EP2549502A1 - Generatorunterbrecher mit SAW-Sensor - Google Patents

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EP2549502A1
EP2549502A1 EP11174518A EP11174518A EP2549502A1 EP 2549502 A1 EP2549502 A1 EP 2549502A1 EP 11174518 A EP11174518 A EP 11174518A EP 11174518 A EP11174518 A EP 11174518A EP 2549502 A1 EP2549502 A1 EP 2549502A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
generator
breaker unit
generator breaker
quenching chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11174518A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tilo Bühler
Moritz HOCHLEHNERT
Peter Krippner
Jean-Claude Mauroux
Martin Lakner
Florian Buchter
Patrick Fehlmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Priority to EP11174518A priority Critical patent/EP2549502A1/de
Priority to CN2012102507789A priority patent/CN102891042A/zh
Publication of EP2549502A1 publication Critical patent/EP2549502A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/08—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0062—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0062—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity
    • H01H2011/0068—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity measuring the temperature of the switch or parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a generator breaker unit for interrupting a phase of an electric current between an electric generator and a power transformer and a power plant system comprising such a generator breaker unit.
  • Generator breakers are part of the technical equipment of a power plant.
  • the generator breaker In the power plant, the generator breaker is typically located between a generator that generates the electricity and a transformer that connects to the electrical network.
  • the generator breaker is usually designed to interrupt the electrical connection between the generator and the transformer as quickly as possible in case of malfunction. This means that components of the generator breaker may be at a potential of 30 kV with currents around 50 kA during continuous operation, for example.
  • the operating temperature of the generator breaker can be determined by the nominal current in the conductors and the cooling of the generator breaker. Cooling of the generator breaker conductors may be necessary to avoid critical Temperatures are not reached by sensitive system components, such as insulating components of the breaker chamber or quenching chamber of an SF6 breaker.
  • a temperature measuring system for a generator breaker is intended to detect the temperature of the conductor located at electrical potential and to transmit the signals generated in the temperature sensors to a monitoring unit in a control cabinet at ground potential.
  • temperature sensors can be used which are connected to the monitoring unit via fiber optic connections.
  • a temperature sensing system with such connections can be expensive and difficult to install.
  • One aspect of the invention relates to a generator breaker unit for interrupting a phase of an electric current between an electric generator and a power transformer.
  • the generator breaker unit may be a device comprising an extinguishing gas-filled quenching chamber and which is adapted to carry an electric current having a current of several 100 A with an applied medium or high voltage of more than 1000 V. to interrupt.
  • the generator breaker unit comprises a generator-side feed line for connecting the generator breaker unit to the electric generator and a transformer-side lead for connecting the generator breaker unit to the mains transformer.
  • the supply lines are usually tubular metallic conductors designed to conduct the above-mentioned currents with low losses.
  • the generator breaker unit comprises a quenching chamber comprising mutually movable electrical contacts which are connected to the generator-side lead and the transformer-side lead, and which are designed to establish and disconnect an electrical connection between the generator-side supply line and the transformer-side supply line.
  • the quenching chamber may comprise a gas-tight housing, which contains, for example, SF6 for extinguishing the arc produced during switching.
  • the housing of the quenching chamber usually comprises two quenching chamber halves, each consisting of a metallic conductor, and which are mechanically connected to each other by an electrical insulator ring. The two halves are electrically connected to the two leads.
  • the generator breaker unit comprises a measuring system comprising at least one sensor mounted on a conductor portion of the generator breaker unit, wherein the conductor portion is in a closed state of the generator breaker unit at the electric potential of the phase.
  • the sensor is designed to detect a physical quantity by means of acoustic surface waves.
  • the sensor may be a so-called SAW sensor ("surface acoustic wave" sensor) or comprise a passive SAW chip.
  • the measurement system includes a receive antenna connected to a component of the generator breaker unit that is at ground potential and configured to receive the physical quantity from the sensor.
  • the receiving antenna is mounted on a housing that encloses the leads and the quenching chamber.
  • the conductor section may be a section of the supply line, the discharge line or a section of the extinguishing chamber, such as the above-mentioned halves. This allows the sensor to be at high voltage potential of the phase.
  • the sensor and receiving antenna are galvanically isolated, which can greatly facilitate driving the receiving antenna.
  • the measuring system can thus be wireless.
  • the sensor can be a passive sensor that does not require its own power supply, as it draws the required energy from the signal emitted by the receiving antenna. This too can facilitate the maintenance and installation of the measuring system.
  • a SAW sensor typically includes an antenna, a transducer, and a substrate, such as a piezoelectric material.
  • a substrate such as a piezoelectric material.
  • To measure the physical size receives the sensor in this case, an electromagnetic signal from the receiving antenna with its antenna.
  • the transducer converts the electromagnetic signal into a surface acoustic wave, which passes through the substrate at different rates depending on physical parameters such as pressure and temperature, and is reflected back to the transducer in the substrate.
  • the transducer then converts the reflected acoustic wave back into an electromagnetic signal radiated from the antenna of the sensor and received by the receiving antenna.
  • the electromagnetic signal or interrogation signal (usually a radio-frequency pulse or an electrical signal of a certain bandwidth) of the receiving antenna, which may be connected via an electrical line to an interrogation electronics, for example, generates a temperature and / or pressure-dependent resonant frequency in the sensor.
