EP2405454B1

EP2405454B1 - Elektrischer Leistungsschalter und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Leistungsschalters

Info

Publication number: EP2405454B1
Application number: EP11172751.7A
Authority: EP
Inventors: Shailendra Singh
Original assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: DE102010026528A1; EP2405454A1; CN102394190A; CN102394190B

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungsschalters nach Anspruch 8.
Elektrische Leistungsschalter sind bekannt. DE102005047740 A1 offenbart einen Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
DE19504714 A1 offenbart ein weiteres Beispiel eines Leistungsschalters mit einer Vorrichtung zur Überwachung einer Zustandsgröße.
Ebenso bekannt
ist, dass diese mechanisch bewegbare und feststehende Elemente aufweisen, die einer mechanischen Beanspruchung unterliegen. Auch bekannt ist, dass diese mechanische Beanspruchung dazu führen kann, dass ein elektrischer Leistungsschalter ausfällt. Durch den Ausfall eines elektrischen Leistungsschalters werden die Energieversorgung und die Betriebssicherheit der zugeordneten Stromnetze beeinträchtigt.
Demnach liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines mechanischen Zustands eines elektrischen Leistungsschalters zu schaffen, so dass die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Elemente des Leistungsschalters erfasst und ausgewertet werden können.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch einen elektrischen Leistungsschalter nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Leistungsschalters nach dem Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können.
In vorteilhafter Weise umfasst der elektrische Leistungsschalter zwei Sensoren, die jeweils ein Messsignal erzeugen und gemeinsam an demselben Element beabstandet angeordnet sind. Damit bilden diese unabhängig voneinander die mechanischen Eigenschaften des Elements und damit des Leistungsschalters ab. Durch eine Verknüpfung der Messsignale ist der mechanische Zustand des Leistungsschalters bzw. eines Elements des Leistungsschalters ermittelbar. Dadurch können genaue Aussagen darüber gewonnen werden, wann ein Leistungsschalter ein kritisches Niveau des mechanischen Zustands erreicht hat oder zukünftig erreichen wird.
Bei der Feststellung beispielsweise eines Bruchs eines zur Funktion des Leistungsschalters wesentlichen Elements kann der Leistungsschalter sofort ausgeschaltet werden und ein entsprechend redundant verschalteter Leistungsschalter kann in Betrieb genommen werden. Weist eine Welle beispielsweise einen Bruch zwischen zwei Sensoren auf, so verändert sich die Drehbewegung und diese Veränderung lässt sich durch zwei entsprechend auf beiden Seiten des Bruchs angeordnete Sensoren und eine entsprechende Auswertung der Messsignale feststellen.
Auf der anderen Seite kann mit der Beurteilung des mechanischen Zustands ebenso ermittelt werden, wann ein Leistungsschalter gewartet werden sollte oder muss, um die Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Des Weiteren kann zusätzlich festgestellt werden, welches Element ausgetauscht werden muss, wodurch der Einsatz des benötigten Materials vorteilhaft geplant werden kann. Somit ergeben sich wesentliche Vorteile für die Betriebssicherheit und für die Ausfallsicherheit des betriebenen Stromnetzes und daraus deutliche Kostenvorteile bezüglich der Wartung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Leistungsschalters sind eine Erfassungseinheit und eine Verarbeitungseinheit vorgesehen. Die Messsignale der Sensoren werden zentral an der Erfassungseinheit zusammengeführt. Dadurch können zum Einen die Messsignale an einem Punkt zur Weiterverarbeitung abgegriffen werden und zum Anderen kann eine Aufzeichnung der Messsignale koordiniert werden. Die Verarbeitungseinheit sorgt dafür, dass die Messsignale in eine andere Datendarstellung verwandelt oder andere Daten bzw. Signale von den Messsignalen abgeleitet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Leistungsschalters ist eine Verknüpfungseinheit vorgesehen. Die Verknüpfungseinheit stellt eine Verknüpfung zwischen einem, dem Messsignal zugeordneten Signal oder dem Messsignal selbst und einem weiteren Signal her. Durch die Verknüpfungseinheit wird damit der mechanische Zustand abgebildet, wodurch eine Veränderung oder Minderung des mechanischen Zustands beurteilt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Leistungsschalters ist der Verknüpfungseinheit eine Speichereinheit zur Vorhaltung weiterer Signale zugeordnet. Diese weiteren Signale werden der Verknüpfungseinheit zugeführt. Die Speichereinheit ermöglicht es vorteilhaft, dass Signale aus Simulation, experimenteller Messung sowie Messsignale von früheren Zeitpunkten vorgehalten werden können. Dadurch ermöglicht die Speichereinheit vorteilhaft diverse Verknüpfungsmöglichkeiten, aus denen sich beispielsweise ein zukünftiger Trend des mechanischen Zustands ermitteln lässt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Entscheidungseinheit vorgesehen. Die Entscheidungseinheit beurteilt das durch die Verknüpfungseinheit ermittelte Zustandssignal oder ein anderes Signal. Diese Beurteilung kann entsprechende Maßnahmen nach sich ziehen, die von der Entscheidungseinheit angestoßen werden. Beispiele hierfür sind die bereits genannte Abschaltung des Leistungsschalters, die Planung eines Wartungseinsatzes oder die Anzeige eines möglichen Ausfalls, um dementsprechende Maßnahmen zu treffen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Messsignal des ersten Sensors mit einem weiteren Signal verknüpft, wobei das weitere Signal dem ersten Sensor zugeordnet ist. Beispielsweise kann das weitere Signal von einem früheren Zeitpunkt stammen und es lässt sich aus dem Ergebnis der Verknüpfung vorteilhaft der Fortschritt der Minderung des mechanischen Zustands feststellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Messsignals des ersten Sensors mit einem Signal des zweiten Sensors verknüpft. Beispielsweise lassen sich bei der Verknüpfung zweier, zur nahezu selben Zeit aufgenommener Signale und der Anbringung der jeweiligen Sensoren an dem gleichen Element ein Bruch des Elements feststellen, da die Signale unterschiedliche