DE10232823A1

DE10232823A1 - Gas density monitor for a gas insulated electrical installation comprises a vibrating quartz sensor that generates a density dependent frequency output signal that is stored in memory so that serial measurements can be analyzed

Info

Publication number: DE10232823A1
Application number: DE10232823A
Authority: DE
Inventors: Juergen Beuting; Eugen Klopfer; Wolfgang Urban
Original assignee: Hydrotechnik GmbH; RWE Net AG
Current assignee: Hydrotechnik GmbH; RWE Energie AG
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: DE10232823B4

Abstract

Density monitor (10) for monitoring the density of gas in a gas-insulated high or middle-voltage installations or units. The sensor comprises a vibrating quartz that is placed in the gas and that generates a measurement frequency value that is proportional to gas density. The frequency signal is connected to the input of an evaluation unit (20) that has a memory (24) in which a conversion function is stored for evaluation of time series values for the gas density.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtewächter zur Überwachung der Dichte des in gasisolierten Hoch- oder Mittelspannungsanlagen oder -geräte, zum Beispiel Hochspannungsschaltanlagen, -wandlern, -rohrleitern, Schaltgeräte und Transformatoren, als Isolator befindlichen Gases, zum Beispiel SF6, mit einem elektronischen Dichtesensor als Messwertgeber, der einen im Gas angeordneten Mess-Schwingquarz aufweist und als Messwert ein zur Dichte des Gases proportionales Frequenzsignal liefert, wobei das Frequenzsignal einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt wird. The invention relates to a density monitor for monitoring the Density of in gas-insulated high or medium voltage systems or devices, for example high-voltage switchgear, -converters, -pipes, switchgear and transformers, as Gas located isolator, for example SF6, with a electronic density sensor as a transmitter, which one in Gas arranged quartz crystal and as a measured value a frequency signal proportional to the density of the gas provides, the frequency signal of an electronic Evaluation unit is supplied.

Ein Dichtesensor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 40 04 969 A1 bekannt. Diese Sensoren beruhen auf der dichteabhängigen Frequenzverschiebung der mechanischen Resonanz eines Schwingquarzes, der in dem Gas, dessen Dichte zu bestimmen ist, angeordnet ist. Insbesondere gelangt dieser Dichtesensor bei Leistungsschaltern, Wandlern, Rohrleitern von Hochspannungsanlagen in Kraftwerken, Umspannstationen, Verteilerstationen zur Anwendung, die vorwiegend mit SF₆-Gas gefüllt sind, welches als elektrischer, Isolator dient und insbesondere bei Leistungsschaltern auch die Aufgabe hat, elektrische Lichtbögen zu löschen. A density sensor of the type mentioned is known for example from DE 40 04 969 A1. These sensors are based on the density-dependent frequency shift of the mechanical resonance of a quartz crystal which is arranged in the gas whose density is to be determined. In particular, this density sensor is used in circuit breakers, converters, pipelines of high-voltage systems in power plants, transformer stations, distribution stations, which are mainly filled with SF ₆ gas, which serves as an electrical insulator and, in particular for circuit breakers, also has the task of extinguishing electrical arcs ,

Aus der DE 199 01 119 A1 ist ein Überwachungssystem für gasisolierte Hochspannungsschalteranlagen bekannt, bei dem im Überstrombereich für unterschiedliche Stromwerte ebenfalls unterschiedliche maximal zulässige Gastemperatur-Grenzwerte vorgegeben werden. Eine Überwachungseinrichtung vergleicht den aktuellen Gastemperatur-Istwert mit dem für den aktuellen Stromwert maximal zulässigen Gastemperatur-Grenzwert. Ein Abschaltbefehl wird gegeben, wenn der Gastemperatur-Istwert den Gastemperatur-Grenzwert erreicht bzw. überschreitet. DE 199 01 119 A1 describes a monitoring system for known gas-insulated high-voltage switchgear, in which Overcurrent range for different current values as well different maximum permissible gas temperature limit values be specified. A monitoring device compares that Current gas temperature actual value with that for the current one Current value maximum permissible gas temperature limit. On Switch-off command is given when the gas temperature actual value reached or exceeded the gas temperature limit.

Allgemein besteht bei diesen gasisolierten Hochspannungsanlagen das Problem, dass ein Großteil der Anlagen eine über viele Jahre konstante oder annähernd konstante Leckrate besitzt. In einigen Fällen kann es auch zu einem sprunghaften Anstieg der Leckrate kommen. In beiden Fällen unterschreitet die Dichte des Isolationsgases letztendlich einen ersten oberen Schwellwert. Bei diesem Schwellwert handelt es sich um einen sogenannten Warnschwellwert, bei dessen Erreichen eine Steuerfunktion, z. B. eine Funktionssperre des Gerätes, noch nicht ausgelöst wird. Dieser Warnschwellwert ist derart eingestellt bzw. gewählt, dass die Hochspannungsanlage noch vollständig funktionsfähig ist, wenn die Dichte des Schutzgases diesen Warnschwellwert erreicht. Generally there is gas insulation in these High voltage equipment the problem that much of the Investments a constant or approximately over many years has a constant leak rate. In some cases, too a sudden increase in the leak rate. In both Cases falls below the density of the insulation gas ultimately a first upper threshold. With this Threshold is a so-called Warning threshold, when reached a control function, z. B. a function lock of the device has not yet been triggered becomes. This warning threshold is set or chosen that the high voltage system is still complete is functional if the density of the protective gas is this Warning threshold reached.

Bei dem nächst niedrigeren Schwellwert handelt es sich um einen sogenannten Störschwellwert. Erreicht die Dichte des Schutzgases der Hochspannungsanlage diesen Störschwellwert, wird die Hochspannungsanlage beziehungsweise der Leistungsschalter, Transformator, Messwandler und dergleichen im allgemeinen außer Betrieb gesetzt, bzw. eine Funktionssperre des betreffenden Gerätes ausgelöst. Beispielsweise kann ein Hochspannungsleistungsschalter Ein- oder Ausschaltbefehle nicht mehr ausführen, wenn die aktuelle Dichte des Schutzgases diesen Störschwellwert unterschreitet. Bei derartigen Betriebssituationen ist beispielsweise die Schutzfunktion eines Leistungsschalters für das betreffende Teil des Netzes oder des zu schützenden Gerätes nicht mehr gegeben, Gegebenfalls müssen dann ganze Anlagenteile bzw. Hochspannungsanlagen abgeschaltet werden, um das Anlagenteil, bei dem die Gasdichte den Störschwellwert unterschritten hat, vom Hochspannungsnetz zu trennen. The next lower threshold is a so-called interference threshold. Reaches the density of the Shielding gas of the high-voltage system this interference threshold, the high-voltage system or the Circuit breakers, transformers, instrument transformers and the like generally decommissioned, or a Function lock of the device concerned triggered. For example, a high-voltage circuit breaker can or no longer execute switch-off commands if the current one Density of the protective gas falls below this interference threshold. In such operating situations, for example Protective function of a circuit breaker for that No longer part of the network or the device to be protected given, entire system parts or High-voltage systems are switched off to the plant part, at which the gas density has fallen below the interference threshold, disconnect from the high-voltage network.