  • This characteristic resonance frequency is emitted by the antenna of the sensor and received by the receiving antenna.
  • the measuring system can thus offer a cost-effective solution for temperature and pressure measurements at electrical potential and allows a long service life of the sensor.
  • a power supply for the sensor in the form of a battery or a more expensive solution with fiber optics.
  • the senor does not require the provision of electronic components or batteries, which may increase the life and duration of the sensor service intervals.
  • the sensor can thereby be made relatively small compared to other sensors.
  • the senor is a temperature sensor and the physical quantity is the temperature.
  • the use of a surface acoustic wave temperature sensor may allow for passive temperature measurement at an electrical potential applied location in the generator breaker unit.
  • the SAW sensor can be attached to a surface area of a test object or inserted in a specially provided attachment point. The SAW sensor may thus be in good thermal contact with the test object.
  • the heat source to be detected may be a metallic conductor portion of the test object at high voltage potential.
  • the temperature sensor is attached to a surface region of the conductor section, in particular to the quenching chamber.
  • the conductor section has an attachment point or a fastening means, for example a recess, a flat point, an intermediate element and / or a machined position, which is designed to receive the sensor.
  • an attachment point or a fastening means for example a recess, a flat point, an intermediate element and / or a machined position, which is designed to receive the sensor.
  • the conductor section has an opening, over which the sensor is mounted.
  • the sensor can come into direct contact with a medium which is arranged behind the conductor section.
  • the sensor may be disposed on a flange opening in the quenching chamber so as to measure the temperature and / or the pressure inside the quenching chamber.
  • the temperature of a component in the quenching chamber is detected with the sensor.
  • the sensor can be used to determine an error case (for example of sliding contacts) or to determine a hot spot. In case of contamination of the electrical contacts in the quenching chamber, for example, an undesired local increase in temperature can occur.
  • the measuring system comprises a heat pipe, which is designed to transport heat from an environment of an electrical contact in the quenching chamber to the sensor, which is attached to the housing of the quenching chamber, by means of a heat conducting fluid.
  • the temperature measurement system may include a heat pipe and a SAW temperature sensor.
  • the arrangement may be designed to monitor a hot spot inside the quenching chamber and to measure the temperature there.
  • Sliding contacts in the quenching chamber can cause contact problems in the interior of the quenching chamber, which are usually manifested by hot spots on the contacts. Such problems are usually detected by a temperature sensor, which is located on the housing and thus on the outer wall of the quenching chamber, only after a time difference resulting from the temperature difference between the hot spot and the mounting location of the sensor and the thermal conductivity of the housing Fire-extinguishing chamber determined.
  • a combination of a heat pipe that functions as a thermal short-circuit with high thermal conductivity and that is designed to conduct heat from one end to its other end and a SAW sensor can significantly shorten this time difference. The one end of the heat pipe is located near the hot spot and the other end of the heat pipe in the SAW sensor, which is attached for example to the surface of the quenching chamber.
  • the sensor and in particular a temperature sensor need not be attached directly to the quenching chamber.
  • the measuring system comprises a plurality of sensors, further mounting locations for the sensors are possible.
  • a sensor is attached to the transformer-side lead.
  • a sensor is attached to the generator-side supply line.
  • the transformer-side lead-out includes a disconnector configured to disconnect a current path through the generator breaker unit when no current is flowing through the generator breaker unit.
  • a sensor may be mounted in front of the isolator and / or after the isolator on the transformer-side drain.
  • the senor is a pressure sensor and the physical quantity is the pressure.
  • the measurement system may include a potential wireless pressure sensor wirelessly coupled to the generator breaker monitoring system, for example a pressure sensor coupled to the breaker chamber of the generator breaker.
  • the pressure sensor can protrude into the interior of the quenching chamber via an opening in the wall of the quenching chamber so that its substrate can detect the pressure inside the quenching chamber, but its antenna is arranged outside the metallic housing wall of the quenching chamber.
  • the senor is designed to detect a pressure in the interior of the quenching chamber.
  • a sufficiently high density of SF6 in the area of the flashover zone is generally required.
  • a monitoring system for the density of the SF6 may be provided inside the extinguishing chamber of the generator breaker comprising a SAW pressure sensor.
  • the positioning of the density sensor in the housing wall of the quenching chamber can have a great influence on the quality of the density measurements, since during operation with nominal flow, a significant temperature gradient can arise in the quenching chamber, which leads to relatively large density differences in the quenching chamber.
  • the quenching chamber comprises a rupture disk, which is designed to compensate for an overpressure in the quenching chamber.
  • the sensor is flanged next to the bursting disk at a flange opening in the quenching chamber wall.
  • the senor is a combination sensor designed to detect temperature and pressure.
  • pressure and temperature can be determined with a chip or with a substrate.
  • the senor comprises a sensor antenna for transmitting and receiving signals, wherein the sensor antenna is at least partially enveloped by a body of dielectric material.
  • the SAW sensor may comprise a spiral wound antenna optimized for a frequency range of several MHz around the operating frequency of the interrogation signal of about 430 MHz.
  • the spiral antenna can protrude from the surface of the sensor module.
  • the antenna of the sensor may be cast in a body of dielectric material, such as epoxy resin.
  • dielectric material such as epoxy resin.
