G, WLAN, Bluetooth oder einem anderen Funkstandard übermittelt werden können .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher mittels des ersten Stromwandlers auf dem Hauptstrompfad aufladbar ist und derart eingerichtet ist , eine elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit zur Verfügung zu stellen .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst die Sensoreinheit zumindest einen Spannungsmesser . Insbesondere kann die Verwendung eines hochimpedanten Spannungsmessers vorgesehen sein .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst der Messsensor zumindest einen Hil fskontakt mit einer Messleitung zur Messung einer Kontaktspannung, wobei der Hil fskontakt über einen Messkreis , mit dem zumindest einen Hauptkontakt des Leistungsschalters und der Sensoreinheit verbunden ist , wobei der Messkreis über den Hauptstrompfad des Leistungsschalters geschlossen ist .
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Temperatursensor umfasst , wobei der Temperatursensor in der Messleitung des Hil fskontakts zur Sensoreinheit angeordnet ist , die Sensoreinheit zumindest eine Stromquelle umfasst , wobei die Stromquelle derart eingerichtet ist , in den Messkreis zugeschaltet zu werden . Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst der Leistungsschalter zumindest einen Einschaltwiderstand, wobei der Einschaltwiderstand parallel zur Schaltkammer geschaltet ist , die Vorrichtung einen zweiten Stromwandler als Messsensor umfasst , wobei der zweite Stromwandler derart eingerichtet ist , einen Messstrom in den Einschaltwiderstand einzuprägen .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst der Leistungsschalter zumindest einen Steuerkondensator, wobei der Steuerkondensator parallel zur Schaltkammer geschaltet ist , die Vorrichtung einen dritten Stromwandler als Messsensor umfasst , wobei der dritte Stromwandler derart eingerichtet ist , einen Messstrom in den Steuerkondensator einzuprägen .
Die Erfindung betri f ft weiterhin einen Leistungsschalter mit einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen wie zuvor beschrieben .
Auch betri f ft die Erfindung ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters das Verfahren umfassend die folgenden Schritte :
- Bereitstellen eines Leistungsschalters mit einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 .
- Erfassen von Messdaten mittels eines Messsensors der Sensoreinheit ,
- Aufbereiten und Weiterleiten der auf genommenen Messdaten mittels der Steuereinheit ,
- drahtlose Übertragung von Informationen basierend auf den Messdaten mittels der Übertragungseinheit .
Eine weitere Aus führungs form der Erfindung sieht vor, dass der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors der Sensoreinheit , die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst : - Bereitstellen eines Hil fskontakts mit einer Messleitung als Messsensor zur Messung einer Kontaktspannung,
- Erfassen einer Kontaktübergangsspannung mittels des Hil fskontakts ,
- Berechnen eines Widerstands am Kontaktübergang mittels eines Stroms des Leistungsschalters in der Steuereinheit .
Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst :
- Bereitstellen eines Temperatursensors , wobei der Temperatursensor in der Messleitung des Hil fskontakts zur Sensoreinheit angeordnet ist ,
- Bereitstellen einer Stromquelle in der Sensoreinheit ,
- Zuschalten der Stromquelle in den Messkreis des Hil fskontakts ,
- Erfassen eines Widerstands des Temperatursensors und Berechnen einer Temperatur mittels der Steuereinheit .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors der Sensoreinheit , die folgenden zusätzlichen Schritte :
- Bereitstellen zumindest eines Einschaltwiderstands , wobei der Einschaltwiderstand parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters geschaltet ist ,
- Messen des Wirkwiderstands des Einschaltwiderstands im Normalbetrieb bei geschlossenem Leistungsschalter,
- Bereitstellen zumindest eines zweiten Stromwandlers als Messsensor,
- Einprägen eines Messstroms in den Einschaltwiderstand mittels des zweiten Stromwandlers ,
- Messen eines Spannungsabfalls des zweiten Stromwandlers ,
- Berechnen eines Wirkanteils einer gemessenen Gesamtimpedanz des Einschaltwiderstands mittels der Steuereinheit .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfasst der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors der Sensoreinheit , die folgenden zusätzlichen Schritte :
- Bereitstellen zumindest eines Steuerkondensators , wobei der Steuerkondensator parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters geschaltet ist ,
- Messen der Impedanz des Steuerkondensators im Normalbetrieb bei geschlossenem Leistungsschalter,
- Bereitstellen zumindest eines dritten Stromwandlers ,
- Einprägen eines Messstroms in den Steuerkondensator mittels des dritten Stromwandlers ,
- Messen eines Spannungsabfalls des dritten Stromwandlers ,
- Berechnen eines Blindwiderstands des Steuerkondensators mittels der Steuereinheit .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung einiger Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Dabei zeigen :
Fig . 1 eine grafische Darstellung eines Leistungsschalters mit einem Hil fskontakt gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
Fig . 2 eine grafische Darstellung eines Leistungsschalters mit einem Hil fskontakt gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
Fig . 3 einen Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters mit einem Hil fskontakt gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel der Erfindung,
Fig . 4 einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters mit einem Stromwandler gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung, Fig . 5 einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters mit einem weiteren Stromwandler gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung,
Fig . 6 einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel der Erfindung .
