DE102013007238A1

DE102013007238A1 - Sensor zur optischen Erkennung von Schalt- und Störlichtbögen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen

Info

Publication number: DE102013007238A1
Application number: DE201310007238
Authority: DE
Inventors: Klaus Hendrichs; Christoph Rehers; Raphael Lutz; Ruben Scheja
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor oder Sensoreinheit zur optischen Erkennung von Schalt- und Störlichtbögen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen, welche an der Gasraumkapselung der gasisolierten Schaltanlage ein Sichtfenster oder Schauglas aufweisen. Die Sensoreinheit zur Erfassung der Lichtbögen ist direkt an der Kapselung der gasisolierten Schaltanlage vor dem Schauglas angebracht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur optischen Erkennung von Schalt- und Störlichtbögen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen.
Stand der Technik:
Lichtbogenerkennungssysteme die in gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen eingesetzt werden, basieren auf der Weiterleitung des Lichts über optische Fasern zu einer zentralen, elektronischen Erfassungseinheit, was beispielsweise in der DE 32 37 648 beschrieben ist.
Die optischen Fasern werden dabei an Schaugläsern an der Gasraumkapselung befestigt und bis zur Erfassungseinheit geführt. Die eigentliche Erfassung und Auswertung eines Lichtbogens über chemische oder elektrische Medien ist in der DE 4116281 A1 und der EP0840415 beschrieben.
Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass das Licht des Störlichtbogens über optische Fasern übertragen wird, sofern die Lokalisierung des Störlichtbogens über eine automatische und zentrale Erfassungseinheit erfolgt. Jedoch kann die Lokalisierung auch nur vor Ort durch eine manuelle Kontrolle des Erfassungsmediums erfolgen, was beispielsweise in der DE 4116281 beschrieben ist.
Durch die Verwendung von Kabeln mit optischen Fasern ergeben sich folgende Nachteile:

1. Die Verlegung der Kabel ist komplex und fehleranfällig, es kann zu erhöhter optischer Dämpfung der Faser oder sogar zu Faserbruch kommen.
a.) Je nach Faser dürfen gewisse Biegeradien nicht unterschritten werden.
b.) Das Zurechtschneiden der optischen Fasern und verbinden (splicen) von optischen Fasern mit optischen Steckern und/oder Buchsen erfordert spezielles Gerät und geschultes Personal.
2. Mit zunehmender Faserlänge treten Dämpfungserscheinungen auf die das erfasste Licht abschwächen.

Daher muss entweder:

a.) hochwertiges und daher teures Glasfaserkabel verwendet werden, oder
b.) die optische Dämpfung je nach Länge berechnet oder gemessen und berücksichtigt werden, was einen zusätzlichen Aufwand verursacht.

Ein Lichtbogen kann mittels Lichtintensität und Lichtbogendauer erkannt werden. Ein Schaltlichtbogen ist ein nur sehr kurzer Lichtbogen, der nur während der Schaltzeit (Bewegung des Schalters) auftreten kann. Diese beträgt in der Regel weniger 50 ms. Wenn diese Zeit überschritten ist, kann dies als Störlichtbogen erkannt werden.
In den Gasräumen der Schaltanlage ohne Schalter kann man bei Auftreten eines Lichtbogens generell immer von einem Störlichtbogen ausgehen.
Diese Detektion/Unterscheidung des Lichtbogentyps wird direkt am Sensor, der am Gasraum-Sichtglas montiert ist, umgesetzt und berechnet. Anschließend werden über ein digitales Signal (z. B. Modbus-Protokoll auf EIA-485 Bus) mehrere Parameter an ein Monitoring-System übermittelt, welches die Daten auswertet, visualisiert und im Falle von Störlichtbogen oder sonstigen Störungen Alarme ausgeben über das Überwachungssystem, auch Monitoring System genannt, der Anlage ausgeben kann. Dies ist beispielsweise in der WO 2010078889 beschrieben.
Beschreibung der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es, vorab genannte Nachteile zu vermeiden und das Lichtsignal anstatt über optische Fasern zu einer Erfassungseinheit zu führen, eine Sensoreinheit verwendet wird, die direkt an der Kapselung der GIS vor einem Schauglas angebracht wird, zur Erfassung der Lichtbögen zu verwenden.
Der Lichtbogensensor kann an verschiedenen Stellen direkt an die Kapselung angeschraubt werden.
Die Sensoreinheit beherbergt eine Fotodiode zur Umwandlung des Lichts in eine elektrische Spannung, und einen Mikrocontroller zum Erfassen, Analysieren und Digitalisieren des Spannungssignals.
Das digitalisierte Signal wird bei Erkennen eines Lichtbogens durch ein Bussystem über Kupferkabel an eine zentrale Erfassungseinheit gesendet. Die Erfassungseinheit visualisiert die eingehenden Störlichtbogensignale auf dem Gasschema der Anlage und ermöglicht so eine einfache, örtliche Zuordnung des Ereignisses.
Mit der vorab beschriebenen Erfindung ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

