DE4440423A1 - Verfahren und Einrichtung zum Überwachen einer Schaltstange - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Überwachung einer Schaltstange eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspannungs-Leistungsschalters, auf Schäden und/oder Bruch während des betriebsgemäßen Einsatzes nach der Montage.

Es sind dynamische und statische Bruchlastermittlungsverfah­ ren bekannt, die zur Qualitätssicherung und Prüfung von Bau­ elementen während der Herstellung, d. h. vor ihrer Montage und Inbetriebnahme eingesetzt werden. Diese Verfahren sind jedoch zur Überwachung einer montierten Schaltstange während des Betriebs nicht geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen einer Schaltstange am Einsatzort während des Betriebs zu schaffen, um mit geringem Aufwand auch bei schwer zugänglicher und bewegter Schalt­ stange zuverlässig eine Schädigung oder einen Bruch zu erken­ nen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem Ende der Schaltstange ein Überwachungssignal eingespeist wird, daß das Überwachungssignal über das Material der Schaltstange zu ei­ nem Empfangsort geleitet und dort als Empfangssignal ausge­ koppelt wird, daß das Empfangssignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, das dem Empfangssignal bei unversehrter Schaltstange entspricht, und daß bei Ungleichheit von Emp­ fangssignal und Referenzsignal ein Schaltstangenschaden ange­ zeigt wird.

Um geringfügige, z. B. schaltungs- oder auswertungstechnisch bedingte Abweichungen zwischen Empfangssignal bei intakter Schaltstange und Referenzsignal zu tolerieren, wird vorzugs­ weise erst beim Überschreiten eines vorgebbaren Toleranzwer­ tes auf Ungleichheit und damit auf Schaltstangenschaden er­ kannt. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Material der überwachten Schaltstange selbst unmit­ telbar eine Überwachungsstrecke bildet, so daß sich durch Bruch oder Beschädigungen hervorgerufene Veränderungen des Signalweges unmittelbar erkennen lassen. Bei Anzeige einer beschädigten Schaltstange kann der Betreiber des Schalters rechtzeitig Wartungsmaßnahmen ergreifen und vor einem endgül­ tigen Ausfall der Schaltstange für Ersatz oder Reparatur sor­ gen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nur das oder die Ende(n) der Schaltstange zur Überwachung zu­ gänglich sein müssen. Die Schaltstange ist deshalb mit gerin­ gem Kapselungsvolumen vollständig kapselbar, was insbesondere in der Hochspannungstechnik vorteilhaft ist.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Überwachungssignal und das Empfangssignal an demsel­ ben Ende der Schaltstange eingespeist bzw. empfangen werden. Das andere Ende der Schaltstange bildet einen Reflexionsort für das Überwachungssignal, das dadurch das Schaltstangenma­ terial zweimalig durchläuft. Dadurch treten bei beschädigter Schaltstange die beim Signaldurchlauf zu beobachtenden Wan­ derwelleneffekte und Reflexionseffekte besonders deutlich hervor. Diese Ausgestaltung der Erfindung bietet zudem den besonderen Vorteil, daß nur ein Ende der Schaltstange für Überwachungszwecke zugänglich sein muß.

Als besonders vorteilhaft wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung angesehen, wenn als Überwachungssignal Impulse be­ kannter Form und Dauer, vorzugsweise Rechteckimpulse oder Dreieckimpulse, verwendet werden. Eine Überwachungssignalver­ änderung bei einem Schaden der Schaltstange ist nämlich auf­ grund der besonders gut detektierbaren Impulslaufzeit-Unter­ schiede bezüglich an der Schadensstelle reflektierter Impulse besonders gut erkennbar.

Eine weitgehende Unabhängigkeit von den elektrischen Leiter­ eigenschaften des Schaltstangenmaterials läßt sich gemäß ei­ ner vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch errei­ chen, daß als Überwachungssignal Ultraschallimpulse verwendet werden.

Um einen angezeigten Schaden hinsichtlich seiner Entwicklung untersuchen zu können, wird vorzugsweise bei jedem Schaltvor­ gang die Endposition der Schaltstange erfaßt und dem Emp­ fangssignal zugeordnet. Je nachdem, ob die Schaltstange vor der Schadensanzeige die bei dem Schaltvorgang vorgesehene Endposition erreicht hat, läßt sich auf eine (noch) korrekte Ausführung des Schaltvorgangs schließen.

Eine Einrichtung zum Überwachen einer Schaltstange eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspannungs-Lei­ stungsschalters, während des Betriebs, sieht erfindungsgemäß vor, daß ein Sender an einem Ende der Schaltstange ein Über­ wachungssignal einspeist, das über das Material der Schalt­ stange als Empfangssignal zu einem Empfänger gelangt, und daß ein Vergleicher das Empfangssignal mit einem Referenzsignal vergleicht, das dem Empfangssignal bei unversehrter Schalt­ stange entspricht, und bei Ungleichheit von Empfangssignal und Referenzsignal einen Schaltstangenschaden anzeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung bei­ spielhaft weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Verfahrenserläuterung und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung.