Fig . 1 eine grafische Darstellung eines Leistungsschalters 1 mit einem Hil fskontakt 4 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung . Der in Fig . 1 gezeigte Leistungsschalter 1 besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Kontaktsystemen, welche mit einem zeitlichen Versatz öf fnen bzw . schließen .
Das innere Kontaktsystem wird als Lichtbogenkontaktsystem und das äußere als Nennstromkontaktsystem bezeichnet . Das Lichtbogenkontaktsystem öf fnet nach und schließt vor dem Nennstromkontaktsystem . Alle Schaltlichtbögen werden somit zwischen den Kontakten des Lichtbogenkontaktsystems ausgebildet , welche aus entsprechend abbrandfesten Materialen bestehen . Die Kontakte 2 des Nennstromkontaktsystem bestehen antriebsseitig aus dem Hei z zylinder und Kontaktlamellen 3 auf der dem Antrieb abgewandten Seite . Die Oberflächen dieser Bauteile können beispielsweise versilbert sein, um den Übergangswiderstand und somit die Übertragungsverluste zu reduzieren . Zwischen diesen Kontakten 2 treten nur kleine , kurzzeitige Kommutierungslichtbögen außerhalb der eigentlichen Kontaktzone auf . Die Kontaktlamellen 3 sind dabei in kleinen Gruppen angeordnet , welche durch dazwischen befindliche Stege gegen Verrutschen oder Kippen gesichert sind .
Eine Gruppe von Kontaktlamellen 3 ist durch einen I solierkörper 5 und einen Hil fskontakt 4 , welcher den verbleibenden Kontaktlamellen 3 in der Kontaktgabe nacheilt , ersetzt . Von diesem Hil fskontakt 4 führt eine Messleitung 6 isoliert am Sockel entlang zum Ende der Schaltkammer . Am Ende der Schalt- kammer wird die Messleitung 6 mittels einer Niederspannungsdurchführung nach außen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 des Leistungsschalters 1 geführt .
Im geschlossenen Zustand des Leistungsschalters 1 kann zwischen diesem Hil fskontakt 4 und dem Anschluss auf der antriebs fernen Seite , ein durch den Betriebsstrom hervorgerufenen Spannungs fall , gemessen werden . Der in Fig . 1 gezeigte Hil fskontakt 4 ist leicht zurückgesetzt , d . h . mit Lauf zeitverzögerung zu den Hauptkontaktlamelle 3 , und isoliert zum Trägerkörper installiert .
Die Figur 2 zeigt eine grafische Darstellung des Leistungsschalters 1 gemäß Fig . 1 mit einem Hil fskontakt 4 nach einem Aus führungsbeispiel der Erfindung . Die um den Umfang verteilten Hauptkontaktlamellen 3 haben Leerräume für eine thermische Ausdehnung . In solch einen Leerraum ist ein Hil fskontakt 4 für Messungen beispielsweise einer Kontaktspannung integriert .
Die Figur zeigt 3 einen Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 eines Leistungsschalters 1 mit einem Hil fskontakt 4 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel der Erfindung .
Der in Fig . 3 gezeigte Schaltkreis dient als Messkreis 23 zur Widerstandsmessung über die Hauptkontakte 2 und ist über den Hauptstrompfad 7 geschlossen, der beispielsweise auf den Flansch ( das Anschlussterminal ) des Leistungsschalters 1 geführt ist . Auf diesem Flansch kann auch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 des Leistungsschalters 1 installiert sein . Alle am Messkreis 23 beteiligten Geräte sind somit stillstehend und frei von hohen Spannungsdi f ferenzen . Lediglich die oben beschriebenen Lichtbogenkontakte und Hauptkontakte werden verfahren . In einem Aus führungsbeispiel der Erfindung kann, die in Fig . 3 gezeigte Sensoreinheit 12 , beispielsweise einen Spannungsmesser 16 aufweisen . Mittels des Spannungsmessers 16 kann eine Kontaktübergangsspannung mittels des Hil fskontakts 4 am Kontaktübergang zu einer Hauptkontaktlamelle 3 gemessen werden . Die gemessene Kontaktübergangsspannung wird mit dem Strom im Leistungsschalter 1 verknüpft und der Widerstand am Kontaktübergang kann einfach berechnet werden .