  • the entire body, not just the attachment point of the antenna provides mechanical resistance to external forces. Due to the dielectric properties of the dielectric material, a cast-in antenna can be made smaller than an antenna which is not covered by dielectric material.
  • the senor can be easier to install and can also have increased resistance to mechanical damage.
  • the generator breaker unit comprises a breaker housing, the transformer-side derivative, the generator-side Supply line and the quenching chamber encloses.
  • the receiving antenna is mounted on an inner side of the breaker housing. In this way, the receiving antenna can be mounted in line of sight with the sensor, but with respect to the galvanic separation safe distance to the sensor can be maintained.
  • the receiving antenna is designed to emit a directed electromagnetic signal or readout signal which is directed in the direction of the sensor or in the direction of a plurality of sensors.
  • the measuring system comprises a plurality of sensors which are designed to detect a physical quantity by means of surface acoustic waves.
  • Each sensor can be interrogated separately via its own electromagnetic frequency band, therefore only one receiving antenna can be used for several sensors.
  • the measurement system comprises a readout unit which is designed to generate an electromagnetic readout signal for one or more receive antennas and to receive electromagnetic signals generated by the sensors via the receive antennas.
  • the measuring system comprises at least one pressure sensor and at least one temperature sensor.
  • the temperature measurement can be combined with SF6 pressure measurements, from which the density of the SF6 can be determined.
  • a temperature sensor and a pressure sensor can be arranged in the quenching chamber, for example as described above and below.
  • the evaluation unit is designed to measure the density of the quenching chamber gas, i.e., due to temperature measurement and pressure measurement at a location in the generator breaker unit. of the SF6.
  • the measuring system comprises a plurality of temperature sensors.
  • distributed temperature measurements can be used to indirectly determine the pressure (for example from a temperature gradient). In this way, leaks can be detected early, for example, in the quenching chamber housing.
  • the evaluation unit is designed to determine a density distribution, for example in the quenching chamber or in the breaker housing, based on temperature measurements.
  • Distributed temperature measurements can also be used to determine the aging of the sensors or to calibrate density measurements.
  • a measurement system having a plurality of temperature sensors may identify a hot spot (i.e., a portion of the generator breaker unit that is overheated). The temperature measuring system can thus preventively detect and prevent a potential error generated by overheating.
  • Another aspect of the invention relates to a power plant system comprising an electric generator, a power transformer, and a generator breaker unit as described above and below.
  • Fig. 1 schematically shows a power plant system 10 with an interrupter unit 12, which includes a separator 14 and a breaker 16, which are arranged in a housing 18.
  • the isolator 14 and the breaker 16 are connected in series and connected via a supply line 22 to a generator 20 and via a drain 24 to a power transformer 26.
  • the isolator 14 is designed to electrically isolate the two conductors 22, 24 from each other in an open state of the breaker 16. Even if the breaker 16 is then closed, no current can flow through the conductors 22, 24 in this case.
  • the breaker 16 has its own housing 28, the quenching chamber 28, which is filled with SF6.
  • the quenching chamber electrical contacts 30, 32 are arranged, with which the current path can be closed and opened by the breaker 16.
  • Each phase of the system 10 has its own interrupter unit 12.
  • Fig. 2 schematically shows a longitudinal section through a portion of the interrupter unit 12.
  • the quenching chamber 28 comprises two quenching chamber halves 34, 36, which are connected to each other via an electrical insulator 38.
  • the electrically conductive quenching chamber half 34 is connected to the discharge line 24, the electrically conductive quenching chamber half 36 to the supply line 22.
  • the two halves 34, 36 are electrically isolated from each other but may be interconnected via electrical contacts 30, 32 which form the rated current contact system of the generator breakers.
  • the movable rated current contacts 30 can be pushed by a drive 40 to the stationary rated current contacts 32.
  • the quenching chamber comprises a AbbrandWalletstatt 42, which can also by means of the drive 40 an electrical connection to a AbbbrandWallettulpe and thus an electrical connection between the two quenching chamber halves 34, 36 can produce.
  • both quenching chamber halves 34, 36 can thus be at high voltage level.
  • the halves 34, 36 and the insulator 36 enclose a cavity 44 gas-tight, which is filled with SF6 quenching gas.
  • the quenching chamber 28 is located for cooling in an air flow 45, which flows through the housing 18 of the generator breaker unit 12.
  • the temperature sensor 46 a is attached to the outer surface of the quenching chamber 28. Thus, the temperature sensor 46a can measure the temperature of the wall 48 of the quenching chamber 28 and indirectly the temperature inside the quenching chamber 28.
  • the temperature sensor 46b is mounted above an opening 50 in the wall 48 of the conductor portion 28a of the quenching chamber 28 so that the measuring substrate can directly contact the SF6 inside the cavity 44.
  • the sensor 46b may, for example, be flanged to the quenching chamber 28 with a flange opening 50, resulting in a gas-tight closure of the opening 50.
  • the temperature sensor 46b can thus measure the temperature inside the quenching chamber 28 directly.
  • the temperature sensor 46c is attached to one end of a heat pipe 52 which projects through the wall 48 into the interior of the quenching chamber 28.
  • the other end of the heat pipe 52 is at or near a "hot spot" 54 whose temperature is to be measured by the sensor 46c.
  • a medium may be included, which transfers the temperature at the "hot spot” 54 as quickly as possible to the sensor 46c.
