-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern und Diagnostizieren
der Funktionsweise einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung,
die im Innern einer ein druckbeaufschlagtes Gas enthaltenden Schalt-
bzw. Unterbrechungskammer Kontakte aufweist, von denen mindestens
ein mobiler durch eine Betätigungsstange
verschoben wird.
-
Die
Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Steuerung und Diagnose
der Funktionsweise von Schaltern der neuen Generation mit geringer
Steuerenergie und kann auch auf andere Vorrichtungen angewandt werden,
beispielsweise einen Trennschalter oder einen geerdeten Trennschalter, wenn
die Technologie dieser Vorrichtungen ähnlich derjenigen der Schalter
der neuen Generation ist.
-
Bisher
wurde zur Überprüfung der
Funktionsweise des aktiven Teils eines Schalters die Schalt- bzw.
Unterbrechungskammer abgenommen, was diesen Schalter für eine gewisse
Zeit außer Funktion
setzt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein nicht-eindringendes Überprüfungs- und Diagnoseverfahren der
Funktionsweise eines Schalters vorzuschlagen, d.h. bei dem dessen
Schalt- bzw. Unterbrechungskammer desselben nicht abmontiert bzw.
zerlegt werden muss.
-
Gegenstand
der Erfindung ist zu diesem Zweck ein Verfahren zum Steuern bzw. Überprüfen und
Diagnostizieren der Funktionsweise einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung,
die im Innern einer ein druckbeaufschlagtes Gas enthaltenden Schalt-
bzw. Unterbrechungskammer Kontakte aufweist, von denen mindestens
einer mobil ist und von einer Betätigungsstange verschoben wird,
wobei das Verfahren während
des Öffnens
oder Schließens
der elektrisch isolierten Vorrichtung darin besteht, dass:
-
- i) ein Signal, das repräsentativ für die zeitliche Entwicklung
des Drucks in der Schaltkammer ist, mittels eines außerhalb
der Schaltkammer angeordneten und zur Kommunikation mit dem druckbeaufschlagten
Gas in dieser Kammer angebrachten Messfühlers aufgezeichnet wird,
- ii) das vorausgehende Signal mit einem Bezugssignal verglichen
wird, welches einer ordnungsgemäßen Funktionsweise
der elektrischen Hochspannungsvorrichtung entspricht, um die ordnungsgemäße Funktionsweise
zu steuern oder eine Fehlfunktion der elektrischen Vorrichtung zu erfassen.
-
Eine
Fehlfunktion kann sich beispielsweise in geöffneter oder geschlossener
Position aus der Blockierung eines Ventils der Schaltkammer des Schalters
ergeben, oder aber aus einem anormal starken mechanischen Stoß der beweglichen
Kontakte beim Öffnen
oder Schließen
des Schalters.
-
Vorteilhafterweise
wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
außer
dem für
die zeitliche Entwicklung des Drucks repräsentativen Signal auch ein Signal,
das für
die zeitliche Entwicklung der Verschiebung des beweglichen Kontakts
repräsentativ
ist, mittels eines außerhalb
der Schaltkammer angeordneten und zur Erfassung der Verschiebung
der Betätigungsstange
angebrachten Messfühlers
aufgezeichnet.
-
Die
gleichzeitige Aufzeichnung der beiden Signale des Drucks und der
Verschiebung ermöglicht die
Erfassung einer Fehlfunktion mit erhöhter Sicherheit, wobei das
für die
Verschiebung repräsentative Signal
dazu dient, die auf dem für
den Druck repräsentativen
Signal beruhende Diagnose zu bestätigen.