Gemäß Fig. 1 wird zumindest beim erstmaligen Einsatz des er­ findungsgemäßen Verfahrens - z. B. nach der Montage und Inbe­ triebnahme einer Schaltstange in einer Hochspannungsschaltan­ lage - bei nachweislich unversehrter Schaltstange ein Überwa­ chungssignal ÜS in nachfolgend noch näher erläuterter Weise in ein Ende der Schaltstange eingespeist. An einem Empfangs­ ort desselben oder des anderen Schaltstangenendes wird infol­ ge des Überwachungssignals ÜS ein Empfangssignal ES empfan­ gen. Dieses Empfangssignal wird als Referenzsignal RS gespei­ chert. Die Gewinnung des Referenzsignals RS ist in Fig. 1 mit dem Verfahrensschritt 1 bezeichnet.

Um die montierte Schaltstange im Betrieb zu überwachen, wird das Überwachungssignal ÜS periodisch in die Schaltstange ein­ gespeist und das am Empfangsort auftretende Empfangssignal ES mit dem Referenzsignal RS verglichen. Dieser Verfahrens­ schritt ist in Fig. 1 mit 2 bezeichnet. Wenn das Empfangssi­ gnal ES und das Referenzsignal RS gleich sind - oder ihre Ab­ weichung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, der umgebungsindividuelle, schaltstangenspezifische oder schaltungstechnisch bedingte geringe Abweichungen des Emp­ fangssignals bei einer unversehrten Schaltstange von dem Re­ ferenzsignal berücksichtigt -, wird die überwachte Schalt­ stange als unversehrt eingestuft (Verfahrensende 3). Sind Empfangssignal und Referenzsignal dagegen unter Berücksichti­ gung des Toleranzbereichs ungleich, wird auf einen Schaden, z. B. Bruch, der Schaltstange erkannt (Verfahrensende 4).

Fig. 2 zeigte eine Einrichtung zur Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens bei einer Schaltstange 10, die in einer Kapselung 11 einer Hochspannungsschaltanlage 12 verläuft. Ei­ ne vertikale Bewegung der Schaltstange in Pfeilrichtung A, B dient in an sich bekannter Weise zum Öffnen bzw. Schließen eines nicht näher gezeigten Hochspannungs-Leistungsschalters. Ein Sender 13 koppelt wahlweise von einem Generator 14 er­ zeugte Rechteckimpulse 15 oder Dreieckimpulse 16 als Überwa­ chungssignal ÜS in das untere Ende 18 der Schaltstange 10 ein. Die Impulse durchlaufen das Schaltstangenmaterial 19 bis zum anderen Ende 20 der Schaltstange, werden dort aufgrund des Schaltstangenendes reflektiert und zu einem Empfangsort 22 als Empfangssignale ES zurückgeworfen. Die Empfangssignale ES gelangen über eine Verbindung zu einem Empfänger 24; ein diesem nachgeschalteter Vergleicher 26 wird eingangsseitig mit dem Empfangssignal ES und mit dem Referenzsignal RS be­ aufschlagt. Das Referenzsignal RS entspricht dem bei intakter Schaltstange 10 am Empfangsort 20 empfangenen unverzerrten Überwachungssignal und kann in der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Weise gewonnen werden. Alternativ kann das Re­ ferenzsignal RS bei Kenntnis der Signalübertragungseigen­ schaften der überwachten unversehrten Schaltstange 10 auch unmittelbar von dem Generator 14 generiert und in dem Speicher 27 abgelegt werden; dies ist durch den gestrichelten Pfeil 29 angedeutet. Der Vergleicher 26 vergleicht das Emp­ fangssignal ES mit dem Referenzsignal RS unter Berücksichti­ gung einer vorgebbaren Toleranz Δ. Wenn die Schaltstange 10 unversehrt ist, gibt der Vergleicher einen die Schaltstange als intakt kennzeichnendes Signal (=) ab (Verfahrensende 3 in Fig. 1). Bei der in Fig. 2 gezeigten Situation weist die Schaltstange 10 eine Bruchstelle 30 in ihrem mittleren Be­ reich auf. Von dem Sender 13 eingespeiste Rechteckimpulse als Überwachungssignal ÜS werden an der Bruchstelle 30 zum Teil reflektiert und zu dem Empfänger 24 zurückgeworfen. Das Über­ wachungssignal ÜS gelangt zum anderen Teil über die Bruch­ stelle 30 zu dem reflektierenden Ende 20 und von dort erneut über die Bruchstelle 30 unter weiterer Überwachungssignalver­ zerrung schließlich zu dem Empfänger 24 zurück. Aufgrund der erheblichen Abweichung des Empfangssignals ES von dem Refe­ renzsignal RS gibt der Vergleicher 26 ausgangsseitig ein Si­ gnal (≠) ab, das einen Bruch bzw. Schaden der Schaltstange 10 anzeigt (vgl. Verfahrensende 4 in Fig. 1).