  • the sensor 46c or at least its antenna 56 may be located outside the wall 48 of the quenching chamber 28, which would otherwise shield the electromagnetic signals to and from the sensor 46c.
  • the pressure sensor 46d is mounted analogously to the temperature sensor 46b via an opening 50, for example a flange opening in the wall 48 of the conductor section 28a of the quenching chamber 28, so that its measuring substrate is directly in communication with the interior of the quenching chamber 28 and measures the pressure in the quenching chamber 28.
  • an opening 50 for example a flange opening in the wall 48 of the conductor section 28a of the quenching chamber 28
  • its measuring substrate is directly in communication with the interior of the quenching chamber 28 and measures the pressure in the quenching chamber 28.
  • the sensors 46a, 46b, 46c, 46d are passive SAW sensors for measuring temperature and / or pressure, which can exchange electromagnetic signals with one or more receiving antennas 60 via their antenna 56. Since the housing 18 is grounded to which the antennas 60 are attached, the antennas 60 are at ground potential, unlike the sensors 46a, 46b, 46c, 46d.
  • Fig. 3 schematically shows a cross section through the generator breaker unit 12 at the level of the derivative 24 with a measuring system 62, which includes a SAW sensor 46 and a receiving antenna 60.
  • a SAW sensor 46 is mounted on a fastener 66 that provides good thermal contact between the sensor 46 and the lead 24 and that provides a flat surface on which the sensor 46 can be easily mounted.
  • the sensor 46 includes a helical antenna 56 enclosed by a dielectric 68 to enhance the mechanical and electromagnetic properties of the antenna 56.
  • a receiving antenna 60 is attached, which is connected via a shielded antenna cable 70 to a transmitter 72.
  • the readout and / or evaluation electronics 72 is located in a control cabinet at ground potential.
  • the electrical potential SAW sensor 46 is a fully passive sensor, i. does not have its own energy supply. Rather, the SAW sensor 46 is powered by the interrogation signal of the transmitter 72 via the antenna 60 with energy.
  • the distance between the SAW sensor 46 and the antenna 60 of the readout electronics fulfills dielectric conditions, so that no electrical flashover between the antenna 60 and the sensor 46 can take place when the electrical discharge line 24 is subjected to high voltage.
  • the Fig. 4 schematically shows a generator interrupter unit 12 with possible locations of attachment on the conductor portions 22a, 24a, 28a for SAW sensors 46e, 46f, 46g or mounting locations on the housing 18 for receiving antennas or radiation antennas 60a, 60b, 60c, which individually or in Combination can be used and which are connected to a readout electronics 72.
  • the radiation antenna 60a is attached to a side wall of the housing 18 of the generator breaker unit.
  • the radiation antennas 60b, 60c are in the upper Region or mounted on the top wall of the housing 18, wherein the radiation antenna 60c in the transformer side region and the radiation antenna 60b is arranged in the generator side region.
  • the sensor 46e is attached to the conductor portion 24a of the transformer-side drain 24 in front of the separator 14.
  • the sensor 46f is attached to the conductor portion 24b of the transformer-side lead-out 24 after the separator 14.
  • the sensor 46g is attached to the conductor portion 22a of the generator-side lead 22.
  • the antenna 60a has a directional radiation characteristic 74.
  • the antenna 60a is capable of producing a directional electromagnetic field 74 pointing towards one or more of the sensors 46e, 46f, 46g.
  • Fig. 5 schematically shows a perspective view of a generator breaker unit 12, in which the quenching chamber 28 is arranged in a housing 18 which is connected via an opening with a further housing 76 of the feed line 22, not shown.
  • the quenching chamber 28 flange openings 78 which are each closed by a rupture disk 80.
  • one of the rupture disks 80 may burst and thus relieve the overpressure in the interior of the housing 18 in a relatively controlled manner.
  • a SAW sensor 46h which is designed to measure pressure and / or temperature, is flanged to a conductor portion 28a adjacent the rupture disk 80, which is formed by a portion of the quenching chamber, against the wall of the quenching chamber.
  • the flanging of the SAW sensor 46h may alternatively and in an analogous manner as with the sensors 46b and 46d according to the Fig. 2 take place by the existing flange opening 78 (analogous to the opening 50 in the Fig. 2 ) is used for the installation of the SAW sensor 46h.
  • the installation of the SAW sensor as a flange head on the flange opening 78 ensures that the part of the sensor 46h which detects the physical variable to be measured reaches into the extinguishing gas space of the extinguishing chamber and the part of the SAW sensor 46h which functions as a receiver or transmitter extends outside the extinguishing chamber is located.

