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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters, auch betrifft diese Erfindung einen Leistungsschalter mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters.
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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 Einschaltwiderstände nicht überwacht werden. Der Ausfall 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.
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Eine Diagnose zum Zustand der Hauptkontakte, und zur Überwachung von angebauten Steuerkondensatoren und Einschaltwiderständen ist heute nicht verfügbar. Lediglich während eines Wartungszeitraums mit Abschaltung der Anlage können von Hand Messungen an Schaltkammern und an angebauten Steuerkondensatoren und Einschaltwiderständen der Leistungsschalter durchgeführt werden.
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Eine frühzeitige Erkennung von sich entwickelnden Schäden sowie eine kontinuierliche Überwachung der Leistungsschalter sind daher nicht möglich. Die
EP 2 859 634 B1 beschreibt einen Leistungsschalter, der eine Erfassungsschaltung umfasst, die zur Erfassung eines Netzstroms konfiguriert ist. Die
US 10 079 619 B2 beschreibt eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung mit kabelloser Energieversorgung aus Stromnetzen. Die
EP 1 975 967 A1 beschreibt ein Schaltgerät insbesondere für Niederspannungen, mit einer Einrichtung zur drahtlosen Übertragung einer Gerätezustandsinformation. Die
US 2006 / 0 176 630 A1 beschreibt ein System zum kabellosen Monitoring von Leistungsschaltern.
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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 geschaffen wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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 aufgenommenen 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 Hilfsenergie, wobei der Stromwandler auf dem Hauptstrompfad des Leistungsschalters aufgebracht ist und zum Auskoppeln von elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Sensoreinheit ausgebildet ist. Der Messsensor ist mit einer Messleitung zur Messung einer Kontaktspannung an zumindest einem Hilfskontakt des Leistungsschalters anbringbar.
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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.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoreinheit zumindest einen Spannungsmesser. Insbesondere kann die Verwendung eines hochimpedanten Spannungsmessers vorgesehen sein.
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Der Messsensor umfasst z. B. zumindest einen Hilfskontakt mit einer Messleitung zur Messung einer Kontaktspannung, wobei der Hilfskontakt über einen Messkreis, mit dem zumindest einen Hauptkontakt des Leistungsschalters und der Sensoreinheit verbindbar ist, wobei der Messkreis über den Hauptstrompfad des Leistungsschalters geschlossen sein kann.
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Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Temperatursensor umfasst, wobei der Temperatursensor in der Messleitung des Hilfskontakts zur Sensoreinheit angeordnet ist, die Sensoreinheit zumindest eine Stromquelle umfasst, wobei die Stromquelle derart eingerichtet ist, in den Messkreis zugeschaltet zu werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 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.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Leistungsschalter mit einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen wie zuvor beschrieben.
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Auch betrifft 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 aufgenommenen Messdaten mittels der Steuereinheit,
- - drahtlose Übertragung von Informationen basierend auf den Messdaten mittels der Übertragungseinheit.
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Der Schritt des Erfassens von Messdaten mittels eines Messsensors der Sensoreinheit umfasst die folgenden zusätzlichen Schritte:
- - Bereitstellen eines Hilfskontakts mit einer Messleitung als Messsensor zur Messung einer Kontaktspannung,
- - Erfassen einer Kontaktübergangsspannung mittels des Hilfskontakts,
- - Berechnen eines Widerstands am Kontaktübergang mittels eines Stroms des Leistungsschalters in der Steuereinheit.
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Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Temperatursensors, wobei der Temperatursensor in der Messleitung des Hilfskontakts zur Sensoreinheit angeordnet ist,
- - Bereitstellen einer Stromquelle in der Sensoreinheit,
- - Zuschalten der Stromquelle in den Messkreis des Hilfskontakts,
- - Erfassen eines Widerstands des Temperatursensors und Berechnen einer Temperatur mittels der Steuereinheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 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.