In einem Aus führungsbeispiel der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Temperatur nahe den Hauptkontakten 2 gemessen wird . Hierzu kann ein Temperatursensor 19 beispielsweise ein PT100 vorgesehen sein, der in die Messleitung 6 in der Nähe der Hauptkontakte 2 eingebracht wird . Wird mit einem hochim- pedanten Spannungsmesser 16 die Kontaktübergangsspannung gemessen, ist die Messleitung 6 quasi stromlos . Hierbei ist es vorteilhaft , wenn die Sensoreinheit 12 über eine Stromquelle
17 verfügt , die wechselweise in den Messkreis 23 zugeschaltet werden kann . Dies kann beispielsweise durch den in Fig . 3 gezeigten Schalter 18 erfolgen . I st der Schalter 18 geöf fnet , kann eine Messung der reinen Kontaktübergangsspannung mittels der Hil fskontakts 4 erfolgen . Wird der Schalter 18 geschlossen kann die gemessene Spannung als Maß für den Widerstand des Temperatursensors 19 dienen . Die Kontaktspannung ist dabei vergleichsweise klein oder bekannt , so dass der Widerstand des Temperatursensors 19 genau gemessen werden kann . So ist mit einer einzigen einadrigen Messleitung 6 außer der Kontaktübergangsspannungsmessung auch eine Temperaturmessung möglich .
Weiter ist in Fig . 3 gezeigt , dass die Sensoreinheit 12 über einen Energiespeicher 22 verfügt . Ein Energiespeicher 22 versorgt die Sensoreinheit 12 und weitere technische Komponenten wie beispielsweise eine Übertragungseinheit 14 mit elektrischer Energie . Damit die Vorrichtung 8 autark arbeiten kann, ist ein erster Stromwandler 9 zur Gewinnung einer Hil fsenergie vorgesehen . Der Stromwandler 9 wird dabei auf dem Hauptstrompfad 7 des Leistungsschalters 1 aufgebracht und ist zum Auskoppeln von elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit 12 ausgebildet . Auch kann hier- durch der Energiespeicher 22 der Sensoreinheit 12 aufgeladen werden .
Für die Auswertung der Messdaten verfügt die Sensoreinheit 12 über eine Steuereinheit 15 , wobei die Steuereinheit 15 zum Betreiben der Sensoreinheit 12 und zum Aufbereiten und Weiterleiten der auf genommenen Messdaten oder Inf ormationen- dient .
In Fig . 3 ist des Weiteren eine Übertragungseinheit 14 zum Senden von Informationen vorgesehen . Die Übertragungseinheit 14 ist dabei derart ausgebildet , eine drahtlose Kommunikationsverbindung für die Übertragung der Informationen herzustellen . Unter Informationen können beispielsweise die eigentlich erfassten Messdaten oder aber auch die aufbereiteten Messdaten und daraus berechnete Messwerte verstanden werden . Auch kann unter Informationen beispielweise Nachrichten oder auch Warnmeldungen verstanden werden .
Die Sensoreinheit 12 übernimmt dabei insbesondere durch die Auswertung von Messdaten die für einen Leistungsschalter 1 erforderlichen Überwachungsaufgaben . Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 12 bei erkannten Anomalien des Leistungsschalter 1 eine Nachricht oder eine Warnmeldung an ein entferntes Gateway sendet . Dies kann insbesondere mittels der Übertragungseinheit 14 auch über eine drahtlose Kommunikationsverbindung erfolgen . Hierdurch kann die Vorrichtung auch autark betrieben werden, wodurch kompli zierte Verkabelungen entfallen . Die Sensoreinheit 12 mit der Steuereinheit 15 und der Übertragungseinheit 14 können insbesondere eine gemeinsame Einheit bilden, die leicht installiert werden kann .