Landscapes

  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Eine Generatorunterbrechereinheit 12 zum Unterbrechen einer Phase eines elektrischen Stroms zwischen einem elektrischen Generator 20 und einem Netztransformator 26 umfasst eine generatorseitige Zuleitung 22, eine transformatorseitige Ableitung 24 und eine Löschkammer 28, die mit der generatorseitigen Zuleitung 22 und der transformatorseitigen Ableitung 24 verbunden sind und die dazu ausgeführt sind, eine elektrische Verbindung der generatorseitigen Zuleitung 22 mit der transformatorseitigen Ableitung 24 herzustellen und zu trennen. Ein Messsystem 62umfasst einen SAW-Sensor 46, der an einem die elektrische Verbindung bildenden Leiterabschnitt 22a, 24a, 28a, 48 angebracht ist. Das Messsystem 62 umfasst eine Empfangsantenne 60 umfasst, die mit einer Komponente 18 der Generatorunterbrechereinheit 12 verbunden ist, die sich auf einem Erdpotential befindet und die dazu ausgeführt ist, ein Signal aus dem Sensor 46 zu empfangen.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Generatorunterbrechereinheit zum Unterbrechen einer Phase eines elektrischen Stroms zwischen einem elektrischen Generator und einem Netztransformator und ein Kraftwerkssystem mit einer derartigen Generatorunterbrechereinheit.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Generatorunterbrecher sind Teil der technischen Ausrüstung eines Kraftwerks. Im Kraftwerk ist der Generatorunterbrecher in der Regel zwischen einem Generator, der die Elektrizität erzeugt, und einem Transformator, der eine Verbindung mit dem elektrischen Netzwerk herstellt, angeordnet. Der Generatorunterbrecher ist normalerweise dazu ausgeführt, die elektrische Verbindung zwischen dem Generator und dem Transformator im Falle einer Fehlfunktion möglichst schnell zu unterbrechen. Dies bedeutet, dass sich Komponenten des Generatorunterbrechers während eines kontinuierlichen Betriebs beispielsweise auf einem Potential von 30 kV mit Strömen um etwa 50 kA befinden können.
  • Wegen der hohen Ströme kann durch den elektrischen Widerstand dieser Komponenten eine signifikante Menge an Wärme erzeugt werden. Zum gesamten elektrischen Widerstand können der elektrische Widerstand der Leiter und der elektrische Widerstand der Gleitkontakte des Unterbrechers beitragen. Trotz des niedrigen Widerstands von wenigen Mikro-Ohm kann dies zu elektrischen Verlusten führen, die einige kW Wärme im Generatorunterbrecher erzeugen können. Diese Verlustwärme führt zu einem Temperaturanstieg im Generatorunterbrecher, der überwacht und gesteuert werden sollte.
  • Damit kann sich die Betriebstemperatur des Generatorunterbrechers durch den Nominalstrom in den Leitern und der Kühlung des Generatorunterbrechers bestimmen. Eine Kühlung der Leiter des Generatorunterbrechers kann notwendig sein, damit kritische Temperaturen von empfindlichen Systemkomponenten nicht erreicht werden, wie etwa isolierenden Komponenten der Unterbrecherkammer bzw. Löschkammer eines SF6-Unterbrechers.
  • Insgesamt soll damit ein Temperaturmesssystem für einen Generatorunterbrecher die Temperatur der auf elektrischen Potential befindlichen Leiter erfassen und die in den Temperatursensoren erzeugten Signale zu einer Überwachungseinheit in einem Steuerschrank auf Erdpotential übertragen. Zum Messen oder Überwachen von Temperaturen in elektrischen Komponenten, die sich auf Hochspannung befinden, können dazu Temperatursensoren eingesetzt werden, die über faseroptische Verbindungen mit der Überwachungseinheit verbunden sind. Ein Temperaturmesssystem mit derartigen Verbindungen kann jedoch teuer und schwierig zu installieren sein.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein kostengünstiges und einfach zu installierendes Temperaturmesssystem für einen Generatorunterbrecher bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Generatorunterbrechereinheit zum Unterbrechen einer Phase eines elektrischen Stroms zwischen einem elektrischen Generator und einem Netztransformator. Es ist zu verstehen, dass es sich bei der Generatorunterbrechereinheit um eine Einrichtung handeln kann, die eine Löschgas gefüllte Löschkammer umfasst und die dazu ausgeführt einen elektrischen Strom mit einer Stromstärke von mehreren 100 A bei einer anliegenden Mittel- bzw. Hochspannung von mehr als 1000 V zu unterbrechen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Generatorunterbrechereinheit eine generatorseitige Zuleitung zum Verbinden der Generatorunterbrechereinheit mit dem elektrischen Generator und eine transformatorseitige Ableitung zum Verbinden der Generatorunterbrechereinheit mit dem Netztransformator. Bei den Zuleitungen handelt es sich in der Regel um röhrenförmige metallische Leiter, die dazu ausgeführt sind, die oben genannten Ströme mit geringen Verlusten zu leiten.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Generatorunterbrechereinheit eine Löschkammer, die zueinander bewegliche elektrische Kontakte umfasst, die mit der generatorseitigen Zuleitung und der transformatorseitigen Ableitung verbunden sind, und die dazu ausgeführt sind, eine elektrische Verbindung zwischen der generatorseitigen Zuleitung und der transformatorseitigen Zuleitung herzustellen und zu trennen. Die Löschkammer kann ein gasdichtes Gehäuse umfassen, das beispielsweise SF6 zum Löschen des beim Schalten entstehenden Lichtbogens enthält. Das Gehäuse der Löschkammer umfasst in der Regel zwei Löschkammerhälften, die jeweils aus einem metallischen Leiter bestehen, und die durch einen elektrischen Isolatorring mechanisch miteinander verbunden sind. Die beiden Hälften sind mit den beiden Zuleitungen elektrisch verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Generatorunterbrechereinheit ein Messsystem, dass wenigstens einen Sensor umfasst, der an einem Leiterabschnitt der Generatorunterbrechereinheit angebracht ist, wobei sich der Leiterabschnitt in einem geschlossenen Zustand der Generatorunterbrechereinheit auf dem elektrischen Potential der Phase befindet. Der Sensor ist dazu ausgeführt, mittels akustischer Oberflächenwellen eine physikalische Größe zu erfassen. Mit anderen Worten kann der Sensor ein sogenannter SAW-Sensor ("surface accoustic wave"-Sensor) sein bzw. einen passiven SAW-Chip umfassen.