Da ein Absinken der Dichte des Schutzgases unter den Störschwellwert des jeweiligen Hochspannungsanlagenteils wegen der damit einhergehenden Funktionsunfähigkeit dieses Hochspannungsanlagenteils auf jeden Fall vermieden werden soll, wird in der Regel bereits dann, wenn die Gasdichte den Warnschwellwert unterschritten hat, das Hochspannungsanlagenteil umgehend aus dem Netz genommen. Dies deshalb, weil die Leckrate nicht bekannt und die Situation hinsichtlich ihrer weiteren Entwicklung nur schwer zu beurteilen und der Handlungsbedarf nur schwierig einstufbar ist. Es muß dann eine Ursachenforschung und insbesondere Wiederherstellung der gewünschten Dichte des Schutzgases durchgeführt werden. Diese Maßnahmen sind jedoch mit großem technischen Aufwand verbunden und können wegen der für die Untersuchung erforderlichen Abschaltung auch zu vorübergehenden Stromausfällen beim Kunden führen, obwohl in der großen Mehrzahl der Fälle, in denen die Gasdichte des Schutzgases zunächst nur den Warnschwellwert unterschritten hat, eine umgehende Überprüfung, Ursachenforschung und Wartung nicht erforderlich ist, sondern erst in einigen Tagen oder Wochen durchzuführen ist, wenn beispielsweise ohnehin erforderliche Routine- oder Standardwartungen durchgeführt werden. Since a decrease in the density of the protective gas below the Interference threshold of the respective high-voltage system part because of the associated inoperability of this High voltage system part to be avoided in any case should, as a rule, already when the gas density Has fallen below the warning threshold, the High-voltage system part immediately removed from the network. This this is because the leak rate is unknown and the situation difficult to develop further assess and the need for action is difficult to classify is. Then there must be a research into the causes and in particular Restoration of the desired density of the protective gas be performed. However, these measures are great technical effort and can because of the Investigation required shutdown too cause temporary blackouts at the customer, although in the vast majority of cases where the gas density of the Inert gas only fell below the warning threshold initially has an immediate review, root cause investigation and maintenance is not necessary, but only in a few days or Weeks if, for example, anyway required routine or standard maintenance become.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dichtewächter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine verbesserte Prognose des Eintretens des Störfalles und eine verbesserte Analyse der Störursachen ermöglicht ist. The invention is therefore based on the object Density monitor of the type mentioned above educate that improved forecast of occurrence of the accident and an improved analysis of the causes of the fault is possible.

Diese Aufgabe wird bei dem Dichtewächter mit den eingangs genannten Merkmalen im wesentlichen dadurch gelöst, dass die Auswerteeinheit einen Speicher aufweist, in dem, ggf. einer Umrechnungsfunktion unterworfene, Messwerte der Dichte des Gases zeitlich aufeinander folgender Messwerterfassungen zusammen mit dem Zeitpunkt der jeweiligen Messung als Daten abgelegt werden. This task is carried out with the density monitor with the input mentioned features essentially solved in that the Evaluation unit has a memory in which, if necessary, one Conversion function, measured values of the density of the Gases chronologically successive measurements together with the time of the respective measurement as data be filed.

Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, nicht nur einen Momentanwert der aktuellen Gasdichte des Schutzgases der Hochspannungsanlage zu erfassen und mit Schwellwerten zu vergleichen, sondern es besteht die Möglichkeit, die zeitliche Entwicklung der Dichtewerte des Schutzgases über einen definierbaren Zeitraum zu beurteilen, da die Dichtewerte einschließlich der Messzeitpunkte in einem Speicher abgelegt sind. So kann beispielsweise dann, wenn die Gasdichte den Warnschwellwert unterschritten hat, der zeitliche Verlauf der Gasdichte über einen längeren, in der Vergangenheit liegenden Messzeitraum analysiert werden. Sofern dabei festgestellt wird, dass es sich um eine lineare oder stetige bzw. langsam veränderliche Reduzierung der Gasdichte handelt, kann der Zeitpunkt der voraussichtlichen Unterschreitung des Störschwellwertes prognostiziert werden, so dass die erforderliche Wartung bzw. Außerbetriebsetzung der Hochspannungsanlage beispielsweise dann durchgeführt werden kann, wenn ein Blockstillstand eines Kraftwerks oder Kraftwerkteils oder eines Anlagenteils ohnehin geplant ist. Durch die Erfindung ist es möglich, die Leckrate abhängig vom Betriebszustand der Schaltstellung (Belastung) zu erkennen und damit Prognosen für einen weiteren Betrieb der Anlage beziehungsweise des Gerätes zu stellen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Dichtewächters ist seine universelle Einsetzbarkeit in allen SF₆-Anlagen, Schaltgeräten, Transformatoren, Rohrleitung und Wandlern, und zwar unabhängig von dem jeweiligen Einbauort und der jeweiligen Einbaulage und der Verzicht auf die direkte oder indirekte Temperaturmessung des zu überwachenden Gases. As a result of this measure, it is not only possible to record an instantaneous value of the current gas density of the protective gas of the high-voltage system and to compare it with threshold values, but it is also possible to assess the development over time of the density values of the protective gas over a definable period, since the density values include the measurement times are stored in a memory. For example, if the gas density has fallen below the warning threshold value, the course of the gas density over time can be analyzed over a longer measurement period in the past. If it is determined that there is a linear or steady or slowly changing reduction in the gas density, the point in time at which the interference threshold value is likely to be undershot can be predicted, so that the required maintenance or decommissioning of the high-voltage system can be carried out, for example, when a block stoppage of a power plant or power plant part or a plant part is planned anyway. The invention makes it possible to detect the leak rate depending on the operating state of the switch position (load) and thus to make forecasts for further operation of the system or the device. Another advantage of the density monitor according to the invention is its universal applicability in all SF ₆ systems, switching devices, transformers, piping and transducers, regardless of the respective installation location and the respective installation position and the absence of direct or indirect temperature measurement of the gas to be monitored.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit einen, bevorzugt mehrere, insbesondere drei, frei programmierbare Sollwertgeber aufweist, wobei die Messwerte mit den Sollwerten verglichen werden und bei unzulässigen Abweichungen ein oder mehrere unterschiedliche Alarmstufen, insbesondere über Relais oder Anzeigevorrichtungen, aktiviert werden. So kann beispielsweise bei nur geringen Abweichungen von dem Sollwert der Gasdichte ein optisches Display bzw. eine blinkende Messwertanzeige aktiviert werden. Wird der Warnschwellwert erreicht, kann ein erstes Relais aktiviert werden, welches beispielsweise einen Alarm in einer Überwachungszentrale auslöst. Bei Unterschreiten des Störschwellwertes kann ein weiteres Relais aktiviert werden, welches einerseits die betroffene Hochspannungsanlage, beispielsweise hinsichtlich Schaltvorgängen deaktiviert und andererseits einen Warnalarm bei einer Kontrollstelle auslöst. According to a first advantageous embodiment of the invention it is provided that the evaluation unit prefers one several, in particular three, freely programmable setpoint transmitters has, the measured values compared with the target values and one or more in the event of impermissible deviations different alarm levels, especially via relays or Indicators to be activated. For example with only slight deviations from the target value of the gas density an optical display or a flashing measured value display to be activated. If the warning threshold is reached, a first relay can be activated, which, for example, a An alarm is triggered in a monitoring center. at Another relay can drop below the interference threshold be activated, which on the one hand the affected High-voltage system, for example with regard to Switching operations deactivated and on the other hand a warning alarm triggers at a control point.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Sollwertgeber auf einen Warnschwellwert und ein zweiter und dritter Sollwertgeber auf einen Störschwellwert eingestellt beziehungsweise der dritte Störschwellwert auf ein Überschreiten der maximalen Dichte des Gases eingestellt. Die letzte Variante, mit Einstellen des dritten Störschwellwertes auf Überschreiten einer maximalen Gasdichte, kann sich insbesondere bei der Überwachung von Lichtbogeneinwirkungen, wie beispielsweise Blitzeinwirkungen, in Gasräumen einstellen. According to a further embodiment of the invention, there is a first Setpoint transmitter to a warning threshold and a second and third setpoint generator set to a fault threshold or the third interference threshold on Set the maximum density of the gas. The last variant, with setting the third interference threshold a maximum gas density may be exceeded especially when monitoring arcing effects, such as lightning strikes in gas spaces.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Messwerte des Dichtesensors mittels einer Umrechnungsfunktion bzw. Umrechnungstabelle numerisch in Dichtewerte umgerechnet und ggf. mit einer Anzeigevorrichtung der Auswerteeinheit zur Anzeige gebracht. Die Möglichkeit der Anzeige ist ein weiterer Vorteil gegenüber den meisten Dichtewächtern nach dem Stand der Technik. Der Dichtesensor arbeitet nach dem Prinzip bevorzugt zweier Schwingquarze, wobei ein Messschwingquarz dem Gas, dessen Dichte gemessen werden soll, ausgesetzt ist und der andere Referenzschwingquarz bevorzugt im Vakuum angeordnet ist, sich jedoch auf dem gleichen Temperaturniveau wie der Messschwingquarz befindet und zur Kompensation von Temperaturdriften der Schwingfrequenz des Messschwingquarzes dient. Basis dieses Meßprinzipes ist es, dass bei dem Umlagern des Messschwingquarzes mit beispielsweise SF₆-Molekülen höherer Dichte der Messschwingquarz bei gleicher zugeführter Energie mit einer höheren Frequenz schwingt als der Referenzschwingquarz, der dem Vakuum ausgesetzt ist. Letztendlich wird der Frequenzunterschied zwischen dem Messschwingquarz und dem Referenzschwingquarz ausgewertet, der ein Maß für die Dichte des Messgases, beispielsweise SF₆, ist. Der Zusammenhang zwischen Änderungen der Ausgangsfrequenz des Dichtesensors und der Dichte ist nicht linear, kann jedoch mittels einer Umrechnungsfunktion bzw. Umrechnungstabelle, die ggf. spezifisch vom speziell verwendeten Dichtesensor abhängen kann, linearisiert werden. According to another advantageous embodiment of the invention, the measured values of the density sensor are numerically converted into density values by means of a conversion function or conversion table and, if necessary, displayed with a display device of the evaluation unit. The ability to display is another advantage over most of the prior art density monitors. The density sensor works on the principle of preferably two quartz crystals, one quartz crystal being exposed to the gas whose density is to be measured and the other quartz crystal is preferably arranged in a vacuum, but is at the same temperature level as the quartz crystal and to compensate for temperature drifts Vibration frequency of the measuring oscillating quartz serves. The basis of this measuring principle is that when the quartz crystal is rearranged with, for example, SF ₆ molecules of higher density, the quartz crystal vibrates at a higher frequency than the reference quartz crystal, which is exposed to the vacuum. Ultimately, the frequency difference between the measuring crystal and the reference crystal is evaluated, which is a measure of the density of the measuring gas, for example SF ₆ . The relationship between changes in the output frequency of the density sensor and the density is not linear, but can be linearized by means of a conversion function or conversion table, which may depend on the specific density sensor used.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, dass die Messwerte mittels einer Umrechnungsfunktion numerisch in vorzugsweise normierte Druckwerte umgerechnet werden. Hierdurch ist es möglich, dass die aktuell gemessene Dichte verglichen werden kann mit der Angabe auf dem jeweiligen Leistungsschild des Gasraumes. Als Referenzwert für die Temperatur empfiehlt sich dabei 20°, wie dies üblicherweise auf den Geräten zu finden ist. According to the invention it is also possible that the measured values using a conversion function numerically to preferably standardized pressure values can be converted. This is it possible that the currently measured density can be compared can with the information on the respective rating plate of the Gas space. It is recommended as a reference value for the temperature thereby 20 °, as can usually be found on the devices is.

Von besonderem Vorteil sind in dem Speicher als Wertepaare Messwerte des Dichtesensors bzw. aus diesen Messwerten mittels der Umrechnungsfunktion ermittelte Dichtewerte sowie der Zeitpunkt der jeweiligen Messwerterfassung abgelegt. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, dass der zeitliche Verlauf der Messwerte bzw. Dichtewerte über einen in der Vergangenheit liegenden, insbesondere längeren Zeitraum rückblickend analysiert werden kann. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob es sich bei den zurückliegenden Dichteänderungen des Schutzgases um einen stetigen, zeitlich kontinuierlich verlaufenden Vorgang handelt oder ob die Dichteänderung in zeitlich raschen, abrupten oder diskontinuierlichen Sprüngen erfolgt. Diese Analyse des zeitlichen Verlaufs der Dichteänderung des Schutzgases in der Vergangenheit bestimmt dann beispielsweise die Art bzw. den Zeitpunkt der einzuleitenden Aktionen, sobald die Gasdichte beispielsweise den Warnschwellwert unterschritten hat. The value pairs in the memory are particularly advantageous Measured values of the density sensor or from these measured values by means of the conversion function determined density values and the Time of the respective measured value acquisition filed. This Measure has the advantage that the time course of the Measured values or density values about one in the past looking back, especially a longer period can be analyzed. For example, it can be determined whether there are past changes in density of the protective gas by a steady, continuous in time ongoing process or whether the density change in rapid, abrupt or discontinuous jumps he follows. This analysis of the time course of the Density change of the protective gas determined in the past then for example the type or the time of the actions to be initiated as soon as the gas density, for example has fallen below the warning threshold.

Von Vorteil bietet es sich nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an, dass der Speicher als Ringspeicher oder Schieberegister ausgebildet ist und die abgelegten Daten nach einer Messzeitspanne, die eine Mehrzahl von Messwerterfassungen umfasst, durch neue Daten überschrieben werden. Dieser Maßnahme liegt die Überlegung zugrunde, dass dann, wenn die aktuell erfasste Gasdichte beispielsweise den Warnschwellwert unterschreitet, es für die einzuleitenden Handlungen und deren Zeitpunkt nicht erforderlich ist, den zeitlichen Verlauf der Gasdichte über den gesamten Zeitraum der in der Vergangenheit liegenden Messungen zu analysieren, sondern lediglich in einem Zeitraum, der im Bereich von Tagen bis Wochen vor dem Unterschreiten des Warnschwellwertes liegt. Another advantage is advantageous Embodiment of the invention that the memory as Ring memory or shift register is formed and the filed data after a measurement period that a majority of measured value acquisitions, through new data be overwritten. This measure is considered based on that when the currently recorded gas density for example, falls below the warning threshold for the actions to be initiated and their timing not is required, the course of the gas density over time the entire period of the past Analyze measurements, but only in a period of time, which ranges from days to weeks before falling below the Warning threshold.