Bei Einkammerschaltern und Trennern kann die Sensoreinheit 12 beispielsweise am feststehenden Ende der Kontakte installiert werden . Bei Doppelkammerschaltern kann es vorgesehen sein, dass j e eine Sensoreinheit 12 auf der feststehenden Kontaktseite ( am antriebs fernen Anschluss flansch) einer Schaltkammer installiert wird . Die Sensoreinheit 12 übernimmt die Überwachungsaufgaben und sendet eine Nachricht an das Gateway, wenn eine Anomalie erkannt wurde . Weiter kann in regelmäßigen Abständen ein Abbild des I stzustands des Leistungsschalters 1 unabhängig vom Schalt zustand gesendet werden . Zu j eder Zustandsänderung, beispielsweise ein Ein- oder Ausschalten des Leistungsschalters 1 , kann ein Datensatz angelegt werden . Dadurch können verschiedene Datensätze miteinander verglichen werden und der I stzustand des Leistungsschalters 1 überwacht werden . In einem Aus führungsbeispiel der Erfindung kann die Sensoreinheit 12 über einen Triggereingang mittels eines aus der Beschleunigung oder einer Spannung aufbereiteten Triggersignals getriggert werden .
Allein die Überwachung des Kontaktübergangswiderstands mittels der Kontaktübergangsspannung in Kombination mit dem Betriebsstrom ggf . in Kombination mit der Temperatur in der Nähe der Hauptkontakte 2 gemessen, ist ein Maß für die Betriebssicherheit des Schalters mit hoher Aussagekraft .
Die Figur 4 zeigt einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 eines Leistungsschalters 1 mit einem Stromwandler 13 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung .
Der in Fig . 4 gezeigte Schaltkreis kann insbesondere zur Überwachung von Einschaltwiderständen 10 des Leistungsschalters 1 verwendet werden . In Fig . 4 ist ganz schematisch der Leistungsschalter 1 als geöf fneter Schalter gezeigt . Der Leistungsschalter 1 umfasst zumindest einen Einschaltwiderstand 10 , wobei der Einschaltwiderstand 10 parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters und damit parallel zum Hauptstrompfad 7 geschaltet ist . Ist der Leistungsschalter 1 geschlossen und wird er von einem Betriebsstrom durchflossen, kann der Wirkwiderstand des Ein- schaltwiderstands 10 im Normalbetrieb mittels eines zweiten Stromwandlers 13 der als Messsensor 4 , 13 , 20 dient gemessen werden . Der zweite Stromwandler 13 ist dabei derart eingerichtet ist , einen Messstrom in den Einschaltwiderstand 10 mittels des zweiten Stromwandlers 13 , der beispielsweise auf einer Befestigungslasche des Einschaltwiderstands 10 aufgesteckt ist , einzuprägen . Beispielsweise kann dies mit der 16- fachen Grundfrequenz des Netzes , abseits von üblichen Harmonischen im Netz , erfolgen . Es wird dabei der Spannungs fall bei der 16- fachen Frequenz auf der sekundärseitigen Wicklung des Stromwandlers 13 gemessen, dieser ist ggf . nach einer Korrektur proportional zum ( resistiven) Wirkanteil der gemessenen Gesamtimpedanz des Einschaltwiderstands 10 . Ein gegebenenfalls am Leistungsschalter 1 parallel angebrachter Steuerkondensator 11 geht nicht in die Messung ein, da der Kondensator 11 nicht im Strompfad liegt , sondern lediglich parallel zum extrem niederohmig geschlossenen Leistungsschalter 1 angeordnet ist .
In einem Aus führungsbeispiel der Erfindung können beispielsweise auch HGÜ Einschaltwiderstände überwacht werden . Ein- schaltwiderstände für eine HGÜ werden in der Regel mit einem parallel geschalteten Bypass-Trenner für den Normalbetrieb installiert . Für die Messung des Einschaltwiderstands muss der parallele Bypass-Schalter, der oft auch als ein Bypass- Trenner ausgeführt ist , geschlossen sein .
Die in Fig . 4 gezeigte Vorrichtung umfasst ebenfalls eine Sensoreinheit 12 und einen Stromwandler 9 zur Gewinnung einer Hil fsenergie im Hauptstrompfad 7 des Leistungsschalters 1 . Ferner können die Stromwandler 9 , 13 auch zur Messung des abklingenden Einschaltstroms der (HGÜ- ) Anlage verwendet werden, insbesondere , wenn anderweitig kein Stromwandlersignal zur Verfügung steht . Somit kann - alternativ zur reinen Widerstandsmessung - in der Sensoreinheit 12 auch ein thermisches Modell des Einschaltwiderstands 10 installiert werden . Auch kann mittels des zuvor beschriebenen Messverfahrens zur Messung des Kontaktübergangswiderstands oder eines Leckstroms eine nicht geöf fnete Schaltkammer eines ( of fenen) Doppelkammerschalters erkannt werden . Hierdurch kann beispielsweise auch eine fehlerhafte Schaltkammer erkannt werden .
