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Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen sowie ein Verfahren zum Datenaustausch in der Schaltanlage, mit wenigstens zwei Schalteinheiten und wenigstens einer Datenerfassungseinheit.
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Schaltanlagen für Mittelspannungen sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von einem Kilovolt bis hin zu einer zweistelligen Kilovoltzahl, insbesondere 52 kV, und im Bereich von bis zu einigen Kilo-Ampere, insbesondere 15 kA Betriebsstrom. Schaltanlagen für Hochspannungen sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von bis zu einigen hundert Kilovolt, insbesondere 1200 kV, und im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere. Schaltanlagen sind z. B. Freiluftschaltanlagen und/oder Gas-Isolierte-Schaltanlagen, welche insbesondere Leistungsschalter, Trenner, Messwandler, und/oder Steuereinheiten sowie Datenübertragungseinheiten umfassen.
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In Schaltanlagen treten, z. B. bei Überbeanspruchung oder an geschwächten Isolationen, Durch- und/oder Überschläge auf. Diese führen z. B. zu Lichtbögen, welche zu Fehlfunktionen, dauerhaften Beschädigungen und/oder Zerstörungen sowie zu Ausfällen von einzelnen Einheiten und/oder der gesamten Schaltanlage sowie Elementen im Netz führen können. Schäden sind insbesondere von der Stromstärke und der Dauer der Lichtbögen abhängig. Daher ist die Einwirkzeit der Lichtbögen insbesondere durch rechtzeitiges Abschalten der betroffenen Einheiten bzw. Anlagenabschnitte zu begrenzen. Neben konventionellen Methoden zur Erkennung von Fehlerströmen, insbesondere Strom und/oder Spannungsmessungen, werden optische Erfassungssysteme, welche auf das vom Lichtbogen ausgesandte Licht reagieren, eingesetzt.
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An jedem zu überwachenden Anlagenbaustein, d. h. an jeder Schalteinheit, ist ein Lichtbogenerfassungssystemen mit einem Lichtaufnehmer installiert, welcher mittels eines eigenen Lichtwellenleiters mit einem eigenen Empfängereingang eines insbesondere mehrkanaligen Erfassungssystems, d. h. einer Datenerfassungseinheit, verbunden ist. Somit ist eine direkte Zuordnung einer Meldung, bzw. eines vom Lichtbogen erzeugten Signals, zum betroffenen Anlagenbaustein bzw. zur entsprechenden Schalteinheit möglich. Beim Auftreten insbesondere eines Störlichtbogens in einem Anlagenbaustein bzw. einer Schalteinheit, wird Licht des Lichtbogens zum Erfassungssystem geleitet, und vom Erfassungssystem bzw. der Datenerfassungseinheit wird das Ereignis an ein Control- und Protection-System gemeldet, welches entsprechende Schalthandlungen auslöst.
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Die Verbindung eines jeden Lichtaufnehmers über einen eigenen Lichtwellenleiter mit einem eigenen Empfängereingang eines insbesondere mehrkanaligen Erfassungssystems, d. h. einer Datenerfassungseinheit, ist aufwendig, komplex und kostenintensiv. Bei entsprechender Auslegung ist jeder Lichtwellenleiter mit einer eigenen Schutzeinrichtungen auszustatten, um die Gefahr von Personenschäden und/oder Überschlägen bei angelegter Spannung an den Schalteinheiten zu unterbinden bzw. zu minimieren. Damit verbunden sind weitere Kosten und Aufwand.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen und ein Verfahren zum Datenaustausch in einer Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Schaltanlage anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe eine Schaltanlage und ein Verfahren anzugeben, welche einfach und kostengünstig sind, und einen sicheren, dauerhaften, zerstörungsfreien Betrieb der Schaltanlage ermöglichen.
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Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Datenaustausch in einer Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Schaltanlage, gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Datenaustausch in einer Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Schaltanlage, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
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Eine erfindungsgemäße Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen umfasst wenigstens zwei Schalteinheiten und wenigstens eine Datenerfassungseinheit. Die wenigstens zwei Schalteinheiten sind mit der wenigstens einen Datenerfassungseinheit über einen Sammel-Lichtwellenleiter verbunden.