Charakteristika aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden Signale zur Verknüpfung mit dem Messsignal aus einer experimentellen Studie oder einer Simulation ermittelt. Durch die experimentelle Studie wie auch durch die Simulation werden Erwartungswerte für einen bestimmten mechanischen Zustand definiert. Dieser bestimmte Zustand kann einem mechanischen Zustand entsprechen, der ideal, vermindert oder defekt ist. Erfüllt der Leistungsschalter diese Erwartungswerte im Sinne einer vorzeitigen Minderung des mechanischen Zustands nicht, so kann vorteilhaft eine entsprechende Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit durchgeführt werden. Übererfüllt der Leistungsschalter diese Erwartungswerte, d.h. ist er nicht so stark von einer Minderung des mechanischen Zustands betroffen wie erwartet, so kann der Leistungsschalter vorteilhaft ohne entsprechende Maßnahmen und damit vorläufig ohne zusätzliche Wartungskosten weiterbetrieben werden. Somit werden keine überflüssigen Wartungsarbeiten durchgeführt, sondern nur bei einem festgestellten Bedarf. Damit reduzieren sich die Kosten für die Wartung bei gleichzeitig erhöhter Betriebssicherheit.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zur Ermittlung des mechanischen Zustands ein extern angeregtes, gedämpftes Feder-Masse-Modell verwendet. Das Feder-Masse-Modell erfasst in vorteilhafter Weise Vibrationen bzw. Bewegungen und bildet diese entsprechend in einem Vergleichsparameter bzw. einer Vergleichsparameterkurve ab.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Masse des extern angeregten, gedämpften Feder-Masse-Modells verändert. Eine Verknüpfung des Vergleichsparameters bzw. der Vergleichsparameterkurve mit dem momentanen Messwert ergibt dann, dass ein Bruch eines mechanisch beanspruchten Elements durch die Verknüpfung erkannt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Steifigkeit oder die Dämpfung verändert. Eine Verknüpfung des Vergleichsparameters bzw. der Vergleichsparameterkurve ergibt dann, dass eine Veränderung bezüglich eines Spiels eines mechanisch beanspruchten Elements durch die Verknüpfung erkannt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden Signale im Wesentlichen während einer Öffnung oder während einer Schließung des elektrischen Leistungsschalters ermittelt. Dadurch werden die Zeitdauern zu einer Ermittlung des mechanischen Zustands herangezogen, bei denen sich die mechanisch bewegbaren und feststehenden Elemente in Bewegung bzw. unter Belastung befinden. Damit kann sich das Verfahren auf eine Auswertung der Messsignale beschränken, die während einer kurzen Zeitdauer bei Öffnung oder Schließung anfallen.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung zeigen

Figur 1: einen schematisch dargestellten Teilbereich eines ersten Leistungsschalters mit darin angeordneten Sensoren;
Figur 2: einen schematisch dargestellten Teilbereich eines zweiten Leistungsschalters mit darin angeordneten Sensoren;
Figur 3: ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Erfassung und Verarbeitung von Messsignalen;
Figur 4: ein Übersichtsdiagramm umfassend verschiedene Ausführungsformen einer Verknüpfung von Parametern und/oder Parameterkurven; und
Figur 5: ein Kraft-Zeit-Diagramm.

Figur 1 zeigt einen schematisch dargestellten Teilbereich 2 eines ersten Leistungsschalters mit darin angeordneten Sensoren S1 bis S19. Der Teilbereich 2 zeigt mechanisch bewegbare Elemente sowie unmittelbar oder mittelbar daran angeordnete, feststehende Elemente des ersten Leistungsschalters. Die Elemente werden mechanisch beansprucht.
Der Teilbereich 2 zeigt eine Schaltwelle 22, die sich längs einer z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems 14 erstreckt. Neben der z-Achse besitzt das kartesische Koordinatensystem 14 eine x-Achse und eine y-Achse. Die Schaltwelle 22 ist in einem Koppelbereich 62 an einem Tragelement 42 gelagert. Die Schaltwelle 22 ist in einem Koppelbereich 64 an einem Tragelement 44 gelagert. Das Tragelement 42 ist fest mit einem feststehenden Element 48 des ersten Leistungsschalters verbunden. Das Tragelement 44 ist fest mit einem feststehenden Element 52 des ersten Leistungsschalters verbunden. Die Lagerung der Schaltwelle 22 ermöglicht eine Eigenrotation gemäß eines Doppelpfeils 202.
Fest mit der Schaltwelle 22 verbunden ist ein Schaltwellenhebel 24. Über einen Koppelbereich 66 ist der Schaltwellenhebel 24 mit einer Koppelstange 32 verbunden. Die Koppelstange 32 wird einer Kontakteinrichtung 28 des ersten Leistungsschalters zugeführt. Die Kontakteinrichtung 28 ist fest mit einem feststehenden Element 54 des ersten Leistungsschalters verbunden.
Wird die Schaltwelle 22 gemäß einer Richtung des Doppelpfeils 202 gedreht, so führt die entsprechende Bewegung des Schaltwellenhebels 24 gemeinsam mit der Koppelstange 32 dazu, dass ein Teil eines nicht gezeigten, beweglichen Schaltkontakts innerhalb der Kontakteinrichtung 28 in oder gegen die x-Richtung bewegt wird. Dies führt dazu, dass der bewegliche Schaltkontakt innerhalb der Kontakteinrichtung 28 geschlossen oder geöffnet wird.
Ein Schaltwellenhebel 26 ist fest mit der Schaltwelle 22 verbunden. Über einen Koppelbereich 68 ist der Schaltwellenhebel 26 mit einer ersten Stellstange 36, einem Stellelement 34 und einer zweiten Stellstange 38 verbunden. Die zweite Stellstange 38 ist über einen Koppelbereich 72 mit dem Tragelement 46 verbunden. Das Tragelement 46 ist fest mit einem feststehenden Element 56 des ersten Leistungsschalters verbunden.
Das Stellelement 34 ist dazu ausgebildet, sich entlang seiner Längsrichtung zu vergrößern oder zu verkleinern. Damit sorgt das Stellelement 34 dafür, dass die Länge der Gesamtheit aus der ersten Stellstange 36, dem Stellelement 34 und der zweiten Stellstange 38 in Längsrichtung des Stellelements 34 veränderbar ist. Hierfür kann das Stellelement 34 beispielsweise eine Federfunktion aufweisen. Beispielsweise kann durch eine erste Drehung der Schaltwelle 22 durch einen nicht gezeigten Antrieb das Stellelement 34 vorgespannt werden. Damit wird Energie in dem Stellelement 34 gespeichert und kann durch eine Auslösung des Stellelements 34 zu einer zweiten Drehung der Schaltwelle 22 entgegen der ersten Drehung verwendet werden.