Die zuvor beschriebene Vorrichtung 8 kann in einem Aus führungsbeispiel auch zur Lichtbogenbrenndauer-Überwachung und zur Kontaktpreller-Überwachung eingesetzte werden . Die hohen Frequenzen, die im Lichtbogen enthalten sind, werden beim Öf fnen und Schließen des Leistungsschalters 1 mittels des im Hauptstrompfad 7 des Leistungsschalters 1 befindlichen Stromwandlers 9 gemessen und auf einen Hochpass gegeben . Dieser lädt einen Kondensator, dessen über dem Lichtbogenereignis akkumulierter Spannung Uakk nach dem Ereignis gemessen wird . Dabei kann insbesondere auch eine Triggerung der Sensoreinheit 12 vorgesehen sein . Dies wird über einen Triggereingang der Sensoreinheit 12 mittels eines aufbereiteten Triggersignals aus einer Beschleunigung oder eines Spannungsschwellwerts aus der Spannung Uakk, erreicht .
Eine weitere Überwachungs funktion, die mittels der Vorrichtung 8 erreicht werden kann, ist eine Verschmutzungsüberwachung in der Schaltkammer des Leistungsschalters 1 . Dafür kann es vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 8 im inneren der Schaltkammer installiert wird . Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass im Inneren der Schaltkammer des Leistungsschalters 1 kurz vor dem Anschluss flansch ein Metallring auf der Innenseite des Überwurf- I solators angebracht wird . Dieser Metallring ist eingepresst , so dass er sich nach außen an die I solatorinnenwand presst und überall gut kontaktiert . Bei beschichteten I solatorinnenseiten ist der Kontaktstrei fen aus leitfähigem Lack gut an die Beschichtung kontaktiert . Bei einem of fen Leistungsschalter 1 wird der Leckstrom durch die Fremdschicht im Inneren gemessen . Vorteilhaft dabei ist , dass nur eine Messleitung, die an den Metallring kontaktiert ist , durch die Niederspannungsdurchführung im Anschluss flansch nach außen gebracht werden muss .
Die für eine oder mehrere Überwachungs funktionen gleichzeitig verwendete Sensoreinheit 12 stellt ein kostengünstiges und ef fi zientes Werkzeug zur Überwachung zahlreicher Betriebseigenschaften eines Leistungsschalters 1 dar .
Der in Fig . 5 gezeigte Schaltkreis entspricht im Wesentlichen des in Fig . 4 gezeigten Schaltkreis . Zusätzlich verfügt der Leistungsschalter 1 über zumindest einen Steuerkondensator 11 , wobei der parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters 1 und damit parallel zum Hauptstrompfad 7 geschaltet ist .
Des Weiteren verfügt der in Fig . 5 gezeigte Schaltkreis über einen dritten Stromwandler 20 , wobei der dritte Stromwandler 20 derart eingerichtet ist , einen Messstrom in den Steuerkondensator 11 einzuprägen .
Ist der Leistungsschalter 1 geöf fnet , wird der Strom, der bei geöf fnetem parallelem Schalter durch den Steuerkondensator 11 fließt , gemessen . Bei mehreren in Reihe geschalteter Schaltkammern und Steuerkondensatoren 11 wird die Gesamtimpedanz aller Kondensatoren 11 gemessen . Eine Veränderung in der Kapazität eines oder mehrere Kondensatoren 11 spiegelt sich direkt im Leckstrom durch die Steuerkondensatoren 11 wider . Beispielsweise kann im Falle von Ferroresonanz der gemessene Strom überhöht sein . Wird eine solche Ferroresonanz durch eine Überhöhung des Stroms erkannt , kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung 12 eine Warnmeldung aussendet .