Zusätzlich sind Sensoren 35, 36 vorgesehen, die die Position des unteren Schaltstangenendes 18 detektieren und damit Schaltstangenstellungen "EIN" bzw. "AUS" anzeigen. Die aktu­ elle Schaltstangenstellung wird dem Vergleicher 26 zugeführt, der einen Speicher SP und einen Mikroprozessor µP umfaßt. Der Mikroprozessor ordnet den Empfangssignalen ES die jeweils de­ tektierte Schaltstangenstellung zu. Wenn beispielsweise erst dann eine Schädigung der Schaltstange 10 detektiert wird, nachdem die Schaltstangenstellung "EIN" erreicht und das ent­ sprechende Signal des Sensors 35 vorliegt, kann daraus abge­ leitet werden, daß zumindest der Einschaltvorgang durch die Schaltstange 10 noch ordnungsgemäß ausgeführt worden ist. Wenn dagegen das erheblich von dem Referenzsignal RS abwei­ chende Empfangssignal ES vor dem Erreichen der Schalterstel­ lung "EIN" aufgetreten ist, wird daraus für den Betreiber ein zusätzlicher Hinweis abgeleitet, daß womöglich die durch den Sensor 35 angezeigte Schalterstellung "EIN" aufgrund der be­ schädigten Schaltstange tatsächlich nicht erreicht worden ist. Der Betreiber kann dadurch vorteilhafterweise die zu er­ greifenden Maßnahmen vorab geeignet auswählen.

Die bevorzugt eingesetzten impulsartigen Überwachungssignale vorgegebener Form und Dauer lassen sich wegen der an Bruch­ stellen und Schädigungen auftretenden Reflexionseffekte und der daraus resultierenden Laufzeitunterschiede besonders prä­ zise detektieren. Die durch Schädigungen oder Bruchstellen erzeugten Wanderwelleneffekte führen zu einer gut detektier­ baren Verschleierung des Überwachungssignals, so daß das in­ folge einer Schädigung beeinflußte Empfangssignal äußerst zu­ verlässig detektierbar ist. Statt elektrischer Signale kann der Sender auch Ultraschallsignale, bevorzugt in Impulsform in die Schaltstange einspeisen und ein entsprechender Ultra­ schallempfänger anstelle des elektrischen Empfängers vorgese­ hen werden. Der Empfänger kann bei entsprechendem Bauraum auch am anderen Ende 20 der Schaltstange 10 angeordnet sein.

Claims (6)

1. Verfahren zum Überwachen einer Schaltstange (10) eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspan­ nungsleistungsschalters, während des Betriebs, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an einem Ende (18) der Schaltstange (10) ein Überwachungssignal (ÜS) eingespeist wird,
• - daß das Überwachungssignal (ÜS) über das Material (19) der Schaltstange (10) zu einem Empfangsort (22) geleitet und dort als Empfangssignal (ES) ausgekoppelt wird,
• - daß das Empfangssignal (ES) mit einem Referenzsignal (RS) verglichen wird, das dem Empfangssignal bei unversehrter Schaltstange (10) entspricht, und
• - daß bei Ungleichheit von Empfangssignal (ES) und Refe­ renzsignal (RS) ein Schaltstangenschaden (4) angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungssignal (ÜS) und das Empfangssignal (ES) an demselben Ende (18) der Schaltstange (10) eingespeist bzw. empfangen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungssignal (ÜS) Impulse bekannter Form und Dauer, vorzugsweise Rechteckimpulse (14) oder Dreieckimpulse (16), verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungssignal (ÜS) Ultraschallimpulse verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Schaltvorgang die Endposition (EIN; AUS) der Schaltstange (10) erfaßt und dem Empfangssignal (ES) zugeordnet wird.

6. Einrichtung zum Überwachen einer Schaltstange (10) eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters, während des Betriebs, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Sender (13) an einem Ende (18) der Schaltstange (10) ein Überwachungssignal (ÜS) einspeist, das über das Material (19) der Schaltstange (10) als Empfangssignal (ES) zu einem Empfänger (24) gelangt, und
• - daß ein Vergleicher (26) das Empfangssignal (ES) mit einem Referenzsignal (RS) vergleicht, das dem Empfangssignal bei unversehrter Schaltstange (10) entspricht, und bei Un­ gleichheit von Empfangssignal (ES) und Referenzsignal (RS) einen Schaltstangenschaden (4) anzeigt.