-
Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung
einer Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
hervor, die durch die Zeichnungen veranschaulicht ist. Es zeigen:
-
1 eine Schalt- bzw. Unterbrechungskammer
im Querschnitt, mit einem Druckmessfühler und einem Positionsmessfühler, die
außerhalb
dieser Kammer angebracht sind,
-
2a und 2b eine Aufzeichnung des Drucks und eine
Aufzeichnung der Position, die einer Bezugs-Funktionsweise eines Schalters jeweils
beim Schließen
und beim Öffnen
entsprechen,
-
3a und 3b eine schlechte Funktionsweise des
Schalters, die auf eine Blockierung in geöffneter Position von Ventilen
zurückzuführen ist,
welche jeweils beim Schließen
und Öffnen
auf einem hinteren Kontaktkranz des Schalters angeordnet sind,
-
4a und 4b eine schlechte Funktionsweise des
Schalters, die auf eine Blockierung in geschlossener Position von
Ventilen zurückzuführen ist, die
auf einem hinteren Kontaktkranz des Schalters jeweils beim Schließen und Öffnen angeordnet
sind,
-
5a und 5b eine schlechte Funktionsweise des
Schalters, die auf eine Blockierung in geöffneter Position von Ventilen
zurückzuführen ist,
die beim Schließen
und Öffnen
jeweils auf einem vorderen Kontaktkranz des Schalters angeordnet
sind,
-
6a und 6b eine schlechte Funktionsweise des
Schalters, die einer Blockierung in geschlossener Position von Ventilen
zuzuschreiben ist, die auf einem vorderen Kontaktkranz des Schalters
jeweils beim Schließen
und Öffnen
angeordnet sind, und
-
7a bis 7c eine Aufzeichnung des Drucks, die
einen mechanischen Stoß wiedergeben, der
normal ist, anormal hoch am Ende des Öffnungsvorgangs ist und anormal
hoch während
des Öffnens des
Schalters ist.
-
Die
Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern und Diagnostizieren der
Funktionsweise einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung und insbesondere
eines Schalters bereit.
-
Gemäß 1 umfasst ein sog. Schalter
der neuen Generation mit geringer Steuerenergie in einer Schalt-
bzw. Unterbrechungskammer, die von einem dichten Gehäuse 5 festgelegt
ist, welches von einem dielektrischen Gas wie SFn mit einem Druck von
einigen bar gefüllt
ist, einen rohrförmigen
feststehenden Hauptkontakt 1, der mit einem rohrförmigen beweglichen
Hauptkontakt 3 zusammenwirkt, wobei der Kontakt 3 in
einer Axialrichtung D beweglich ist. Der feststehende Hauptkontakt 1 ist
einstückig
mit einem feststehenden Bogenkontakt 7, der mit einem mit
dem beweglichen Hauptkontakt 3 einstückigen beweglichen Bogenkontakt 9 zusammenwirkt.
Die beweglichen Kontakte 3 und 9 werden in der
Richtung D von einer Betätigungsstange 11 verschoben, die
auf der Seite 5A des Gehäuses 5 vorsteht. Die Betätigungsstange
wird in ihrer Verschiebung durch einen Halterungsblock 13 geführt, der
feststehend im Innern des Gehäuses
an der Seite 5A anliegend angebracht ist.
-
Der
bewegliche Hauptkontakt 3 und der bewegliche Bogenkontakt 9 sind
koaxial und parallel zur Längsrichtung
D angeordnet. Ein vorderer Kontaktkranz 15 ist zwischen
den zwei beweglichen Kontakten 3 und 9 in einer
zur Längsrichtung
D senkrechten Ebene angeordnet. Er hält die beiden beweglichen Kontakte 3 und 9 miteinander
verbunden und öffnet sich
mittels Ventilen 151 und 152 über einem durch eine Blasdüse 17 geschlossenen
Blasvolumen V1.
-
Ein
hinterer Kontaktkranz 19 ist zwischen den beiden beweglichen
Kontakte 3 und 9 in einer zur Längsrichtung
D senkrechten Ebene angeordnet. Er verschiebt sich in bezug auf
die beiden beweglichen Kontakte und öffnet sich mittels zweier Ventile 191 und 192 über einem
Kompressions-Depressions-Volumen
V2, das von dem vorderen Kontaktkranz 15 geschlossen wird.