Ist der Leistungsschalter 1 geschlossen und wird er von einem Betriebsstrom durchflossen, kann die Impedanz des Steuerkondensators 11 im Normalbetrieb mittels des dritten Stromwandlers 20 gemessen werden . Der dritte Stromwandler 20 ist dabei derart eingerichtet ist , einen Messstrom in den Steuerkonden- sator 11 mittels des dritten Stromwandlers 20 , der beispielsweise auf einer Befestigungslasche des Steuerkondensators 11 aufgesteckt ist , einzuprägen . Beispielsweise kann dies mit der 16- fachen Grundfrequenz des Netzes , abseits von üblichen Harmonischen im Netz , erfolgen . Es wird beispielsweise der Spannungs fall bei der 16- fachen Frequenz auf der sekundärseitigen Wicklung des Stromwandlers 20 gemessen, dieser ist ggf . nach einer Korrektur proportional zum Blindwiderstand des Steuerkondensators 11 . Alternativ zur Spannungsmessung auf der Sekundärwicklung des Stromwandlers 20 kann auch auf der Stromschiene unter dem Stromwandler 20 , also auf der Primärseite oder der Hochstromseite des Stromwandlers 290 , der Spannungs fall auf der Stromschiene gemessen werden . Ein gegebenenfalls am Leistungsschalter 1 parallel angebrachter Ein- schaltwiderstand 10 geht dabei nicht in die Messung ein, da der Einschaltwiderstand 10 nicht im Strompfad liegt , sondern lediglich parallel zum extrem niederohmig geschlossenen Schalter 1 angeordnet ist .
Die Figur 6 zeigt einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 eines Leistungsschalters 1 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel der Erfindung . Alternativ zur Spannungsmessung auf der Sekundärwicklung des zweiten Stromwandlers 9 kann auch auf der Stromschiene unter dem Stromwandler 9 , also auf der Primärseite oder der Hochstromseite des Stromwandlers 9 , der Spannungs fall auf der Stromschiene gemessen werden . Die Abgri f fe an der Zuleitung zum Einschaltwiderstand 10 grei fen die Spannung in der Schiene unter dem Stromwandler 9 ab . Die Messung kann beispielsweise ebenfalls mit der 16- fachen Grundfrequenz des Netzes , abseits von üblichen Harmonischen im Netz , erfolgen .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters (1) , der Leistungsschalter (1) umfassend eine Schaltkammer mit einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Hauptkontakt (2) , der Leistungsschalter (1) weiter umfassend einen Hauptstrompfad ( 7 ) , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) eine Sensoreinheit (12) zum Erfassen von physikalischen Messdaten umfasst, die Sensoreinheit (12) umfassend zumindest einen Messsensor (4, 13, 20) zum Erfassen eines Messsignals , eine Steuereinheit (15) zum Betreiben der Sensoreinheit (12) und zum Aufbereiten und Weiterleiten der auf genommenen Messdaten, eine Übertragungseinheit (14) zum Senden von Informationen basierend auf den Messdaten, wobei die Übertragungseinheit
(14) derart ausgebildet ist, eine drahtlose Kommunikationsverbindung herzustellen, die Vorrichtung weiter umfassend zumindest einen ersten Stromwandler (9) zur Gewinnung einer Hilfsenergie, wobei der Stromwandler (9) auf dem Hauptstrompfad (7) des Leistungsschalters (1) aufgebracht ist und zum Auskoppeln von elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit (12) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach vorherigem Anspruch, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung einen Energiespeicher (22) umfasst, wobei der Energiespeicher (22) mittels des ersten Stromwandlers (9) auf dem Hauptstrompfad (7) aufladbar ist und derart eingerichtet ist, eine elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit (12) zur Verfügung zu stellen.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12) zumindest einen Spannungsmesser (16) umfasst .
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor zumindest einen Hilfskontakt (4) mit einer Messleitung (6) zur Messung einer Kontaktspannung umfasst, wobei der Hilfskontakt (4) über einen Messkreis (23) , mit dem zumindest einen Hauptkontakt (2) des Leistungsschalters (1) und der Sensoreinheit (12) verbunden ist, wobei der Messkreis (23) über den Hauptstrompfad (7) des Leistungsschalters (1) geschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Temperatursensor (19) umfasst, wobei der Temperatursensor (19) in der Messleitung (6) des Hilfskontakts (4) zur Sensoreinheit (12) angeordnet ist, die Sensoreinheit (12) zumindest eine Stromquelle (17) umfasst, wobei die Stromquelle (17) derart eingerichtet ist, in den Messkreis (23) zugeschaltet zu werden.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (1) zumindest einen Einschaltwiderstand
(10) umfasst, wobei der Einschaltwiderstand (10) parallel zur Schaltkammer geschaltet ist, die Vorrichtung einen zweiten Stromwandler (13) als Messsensor (4, 13, 20) umfasst, wobei der zweite Stromwandler (13) derart eingerichtet ist, einen Messstrom in den Ein- schaltwiderstand (10) einzuprägen.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter (1) zumindest einen Steuerkondensator
(11) umfasst, wobei der Steuerkondensator (11) parallel zur Schaltkammer geschaltet ist, die Vorrichtung einen dritten Stromwandler (20) als Messsensor (4, 13, 20) umfasst, wobei der dritte Stromwandler (20) derart eingerichtet ist, einen Messstrom in den Steuerkondensator (11) einzuprägen.