  • Darüber hinaus umfasst das Messsystem eine Empfangsantenne, die mit einer Komponente der Generatorunterbrechereinheit verbunden ist, die sich auf einem Erdpotential befindet und die dazu ausgeführt ist, die physikalische Größe aus dem Sensor zu empfangen. Beispielsweise ist die Empfangsantenne an einem Gehäuse angebracht, dass die Zuleitungen und die Löschkammer umschließt.
  • Der Leiterabschnitt kann insbesondere ein Abschnitt der Zuleitung, der Ableitung oder ein Abschnitt der Löschkammer, wie die oben genannten Hälften sein. Damit kann sich der Sensor auf Hochspannungspotential der Phase befinden.
  • Da der Signalaustausch zwischen Sensor und Empfangsantenne über ein elektromagnetisches Signal erfolgt, sind Sensor und Empfangsantenne galvanisch getrennt, was ein Ansteuern der Empfangsantenne erheblich erleichtern kann. Das Messsystem kann damit drahtlos sein. Darüber hinaus kann der Sensor ein passiver Sensor sein, der keine eigene Stromversorgung benötigt, da er die benötigte Energie aus dem von der Empfangsantenne abgestrahlten Signal bezieht. Auch dies kann die Wartung und die Installation des Messsystems erleichtern.
  • Ein SAW-Sensor umfasst in der Regel eine Antenne, einen Wandler und ein Substrat, wie etwa ein piezoelektrisches Material. Zur Messung der physikalischen Größe empfängt der Sensor in diesem Fall ein elektromagnetisches Signal von der Empfangsantenne mit seiner Antenne. Der Wandler wandelt das elektromagnetische Signal in eine akustische Oberflächenwelle um, das Substrat abhängig von physikalischen Parametern, wie etwa Druck und Temperatur, unterschiedlich schnell durchläuft, und im Substrat zum Wandler zurück reflektiert wird. Der Wandler wandelt anschließend die reflektierte akustische Welle zurück in ein elektromagnetisches Signal, das von der Antenne des Sensors abgestrahlt und von der Empfangsantenne empfangen wird.
  • Das elektromagnetische Signal bzw. Abfragesignal (in der Regel ein Radiofrequenzimpuls bzw. ein elektrisches Signal einer bestimmten Bandbreite) der Empfangsantenne, die über eine elektrische Leitung an eine Abfrageelektronik angeschlossen sein kann, erzeugt beispielsweise eine temperatur- und/oder druckabhängige Resonanzfrequenz im Sensor. Diese charakteristische Resonanzfrequenz wird von der Antenne des Sensors abgegeben und von der Empfangsantenne empfangen.
  • Das Messsystem kann somit eine kostengünstige Lösung für Temperatur- und Druckmessungen auf elektrischem Potential bieten und ermöglicht eine lange Lebensdauer des Sensors. Außerdem kann auf eine Stromversorgung für den Sensor in der Form einer Batterie oder auf eine teurere Lösung mit Faseroptik verzichtet werden.
  • Alle Teile des Messsystems können mit kostengünstigen Komponenten umgesetzt werden. Für den Sensor müssen keine elektronischen Komponenten und keine Batterien bereitgestellt werden, was die Lebensdauer und die Dauer der Serviceintervalle des Sensors erhöhen kann. Der Sensor kann dadurch im Vergleich mit anderen Sensoren relativ klein gestaltet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor eine Temperatursensor und die physikalische Größe die Temperatur. Die Verwendung eines akustischen Oberflächenwellen-Temperatursensors kann eine passive Temperaturmessung an einem mit elektrischem Potential beaufschlagtem Ort in der Generatorunterbrechereinheit ermöglichen. Der SAW-Sensor kann an einem Oberflächenbereich eines Testobjekts angebracht oder in einer extra dafür vorgesehenen Befestigungsstelle eingefügt sein. Der SAW-Sensor kann sich somit in gutem thermischem Kontakt mit dem Testobjekt befinden. In diesem Fall kann die zu detektierende Wärmequelle ein metallischer Leiterabschnitt des Testobjekts auf Hochspannungspotential sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Temperatursensor an einem Oberflächenbereich des Leiterabschnitts, insbesondere an der Löschkammer, angebracht.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Leiterabschnitt eine Befestigungsstelle oder ein Befestigungsmittel auf, beispielsweise eine Vertiefung, eine flache Stelle, ein Zwischenelement und/oder eine bearbeitete Stelle auf, die dazu ausgeführt ist, den Sensor aufzunehmen. Auf diese Weise kann beispielsweise der thermische Kontakt zwischen dem Leiteranschnitt und dem Sensor erhöht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Leiterabschnitt eine Öffnung auf, über der der Sensor angebracht ist. Auf diese Weise kann der Sensor mit einem Medium direkt in Kontakt treten, das hinter dem Leiterabschnitt angeordnet ist. Beispielsweise kann der Sensor auf einer Flanschöffnung in der Löschkammer angeordnet sein, um so die Temperatur und/oder den Druck im Inneren der Löschkammer zu messen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird mit dem Sensor die Temperatur einer Komponente in der Löschkammer detektiert. Der Sensor kann zum Bestimmen eines Fehlerfalls (beispielsweise von Gleitkontakten) oder zum Bestimmen eines heißen Punkts ("hot spot") verwendet werden. Bei einer Verschmutzung der elektrischen Kontakte in der Löschkammer kann beispielsweise eine ungewünschte lokale Temperatorerhöhung entstehen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Messsystem ein Wärmerohr, das dazu ausgeführt ist, mittels eines Wärmeleitfluids Wärme von einer Umgebung eines elektrischen Kontakts in der Löschkammer zum Sensor zu transportieren, der am Gehäuse der Löschkammer angebracht ist.