-
Eine
Feder 20 liegt an einem Ende an dem Halterungsblock 13 und
am anderen Ende an der Seite des hinteren Kontaktkranzes 19 an,
welche die Ventile 191 und 192 nicht verdeckt.
-
Das
Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet einen ersten Messfühler,
der die zeitliche Entwicklung des in der Schalt- bzw. Unterbrechungskammer herrschenden
Drucks beim Öffnen
oder Schließen
des Schalters aufzeichnet.
-
Gemäß 1 ist ein Druckmessfühler 21 zum
Aufzeichnen der zeitlichen Entwicklung des Drucks in der Schaltkammer
beispielsweise ein Messfühler
mit elastischer Membran. Vorteilhafterweise wird ein temperaturkompensierter
Druckmessfühler
verwendet, der sich aufgrund der thermischen Trägheit eines solchen Messfühlers wie
ein Druckmessfühler
bei raschen Änderungen
des Drucks im Innern der Schaltkammer verhält, und der übrigens auch
die Überwachung
der Dichte des dielektrischen Gases 6 ermöglicht.
Der Druckmessfühler
ist von außen
an dem metallischen Gehäuse 5 des
Schalters befestigt. Das Gas 6, das in der Schaltkammer
vorhanden ist, wird über
eine in der Dicke des metallischen Gehäuses 5 ausgebildete
Leitung 23 mit dem Druckmessfühler 21 in Verbindung
gesetzt.
-
Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
setzt das Verfahren gemäß der Erfindung
einen zweiten Messfühler
ein, der die zeitliche Entwicklung der Position des/der beweglichen
Kontaktes/Kontakte während
des Öffnens
oder Schließens
des Schalters aufzeichnet.
-
Gemäß 1 ist ein Positionsmessfühler 25 zum
Aufzeichnen einer zeitlichen Entwicklung der Position des/der beweglichen
Kontakts/Kontakte in der Schaltkammer beispielsweise eine optische
Zelle oder ein induktiver Bewegungsmessfühler, oder ein Bewegungsmessfühler mit
Hall-Effekt. Er
ist außen am
metallischen Gehäuse 5 z.B.
an der Seite 5a des Gehäuses
befestigt, um die Verschiebung der Stange 11 in der Richtung
D zu erfassen.
-
Die
Signale P und L, die von dem Druckmessfühler 21 und Positionsmessfühler 25 erzeugt werden,
werden einer Einheit 30 geliefert. Die Einheit 30 kann
eine Anzeigeeinheit und/oder eine Datenverarbeitungseinheit sein.
Durch Vergleich der bei dem Öffnungs-
und Schließvorgang
des elektrisch isolierten Schalters aufgezeichneten Signale P und
L mit Bezugsaufzeichnungen kann die ordnungsgemäße Funktionsweise überprüft oder
eine Fehlfunktion des Schalters erfasst werden, wie nachstehend
erläutert wird.
-
Gemäß 2a ergibt eine Bezugs-Funktionsweise
beim Schließen
des Schalters. eine Bezugsaufzeichnung des Drucks 2a1 in
Form eines Plateaus und eine Bezugsaufzeichnung der Position 2a2 in
Form einer aufsteigenden Rampe, wie durch den Pfeil Fm angedeutet
ist.
-
Beim
Schließen
ist das Kompressions-Dekompressions-Volumen V2 anfänglich Null, wobei der vordere
Kontaktkranz 15 und hintere Kontaktkranz 19 in
Kontakt stehen. Die Druckaufzeichnung 2a1 lässt sich
durch die Tatsache erklären,
dass die Verschiebung des beweglichen Kontakts 9 in der durch
den Pfeil f 'der 1 angegebenen Richtung das Öffnen der
Ventile 191 und 192 des hinteren Kontaktkranzes 19 veranlaßt, welche
das dielektrische Gas frei zirkulieren lassen, so dass in der Schaltkammer
kein Unterdruck erzeugt wird. Am Ende des Hubs bzw. Wegs schließen sich
die Ventile wieder, und der Schalter ist für den Öffnungsvorgang bereit.