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Durch die Verwendung eines Sammel-Lichtwellenleiters für die Verbindung der wenigstens zwei Schalteinheiten mit der wenigstens einen Datenerfassungseinheit statt eines eigenen Lichtwellenleiters für jede Schalteinheit zur Verbindung jeweils mit der wenigstens einen Datenerfassungseinheit, wird der Aufbau der Schaltanlage einfacher, kostengünstiger und nur ein Lichtwellenleiter, d. h. der Sammel-Lichtwellenleiter ist insbesondere mit einer eigenen Schutzeinrichtung auszustatten.
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Die wenigstens zwei Schalteinheiten können jeweils mit einem Anschluss-Lichtwellenleiter verbunden sein. Die Anschluss-Lichtwellenleiter können mit dem Sammel-Lichtwellenleiter verbunden sein, insbesondere mittels eines Spleißes. Die wenigstens zwei Schalteinheiten können jeweils mit einem Anschluss-Lichtwellenleiter verbunden sein, welche mittels eines Spleißes mit dem Sammel-Lichtwellenleiter verbunden sein können, der mit der wenigstens einen Datenerfassungseinheit verbunden sein kann. Somit ist kostengünstig und einfach jede Schalteinheit mit der Datenerfassungseinheit über den Sammel-Lichtwellenleiter verbunden, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
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Genau ein Sammel-Lichtwellenleiter kann umfasst sein. Mit genau einem Sammel-Lichtwellenleiter ist der Aufbau der Schaltanlage besonders einfach und kostengünstig möglich. Nur eine Schutzeinrichtung ist z. B. notwendig, um die Gefahr von Personenschäden und/oder Überschlägen am Sammel-Lichtwellenleiter bei angelegter Spannung an den Schalteinheiten zu unterbinden bzw. zu minimieren.
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Alternativ kann genau ein Sammel-Lichtwellenleiter pro Phase umfasst sein, um jede Phase einzeln abzusichern und beim Auftreten eines Lichtbogens an einer Schalteinrichtung der Phase die Phase insbesondere komplett abschalten zu können.
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Die Lichtwellenleiter können ausgebildet sein, optische Signale, insbesondere Licht von Lichtbögen der wenigstens zwei Schalteinheiten zur wenigstens einen Datenerfassungseinheit zu übermitteln.
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Die wenigstens zwei Schalteinheiten können jeweils einen Lichtaufnehmer, insbesondere mit einem Anschluss-Lichtwellenleiter verbunden und/oder als Anschluss-Lichtwellenleiter ausgebildet, umfassen. Damit ist eine einfache und kostengünstige Erfassung von Lichtbögen an jeder Schalteinheit möglich. Insbesondere ein Anschluss-Lichtwellenleiter als Lichtaufnehmer spart weitere Einrichtungen, wie z. B. Photodioden, deren elektrische Signale für die Übermittlung über Lichtwellenleiter erst in optische Signale umzuwandeln sind, was mit zusätzlichem Aufwand und Kosten verbunden ist.
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Die wenigstens zwei Schalteinheiten können jeweils spezifische Einheiten zur Farbgebung, insbesondere Farbfilter, umfassen, insbesondere zur eindeutigen Zuordnung von Licht-Signalen einer Schalteinheit an der wenigstens einen Datenerfassungseinheit zu der jeweiligen Schalteinheit. Durch eine Farbgebung insbesondere über Farbfilter, welche kostengünstig und einfach im Aufbau sind, können trotz Übermittlung der Lichtsignale über einen gemeinsamen Sammel-Lichtwellenleiter, die Signale eindeutig einer Schalteinheit zugeordnet werden und diese Schalteinheit, bei Auftreten eines Lichtbogens in der jeweiligen Schalteinheit, gezielt insbesondere ausgeschaltet werden. Bestimmte Farben können auch Schalteinheiten eines Schalteinheits-Blocks zugeordnet werden, womit bei Auftreten eines Lichtbogens in wenigstens einer Schalteinheit des Schalteinheits-Blocks der gesamte Block gezielt insbesondere ausgeschaltet werden kann, wobei Schalteinheiten anderer Blöcke z. B. nicht ausgeschaltet werden.
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Die Lichtwellenleiter können ausgebildet sein, optische Steuer-Signale der wenigstens einen Datenerfassungseinheit zu den wenigstens zwei Schalteinheiten zu übermitteln. Die wenigstens eine Datenerfassungseinheit kann spezifische Einheiten zur Farbgebung, insbesondere Farbfilter, umfassen, und jede Schalteinheit kann jeweils eine Einheit zur Erfassung von Licht-Signalen einer spezifischen Farbe und/oder vorbestimmter Farben umfassen, insbesondere zur Steuerung der Schalteinheiten durch die Datenerfassungseinheit. Die Vorteile sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen für die Signalübermittlung von den Schalteinheiten zu der wenigstens einen Datenerfassungseinheit.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Datenaustausch in einer Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Schaltanlage, umfasst, dass wenigstens zwei Schalteinheiten mit wenigstens einer Datenerfassungseinheit über genau einen Sammel-Lichtwellenleiter verbunden werden.