  • Das Temperaturmesssystem kann ein Wärmerohr bzw. Wärmeübertragungrohr ("heat pipe") und einen SAW-Temperatursensor umfassen. Die Anordnung kann dazu ausgeführt sein, einen heißen Punkt im Inneren der Löschkammer zu überwachen und dort die Temperatur zu messen.
  • Durch Gleitkontakte in der Löschkammer können Kontaktprobleme im Inneren der Löschkammer entstehen, die sich in der Regel durch heiße Punkte auf den Kontakten äußern. Solche Probleme werden von einem Temperatursensor, der sich auf dem Gehäuse und damit auf der Aussenwandung der Löschkammer befindet, normalerweise erst nach einer Zeitdifferenz erkannt, die sich aus der Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Punkt und dem Anbringort des Sensors und der Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses der Löschkammer bestimmt. Eine Kombination aus einem Wärmerohr, das als thermischer Kurzschluss mit hoher thermischer Leitfähigkeit fungiert, und das dazu ausgeführt ist, Wärme von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende zu leiten, und einem SAW-Sensor, kann diese Zeitdifferenz signifikant verkürzen. Das eine Ende des Wärmerohrs befindet sich dabei in der Nähe des heißen Punktes und das andere Ende des Wärmerohrs bei dem SAW-Sensor, der beispielsweise an der Oberfläche der Löschkammer angebracht ist.
  • Der Sensor und insbesondere ein Temperatursensor muss jedoch nicht an der Löschkammer direkt angebracht sein. Insbesondere, wenn das Messsystem mehrere Sensoren umfasst, sind weiter Anbringorte für die Sensoren möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensor an der transformatorseitigen Ableitung angebracht.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Sensor an der generatorseitigen Zuleitung angebracht.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die transformatorseitige Ableitung einen Trenner, der dazu ausgeführt ist, einen Strompfad durch die Generatorunterbrechereinheit zu trennen, wenn kein Strom durch die Generatorunterbrechereinheit fließt. Ein Sensor kann vor dem Trenner und/oder nach dem Trenner an der transformatorseitigen Ableitung angebracht sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein Drucksensor und die physikalische Größe der Druck. Das Messsystem kann also einen drahtlosen Drucksensor auf Potential umfassen, der drahtlos an das Generatorunterbrecherüberwachungssystem angekoppelt ist, beispielsweise einen Drucksensor, der an die Löschkammer des Generatorunterbrechers ankoppelt. Beispielsweise kann der Drucksensor derart über eine Öffnung in der Wandung der Löschkammer ins Innere der Löschkammer ragen, dass sein Substrat den Druck im Inneren der Löschkammer detektieren kann, seine Antenne aber außerhalb der metallischen Gehäusewandung der Löschkammer angeordnet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor dazu ausgeführt ist, einen Druck im Inneren der Löschkammer zu detektieren. Für den sicheren Betrieb eines SF6-Generatorunterbrechers ist in der Regel eine genügend hohe Dichte von SF6 im Bereich der Überschlagszone erforderlich. Zu diesem Zweck kann für den Generatorunterbrecher ein Überwachungssystem für die Dichte des SF6 im Inneren der Löschkammer des Generatorunterbrechers vorgesehen sein, das einen SAW-Drucksensor umfasst.
  • Die Positionierung des Dichtesensors in der Gehäusewandung der Löschkammer kann einen großen Einfluss auf die Qualität der Dichtemessungen haben, da während des Betriebs mit Nominalstrom ein signifikanter Temperaturgradient in der Löschkammer entstehen kann, der zu relativen großen Dichteunterschieden in der Löschkammer führt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Löschkammer eine Berstscheibe, die dazu ausgeführt ist, einen Überdruck in der Löschkammer auszugleichen. Der Sensor ist dabei neben der Berstscheibe an einer Flanschöffnung in der Löschkammerwandung angeflanscht. Mit der Anordnung des Drucksensors an diesen Punkten kann die Messqualität der Dichte des SF6 verbessert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein Kombinationssensor, der dazu ausgeführt ist, Temperatur und Druck zu ermitteln. Mit bestimmten SAW-Sensoren können Druck und Temperatur mit einem Chip bzw. mit einem Substrat ermittelt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Sensor eine Sensorantenne zum Senden und Empfangen von Signalen, wobei die Sensorantenne zumindest teilweise von einem Körper aus dielektrischem Material umhüllt ist. Der SAW-Sensor kann eine spiralförmig gewundene Antenne bzw. Spiralantenne aufweisen, die für einen Frequenzbereich von einigen MHz um den die Betriebsfrequenz des Abfragesignals von etwa 430 MHz optimiert ist. Die Spiralantenne kann von der Oberfläche des Sensormoduls abstehen.