Der Sensor S1 ist an dem feststehenden Element 48 angebracht. Der Sensor S2 ist an dem Tragelement 42 angebracht. Der Sensor S3 ist an der Schaltwelle 22 zwischen dem Koppelbereich 62 und dem Schalthebel 24 angebracht. Der Sensor S4 ist an dem Schaltwellenhebel 24 angebracht. Der Sensor S5 ist an der Koppelstange 32 angebracht. Der Sensor S6 ist an der Kontakteinrichtung 28 angebracht. Der Sensor S7 ist an dem feststehenden Element 54 angebracht. Der Sensor S8 ist an der Schaltwelle 22 zwischen dem Schalthebel 24 und dem Schalthebel 26 angebracht. Der Sensor S9 ist an dem Schaltwellenhebel 26 angebracht. Der Sensor S10 ist an der Stellstange 36 angebracht. Der Sensor S11 ist an dem Stellelement 34 angebracht. Der Sensor S12 ist an der zweiten Stellstange 38 angebracht. Der Sensor S13 ist an dem Tragelement 46 angebracht. Der Sensor S14 ist an dem feststehenden Element 56 angebracht. Die Sensoren S15 und S16 sind an der Schaltwelle 22 zwischen dem Koppelbereich 64 und dem Schaltwellenhebel 26 benachbart, aber beabstandet angeordnet. Der Sensor S17 ist an dem Tragelement 44 angeordnet. Der Sensor S18 ist an dem feststehenden Element 52 angebracht. Der Sensor S19 ist an einem feststehenden Element 58 des ersten Leistungsschalters angebracht.
Figur 2 zeigt einen schematisch dargestellten Teilbereich 4 eines zweiten Leistungsschalters mit darin angeordneten Sensoren S20 bis S28. Es sind mechanisch bewegbare Elemente sowie feststehende Elemente des zweiten Leistungsschalters gezeigt.
In einer z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems 16 erstreckt sich eine Welle 74, die fest verbunden ist mit einem Schwungrad 76. Das kartesische Koordinatensystem 16 besitzt neben der z-Achse eine x-Achse und eine y-Achse. Das Schwungrad 76 ist über die Welle 74 derart gelagert, dass das Schwungrad 76 entsprechend einem Doppelpfeil 204 zu einer Eigenrotation bewegbar ist. Radial nach außen ist das Schwungrad 76 über einen Koppelbereich 98 mit einer Koppelstange 78 verbunden. Die Koppelstange 78 wiederum ist über einen Koppelbereich 102 mit einer Steuerstange 82 verbunden. Die Steuerstange 82 ist einer Kontakteinrichtung 84 zugeführt. Die Kontakteinrichtung 84 ist fest mit einem feststehenden Element 92 des zweiten Leistungsschalters verbunden.
Die Steuerstange 82 wird von einem Führungselement 86 und einem Führungselement 88 entlang der y-Richtung geführt. Das Führungselement 86 ist fest mit einem feststehenden Element 94 des zweiten Leistungsschalters verbunden. Das Führungselement 88 ist fest mit einem feststehenden Element 96 des zweiten Leistungsschalters verbunden.
Die Steuerstange 82 ist dazu ausgebildet, um in der Kontakteinrichtung 84 einen Teil eines nicht gezeigten Schaltkontakts zu bewegen. Hierzu ist die Steuerstange 82 in oder entgegen der y-Richtung bewegbar und führt damit zu einem Schließen oder einem Öffnen des Schaltkontakts in der Kontakteinrichtung 84. Die rotative Bewegung der Welle 74 wird über das Schwungrad 76 und die zwischen Schwungrad 76 und Steuerstange 82 angeordnete Koppelstange 78 in eine geradlinige Bewegung der Steuerstange 82 entlang der y-Richtung umgesetzt.
Die Sensoren S20 und S21 sind an unterschiedlichen Stellen des Schwungrads 76 angebracht. Der Sensor S22 ist an der Koppelstange 78 angebracht. Die Sensoren S23 und S26 sind an der Steuerstange 82 beabstandet angebracht. Der Sensor S24 ist an dem feststehenden Element 96 angebracht. Der Sensor S25 ist an dem Führungselement 88 angebracht. Der Sensor S27 ist an der Kontakteinrichtung 84 angebracht. Der Sensor S28 ist an dem feststehenden Element 92 angebracht.
Die Anbringung der Sensoren S1 bis S28 aus den jeweiligen Figuren 1 und 2 kann unterschiedlich ausgeführt sein. Die Sensoren S1 bis S28 können an einem feststehenden oder einem bewegbaren Element des ersten oder des zweiten Leistungsschalters angebracht sein. Des Weiteren ist eine Anbringung mehrerer Sensoren an einem Element möglich.
Die Sensoren S1 bis S28 aus den Figuren 1 und 2 können jeweils unterschiedlich ausgebildet sein. Einer der Sensoren S1 bis S28 ist an einem Element angebracht und erfasst Eigenschaften des Elements oder Eigenschaften der Umgebung des Elements. Beispielsweise kann einer der Sensoren S1 bis S28 als Beschleunigungsmesser bzw. Beschleunigungssensor zur Messung der Beschleunigung eines mechanisch bewegbaren oder zur Messung der Vibration eines feststehenden Elements, als Tensiometer zur Messung einer mechanischen Spannung, als Drehwinkelsensor oder als akustischer Sensor zur Messung eines akustischen Signals bzw. als Druckwellensensor ausgebildet sein. Ein Beschleunigungsmesser kann beispielsweise als MEMS-Bauteil ausgeführt sein, wobei MEMS für "Micro Electrical Mechanical System" steht und ein miniaturisiertes Bauteil bezeichnet. Die Beschleunigung kann in einer oder mehreren Achsen gemessen werden. Je nach Notwendigkeit genügt beispielsweise bereits eine Messung einer Bewegung, beispielsweise in Form einer Beschleunigung, in einer einzigen Achse.
Aus der gemessenen Eigenschaft wird ein Messsignal gebildet. Zu einer weiteren Verarbeitung kann das Messsignal kabelgebunden oder kabellos übertragen werden. Bei einer kabellosen Kommunikation ist beispielsweise eine IEEE 802.11 konforme Übertragung möglich. Eine entsprechende Vorrichtung zur Übertragung des Messsignals befindet sich in diesem Fall bereits auf dem Sensor S1 bis S28.
Messsignale, aufgenommene Messsignale, Parameter/Parameterkurven, Vergleichsparameter, Vergleichsparameterkurven, etc. werden allgemein auch als Signale bezeichnet.
Figur 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 18 zur Erfassung und Verarbeitung von Messsignalen. Sensoren Sa und Sz repräsentieren die Sensoren S1 bis S28 der Figuren 1 und 2. Der Sensor Sa sendet ein Messsignal gemäß eines Pfeils 116 an eine Erfassungseinheit 104. Der Sensor Sz sendet ein Messsignal gemäß eines Pfeils 118 an die Erfassungseinheit 104.