8. Leistungsschalter (1) mit einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen (8) nach einem der vorherigen Ansprüche .
9. Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters (1) das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Leistungsschalters (1) mit einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
- Erfassen von Messdaten mittels eines Messsensors (4, 13, 20) der Sensoreinheit,
- Aufbereiten und Weiterleiten der auf genommenen Messdaten mittels der Steuereinheit (15) ,
- drahtlose Übertragung von Informationen basierend auf den Messdaten mittels der Übertragungseinheit (14) .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors (4, 13, 20) der Sensoreinheit (12) , die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Hilfskontakts (4) mit einer Messleitung (6) als Messsensor (4, 13, 20) zur Messung einer Kontaktspannung,
- Erfassen einer Kontaktübergangsspannung mittels des Hilfskontakts ( 4 ) ,
- Berechnen eines Widerstands am Kontaktübergang mittels eines Stroms des Leistungsschalters (1) in der Steuereinheit (15) .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass 19 das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Temperatursensors (19) , wobei der Temperatursensor (19) in der Messleitung (6) des Hilfskontakts
(4) zur Sensoreinheit (12) angeordnet ist,
- Bereitstellen einer Stromquelle in der Sensoreinheit (12) ,
- Zuschalten der Stromquelle in den Messkreis (23) des Hilfskontakts ( 4 ) ,
- Erfassen eines Widerstands des Temperatursensors (19) und Berechnen einer Temperatur mittels der Steuereinheit (15) .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors (4, 13, 20) der Sensoreinheit (12) , die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst:
- Bereitstellen zumindest eines Einschaltwiderstands (10) , wobei der Einschaltwiderstand (10) parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters (1) geschaltet ist,
- Messen des Wirkwiderstands des Einschaltwiderstands (10) im Normalbetrieb bei geschlossenem Leistungsschalter (1) ,
- Bereitstellen zumindest eines zweiten Stromwandlers (13) als Messsensor (4, 13, 20) ,
- Einprägen eines Messstroms in den Einschaltwiderstand (10) mittels des zweiten Stromwandlers (13) ,
- Messen eines Spannungsabfalls des zweiten Stromwandlers (13) ,
- Berechnen eines Wirkanteils einer gemessenen Gesamtimpedanz des Einschaltwiderstands (10) mittels der Steuereinheit (15) .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors (4, 13, 20) der Sensoreinheit (12) , die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst:
- Bereitstellen zumindest eines Steuerkondensators (11) , wobei der Steuerkondensator (11) parallel zur Schaltkammer des Leistungsschalters (1) geschaltet ist, - Messen der Impedanz des Steuerkondensators (11) im Normalbetrieb bei geschlossenem Leistungsschalter (1) ,
- Bereitstellen zumindest eines dritten Stromwandlers (20) als Messsensor (4, 13, 20) , - Einprägen eines Messstroms in den Steuerkondensator (11) mittels des dritten Stromwandlers (20) ,
- Messen eines Spannungsabfalls des dritten Stromwandlers (20) ,
- Berechnen eines Blindwiderstands des Steuerkondensators (11) mittels der Steuereinheit (15) .