-
Es
ist anzumerken, dass die Aufzeichnung 2a1 durch relativ
schnelle Schwingungen des Drucks endet, welche die von dem mechanischen
Stoß des beweglichen
Hauptkontakts 3 mit dem feststehenden Hauptkontakt 1 erzeugte
Schallwelle wiedergeben.
-
Gemäß 2b ergibt eine Bezugsfunktionsweise
beim Öffnen
des Schalters eine Bezugsaufzeichnung des Drucks 2b1 in
Kurvenform und eine Bezugsaufzeichnung der Position 2b2 in
Form einer aufsteigenden Rampe, wie durch den Pfeil Fd angegeben
ist.
-
Beim Öffnen ist
das Kompressions-Dekompressions-Volumen V2 anfänglich maximal, wobei der vordere
Kontaktkranz 15 und der hintere Kontaktkranz 19 um
einen Maximalabstand getrennt sind. Die Druckaufzeichnung 2b1 erklärt sich
durch die Tatsache, dass die Verschiebung des beweglichen Kontakts 9 in
der von dem Pfeil o der 1 angegebenen
Richtung von einer Kompression des in dem Kompressions-Dekompressions-Volumen
V2 enthaltenen Gases begleitet wird, die einem Unterdruck in der
Schaltkammer entspricht, sowie von einer Kompression des in dem
von der Blasdüse 17 festgelegten
Blasvolumen V1 enthaltenen Gases. Ungefähr auf halbem Weg öffnen sich
die Ventile 151 und 152 des vorderen Kontaktkranzes
15, um den Gasdruck in den beiden Volumen, dem Kompressions-Dekompressions-Volumen 2 und
dem Blasvolumen V1 auszugleichen, und lassen einen Teil des komprimierten Gases über die
Blasdüse
entweichen, um einen eventuellen elektrischen Bogen zu löschen, wenn
die Öffnung
unter Last stattfindet.
-
Es
ist anzumerken, dass die Aufzeichnung 2b1 durch relativ
rasche Schwingungen endet, die von einer langsameren Schwingung
des Drucks getragen werden, und die die von dem mechanischen Stoß des vorderen
Kontaktkranzes 15 an den hinteren Kontaktkranz 19 erzeugte
Schallwelle wiedergeben.
-
Die 3a, 4a, 5a, 6a stellen Druckaufzeichnungen
und Positionsaufzeichnungen beim Schließen eines gesteuerten Schalters
dar. Die 3b, 4b, 5b, 6b stellen
Druckaufzeichnungen und Positionsaufzeichnungen beim Öffnen dieses
gesteuerten Schalters dar. Diese Aufzeichnungen reflektieren eine
Fehlfunktion des Schalters.
-
So
ergibt gemäß 3a der Schließvorgang des
gesteuerten Schalters zwei Aufzeichnungen, nämlich des Drucks 3a1 und
der Position 3a2, ähnlich
den Bezugsaufzeichnungen 2a1 und 2a2. Demgegenüber ergibt
gemäß 3b der Öffnungsvorgang des gesteuerten
Schalters eine Druckaufzeichnung 3b1, die sich von der
Bezugsaufzeichnung 2b1 unterscheidet und punktiert angegeben
ist, wobei die Positionsaufzeichnung 3b2 ähnlich der
Bezugsaufzeichnung 2b2 ist. Der Unterschied zwischen den Aufzeichnungen 2b1 und 3b1 reflektiert
eine Blockierung in geöffneter
Position der Ventile 191 und 192 des hinteren
Kontaktkranzes 19. Dieser Unterschied kann auf einfache
Weise automatisch durch ein Programm in der Datenverarbeitungseinheit 30 erfaßt werden.