Bevorzugt findet die Messwertspeicherung der Gasdichte in Minuten- oder Stunden-Abständen, beispielsweise alle 15 bis 45 Minuten oder halbstündig statt und ist von Vorteil, beispielsweise anlagenspezifisch zeitlich einstellbar. The measurement value storage of the gas density preferably takes place in Minute or hour intervals, for example every 15 to 45 Minutes or half an hour and is beneficial For example, time-specific can be set for the specific system.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die im Speicher abgelegten Messewerte oder Dichtewerte sowie die Messzeitpunkte eine zurückliegende Messzeitspanne von mehreren Tagen bis Monaten, beispielsweise von einer Woche bis einem Monat oder von zwei Wochen abdecken, wobei diese Messzeitspanne bevorzugt wiederum anlagenspezifisch einstellbar sein sollte. So können beispielsweise die Messzeitspanne wie auch der Abstand der Messwerterfassung bei Anlagenteilen, die erfahrungsgemäß wenig störanfällig hinsichtlich Änderungen der Leckrate sind, eher groß gewählt werden, während bei anderen Anlagenteilen, die aufgrund großer Beanspruchung größere Schwankungen der Leckrate aufweisen, diese Intervalle bzw. Messabstände eher kürzer eingestellt sind. According to another advantageous embodiment of the invention it is provided that the measurement values stored in the memory or density values and the measurement times a past Measuring time spans from several days to months, for example cover from one week to one month or from two weeks, this measurement period is again preferred should be system-specific adjustable. So can for example the measurement period as well as the distance between the Measured value acquisition for system parts, which experience has shown to be little are prone to failure with regard to changes in the leak rate be chosen large, while in other parts of the plant, the larger fluctuations due to high stress Leak rate, these intervals or measuring distances rather are set shorter.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass mittels der Auswerteeinheit der erfasste und gespeicherte zeitliche Verlauf der Messwerte bzw. der Gasdichte einer Trendanalyse unterworfen wird. Hierzu können bevorzugt nachgeschaltete Integrationsfunktionen oder Differentialfunktionen vorgesehen sein, mit denen interessierende Aspekte der zeitlichen Änderung der Gasdichte der Hochspannungsanlage herausgefiltert werden können. According to a particularly advantageous embodiment of the invention it is provided that by means of the evaluation unit recorded and saved temporal course of the measured values or the gas density is subjected to a trend analysis. For this can preferably downstream integration functions or Differential functions are provided with which interesting aspects of the change in gas density over time the high-voltage system can be filtered out.

Von Vorteil können bei einer Trendanalyse auch individuelle Betriebsparameter der Hochspannungsanlage, insbesondere beispielsweise der Schaltzustand einer Hochspannungsschaltanlage, mit einbezogen werden. Beispielsweise ist ein Hochspannungsleistungsschalter mit verschiedenartigen Dichtungen ausgerüstet, wobei zwischen statischen und dynamischen Dichtungen zu unterscheiden ist. Hinsichtlich der Fehlererkennung bei einer solchen Hochspannungsschaltanlage ist es wichtig, festzustellen, ob die Anlage im eingeschalteten Zustand oder im ausgeschalteten Zustand die Undichtigkeit aufweist bzw. ob die Undichtigkeit an einer statischen oder einer dynamischen Dichtung auftritt. Berücksichtigt man den aktuellen Schaltzustand sowie die Schaltposition der Hochspannungsschaltanlage in Verbindung mit dem Zeitpunkt, zu dem eine abnormale Dichteänderung des Schutzgases aufgetreten ist, kann man mittels dieser Informationen in aller Regel erkennen, ob der Hochspannungsleistungsschalter eine Undichtigkeit an einer statischen oder einer dynamischen Dichtung aufweist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass dann, wenn ein Leistungsschalter eine unzulässig hohe Leckrate besitzt und man mittels des erfindungsgemäßen Dichtewächters auch den Zeitpunkt des Auftretens dieser unzulässig hohen Leckrate kennt, mittels des Schaltberichtes des Leistungsschalters im Nachhinein festgestellt werden kann, welches Ereignis die Leckrate ausgelöst hat. Beispielsweise kann dann erkannt werden, ob das Leck bei einer Kurzunterbrechung durch den Leistungsschalter aufgetreten ist, bei dem die Dichtungen des Leistungsschalters einer hohen Beanspruchung ausgesetzt sind, oder ob sich das Leck allmählich über einen langen Zeitraum entwickelt hat. Individuals can also benefit from a trend analysis Operating parameters of the high voltage system, in particular for example the switching state of a High-voltage switchgear, to be included. For example, a high-voltage circuit breaker is included various types of seals equipped, with between a distinction must be made between static and dynamic seals. With regard to the error detection in such a High voltage switchgear, it is important to determine whether the system is switched on or switched off Condition showing the leak or whether the leak occurs on a static or a dynamic seal. Taking into account the current switching status and the Switching position of the high-voltage switchgear in connection with the time when an abnormal change in density of the Shielding gas has occurred, you can use this Information usually recognize whether the High voltage circuit breaker has a leak at one static or dynamic seal. This in other words means that if a Circuit breaker has an impermissibly high leak rate and one also by means of the density monitor according to the invention Time of occurrence of this impermissibly high leak rate knows, by means of the circuit report of the circuit breaker in It can be determined afterwards which event the Leak rate has triggered. For example, can then be recognized whether the leak is due to a short break by the Circuit breaker has occurred, in which the seals of the Circuit breakers are subjected to high stress, or whether the leak gradually over a long period of time has developed.

Die Einstellung und Bedienung des Dichtewächters stellt sich nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besonders einfach dar, indem Parameter der Auswerteeinheit, wie Schwellwerte, Messrate, Messzeitspanne oder dergleichen über eine Tastatur der Auswerteeinheit oder über einen an eine Schnittstelle anschließbaren PC geänderte und ggf. protokolliert werden. The setting and operation of the density monitor turns according to another advantageous embodiment of the invention is particularly simple in that parameters of the evaluation unit, such as threshold values, measuring rate, measuring period or the like via a keyboard of the evaluation unit or via one to one Interface connectable PC changed and if necessary be logged.