Der Erfassungseinheit 104 wird ein Triggersignal 122 und ein Zeitsignal 124 zugeführt. Das Triggersignal 122 dient dazu, einen Start- bzw. Endzeitpunkt einer Aufnahme eines Messsignals des Sensors Sa und/oder Sz zu bestimmen. Üblicherweise wird beim Schließen des Leistungsschalters der Beginn des Schließens als Startzeitpunkt und das Ende des Schließens als Endzeitpunkt gewählt. Beim Öffnen wird üblicherweise der Beginn der Öffnung als Startzeitpunkt und das Ende des Öffnens als Endzeitpunkt gewählt. Das Zeitsignal 124 dient dazu, ein aufgenommenes Messsignal mit einem Zeitstempel zu versehen. Die Erfassungseinheit 104 übernimmt die Funktion eines Multiplexers zu einer zentralen Zusammenführung und Aufnahme von Messsignalen.
Aufgenommene Messsignale werden von der Erfassungseinheit 104 gemäß einem Pfeil 126 und einem Pfeil 127 einer Verarbeitungseinheit 106 zugeführt. Die Verarbeitungseinheit 106 dient dazu, aufgenommene Messsignale in einen Parameter bzw. eine Parameterkurve zu transformieren. Die Verarbeitungseinheit 106 wird nicht benötigt, wenn ein Messsignal bereits einem Parameter bzw. einer Parameterkurve entspricht. Ein Beispiel für die Funktion der Verarbeitungseinheit 106 ist die Transformation von Messsignalen eines Beschleunigungsmessers. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinheit 106 die gemessene Beschleunigung, d.h. die Beschleunigung über der Zeit, in eine Geschwindigkeit-Zeit-Parameterkurve oder eine Weg-Zeit-Parameterkurve transformieren. In einem weiteren Beispiel transformiert die Verarbeitungseinheit 106 erfasste Messsignale in den Frequenzbereich. Beide vorstehend erläuterten Beispiele sind selbstverständlich auch kombinierbar.
Ein durch die Verarbeitungseinheit 106 ermittelter Parameter oder eine Parameterkurve wird gemäß eines Pfeils 128 und/oder gemäß eines Pfeils 129 einer Verknüpfungseinheit 108 zugeführt. Des Weiteren werden der Verknüpfungseinheit 108 Vergleichsparameter bzw. Vergleichsparameterkurven aus einer Speichereinheit 112 gemäß eines Doppelpfeils 132 bereitgestellt. Ebenso können die anderen Einheiten mit einer nicht gezeigten Speichereinheit ausgestattet sein.
Die Verknüpfungseinheit 108 dient dazu, eine Verknüpfung durchzuführen, wobei diese Verknüpfung auf Basis der zugeführten Parameter/Parameterkurven und/oder der bereitgestellten Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven durchgeführt wird. Unter einer Verknüpfung ist in diesem Zusammenhang neben einer logischen Operation, wie beispielsweise größer/gleich, auch eine arithmetische oder sonstige, auch komplexere Operation zu verstehen, die einen Zusammenhang zwischen den verknüpften Signalen herstellt. Auf Basis der Verknüpfung werden eine oder mehrere Zustandsvariablen ermittelt. Ein Beispiel für eine Zustandvariable ist die Ausfallwahrscheinlichkeit des Leistungsschalters. Eine Zustandsvariable gibt den tatsächlichen mechanischen Zustand eines Elements, eines Teilbereichs des Leistungsschalters oder des gesamten Leistungsschalters wieder.
Gemäß dem Doppelpfeil 132 ist es der Verknüpfungseinheit 108 auch möglich, Parameter/Parameterkurven, Zustandsvariablen oder andere Daten in der Speichereinheit 112 abzulegen bzw. vorzuhalten. Eine Minderung des mechanischen Zustands eines Elements, eines Teilbereichs oder des gesamten Leistungsschalters kann beispielsweise durch eine Verknüpfung eines momentanen, tatsächlich ermittelten Messwerts und zeitlich zurückliegender aufgenommener Messwerte in einen Zusammenhang mit der Lebenszeit des Leistungsschalters gebracht werden. Damit kann beispielsweise auf die Zukunft und einen möglichen zukünftigen Ausfall geschlossen werden.
Eine oder mehrere Zustandsvariablen werden gemäß dem Pfeil 134 einer Entscheidungseinheit 114 zugeführt. In der Entscheidungseinheit 114 wird eine Bewertung der zugeführten Zustandsvariable/n durchgeführt und, falls nötig, eine entsprechende Maßnahme 150 eingeleitet. Eine derartige Maßnahme 150 kann beispielsweise ein Außerbetriebsetzen des Leistungsschalters, die Vorhersage eines Fehlers, oder die Einleitung oder Planung einer entsprechenden Wartung des Leistungsschalters umfassen.