1. Die Kabelführung von Kupferkabeln unterliegt nur wenigen Beschränkungen. Biegeradien sind sehr gering. Dadurch können auch schwer zugängliche Schaugläser ohne Einschränkung verkabelt werden, was besonders in den neuen, sehr kompakten gasisolierten Schaltanlagen von Vorteil ist.
2. Etwaige ohmsche Dämpfungen durch fehlerhaft gecrimpte oder verlegte Kabel sind durch die digitale Übertragung per Bussystem beinahe komplett vernachlässigbar und können mittels Messgeräten auch leicht gefunden werden.
3. Das Personal auf der Baustelle ist mit dem Verlegen, Abisolieren und Verbinden von Kupferkabel vertraut. Spezialwerkzeug wird nicht benötigt.
4. Bei großen Entfernungen zwischen Sensor und zentraler Erfassungseinheit muss weder spezielles Kupferkabel verwendet werden, noch die erhöhte ohmsche Dämpfung berücksichtigt werden. Es gelten lediglich die durch das verwendete Bussystem festgelegten Grenzwerte für die Gesamtbuslänge.
5. Durch die Verwendung eines Bussystems wird die Gesamtkabellänge deutlich reduziert.

Den Einflüssen auf die galvanische Verdrahtung der bei Störlichtbogenfall auftretenden elektromagnetischen Störungen wird durch bekannte Verfahren begegnet:

• Komplementäre Signale auf 2 Datenleitungen.
• Fehlererkennung im Datenpaket des Busses durch CRC mit erneuter Übertragung im Fehlerfall.
• Speicherung der Lichtbogendaten in der Sensoreinheit bis die erfolgreiche Übertragung an die Erfassungseinheit bestätigt wurde.

Anhand von dem in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
1 zeigt einen Anbau der Sensoreinheit für eine Störlichtbogenerfassung an der Gasraumkapselung eines Trenner-Erders einer gasisolierten Schaltanlage mit einem Sichtfenster 1, einem Gasfüllanschluss MQ oder Dilo 2, einem Dichtewächter/Dichtesensor 3, einem Lichtbogensensor 4, einem Dichtesensor 5 und einem Blinddeckel 6.
Erfindungsgemäß wird die Sensoreinheit, die direkt an der Kapselung der GIS vor einem Schauglas angebracht wird, zur Erfassung der Lichtbögen verwendet.
2 zeigt einen beispielhaften Prototyp des Lichtbogensensors zum Anschrauben an eine gasisolierte Schaltanlage.
3 zeigt eine schematische Darstellung mit Anbindung der Sensoren im Bussystem mit einer sternförmigen Anbindung der Sensoren, wobei durch die Verwendung eines Bussystems die Gesamtkabellänge deutlich reduziert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3237648 [0002]
DE 4116281 A1 [0003]
EP 0840415 [0003]
DE 4116281 [0004]
WO 2010078889 [0009]

Claims

Sensor oder Sensoreinheit zur optischen Erkennung von Schalt- und Störlichtbögen in gasisolierten Schaltanlagen oder Prüfsystemen, welche an der Gasraumkapselung der gasisolierten Schaltanlage ein Sichtfenster oder Schauglas aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit zur Erfassung der Lichtbögen direkt an der Kapselung der gasisolierten Schaltanlage vor dem Schauglas angebracht ist.
Sensor oder Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogensensor direkt an die Kapselung angeschraubt ist.
Sensor oder Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit eine Fotodiode zur Umwandlung des Lichts in eine elektrische Spannung und einen Mikrocontroller zum Erfassen, Analysieren und Digitalisieren des Spannungssignals aufweist.
Sensor oder Sensoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Mikrocontroller digitalisierte Spannungssignal bei Erkennen eines Lichtbogens durch ein Bussystem über Kupferkabel an eine zentrale Erfassungseinheit gesendet wird und die Erfassungseinheit die eingehenden Störlichtbogensignale auf einem Gasschema der Anlage visualisiert.