Die Mess- und Datensicherheit des Dichtewächters wird weiterhin dadurch verbessert, dass die Auswerteeinheit einen Mikrocontroller mit zugeordneten Speichern aufweist und die Speicher batteriegepuffert bzw. als nicht flüchtige Speicher ausgebildet sind, wobei der Mikrocontroller bzw. der Programmablauf bevorzugt durch eine Watchdog-Funktion auf Störungsfreiheit überwacht wird. The measurement and data security of the density monitor is further improved in that the evaluation unit has a Microcontroller with assigned memories and the Storage battery-backed or as non-volatile storage are formed, the microcontroller or Program execution preferably by a watchdog function Interference-free is monitored.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Further goals, advantages, features and possible applications of the present invention result from the following Description of an embodiment based on the Drawings. All of them are described and / or illustrated illustrated features for themselves or in any more meaningful Combining the subject of the present invention, too regardless of their summary in the claims or their dependency.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dichtesensors des Dichtwächters als Blockschaltbild, Fig. 1 shows an embodiment of a density sensor of the sealing monitor of a block diagram,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Auswerteeinheit des Dichtewächters im Blockschaltbild und Fig. 2 shows an embodiment of the evaluation unit of the density monitor in the block diagram and

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Fequenzmesswert des Dichtesensors und der Dichte des Messgases eines speziellen Ausführungsbeispiels eines Dichtesensors. Fig. 3 shows the relationship between Fequenzmesswert of the density sensor and the density of the measurement gas of a specific embodiment of a density sensor.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Dichtewächter 10 dient bevorzugt zur Überwachung der Dichte des in gasisolierten Hoch- oder Mittelspannungsanlagen, wie zum Beispiel Hochspannungsschaltanlagen, -wandlern, -rohrleitern, Schaltgeräten und Transformatoren, als Isolator befindlichen Gases. Bei derartigen Hochspannungsanlagen kann es sich um Hochspannungsschaltanlagen, Hochspannungswandler, Hochspannungsrohrleiter handeln. Als Gas 12 wird bevorzugt SF₆ eingesetzt. The density monitor 10 shown in FIGS . 1 and 2 is preferably used to monitor the density of the gas present in gas-insulated high or medium voltage systems, such as high-voltage switchgear, converters, pipelines, switching devices and transformers, as an insulator. Such high-voltage systems can be high-voltage switchgear, high-voltage converters, high-voltage pipelines. SF ₆ is preferably used as gas 12 .

Der Dichtewächter 10 weist entsprechend Fig. 1 einen elektronischen Dichtesensor 14 als Messwertgeber auf. Ein Messschwingquarz 16 des Dichtesensors 14 ist im Gas 12, beispielsweise SF₆ angeordnet. Ein weiterer Referenz- Schwingquarz 70 ist im Vakuum 72 angeordnet. Beide Schwingquarze 16, 70 befinden sich im wesentlichen auf der gleichen Temperatur. Die Schwingquarze 16, 70 sind jeweils an einem Oscillator 74, 76 angeschlossen, dessen Ausgangssignale an einen Mischer 78 geleitet werden. In dem Mischer wird im wesentlichen die Differenz aus der Frequenz des Referenz- Schwingquarzes 70 und des Messschwingquarzes 16 gebildet. According to FIG. 1, the density monitor 10 has an electronic density sensor 14 as a measuring value transmitter. A measuring crystal 16 of the density sensor 14 is arranged in the gas 12 , for example SF ₆ . Another reference quartz crystal 70 is arranged in vacuum 72 . Both quartz crystals 16 , 70 are essentially at the same temperature. The quartz crystals 16 , 70 are each connected to an oscillator 74 , 76 , the output signals of which are passed to a mixer 78 . The difference between the frequency of the reference quartz crystal 70 and the measuring quartz crystal 16 is essentially formed in the mixer.

Dieses Differenzfrequenz wird einem Pulsgenerator 80 zugeführt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Signale des Pulsgenerators 80 mittels eines Modulators 82 der Stromversorgung aufmoduliert, so dass am Ausgang 88 des Dichtesensors 14 ein Messwert 18 abgreifbar ist. Dieser Messwert 18 ist im Ausführungsbeispiel ein Frequenzsignal, dessen Frequenz abhängig von der Dichte des Gases ist. This difference frequency is fed to a pulse generator 80 . In the present exemplary embodiment, the signals of the pulse generator 80 are modulated on by means of a modulator 82 of the power supply, so that a measured value 18 can be tapped at the output 88 of the density sensor 14 . In the exemplary embodiment, this measured value 18 is a frequency signal, the frequency of which depends on the density of the gas.

Der Dichtesensor 14 misst die Gasdichte mit einer ausgezeichneten Langzeitstabilität, da mit dem Referenz- Schwingquarz 70 im Vakuum 72 mögliche Temperaturfehler direkt kompensiert werden. Der Dichtesensor 14 ist in der Lage, einen Dichtebereich von 0 bis ca. 60 kg pro Kubikmeter über einen Temperaturbereich von -40°C bis +70°C zu erfassen. The density sensor 14 measures the gas density with an excellent long-term stability, since possible temperature errors are directly compensated with the reference quartz crystal 70 in a vacuum 72 . The density sensor 14 is able to detect a density range from 0 to approx. 60 kg per cubic meter over a temperature range from -40 ° C. to + 70 ° C.

In Fig. 3 ist die Abhängigkeit der Dichte 86 von der Frequenz 84 am Ausgang 88 des Dichtesensors 14 dargestellt. Es ist ersichtlich dass diese Abhängigkeit nicht die Form einer durch den Nullpunkt gehenden Gerade annimmt. Insofern bietet es sich an, diese in Fig. 3 angegebene Abhängigkeit zu linearisieren. Bspw. kann hierfür die Formel verwendet werden:
Dichte = {√((0,231 o F[Hz]) - 2,126) - 0,43}² In Fig. 3 the dependence of the density 86 is shown on the frequency 84 at the output 88 of the density sensor 14. It can be seen that this dependency does not take the form of a straight line passing through the zero point. In this respect, it makes sense to linearize this dependency shown in FIG. 3. For example. the formula can be used for this:
Density = {√ ((0.231 o F [Hz]) - 2.126) - 0.43} ²

Der Ausgang 88 des Dichtesensors 14 kann an einen Eingang 22 der Auswerteeinheit 20 angeschlossen werden. Die Auswerteeinheit 20 umfaßt unter anderem einen Speicher 24, in dem ggf. einer Umrechnungsfunktion unterworfene Messwerte 18 zeitlich aufeinander folgender Messwerterfassungen zusammen mit dem Zeitpunkt der jeweiligen Messung als Daten abgelegt werden. The output 88 of the density sensor 14 can be connected to an input 22 of the evaluation unit 20 . The evaluation unit 20 includes, among other things, a memory 24 , in which measured values 18 which may be subject to a conversion function are stored as data in chronological succession together with the time of the respective measurement.