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Die wenigstens zwei Schalteinheiten, insbesondere zwei Schalteinheiten einer Phase, können jeweils mit einem Anschluss-Lichtwellenleiter verbunden werden, welche mittels eines Spleißes mit dem Sammel-Lichtwellenleiter verbunden werden können, der mit der wenigstens einen Datenerfassungseinheit verbunden werden kann.
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Optische Steuer-Signale, insbesondere spezifisch durch Farbfilter für Schalteinheiten, der wenigstens einen Datenerfassungseinheit können zu den wenigstens zwei Schalteinheiten über die Lichtwellenleiter übermitteln werden, insbesondere zum spezifischen Schalten einzelner Schalteinheiten und/oder von Schalteinheits-Blöcken, insbesondere zum Ausschalten bei Lichtbögen.
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Über Lichtaufnehmer in jeder Schalteinheit, insbesondere mit Farbfiltern zur spezifischen Kennzeichnung einer Schalteinheit und/oder eines Schalteinheits-Blocks, können Licht-Signale, insbesondere von Lichtbögen in der Schalteinheit, mittels eines jeweiligen Anschluss-Lichtwellenleiters in einen Sammel-Lichtwellenleiter eingespeist werden, und der Sammel-Lichtwellenleiter kann die Licht-Signale an eine Datenerfassungseinheit übermitteln, welche über Farbkodierung die Lichtsignale einer Schalteinheit und/oder einem Schalteinheits-Blocks zuordnen kann, und/oder spezifisch abhängig der Licht-Signale Schalteinheiten und/oder Schalteinheits-Blöcke schalten kann, insbesondere abhängig vom Auftreten von Lichtbögen in Schalteinheiten.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Datenaustausch in einer Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Schaltanlage, gemäß Anspruch 12 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Schaltanlage für Mittel- und/oder Hochspannungen gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in der einzigen Figur dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei zeigt die
- Figur schematisch eine Skizze des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Schaltanlage 1 für Mittel- und/oder Hochspannungen, mit Schalteinheiten 2 und einer Datenerfassungseinheit 3, welche über einen Sammel-Lichtwellenleiter 4 verbunden sind.
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In 1 ist schematisch eine Skizze des Aufbauprinzips einer erfindungsgemäßen Schaltanlage 1 für Mittel- und/oder Hochspannungen gezeigt, mit drei Schalteinheiten 2 und einer Datenerfassungseinheit 3. Die Punkte ... deuten an, dass zwei, drei oder mehr Schalteinheiten 2 von der Schaltanlage 1 umfasst sein können. Die Schalteinheiten 2 sind über einen gemeinsamen Sammel-Lichtwellenleiter 4 mit der Datenerfassungseinheit 3 verbunden. Jede Schalteinheit 2 weist einen Lichtaufnehmer auf, welcher über einen Anschluss-Lichtwellenleiter 5 mit dem Sammel-Lichtwellenleiter 4 verbunden ist, z. B. gekoppelt durch einen Spleiß 6. Alternativ dient jeder Anschluss-Lichtwellenleiter 5 als Lichtaufnehmer und/oder umfasst einen Lichtaufnehmer, z. B. in Form einer Linse und/oder eines farbigen optischen Filters.
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Die Schalteinheiten 2 sind über genau einen Sammel-Lichtwellenleiter 4 mit der Datenerfassungseinheit 3 verbunden, da alle Anschluss-Lichtwellenleiter 5 zusammenlaufen am Sammel-Lichtwellenleiter 4 und z. B. über den Spleiß 6 mit dem Sammel-Lichtwellenleiter 4 gekoppelt sind. Licht bzw. optische Signale eines Lichtbogens insbesondere in oder an einer Schalteinheit 2 wird über den Lichtaufnehmer im jeweiligen Anschluss-Lichtwellenleiter 5 aufgenommen bzw. eingespeist, in diesem weitergeleitet und insbesondere über den Spleiß 6 in den Sammel-Lichtwellenleiter 4 eingespeist. Im Sammel-Lichtwellenleiter 4 wird das Licht bzw. optische Signal zur Datenerfassungseinheit 3 weitergeleitet und in der Datenerfassungseinheit 3 verarbeitet. Das verarbeitete Signal kann z. B. gespeichert werden, dargestellt werden an einer Ausgabeeinheit wie z. B. einer Alarmleuchte oder an einem Monitor, und/oder weitergeleitet werden z. B. an eine entfernte Schaltwarte, insbesondere per Funk, Mobil-Funk, Kabel, oder z. B. Interneteinrichtungen.