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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 Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 eine grafische Darstellung eines Leistungsschalters mit einem Hilfskontakt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine grafische Darstellung eines Leistungsschalters mit einem Hilfskontakt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 einen Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters mit einem Hilfskontakt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters mit einem Stromwandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters mit einem weiteren Stromwandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 6 einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen eines Leistungsschalters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 eine grafische Darstellung eines Leistungsschalters 1 mit einem Hilfskontakt 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der in 1 gezeigte Leistungsschalter 1 besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Kontaktsystemen, welche mit einem zeitlichen Versatz öffnen bzw. schließen. Das innere Kontaktsystem wird als Lichtbogenkontaktsystem und das äußere als Nennstromkontaktsystem bezeichnet. Das Lichtbogenkontaktsystem öffnet 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 Heizzylinder 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.
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Eine Gruppe von Kontaktlamellen 3 ist durch einen Isolierkörper 5 und einen Hilfskontakt 4, welcher den verbleibenden Kontaktlamellen 3 in der Kontaktgabe nacheilt, ersetzt. Von diesem Hilfskontakt 4 führt eine Messleitung 6 isoliert am Sockel entlang zum Ende der Schaltkammer. Am Ende der Schaltkammer wird die Messleitung 6 mittels einer Niederspannungsdurchführung nach außen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 des Leistungsschalters 1 geführt.
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Im geschlossenen Zustand des Leistungsschalters 1 kann zwischen diesem Hilfskontakt 4 und dem Anschluss auf der antriebsfernen Seite, ein durch den Betriebsstrom hervorgerufenen Spannungsfall, gemessen werden. Der in 1 gezeigte Hilfskontakt 4 ist leicht zurückgesetzt, d.h. mit Laufzeitverzögerung zu den Hauptkontaktlamelle 3, und isoliert zum Trägerkörper installiert.
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Die 2 zeigt eine grafische Darstellung des Leistungsschalters 1 gemäß 1 mit einem Hilfskontakt 4 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die um den Umfang verteilten Hauptkontaktlamellen 3 haben Leerräume für eine thermische Ausdehnung. In solch einen Leerraum ist ein Hilfskontakt 4 für Messungen beispielsweise einer Kontaktspannung integriert.
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Die Figur zeigt 3 einen Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 eines Leistungsschalters 1 mit einem Hilfskontakt 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der in 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 Spannungsdifferenzen. Lediglich die oben beschriebenen Lichtbogenkontakte und Hauptkontakte werden verfahren. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann, die in 3 gezeigte Sensoreinheit 12, beispielsweise einen Spannungsmesser 16 aufweisen. Mittels des Spannungsmessers 16 kann eine Kontaktübergangsspannung mittels des Hilfskontakts 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.
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In einem Ausführungsbeispiel 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 hochimpedanten 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 3 gezeigten Schalter 18 erfolgen. Ist der Schalter 18 geöffnet, kann eine Messung der reinen Kontaktübergangsspannung mittels der Hilfskontakts 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.
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Weiter ist in 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 Hilfsenergie vorgesehen. Der Stromwandler 9 wird dabei auf dem Hauptstrompfad 7 des Leistungsschalters 1 aufgebracht und ist zum Auskoppeln von elektrischer Energie für den bestimmungsgemä-ßen Betrieb der Sensoreinheit 12 ausgebildet. Auch kann hierdurch der Energiespeicher 22 der Sensoreinheit 12 aufgeladen werden.
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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 aufgenommenen Messdaten oder Informationendient.
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In 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.
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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 mittels der Übertragungseinheit 14 auch über eine drahtlose Kommunikationsverbindung erfolgen. Hierdurch kann die Vorrichtung auch autark betrieben werden, wodurch komplizierte Verkabelungen entfallen. Die Sensoreinheit 12 mit der Steuereinheit 15 und der Übertragungseinheit 14 können insbesondere eine gemeinsame Einheit bilden, die leicht installiert werden kann.
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Bei Einkammerschaltern und Trennern kann die Sensoreinheit 12 beispielsweise am feststehenden Ende der Kontakte installiert werden.
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Bei Doppelkammerschaltern kann es vorgesehen sein, dass je eine Sensoreinheit 12 auf der feststehenden Kontaktseite (am antriebsfernen Anschlussflansch) 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 Istzustands des Leistungsschalters 1 unabhängig vom Schaltzustand gesendet werden. Zu jeder Zustandsänderung, beispielsweise ein Ein- oder Ausschalten des Leistungsschalters 1, kann ein Datensatz angelegt werden. Dadurch können verschiedene Datensätze miteinander verglichen werden und der Istzustand des Leistungsschalters 1 überwacht werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Sensoreinheit 12 über einen Triggereingang mittels eines aus der Beschleunigung oder einer Spannung aufbereiteten Triggersignals getriggert werden.