Weiterhin umfasst die Auswerteeinheit 20 bevorzugt mehrere, beispielsweise 2 bis 4, ggf. frei programmierbare Sollwertwertgeber 28, 30 32, 34, wobei die Messwerte 18 mit den Sollwerten verglichen und bei unzulässiger Abweichung eine oder mehrere, bevorzugt unterschiedliche Alarmstufen aktiviert werden. Diese Alarmstufen unterschiedlicher Priorität können über Relais 36, 38, 40 oder eine Anzeigevorrichtung 42 aktiviert beziehungsweise gesteuert werden. Insbesondere sind ein erster Sollwertgeber 28, 30; 32, 34 und ein zweiter Sollwertgeber 28, 30, 32, 34 vorgesehen, die jeweils auf einen Warnschwellwert und einen hierzu unterschiedlichen . Störschwellwert eingestellt sind. Auch kann eine kontinuierliche Überprüfung beziehungsweise Überwachung der erfassten minimalen beziehungsweise maximalen Dichtewerte erfolgen. Furthermore, the evaluation unit 20 preferably comprises several, for example 2 to 4, optionally freely programmable setpoint generators 28, 30 32, 34, the measured values 18 being compared with the setpoints and one or more, preferably different, alarm levels being activated in the event of an impermissible deviation. These alarm levels of different priority can be activated or controlled via relays 36 , 38 , 40 or a display device 42 . In particular, a first setpoint generator 28 , 30 ; 32 , 34 and a second setpoint generator 28 , 30 , 32 , 34 are provided, each on a warning threshold and a different one. Interference threshold are set. The recorded minimum or maximum density values can also be continuously checked or monitored.

Mittels eines Mikrocontrollers 50 werden die Messwerte 18 über eine Umrechnungsfunktion 26 oder eine Tabelle numerisch in Dichtewerte umgerechnet und ggf. mit einer Anzeigevorrichtung 42 der Auswerteeinheit 20 zur Anzeige gebracht. In dem Speicher 24 sind die Messwerte 18 oder Dichtewerte sowie der Zeitpunkt der Messwerterfassung als Wertepaare abgelegt. Bevorzugt ist der Speicher 24 als Ringspeicher oder Schieberegister ausgebildet, wobei die abgelegten Daten nach einer Messzeitspanne, die eine Mehrzahl von Messwerterfassungen umfasst, durch neue Daten überschrieben werden. By means of a microcontroller 50 , the measured values 18 are numerically converted into density values via a conversion function 26 or a table and, if necessary, are displayed with a display device 42 of the evaluation unit 20 . The measured values 18 or density values and the time of the measured value acquisition are stored in the memory 24 as pairs of values. The memory 24 is preferably designed as a ring memory or shift register, the stored data being overwritten by new data after a measurement time span which comprises a plurality of measurement value acquisitions.

Die Messwerterfassung findet in Abständen in Minuten- bis Stundenbereich, bevorzugt alle 15 bis 45 Minuten, insbesondere halbstündig, statt. Bevorzugt ist die Messwerterfassung individuell, beispielsweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Hochspannungsanlage einstellbar. Die im Speicher 24 abgelegten Messwerte 18 beziehungsweise Dichtewerte sowie Messzeitpunkte decken eine Messzeitspanne von mehreren Tagen bis Monaten, insbesondere 1 Woche bis 1 Monat, bevorzugt 2 Wochen ab. Diese Zeitspanne ist bevorzugt individuell und anlagentypspezifisch einstellbar. The measured value is recorded at intervals of minutes to hours, preferably every 15 to 45 minutes, especially every half hour. The measurement value acquisition can preferably be set individually, for example depending on the respective high-voltage system. The measured values 18 or density values and measurement times stored in the memory 24 cover a measurement period of several days to months, in particular 1 week to 1 month, preferably 2 weeks. This period of time can preferably be set individually and specific to the system type.

Es versteht sich, dass die abgespeicherten Daten der Messwerte 18 des Dichtesensors 14 beziehungsweise der Dichte auch sukzessive in dem Speicher 24 abgelegt werden können, wobei dann aufgrund der Reihenfolge des Einschreibens der Messwerte 18 in den Speicher 24 bereits eine zeitliche Zuordnung gegeben ist. In diesem Fall ist es natürlich nicht erforderlich, die Zeitpunkte der Messwerterfassung mit in den Speicher 24 zu schreiben, da die zeitliche Zuordnung bereits aus der Speicherplatzposition hergeleitet werden kann. Beispielsweise kann auf Speicherplatz Nr. 1 jeweils der zeitlich jüngste Messwert 18 eingeschrieben werden, so dass hieraus abgeleitet werden kann, dass der auf Speicherplatz Nr. 2 befindliche Messwert beispielsweise eine halbe Stunde zurückliegt und der auf Speicherplatz 336 eingeschriebene Messwert bereits 7 Tage alt ist. Bei diesem Beispiel wurde angenommen, dass aufeinander folgende Messungen Rhythmus von jeweils einer halben Stunde vorgenommen werden. It will be appreciated that the stored data of the measured values 18 of the density sensor 14 and the density can be successively stored in the memory 24, in which case due to the order of writing the measured values 18 in the memory 24 is a time allocation has already been given. In this case, it is of course not necessary to write the times of the measured value acquisition in the memory 24 , since the time allocation can already be derived from the memory location. For example, the most recent measured value 18 can be written into storage space No. 1, so that it can be deduced from this that the measurement value stored in storage space No. 2 was, for example, half an hour ago and the measured value written into storage space 336 is already 7 days old. In this example it was assumed that successive measurements were taken every half an hour.

Der erfasste und im Speicher 24 abgelegte zeitliche Verlauf der Dichte des Gases beziehungsweise der Messwerte wird von Vorteil einer Trendanalyse unterzogen, sobald die aktuelle Dichte des Gases beispielsweise einen Warnschwellwert unterschritten hat. Hierzu sind in dem Mikrocontroller 50 bevorzugt Integrations- oder Differentialfunktion oder sonstige Algorithmen abgelegt, mit denen interessierende zeitliche Änderungen hervorgehoben oder herausgefiltert werden können. Bei dieser Trendanalyse werden von Vorteil auch die individuellen Betriebsparameter der Hochspannungsanlage in der Messzeitspanne berücksichtigt, deren Daten in dem Speicher 24 abgelegt sind. Hierzu zählen beispielsweise der Schaltzustand einer Hochspannungsschaltanlage, so dass eventuell auftretende Abnormalitäten in der Dichte des Schutzgases diesen Schaltzuständen beziehungsweise Betriebsparametern zugeordnet werden können. The time profile of the density of the gas or the measured values recorded and stored in the memory 24 is advantageously subjected to a trend analysis as soon as the current density of the gas has fallen below a warning threshold value, for example. For this purpose, the integration or differential function or other algorithms are preferably stored in the microcontroller 50 , with which time changes of interest can be highlighted or filtered out. In this trend analysis, the individual operating parameters of the high-voltage system, the data of which are stored in the memory 24 , are also advantageously taken into account in the measurement period. These include, for example, the switching state of a high-voltage switchgear, so that any abnormalities in the density of the protective gas that may occur can be assigned to these switching states or operating parameters.

Parameter der Auswerteeinheit 20, wie Schwellwerte, Messrate, Messzeitspanne und dergleichen, können über eine Tastatur 44 an der Auswerteeinheit oder auch über einen an eine Schnittstelle 46 anschließbaren PC 48 oder Laptop geändert und ggf. protokolliert werden. Parameters of the evaluation unit 20 , such as threshold values, measurement rate, measurement time period and the like, can be changed via a keyboard 44 on the evaluation unit or also via a PC 48 or laptop that can be connected to an interface 46 and, if necessary, logged.