-
Die 4a und 4b stellen eine schlechte Funktionsweise
des Schalters dar, die einer Blockierung in geschlossener Position
der Venttile 191 und 192 der hinteren Kontaktkranz 19 zuzuschreiben
ist. In den Figuren sind die Bezugsaufzeichnungen ebenfalls punktiert
dargestellt. Wie zu erkennen ist, erfolgt die Erfassung der Fehlfunktion
durch Erfassung eines Unterschieds zwischen den Aufzeichnungen 4a1 und 2a1 sowie 4a2 und 2a2.
-
Es
ist anzumerken, dass beim Schließvorgang die Positionsaufzeichnung 4a2 die
Existenz einer starken Rückhaltekraft
wiedergibt, die von einem im Kompressions-Dekompressions-Volumen V2 erzeugten
Unterdruck ausgeübt
wird und dazu dient, die Diagnose der Blockierung in geschlossener
Position der Ventile 191 und 192 zu bestätigen.
-
Die 5a und 5b stellen eine schlechte Funktionsweise
des Schalters dar, die einer Blockierung in geöffneter Position der Ventile 151 und 152 des
vorderen Kontaktkranzes 15 zuzuschreiben ist. Wie zu erkennen
ist, erfolgt die Erfassung der Fehlfunktion durch Erfassung eines
Unterschieds zwischen den Aufzeichnungen 5b1 und 2b1 sowie 5b2 und 2b2.
-
Die 6a und 6b veranschaulichen eine schlechte Funktionsweise
des Schalters, die auf eine Blockierung in geschlossener Position
der Ventile 151 und 152 der vorderen Kontaktkranz 15 zurückzuführen ist.
Wie zu erkennen ist, erfolgt die Erfassung der Fehlfunktion durch
Erfassung eines Unterschieds zwischen den Aufzeichnungen 6b1 und 2b1 sowie 6b2
und 2b2.
-
Auch
hier ist anzumerken, dass beim Öffnen die
Aufzeichnung der Position 6b2 das Vorhandensein einer starken
Rückhaltekraft
wiedergibt, die von einer in dem Kompressions-Dekompressions-Volumen V2 erzeugten
Kompression ausgeübt wird
und dazu dient, die Diagnose der Blockierung in geschlossener Position
der Ventile 151 und 152 zu bestätigen.
-
Hieraus
ist zu erkennen, dass das Verfahren gemäß der Erfindung die Lokalisierung
des fehlerhaften Elements des Schalters ermöglicht, wenn man sich auf die
Beispiele der 3a – 3b bis 6a – 6b bezieht. Diese Figuren
veranschaulichen Aufzeichnungen von typischen zeitlichen Entwicklungen
und können
in Abhängigkeit
von der Topologie des Schalters oder der elektrischen Hochspannungsvorrichtung
variieren.
-
Übrigens
ermöglicht
eine Analyse der Frequenz und der Amplitude der Schwingungen bei
den Druckaufzeichnungen am Ende oder im Verlauf des Öffnungs-
oder Schließvorgangs
des Schalters die Kontrolle eines normalen mechanischen Stoßes oder die
Diagnose eines anormal starken mechanischen Stoßes zwischen den beweglichen
und feststehenden Kontakten und zwischen den vorderen und hinteren
Kontaktkränzen.
-
In 7a ist eine Druckaufzeichnung
dargestellt, die repräsentativ
für einen
normalen mechanischen Stoß bei
einer Bezugs-Funktionsweise des Schalters ist. Die 7b und 7c sind
Daten der Druckaufzeichnungen, welche durch Vergleich mit der vorangehenden
Aufzeichnung jeweils einen anormal starken mechanischen Stoß am Ende
des Öffnungsvorgangs
und einen mechanischen Stoß oder
eine anormale Vibration im Verlauf des Öffnungsvorgangs zeigen.