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Das verarbeitete Signal wird z. B. genutzt, um ein Steuersignal auszulösen, welches insbesondere über die Datenerfassungseinheit 3 in den Sammel-Lichtwellenleiter 4 eingespeist wird, und über den Sammel-Lichtwellenleiter 4, z. B. den Spleiß 6 und den Anschluss-Lichtwellenleitern 5 zu den Schalteinheiten 2 geleitet wird. Das Signal bewirkt z. B. ein Ausschalten einer Schalteinheit 2, einer bestimmten Zahl von Schalteinheiten 2 oder aller Schalteinheiten 2. Es können auch weitere Steuersignale und/oder Signale von Sensoren über den Sammel-Lichtwellenleiter 4, und insbesondere den Spleiß 6 und den Anschluss-Lichtwellenleitern 5 bzw. umgekehrt geleitet werden. Dadurch wird über den gemeinsamen Sammel-Lichtwellenleiter 4 eine Kommunikation insbesondere in beide Richtungen zwischen den Schalteinheiten 2 und der Datenerfassungseinheit 3 ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich können statt der einen Datenerfassungseinheit 3 auch mehrere Datenerfassungseinheiten 3 an den Sammel-Lichtwellenleiter 4 angeschlossen sein. Eine Datenerfassungseinheit 3 umfasst insbesondere weitere Datenspeicher-, Datenverarbeitungs- und/oder Datenübertragungs-Einheiten sowie z. B. wenigstens ein Control- und Protection-System
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Eine spezifische Zuordnung von Signalen zu einzelnen Schalteinheiten 2 oder zu Gruppen von Schalteinheiten 2, welche z. B. gleichzeitig geschaltet werden können, ist z. B. möglich durch Verwendung spezifischer Einheiten zur Farbgebung, insbesondere durch Farbfilter, welche der Einfachheit halber in der Figur nicht dargestellt sind. Verschiedene Schalteinheiten 2 oder Gruppen von Schalteinheiten 2 können Farbfilter aufweisen, welche optische Signale der Schalteinheiten 2 spezifisch einfärben. Die Datenerfassungseinheit 3 ist z. B. ausgebildet, spezifisch über die Farbe der eingehenden insbesondere Lichtsignale die Signale den Schalteinheiten 2 eindeutig zuzuordnen. Umgekehrt ist es möglich z. B. über eingefärbte Lichtsignale spezifisch einzelne Schalteinheiten 2 oder Gruppen von Schalteinheiten 2 anzusprechen, und diese z. B. gezielt zu schalten.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. die in der Figur gezeigten Merkmale pro elektrischer Phase in einer Schaltanlage 1 umfasst sein. Jede Phase weist einen Sammel-Lichtwellenleiter 4 auf, welcher die Schalteinheiten 2 der Phase mit einer Datenerfassungseinheit 3 insbesondere optisch verbindet. Es kann eine gemeinsame Datenerfassungseinheit 3 für alle Phasen oder eine Datenerfassungseinheit 3 pro Phase umfasst sein. Optische Signale können z. B. sichtbares Licht und/oder Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Lichts umfassen. Als Filter können Farbfilter unterschiedlicher Farben bzw. Wellenlängen verwendet werden, und/oder Polarisationsfilter können verwendet werden. Schalteinheiten 2 können Sensoren für z. B. Temperatur, Druck, Leitfähigkeit und/oder Partial Discharge umfassen, deren Daten über den Sammel-Lichtwellenleiter 4 zur Datenerfassungseinheit 3 der Schaltanlage 1 übermittelt werden. Schalteinheiten 2 umfassen z. B. Leistungsschalter, Trenner, und insbesondere zugehörige Einheiten wie z. B. Durchführungen, Messwandler, und/oder Antriebe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltanlage
- 2
- Schalteinheit
- 3
- Datenerfassungseinheit
- 4
- Sammel-Lichtwellenleiter
- 5
- Anschluss-Lichtwellenleiter
- 6
- Spleiß