Neben dem Mikrocontroller 50 und dem Speicher 24 weist die Auswerteeinheit 20 weitere Speicher 52, 54 auf, wobei die Speicher 24, 52, 54 batteriegepuffert oder als nicht flüchtige Speicher ausgebildet sind. Während der Speicher 24 insbesondere als batteriegepuffertes RAM ausgebildet ist, ist der Speicher 52 ein Eprom, welches die komplette Software beinhaltet, die im Mikrocontroller 50 abgearbeitet wird. Der Speicher 54 ist als E-Eprom ausgebildet und beinhaltet programmierte Parameter, die auf jeden Fall auch dann nicht flüchtig gespeichert bleiben, wenn die Versorgung des Dichtewächters sowie der Batteriepuffer des RAM ausfallen. Insbesondere sind in den Speicher 54 Programmierwerte abgespeichert, welche die Auswertung und Bearbeitung der Messwerte 18 des Dichtesensors 14 betreffen. Ebenso können in dem Speicher 54 auch Sollwerte für die Sollwertgeber 28, 30, 32, 34 abgelegt sein. In addition to the microcontroller 50 and the memory 24 , the evaluation unit 20 has further memories 52 , 54 , the memories 24 , 52 , 54 being battery-buffered or designed as non-volatile memories. While the memory 24 is designed in particular as a battery-buffered RAM, the memory 52 is an EPROM which contains the complete software which is processed in the microcontroller 50 . The memory 54 is designed as an E-Eprom and contains programmed parameters, which in any case remain non-volatile even if the supply of the density monitor and the battery buffer of the RAM fail. In particular, programming values relating to the evaluation and processing of the measured values 18 of the density sensor 14 are stored in the memory 54 . Likewise, setpoints for setpoint generators 28 , 30 , 32 , 34 can also be stored in memory 54 .

Weiterhin ist eine Watch-dog-Funktion 56 vorgesehen, mit der der Mikrocontroller 50 beziehungsweise der Programmablauf auf Störungsfreiheit überwacht werden. Es bleibt zu erwähnen, dass in der Auswerteeinheit 20 auch eine Stromversorgung 58 vorgesehen ist, Treiber 60 für die Anzeigevorrichtung 42, ein Oszillator 62 als Zeitgeber für den Mikrocontroller 50, eine Alarmprüfungsfunktion 64 sowie eine Signalaufbereitung 66 und Signalumformung 68 für die am Eingang 22 der Auswerteeinheit 20 eingespeisten Messwerte 18 des Dichtesensors 14. Furthermore, a watchdog function 56 is provided, with which the microcontroller 50 or the program sequence are monitored for freedom from interference. It should be mentioned that in the evaluation unit 20 there is also a power supply 58 , driver 60 for the display device 42 , an oscillator 62 as a timer for the microcontroller 50 , an alarm test function 64 and a signal conditioning 66 and signal conversion 68 for those at the input 22 of the Evaluation unit 20 fed in measured values 18 of the density sensor 14 .

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dichtewächters 10 umfasst drei Alarmkontakte sowie einen optischen Alarm, wobei die Schaltpunkte frei wählbar beziehungsweise programmierbar sind. A preferred embodiment of the density monitor 10 comprises three alarm contacts and an optical alarm, the switching points being freely selectable or programmable.

Weiterhin ist als Schnittstelle 46 eine RS 232-Schnittstelle zur Datenanalyse vorgesehen. Der Dichtewächter 10 kann in einem breiten Versorgungsspannungsbereich von 82 bis 264 V Wechselspannung beziehungsweise 36 bis 350 V Gleichspannung betrieben werden und besitzt eine LED-Ziffernanzeige. Der Messwertspeicher 24 ist akkugepuffert. Neben einer menügeführten Programmierung ist eine real-time-clock vorgesehen. Weiterhin besitzt der Dichtewächter einen Zähler für Stromausfall, eine Minimum/Maximum-Werterfassung sowie eine Watch-dog-Funktion. An RS 232 interface for data analysis is also provided as the interface 46 . The density monitor 10 can be operated in a wide supply voltage range from 82 to 264 V AC or 36 to 350 V DC and has an LED numerical display. The measured value memory 24 is battery-buffered. In addition to menu-driven programming, a real-time clock is provided. The density monitor also has a counter for power failure, minimum / maximum value recording and a watchdog function.

Mit dem Dichtewächter 10 kann direkt vor Ort die Dichte, beispielsweise des Gasas SF₆, in Kilogramm/Kubikmetern gemessen und aufgezeichnet werden. Der interne Datenspeicher protokolliert die Gasdichte und die jeweilige Uhrzeit standardmäßig über einen Zeitraum von beispielsweise maximal 7 Tagen, wobei aufeinander folgende Messungen bevorzugt jede halbe Stunde durchgeführt werden. Insgesamt sind bei diesen Einstellungen in dem Datenspeicher die letzten 336 Dichtemesswerte abgelegt. With the density monitor 10 , the density, for example of the gas SF ₆ , can be measured and recorded in kilograms / cubic meters directly on site. The internal data memory logs the gas density and the respective time as standard over a period of, for example, a maximum of 7 days, successive measurements preferably being carried out every half an hour. Overall, the last 336 measured density values are stored in the data memory with these settings.

Zur Überwachung von Gasdichteschwankungen können drei Relaisschaltkontakte frei programmiert werden. Three can be used to monitor gas density fluctuations Relay switching contacts can be freely programmed.

Ein zusätzlicher vierter Alarm signalisiert beispielsweise als blinkende Messwertanzeige schon aus größerer Entfernung eine geringe Abweichung der geforderten Gasdichte. Änderungen der Geräteparameter können vor Ort per Hand oder mittels PC beziehungsweise Laptop vorgenommen und ausgedruckt werden. An additional fourth alarm signals, for example, as flashing measured value display from a distance slight deviation from the required gas density. Changes in Device parameters can be set on site by hand or using a PC or laptop and printed out.

Der Eingang 22 des Dichtewächters 10 arbeitet bei Frequenzen im Bereich von 0,5 KHz zur Messung der Gasdichte. Die gemessene Frequenz wird mittels einer festen Formel bzw. Tabelle auf die Dichte des SF₆-Gases in Kilogramm/Kubikmeter umgerechnet oder kann entsprechend angepasst werden. Der Messwert wird auf einem LED-Display dargestellt. Auf Tastendruck kann der Messwert für einen Zeitraum von ca. 2 Sekunden auf einen normierten Druck (beispielsweise bei 20°C) umgerechnet angezeigt werden. Die Schaltpunkte der Relais sind über den gesamten Messbereich frei einstellbar. Bei Über- oder Unterschreiten eines Schaltpunktes kann dies zusätzlich optisch anhand einer blinkenden LED-Anzeige signalisiert werden. The input 22 of the density monitor 10 operates at frequencies in the range of 0.5 kHz for measuring the gas density. The measured frequency is converted to the density of the SF ₆ gas in kilograms / cubic meter using a fixed formula or table or can be adjusted accordingly. The measured value is shown on an LED display. At the push of a button, the measured value can be displayed converted to a standardized pressure (for example at 20 ° C) for a period of approx. 2 seconds. The switching points of the relays can be freely adjusted over the entire measuring range. If a switching point is exceeded or undershot, this can also be signaled optically using a flashing LED display.