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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.
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Die 4 zeigt einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 eines Leistungsschalters 1 mit einem Stromwandler 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der in 4 gezeigte Schaltkreis kann insbesondere zur Überwachung von Einschaltwiderständen 10 des Leistungsschalters 1 verwendet werden. In 4 ist ganz schematisch der Leistungsschalter 1 als geöffneter 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.
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Ist der Leistungsschalter 1 geschlossen und wird er von einem Betriebsstrom durchflossen, kann der Wirkwiderstand des Einschaltwiderstands 10 im Normalbetrieb mittels eines zweiten Stromwandlers 13 der als Messsensor 4, 13, 20 dient gemessen werden. Der zweite Stromwandler 13, der beispielsweise auf einer Befestigungslasche des Einschaltwiderstands 10 aufgesteckt ist, ist dabei derart eingerichtet, einen Messstrom in den Einschaltwiderstand 10 mittels des zweiten Stromwandlers 13 einzuprägen. Beispielsweise kann dies mit der 16-fachen Grundfrequenz des Netzes, abseits von üblichen Harmonischen im Netz, erfolgen. Es wird dabei der Spannungsfall 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.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können beispielsweise auch HGÜ Einschaltwiderstände überwacht werden. Einschaltwiderstände 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.
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Die in 4 gezeigte Vorrichtung umfasst ebenfalls eine Sensoreinheit 12 und einen Stromwandler 9 zur Gewinnung einer Hilfsenergie 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.
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Auch kann mittels des zuvor beschriebenen Messverfahrens zur Messung des Kontaktübergangswiderstands oder eines Leckstroms eine nicht geöffnete Schaltkammer eines (offenen) Doppelkammerschalters erkannt werden. Hierdurch kann beispielsweise auch eine fehlerhafte Schaltkammer erkannt werden.
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Die zuvor beschriebene Vorrichtung 8 kann in einem Ausführungsbeispiel auch zur Lichtbogenbrenndauer-Überwachung und zur Kontaktpreller-Überwachung eingesetzte werden. Die hohen Frequenzen, die im Lichtbogen enthalten sind, werden beim Öffnen 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.
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Eine weitere Überwachungsfunktion, 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 Anschlussflansch ein Metallring auf der Innenseite des Überwurf-Isolators angebracht wird. Dieser Metallring ist eingepresst, so dass er sich nach außen an die Isolatorinnenwand presst und überall gut kontaktiert. Bei beschichteten Isolatorinnenseiten ist der Kontaktstreifen aus leitfähigem Lack gut an die Beschichtung kontaktiert. Bei einem offen 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 Anschlussflansch nach außen gebracht werden muss.
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Die für eine oder mehrere Überwachungsfunktionen gleichzeitig verwendete Sensoreinheit 12 stellt ein kostengünstiges und effizientes Werkzeug zur Überwachung zahlreicher Betriebseigenschaften eines Leistungsschalters 1 dar.
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Der in 5 gezeigte Schaltkreis entspricht im Wesentlichen des in 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.
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Des Weiteren verfügt der in 5 gezeigte Schaltkreis über einen dritten Stromwandler 20, wobei der dritte Stromwandler 20 derart eingerichtet ist, einen Messstrom in den Steuerkondensator 11 einzuprägen.
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Ist der Leistungsschalter 1 geöffnet, wird der Strom, der bei geöffnetem 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.
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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 Steuerkondensator 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 Spannungsfall 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 20, der Spannungsfall auf der Stromschiene gemessen werden. Ein gegebenenfalls am Leistungsschalter 1 parallel angebrachter Einschaltwiderstand 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.
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Die 6 zeigt einen weiteren Schaltkreis einer Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Informationen 8 eines Leistungsschalters 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel 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 Spannungsfall auf der Stromschiene gemessen werden. Die Abgriffe an der Zuleitung zum Einschaltwiderstand 10 greifen 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.