Abgrenzungen I, II, III und IV beschreiben jeweils eine mögliche Ausführungsform der Vorrichtung 18. Die Abgrenzungen I, II, III und IV beziehen sich jeweils auf eine Trennung zwischen einer Domäne des Leistungsschalters und einer externen Domäne. Damit befindet sich bei der Wahl der jeweiligen Abgrenzung I, II, III oder IV in Richtung eines Pfeils 152 die Domäne des Leistungsschalters und in Richtung eines Pfeils 154 die externe Domäne. Die Domäne des Leistungsschalters bezieht sich hierbei auf das Innere des Leistungsschalters sowie auf dem Leistungsschalter unmittelbar zugeordnete Elemente oder Einheiten. Die externe Domäne bezieht sich auf nicht dem Leistungsschalter unmittelbar zugeordnete Elemente oder Einheiten. Beispielsweise kann es sich bei einer der externen Domäne zugeordneten Einheit um eine über ein Datennetz angebundene Entscheidungseinheit 114 handeln. Neben der Bestimmung der Abgrenzung I, II, III oder IV bezüglich der Domäne des Leistungsschalters kann eine zusätzliche Abgrenzung I, II, III oder IV zur weiteren Auftrennung in Teilvorrichtungen bzw. Teilsysteme dienen.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 18 gemäß der Abgrenzung I befinden sich lediglich die Sensoren Sa und Sz innerhalb der Domäne des Leistungsschalters. Die Erfassungseinheit 104 befindet sich außerhalb der Domäne des Leistungsschalters. Beispiel für die Erfassungseinheit 104 ist ein tragbares Gerät, welches in die Nähe des Leistungsschalters gebracht wird, um kabellos gemäß der Pfeile 116 und 118 die durch die Sensoren Sa bis Sz erzeugten Messsignale zu erfassen.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 18 gemäß der Abgrenzung II befindet sich die Erfassungseinheit 104 innerhalb der Domäne des Leistungsschalters. Beispiel hierfür ist ein der Erfassungseinheit 104 entsprechender Multiplexer, der die Messsignale der Sensoren Sa bis Sz empfängt und über eine Verbindung zur Datenübertragung an die außerhalb der Domäne des Leistungsschalters angeordnete Verarbeitungseinheit 106 gemäß der Pfeile 126 und 127 weiterleitet. Eine Transformation der aufgenommenen Messsignale findet damit außerhalb der Domäne des Leistungsschalters statt.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 18 gemäß der Abgrenzung III befindet sich die Verarbeitungseinheit 106 innerhalb der Domäne des Leistungsschalters. Damit findet eine Aufbereitung bzw. Transformation der aufgenommenen Messsignale innerhalb der Domäne des Leistungsschalters statt und die entsprechenden Parameter/Parameterkurven stehen somit nach außen zur Weiterverarbeitung durch die Verknüpfungseinheit 108 bereit.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 18 gemäß der Abgrenzung IV befindet sich die Verknüpfungseinheit 108 innerhalb der Domäne des Leistungsschalters. Eine Zustandsvariable wird somit innerhalb der Domäne des Leistungsschalters ermittelt und gemäß des Pfeils 134 an die Entscheidungseinheit 114 weitergeleitet. In dieser Ausführungsform findet die Bewertung des mechanischen Zustands des Leistungsschalters zur Einleitung einer Maßnahme außerhalb der Domäne des Leistungsschalters statt. Damit wird beispielsweise die gesamte Datenermittlung und -verarbeitung auf dem Leistungsschalter durchgeführt und die ermittelten Zustandsvariablen können zentralisiert einer oder mehrerer Entscheidungseinheiten 114 zugeführt werden. Beispielsweise kann die Entscheidungseinheit 114 eine über Datennetze mit den entsprechenden Leistungsschaltern verbundene Überwachungszentrale sein, von der aus Wartungseinsätze geplant werden und/oder eine Abschaltung durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 18 befindet sich die gesamte Vorrichtung 18 innerhalb des Leistungsschalters. Damit ist der Leistungsschalter beispielsweise in der Lage, den Betrieb eigenständig einzustellen, sobald durch die Entscheidungseinheit 114 festgestellt wird, dass der mechanische Zustand nicht mehr ausreichend ist, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Ein beispielsweise parallel geschalteter weiterer Leistungsschalter kann durch einen entsprechenden Ausgang als Ersatz für den außer Betrieb genommenen Leistungsschalter in Betrieb genommen werden.
Des Weiteren können zwischen den Sensoren Sa bis Sz und der Entscheidungseinheit 114 Einheiten wegfallen, wodurch eine Einheit bei der Kommunikation übersprungen wird. Liegen beispielsweise die Messsignale in der benötigten Form vor, so müssen diese nicht durch die Verarbeitungseinheit 106 transformiert werden. Die Verarbeitungseinheit 106 wird daher nicht benötigt und die Erfassungseinheit 104 führt die aufgenommenen Messsignale direkt der Verknüpfungseinheit 108 zu.
Desweitern kann die jeweilige Kommunikation entsprechend den Pfeilen 116, 118, 122, 124, 126, 127, 128, 129, 132, 134 und 150 drahtgebunden oder drahtlos ausgeführt sein.
Figur 4 zeigt ein Übersichtsdiagramm 6, das verschiedene Ausführungsformen einer Verknüpfung von Parametern und/oder Parameterkurven umfasst. Das Übersichtsdiagramm 6 umfasst drei Dimensionen.
Entlang einer n-Achse, d.h. einer Zeitachse, sind Zeitpunkte aufgetragen. Hierbei beschreiben Signale zu einem Zeitpunkt n0 den mechanischen Zustand eines neuwertigen Leistungsschalters, das heißt beispielsweise zum Zeitpunkt der Auslieferung in der Vergangenheit. Ein Zeitpunkt np beschreibt einen Zeitpunkt nach der Auslieferung in der Vergangenheit und ein Zeitpunkt nc beschreibt den jetzigen Zeitpunkt. Üblicherweise beschreiben die vorgenannten Zeitpunkte jeweils einen Zeitpunkt der Aufnahme des Messsignals bzw. einen der Aufnahme zugeordneten Zeitpunkt.
Eine S-Achse beschreibt eine Sensorachse, durch die die unterschiedlichen Anbringungspunkte bzw. Anbringungsstellen der Sensoren berücksichtigt sind. Auf der S-Achse sind zwei verschiedene Sensoren Sx und Sy aufgetragen.
Auf einer CB-Achse sind verschiedene Verkörperungen des Leistungsschalters aufgetragen. Hierbei entspricht eine Verkörperung CB0 dem betrachteten, real vorhandenen Leistungsschalter, bei dem der mechanische Zustand ermittelt und bewertet werden soll. Eine Verkörperung CBx beschreibt einen repräsentativen Leistungsschalter, der beispielsweise aus Datensammlungen über mehrere baugleiche Leistungsschalter und über einen realen, bestimmten Zeitraum ermittelt wurde. Eine Verkörperung CBs entspricht einem simulierten Leistungsschalter.
In einer S-CB-Ebene und deren Parallelebenen finden sich Signale, die einem jeweiligen Zeitpunkt zugeordnet sind. In einer n-CB-Ebene und deren Parallelebenen finden sich Signale, die jeweils einem Sensor Sx oder Sy zugeordnet sind. In einer n-S-Ebene und deren Parallelebenen finden sich Signale, die jeweils einer jeweiligen Verkörperung CB0, CBx oder CBs des Leistungssschalters zugeordnet sind.
In dem Übersichtsdiagramm 6 sind Koordinaten D000 bis D221 gezeigt, die für Parameter/Parameterkurven oder Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven stehen. Die Koordinaten D200 und D201 repräsentieren Parameter/Parameterkurven, die zu einem momentanen Zeitpunkt nc ermittelt wurden, wobei diese Parameter/Parameterkurven den gemäß den Pfeilen 128 und 129 der Verknüpfungseinheit 108 zugeführten Parametern/Parameterkurven entsprechen. Die anderen Koordinaten D000, D100, D010, D110, D210, D020, D120, D220, D001, D101, D011, D111, D211, D021, D121, D221 entsprechen den durch die Speichereinheit 112 der Verknüpfungseinheit 108 aus Figur 3 bereitgestellten Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven.