Die Programmierung der Geräteparameter wird direkt an der Auswerteeinheit 20 mittels der Tastatur 44 oder mittels eines PCs über die Schnittstelle 46 vorgenommen. Alle programmierten Werte bleiben auch nach einem Stromausfall nicht flüchtig gespeichert. Mittels der Geräteprogrammierung kann die Abtastrate für die Messwerterfassung geändert, eine Online- Anzeige und Protokollierung des Messwertspeichers durchgeführt sowie auch eine Linearisierungstabelle in die Auswerteeinheit einprogrammiert werden. The device parameters are programmed directly on the evaluation unit 20 by means of the keyboard 44 or by means of a PC via the interface 46 . All programmed values remain non-volatile even after a power failure. Using the device programming, the sampling rate for the measured value acquisition can be changed, an online display and logging of the measured value memory can be carried out, and a linearization table can also be programmed into the evaluation unit.

Die Watch-dog-Funktion 56 ist eine Kontrollfunktion, um einen Programmabsturz des Mikrocontrollers 50 zu erkennen. Dazu wird ein interner Zähler des Mikrocontrollers 50 von einem bestimmten Anfangswert vollkommen eigenständig heruntergezählt. Wenn der Zählerstand den Wert 000 erreicht, wird zwangsweise ein Programmreset durchgeführt und dadurch die Software neu gestartet. Die Software trägt dafür Sorge, dass der Zähler periodisch wieder auf seinen Startwert gesetzt wird, um dadurch im Normalfall den Reset zu verhindern. Beim Auftreten eines Watch-dog-resets wird der Stromausfallzähler inkrementiert und zwangsweise eine neue Messwertspeicherung durchgeführt. Danach wird entsprechend der programmierten Abtastrate die Speicherung der Messwerte und -zeiten weitergeführt. Bezugszeichenliste 10 Dichtewächter
12 Gas
14 Dichtesensor
16 Meß-Schwingquarz
18 Messwert
20 Auswerteeinheit
22 Eingang
24 Speicher
26 Umrechnungsfunktion
28 Sollwertgeber
30 Sollwertgeber
32 Sollwertgeber
34 Sollwertgeber
36 Relais
38 Relais
40 Relais
42 Anzeigevorrichtung
44 Tastatur
46 Schnittstelle
48 PC
50 Mikrocontroller
52 Speicher
54 Speicher
56 Watch-dog-Funktion
58 Stromversorgung
60 Treiber
62 Oszillator
64 Alarmfunktion
66 Signalaufbereitung
68 Signalumformung
70 Referenz-Schwingquarz
72 Vakuum
74 Oszillator
76 Oszillator
78 Mischer
80 Pulsgenerator
82 Modulator
84 Frequenz
86 Dichte
88 Ausgang
The watchdog function 56 is a control function to detect a program crash of the microcontroller 50 . For this purpose, an internal counter of the microcontroller 50 is counted down completely independently from a certain initial value. When the counter value reaches 000, a program reset is forced and the software is restarted. The software ensures that the counter is periodically reset to its start value in order to prevent the reset in the normal case. If a watchdog reset occurs, the power failure counter is incremented and a new measurement value storage is forcibly carried out. After that, the storage of the measured values and times is continued according to the programmed sampling rate. Legend: 10 Density Controller
12 gas
14 density sensor
16 measuring crystal
18 reading
20 evaluation unit
22 entrance
24 memories
26 Conversion function
28 setpoint adjuster
30 setpoint adjuster
32 setpoint adjuster
34 setpoint adjuster
36 relays
38 relays
40 relays
42 display device
44 keyboard
46 interface
48 pcs
50 microcontrollers
52 memories
54 memories
56 Watchdog function
58 Power supply
60 drivers
62 oscillator
64 Alarm function
66 Signal processing
68 Signal conversion
70 reference quartz crystal
72 vacuum
74 oscillator
76 oscillator
78 mixers
80 pulse generator
82 modulator
84 frequency
86 density
88 exit

Claims

1.Density monitor ( 10 ) for monitoring the density of the gas present in gas-insulated high or medium-voltage systems or devices, for example high-voltage switchgear, converters, pipelines, switching devices or transformers, for example SF ₆ , with an electronic density sensor ( 14 ) as a transmitter, which has a measuring quartz crystal ( 16 ) arranged in the gas ( 12 ) and delivers a frequency signal proportional to the density of the gas as a measured value ( 18 ), the frequency signal being fed to an input of an electronic evaluation unit ( 20 ), thereby characterized in that the evaluation unit ( 20 ) has a memory ( 24 ), in which measured values, possibly subject to a conversion function ( 26 ), are stored as data in chronological succession together with the time of the respective measurement.

2. Density monitor according to claim 1, characterized in that the evaluation unit ( 20 ) has one, preferably several, in particular two to four, optionally freely programmable setpoint generators ( 28 , 30 , 32 , 34 ), the measured values ( 18 ) having the Setpoints are compared and, in the event of impermissible deviations, one or more different alarm levels are activated, in particular via relays ( 36 , 38 , 40 ) or a display device ( 42 ).

3. Density monitor according to claim 2, characterized in that a first setpoint generator ( 28 , 30 , 32 , 34 ) set to a warning threshold and a second ( 28 , 30 , 32 , 34 ) and possibly third setpoint generator to a different interference threshold, respectively a third interference threshold is set to exceed the maximum density of the gas.

4. Density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the measured values ( 18 ) are numerically converted into density values by means of a conversion function ( 26 ) and, if necessary, are displayed with a display device ( 42 ) of the evaluation unit ( 20 ).

5. density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the measured values by means of a Conversion function numerically into preferably normalized Pressure values are converted.

6. Density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the measured value ( 18 ) or density value and time of the measurement value acquisition are stored in the memory ( 24 ) as value pairs.

7. Density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the memory ( 24 ) is designed as a ring memory or shift register and the stored data are overwritten by new data after a measurement period which comprises a plurality of measurement value acquisitions.

8. density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the measured value acquisitions or Measured value storage in minute to hour intervals, for example every 15 to 45 minutes or every half hour and is preferably individually adjustable.

9. Density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement values ( 18 ) or density values and measurement times stored in the memory ( 24 ) cover a measurement period of several days to months, for example one week to one month or two weeks, the measurement period is preferably individually adjustable.

10. density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the recorded temporal Course of the density of the gas of a trend analysis, for example through downstream integration or Differential functions, is subjected.

11. Density monitor according to claim 10, characterized in that in a trend analysis also the individual Operating parameters of the high voltage system, in particular the switching state of a high-voltage switchgear be included.

12. Density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that parameters of the evaluation unit ( 20 ), such as threshold values, measuring rate, measuring time period or the like, can be connected via a keyboard ( 44 ) of the evaluation unit ( 20 ) or via an interface ( 46 ) PC ( 48 ) changed and logged if necessary.

13. Density monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 20 ) has a microcontroller ( 50 ) with associated memories ( 24 , 52 , 54 ) and the memories ( 24 , 52 , 54 ) are battery-buffered as non-volatile memories are, the microcontroller ( 50 ) or the program sequence in the microcontroller ( 50 ) is preferably monitored by a watchdog function ( 56 ) for freedom from interference.