PCT/EP2021/074483 2020-09-23 2021-09-06 Vorrichtung und verfahren zur drahtlosen übertragung von informationen eines leistungsschalters WO2022063555A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020211907.4 2020-09-23
DE102020211907.4A DE102020211907B3 (de) 2020-09-23 2020-09-23 Vorrichtung und Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters sowie ein entsprechender Leistungsschalter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022063555A1 true WO2022063555A1 (de) 2022-03-31

Family

ID=77897588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/074483 WO2022063555A1 (de) 2020-09-23 2021-09-06 Vorrichtung und verfahren zur drahtlosen übertragung von informationen eines leistungsschalters

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020211907B3 (de)
WO (1) WO2022063555A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5875087A (en) * 1996-08-08 1999-02-23 George A. Spencer Circuit breaker with integrated control features
US6466023B2 (en) * 1998-12-28 2002-10-15 General Electric Company Method of determining contact wear in a trip unit
US20060119344A1 (en) * 2004-10-12 2006-06-08 Eaton Corporation Wireless system for one or more electrical switching apparatus
US20130329331A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-12 Schneider Electric USA, Inc. Wireless Branch Circuit Energy Monitoring System
WO2019157622A1 (en) * 2018-02-13 2019-08-22 Abb Schweiz Ag Wireless sensing system and method for switchgear
EP3680925A1 (de) * 2019-01-11 2020-07-15 Siemens Nederland N.V. Schalter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7403015B2 (en) 2005-02-09 2008-07-22 Eaton Corporation System for wireless monitoring of circuit breakers
DE502007005189D1 (de) 2007-03-20 2010-11-11 Siemens Ag Schaltgerät mit einer Einrichtung zur drahtlosen Übertragung einer Gerätezustandsinformation
WO2015080693A1 (en) 2013-11-26 2015-06-04 Schneider Electric USA, Inc. Wireless batteryless data processing unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5875087A (en) * 1996-08-08 1999-02-23 George A. Spencer Circuit breaker with integrated control features
US6466023B2 (en) * 1998-12-28 2002-10-15 General Electric Company Method of determining contact wear in a trip unit
US20060119344A1 (en) * 2004-10-12 2006-06-08 Eaton Corporation Wireless system for one or more electrical switching apparatus
US20130329331A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-12 Schneider Electric USA, Inc. Wireless Branch Circuit Energy Monitoring System
WO2019157622A1 (en) * 2018-02-13 2019-08-22 Abb Schweiz Ag Wireless sensing system and method for switchgear
EP3680925A1 (de) * 2019-01-11 2020-07-15 Siemens Nederland N.V. Schalter

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020211907B3 (de) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1737009A1 (de) Elektrische Anlage mit einem Kühlelement und Verfahren zum Betrieb dieser Anlage
DE102018213522B4 (de) Schmelzsicherung, Sicherungskörper, System und Verfahren
DE2133809C2 (de) Schaltungsanordnung zum Anzeigen von Fehlern in Drehstrom-Hochspannungsnetzen
EP3948911A1 (de) Überwachungsverfahren einer elektroenergieübertragungseinrichtung
EP2978091B1 (de) Verfahren zur übertragung elektrischer energie
EP1120801B1 (de) Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern
DE102014102509A1 (de) Verfahren zur temperaturermittlung
EP3123490B9 (de) Relais mit zwei parallel geschalteten strompfaden
DE102020211907B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters sowie ein entsprechender Leistungsschalter
WO2022022923A1 (de) Verfahren zur zustandsbestimmung einer elektrischen schaltanlage, überwachungseinheit für eine elektrische schaltanlage und elektrische schaltanlage
EP4111480A1 (de) Vorrichtung zur begrenzung eines kurzschlussstromes in einem laststufenschalter sowie laststufenschalter mit dieser vorrichtung
DE2315322A1 (de) Einrichtung zur erfassung dielektrischer durchschlaege in metallgekapselten hochspannungsschalt- und -uebertragungsanlagen
EP0866480A2 (de) Verfahren zum Betreiben einer in einen Stromkreis geschalteten, elektrischen Last
EP0576395B1 (de) Schutzanordnung zum Schutz elektrischer Einrichtungen gegen Ueberspannungen auf dem Stromversorgungsnetz
EP2555003A2 (de) Stromwandler sowie Lasttrenner mit einem solchen
EP3928271A1 (de) Verfahren zum instandhalten einer elektrischen komponente
EP0970554A1 (de) Verfahren und anordung zur selektiven netzüberwachung bei schaltanlagen
DE1513712B2 (de) Phasenvergleich-Schutzanordnung
EP2826117B1 (de) Vorrichtung zum schutz eines verbrauchers
EP3331127B1 (de) Betriebsmittel in einem energienetz
EP3143417A1 (de) Verfahren und system zum prüfen einer schaltanlage für energieübertragungsanlagen
EP1351267B1 (de) Verfahren fur ein netzsynchrones Schalten von Leistungsschaltern und Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens
DE19508763C2 (de) Anordnung zur Überwachung eines Leistungsschaltgerätes
WO2001090767A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erkennung von störlichtbögen
EP3433871B1 (de) Vorrichtung zur messung eines zustands eines elektrischen schalters, elektrischer schalter und verfahren zur messung eines zustands eines elektrischen schalters

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21773714

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21773714

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1