Das Übersichtsdiagramm 6 zeigt beispielhaft mögliche Verknüpfungen 136, 138, 142 und 144. Ausgangspunkt der Verknüpfungen 136, 138, 142 und 144 ist der Parameter bzw. die Parameterkurve bei der Koordinate D200, wobei hinter der Koordinate D200 ein momentan ermitteltes Messsignal des Sensors Sx des real vorhandenen Leistungsschalters steht.
Bei der Verknüpfung 136 werden Parameter/Parameterkurven der Koordinaten D200 und D201 verglichen. Das bedeutet, es werden Parameter/Parameterkurven verglichen, die zum gleichen Zeitpunkt nc des betrachteten Leistungsschalters CB0 jedoch von verschiedenen Sensoren Sx und Sy stammen. Entspricht der Sensor Sx beispielsweise dem Sensor S15 aus Figur 1 und der Sensor Sy dem Sensor S16 aus Figur 1, so kann durch die Verknüpfung 136 beispielsweise auf einen Bruch der Schaltwelle 22 aus Figur 1 zwischen den Sensoren S15 und S16 geschlossen werden.
Weitergehend kann die Verknüpfung 136 Parameter/Parameterkurven von mehr als zwei Sensoren umfassen. Ein Beispiel hierfür ist die Anordnung der Sensoren S4, S3 und S8 in Figur 1, wobei bei der Verknüpfung 136 der Parameter/Parameterkurven beispielsweise auf einen Bruch der Schaltwelle 22 oder des Schalthebels 24 aus Figur 1 geschlossen werden kann. Auch ein Bruch des Schwungrads 76 aus Figur 2 mit den darauf angeordneten Sensoren S20 und S21 kann durch die Verknüpfung 136 ermittelt werden. Aber auch der mechanische Zustand der Verbindung zwischen feststehenden Teilen kann durch die Verknüpfung 136 beurteilt werden. Entsprechende Anordnungen finden sich in Figur 1 in Sensorpaaren S1 und S2, S6 und S7, S13 und S14 sowie S17 und S18. In Figur 2 finden sich derartige Anordnungen in den Sensorpaaren S24 und S25 sowie S27 und S28. Eine Minderung des mechanischen Zustands einer Lagerung kann durch die Verknüpfung 136 von Parametern/Parameterkurven der Sensorpaare S2 und S3, S5 und S6, S16 und S17 aus Figur 1 sowie der Sensorpaare S26 und S27, S25 und S26 aus Figur 2 festgestellt werden. Auch eine Minderung des mechanischen Zustands einer Kopplung zwischen zwei mechanisch bewegbaren Elementen kann durch die Verknüpfung 136 festgestellt werden. Beispiele für benötigte Sensorpaare finden sich in Figur 1 in S4 und S5 sowie S9 und S10. In Figur 2 finden sich derartige Sensorpaare in S21 und S22 sowie S22 und S23.
Die Verknüpfung 138 bezieht Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven des gleichen Sensors aus einer in der Vergangenheit getätigten Messung zum Zeitpunkt np mit der Koordinate D100 mit ein. Bei diesen Vergleichsparametern/Vergleichsparameterkurven kann es sich auch um gemittelte Werte aus früheren Messungen handeln. Durch die Verknüpfung 138 kann somit festgestellt werden, wie sich eine Minderung oder Veränderung des mechanischen Zustands über der Zeit entwickelt. Die Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven der Koordinate D100 werden in der Speichereinheit 112 nach Figur 3 vorgehalten und durch die Verknüpfungseinheit 108 aktualisiert bzw. gepflegt und bei Bedarf abgerufen.
Die Verknüpfung 142 stellt momentane Parameter/Parameterkurven der Koordinate D200 in Beziehung zu Vergleichsparametern/Vergleichsparameterkurven eines simulierten Leistungsschalters CBs. Die Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven der Koordinate D020 des simulierten Leistungsschalters CBs beziehen sich auf den Zeitpunkt n0. Damit wird der Ist-Zustand des Leistungsschalters CB0 in Form eines Signals bei der Koordinate D200 mit dem Auslieferungs-Soll-Zustand eines simulierten Leistungsschalters CBs in Form eines Signals bei der Koordinate D020 verglichen.
Die Verknüpfung 144 stellt momentane Parameter/Parameterkurven in Beziehung zu Vergleichsparametern/Vergleichsparameterkurven eines repräsentativen Leistungsschalters CBx. Die Vergleichsparameter/Vergleichsparameterkurven der Koordinate D210 sind über mehrere Leistungsschalter im Experiment ermittelte und gemittelte Werte. Damit kann ermittelt werden, wie stark die Minderung des mechanischen Zustands des Leistungsschalters bzw. eines Element des Leistungsschalters, dem der Sensor Sx zugeordnet ist, im Vergleich zu einer üblichen Minderung zum gleichen Betriebszeitpunkt fortgeschritten ist.
Die Verknüpfungen 136, 138, 142 und 144 stellen jeweils Beispiele für eine Verknüpfung dar. Verknüpfungen jeglicher Art, das heißt in jeder anderen Kombination, sind denkbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens sieht die Verknüpfung von Messsignalen oder aufgenommenen Messsignalen von mindestens zwei Sensoren vor. Hierbei sind mindestens zwei Sensoren an einem Element des Leistungsschalters angeordnet. Je nach Bewegung bzw. Vibration und Ausformung des Elements ergeben sich bestimmte Erwartungswerte für die Messsignale. Bei Anordnung der Sensoren beispielsweise an einer Welle, die üblicherweise einer gleichartigen Drehbewegung ausgesetzt ist, wird erwartet, dass an allen Orten ein nahezu gleiches Messsignal durch einen Sensor erzeugt wird. Ist dies nicht der Fall bzw. wird zu sehr von einem gewissen Toleranzbereich abgewichen, so kann aus einer Verknüpfung der Messsignale auf eine Beschädigung der Welle, weiterer zugeordneter Elemente oder der Lagerung der Welle geschlossen werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens betrifft den Vergleich von Messsignalen mit Signalen aus einer Simulation, entsprechend den Signalen der Verkörperung CBs aus Figur 4. Es wird diesem Ausführungsbeispiel ein extern angeregtes, gedämpftes Feder-Masse-Modell zu Grunde gelegt, welches im Folgenden erläutert wird.
Die Antwort eines Systems im Allgemeinen hängt bei einer gegebenen Anregung von dem jeweiligen Dämpfungsverhältnis, von der Steifigkeit und der Masse des Systems ab. In Gleichung 1 ist die gewöhnliche Differentialgleichung eines extern angeregten, gedämpften Feder-Masse-Modells gezeigt. $m \ddot{x} + c \dot{x} + kx = F_{0} \cos (2 πft)$
In Gleichung 1 ist m eine Masse, c eine Dämpfungskonstante, k eine Federkonstante, x eine Beschleunigung, x eine Geschwindigkeit und x eine Auslenkung bzw. ein Weg. Der rechte Teil der Gleichung 1 entspricht einer periodischen Anregung durch eine Kraft mit F ₀ als Kraftamplitude, f als Frequenz und t als Zeit.
Eine stationäre Lösung der Gleichung 1 ist in Gleichung 2 gezeigt. $x (t) = X \cos (2 πft - φ)$
In Gleichung 2 ist X die Amplitude, φ die Phase und x(t) ein simuliertes Messsignal.
Bei dem vorstehend erläuterten Modell werden die Masse m, die Dämpfungskonstante c und die Federkonstante k in Gleichung 1 derart vorgegeben, dass diese Vorgaben einem bestimmten mechanischen Zustand des zugeordneten Elements des Leistungsschalters entsprechen. Durch eine Änderung der Masse m kann beispielsweise ein Bruch eines Elements des Leistungsschalters berücksichtigt werden. Eine Lockerung und ein erhöhtes Spiel von Verbindungen wird durch die Änderung der Dämpfungskonstante c und/oder der Federkonstante k bestimmt. Bei einer vorgegebenen, zeitlich harmonischen Anregung kann so durch Lösung der Differentialgleichung nach Gleichung 1 das simulierte Messsignal x(t) bestimmt werden.
In dem vorstehenden Fall wurde eine harmonische Anregung dem gedämpften Feder-Masse-Modell zu Grunde gelegt. Mit Hilfe der Fourier-Transformation und dem Superpositionsprinzip kann das extern angeregte, gedämpfte Feder-Masse-Modell derart erweitert werden, dass auch nicht harmonische Kräfte in der Gleichung 1 auf das extern angeregte, gedämpfte Feder-Masse-Modell angewendet werden können.
Die Fourier-Transformation wandelt ein Zeitsignal in den Frequenzbereich. Nach dem Superpositionsprinzip können die Lösungen verschiedener Kräfte aufsummiert werden, wenn das System linear ist. Das extern angeregte, gedämpfte Feder-Masse-Modell ist dann linear, wenn die Federkraft proportional zu der Auslenkung und die Dämpfung proportional zu der Geschwindigkeit in dem betrachteten Bereich sind. Mit Hilfe der Fourier-Transformation kann daher eine Kraft, wie beispielsweise in Figur 5 gezeigt, für das Verfahren verwendet werden.
Figur 5 zeigt ein Kraft-Zeit-Diagramm 12, wobei senkrecht eine Kraft F und waagerecht eine Zeit t aufgetragen sind. Die Kraft gemäß einer Kennlinie 336 wirkt beispielsweise an einem der mechanisch bewegbareren Elemente des Leistungsschalters. Die Kennlinie 336 entspricht des Weiteren beispielsweise einer Vergleichsparameterkurve wie sie an der Koordinate D020 der Figur 4 zugeordnet ist.
Eine derartige Kraft kann beispielsweise als Fourier-Transformierte in einfacher Weise mit dem entsprechend transformierten obenstehenden Feder-Masse-Modell verknüpft werden.
Liegen des Weiteren mehrdimensionale Daten vor, wie beispielsweise von einem Beschleunigungsmesser, der die Beschleunigung in allen drei Dimensionen misst, so kann die gewöhnliche Differentialgleichung aus Gleichung 1 zu einer gewöhnlichen Differentialgleichung gemäß Gleichung 3 erweitert werden. $[M] \{\ddot{x}\} + [C] \{\dot{x}\} + [K] \{x\} = \{f\}$
In Gleichung 3 entspricht [M] einer Massematrix, [C] einer Dämpfungsmatrix, [K] einer Steifigkeitsmatrix, {ẍ} der Beschleunigung, {ẋ} der Geschwindigkeit, {x} der Auslenkung und {f} entspricht der anregenden Kraft.
Die Matrizen [M], [C] und [K] werden, wie oben erläutert, entsprechend der zu simulierenden Situation angepasst, um einen Vergleichsparameter bzw. eine Vergleichsparameterkurve, entsprechend einem simulierten Messsignal, zu ermitteln, der/die einem bestimmten mechanischen Zustand entspricht, und diesen Vergleichsparameter bzw. diese Vergleichsparameterkurve mit einem momentanen Messsignal zu vergleichen.
Eine Simulation beispielsweise eines Bruches eines Elements wird durch eine Veränderung der Massenmatrix [M] festgelegt. Durch den aus dem Feder-Masse-Modell ermittelten Vergleichsparameter oder die Vergleichsparameterkurve lassen sich so tatsächliche Brüche eines Elements oder zwischen zwei oder mehreren Elementen feststellen. Das selbsttätige Lösen bzw. zunehmende Spiel von Verbindungen oder Lagerungen wird durch die Veränderung der Steifigkeitsmatrix [K] und/oder der Dämpfungsmatrix [C] beeinflusst. Durch eine Ermittlung eines Vergleichsparameters bzw. einer Vergleichsparameterkurve und einer Verknüpfung kann die Minderung des mechanischen Zustands sowie damit auch die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Leistungsschalters ermittelt und beurteilt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel basiert die Verknüpfung auf einem Vergleich verschiedener Frequenzantworten H(ω). Durch die Fourier-Transformation können die Auslenkung x bzw. {x}, die Geschwindigkeit ẋ bzw. {ẋ} oder die Beschleunigung x bzw. {ẍ} in die Fourier-Transformierte X(ω) transformiert werden. Wie oben erläutert, lässt sich auch die Kraft als Fourier-Transformierte F(ω) beschreiben. Gemäß Gleichung 4 ergibt sich damit aus dem Verhältnis der FourierTransformierten X(ω) der Auslenkung zu der FourierTransformierten F(ω) der anregenden Kraft die Frequenzantwort H(ω). $H (ω) = \frac{X (ω)}{F (ω)}$
Die Frequenzantwort H(ω) aus einem zu einem momentanen Zeitpunkt aufgenommenen Messsignal enthält die Informationen über den tatsächlichen mechanischen Zustand. Dagegen kann eine typische Frequenzantwort H(ω) Charakteristiken aufweisen, die für bestimmte Verminderungen des mechanischen Zustands typisch sind. Durch einen entsprechenden Vergleich mit mehreren typischen Frequenzantworten kann eine tatsächlich vorhandene Minderung des mechanischen Zustands entdeckt werden.

Claims

Elektrischer Leistungsschalter mit mechanisch beanspruchten Elementen (22-58; 74-92), wobei die Elemente (22-58; 74-92) mechanisch bewegbar oder feststehend sind, wobei der elektrische Leistungsschalter zwei Sensoren (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) aufweist, wobei durch die zwei Sensoren (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) jeweils ein Messsignal (116; 118) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Sensoren (S1-S28;Sa,Sz; Sx,Sy) auf eienm der mechanisch beanspruchten Elemente (22-58;74-92) beabstandet angeordnet sind und dass auf Basis einer Verknüpfung der beiden Messsignale (116, 118) eine Minderung eines mechanischen Zustands des elektrischen Leistungsschalters oder des Elements (22-58; 74-92) des elektrischen Leistungsschalters ermittelt wird.
Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1, wobei eines der Messsignale (116; 118) ausgehend von einem der zwei Sensoren (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) einer Erfassungseinheit (104) zuführbar ist, wobei die Erfassungseinheit (104) dazu ausgebildet ist, dass die Messsignale (116; 118) der zwei Sensoren (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) zentral zusammenführbar sind, wobei durch die Erfassungseinheit (104) ein aufgenommenes Messsignal (126; 127) ausgebbar ist, wobei das Messsignal (116; 118) oder das aufgenommene Messsignal (126; 127) einer Verarbeitungseinheit (106) zuführbar ist, wobei die Verarbeitungseinheit (106) dazu ausgebildet ist, dass aus dem Messsignal (116; 118) oder aus dem aufgenommenen Messsignal (126; 127) ein Parameter bzw. eine Parameterkurve (128; 129) erzeugt wird.
Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Messsignal (116; 118), das aufgenommene Messsignal (126; 127) oder der Parameter bzw. die Parameterkurve (128; 129) einer Verknüpfungseinheit (108) zuführbar ist, wobei die Verknüpfungseinheit (108) dafür sorgt, dass eine Verknüpfung zwischen dem Messsignal (116; 118), einem weiteren Messsignal (116; 118), dem aufgenommene Messsignal (126; 127), einem weiteren aufgenommenen Messsignal (126; 127), dem Parameter bzw. der Parameterkurve (128; 129), einem weiteren Parameter bzw. einer weiteren Parameterkurve (128; 129) und einem Vergleichsparameter bzw. einer Vergleichsparameterkurve (132) durchführbar ist, und dass aus der Verknüpfung der mechanische Zustand des elektrischen Leistungsschalters ermittelt wird.
Elektrischer Leistungsschalter nach Anspruch 3, wobei der Verknüpfungseinheit (108) eine Speichereinheit (112) zugeordnet ist, wobei der Vergleichsparameter bzw. die Vergleichsparameterkurve (132) in der Speichereinheit (112) vorhaltbar und der Verknüpfungseinheit (108) zuführbar ist, und wobei durch die Vergleichereinheit (108) weitere Vergleichsparameter bzw. weitere Vergleichsparameterkurven (132) in der Speichereinheit (112) ablegbar sind.
Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Messsignal (116; 118), das aufgenommene Messsignal (126; 127) oder der Parameter bzw. die Parameterkurve (128; 129) oder der mechanische Zustand einer Entscheidungseinheit (114) zuführbar ist, wobei durch die Entscheidungseinheit (114) eine Entscheidung ermittelbar ist, wobei durch die Entscheidung eine Massnahme bezüglich des Leistungsschalters herbeiführbar ist, und wobei die Massnahme eine Wiederherstellung eines mechanischen Zustandes oder die Beeinflussung des Betriebszustandes des Leistungsschalters betrifft.
Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Sensoren (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) als Beschleunigungssensor, Tensiometer, Drehwinkelsensor oder als Druckwellensensor ausgebildet sind.
Elektrischer Leistungsschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sensor (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy), die Erfassungseinheit (104), die Verarbeitungseinheit (106), die Verknüpfungseinheit (108), die Speichereinheit (112) und/oder die Entscheidungseinheit (114) dazu ausgebildet sind, eine drahtlose Kommunikation mit einer der jeweils anderen Einheiten (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy; 104; 106; 108; 112; 114) durchzuführen.
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Leistungsschalters, wobei der Leistungsschalter mechanisch beanspruchte Elemente (22-58; 74-92) umfasst, wobei die Elemente (22-58; 74-92) mechanisch bewegbar oder feststehend sind, wobei der elektrische Leistungsschalter einen ersten Sensor (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) und einen zweiten Sensor (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) umfasst, dass der erste und der zweite Sensor (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) auf einem der mechanisch beanspruchten Elemente (22-58; 74-92) beabstandet angeordnet sind, dass bei dem Verfahren durch die Sensoren (S1-S28; Sa, Sz; Sx, Sy) jeweils ein Messsignal (116; 118) erzeugt wird, und dass auf Basis einer Verknüpfung der beiden Messsignale (116, 118) eine Minderung eines mechanischen Zustands des elektrischen Leistungsschalters oder des Elements (22-58; 74-92) des elektrischen Leistungsschalters ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das dem ersten Sensor (Sx) zugeordnete Messsignal (116) oder ein dem ersten Sensor (Sx) zugeordnetes Signal (126; 128) mit einem dem ersten Sensor (Sx) zugeordneten Vergleichsparameter bzw. einer Vergleichsparameterkurve (132) verknüpft wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das dem ersten Sensor (Sx) zugeordnete Messsignal (116) oder ein dem ersten Sensor (Sx) zugeordnetes Signal (126; 128) mit einem dem zweiten Sensor (Sy) zugeordneten Signal (118; 127; 129; 132) verknüpft wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der dem ersten Sensor (Sx) zugeordneten Vergleichsparameter bzw. Vergleichsparameterkurve (132) und/oder das dem zweiten Sensor (Sy) zugeordneten Signal (118; 127; 129; 132) durch eine experimentelle Studie (CBx) über mehrere Leistungsschalter oder durch eine Simulation (CBs) des Leistungsschalters erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei zur Ermittlung des Vergleichsparameters bzw. der Vergleichsparameterkurve (132) ein extern angeregtes, gedämpftes Feder-Masse-Modell verwendet wird, wobei dem Feder-Masse-Modell ein Signal in Form einer Kraft (F; {f}) vorgegeben wird, und wobei dem Feder-Masse-Modell eine Masse (m; [M]), eine Steifigkeit (k; [K]) und eine Dämpfung (c; [C]) vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Masse (m; [M]) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steifigkeit (k; [K]) und/oder die Dämpfung (c; [C]) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Messsignal (116; 118) im Wesentlichen während eines Öffnens oder eines Schliessens des Leistungsschalters erfasst wird.