  • Die Antenne des Sensors kann in einen Körper aus dielektrischem Material, beispielsweise Epoxidharz, eingegossen sein. Damit stellt der gesamte Körper und nicht nur der Befestigungspunkt der Antenne, einen mechanischen Widerstand gegen äußere Kräfte bereit. Durch die dielektrischen Eigenschaften des dielektrischen Materials kann eine eingegossene Antenne gegenüber einer Antenne welche nicht von dielektrischen Material ummantelt ist, kleiner ausgestaltet werden.
  • Damit kann der Sensor leichter zu installieren sein und kann auch eine erhöhte Widerstandfähigkeit gegen mechanische Beeinträchtigungen aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Generatorunterbrechereinheit ein Unterbrechergehäuse, das die transformatorseitige Ableitung, die generatorseitige Zuleitung und die Löschkammer umschließt. Die Empfangsantenne ist dabei an einer Innenseite des Unterbrechergehäuses angebracht. Auf diese Weise kann die Empfangsantenne in Sichtlinie zum Sensor angebracht werden, wobei aber ein bezüglich der galvanischen Trennung sicherer Abstand zum Sensor eingehalten werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Empfangsantenne dazu ausgeführt, ein gerichtetes elektromagnetisches Signal bzw. Auslesesignal abzustrahlen, das in Richtung des Sensors oder in Richtung mehrerer Sensoren gerichtet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Messsystem mehrere Sensoren, die dazu ausgeführt sind, mittels akustischer Oberflächenwellen eine physikalische Größe zu erfassen. Jeder Sensor kann über ein eigenes elektromagnetisches Frequenzband gesondert abgefragt werden, daher kann für mehrere Sensoren lediglich eine Empfangsantenne verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Messsystem eine Ausleseeinheit, die dazu ausgeführt ist, ein elektromagnetisches Auslesesignal für eine oder mehrere Empfangsantenne zu erzeugen und von den Sensoren erzeugte elektromagnetische Signale über die Empfangsantennen zu empfangen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Messsystem wenigstens einen Drucksensor und wenigstens einen Temperatursensor. Beispielsweise kann die Temperaturmessung mit SF6-Druckmessungen kombiniert werden, aus denen dann die Dichte des SF6 ermittelt werden kann. Dazu können bei der Löschkammer ein Temperatursensor und eine Drucksensor angeordnet sein, beispielsweise wie obenstehend und untenstehend beschrieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt, aufgrund von Temperaturmessung und Druckmessung an einen Ort in der Generatorunterbrechereinheit die Dichte des Löschkammergases, d.h. des SF6, zu bestimmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Messsystem mehrere Temperatursensoren. Verteilte Temperaturmessungen können beispielsweise dazu verwendet werden, um auf diese Weise den Druck (beispielsweise aus einem Temperaturgradienten) indirekt zu bestimmen. Auf diese Weise können Lecks beispielsweise im Löschkammergehäuse frühzeitig erkannt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt, aufgrund von Temperaturmessungen eine Dichteverteilung, beispielsweise in der Löschkammer oder im Unterbrechergehäuse, zu bestimmen.
  • Verteilte Temperaturmessungen können auch zur Ermittlung von der Alterung der Sensoren oder zum Kalibrieren von Dichtemessungen verwendet werden.
  • Ein Messsystem mit mehreren Temperatursensoren kann einen Fehlerpunkt bzw. heißen Punkt (d.h. einen Abschnitt der Generatorunterbrechereinheit der überhitzt ist) identifizieren. Das Temperaturmesssystem kann somit präventiv einen durch Überhitzen erzeugten potentiellen Fehler erkennen und verhindern.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftwerkssystem, das einen elektrischen Generator, einen Netztransformator und eine Generatorunterbrechereinheit, so wie sie obenstehend und untenstehend beschrieben ist, umfasst.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftwerksystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Unterbrechereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Unterbrechereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 4 zeigt schematisch eine dreidimensionale Ansicht einer Unterbrechereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 5 zeigt schematisch eine dreidimensionale Ansicht einer Unterbrechereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
    • DETAILIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftwerksystem 10 mit einer Unterbrechereinheit 12, die einen Trenner 14 und einen Unterbrecher 16 umfasst, die in einem Gehäuse 18 angeordnet sind. Der Trenner 14 und der Unterbrecher 16 sind in Serie geschaltet und über eine Zuleitung 22 mit einem Generator 20 und über eine Ableitung 24 mit einem Netztransformator 26 verbunden.
  • Der Trenner 14 ist dazu ausgeführt, in einem offenen Zustand des Unterbrechers 16 die beiden Leiter 22, 24 elektrisch voneinander zu isolieren. Auch wenn der Unterbrecher 16 dann geschlossen wird, kann in diesem Fall kein Strom durch die Leiter 22, 24 fließen.
  • Der Unterbrecher 16 weist ein eigenes Gehäuse 28, die Löschkammer 28, auf, das mit SF6 gefüllt ist. In der Löschkammer sind elektrische Kontakte 30, 32 angeordnet, mit denen der Strompfad durch den Unterbrecher 16 geschlossen und geöffnet werden kann.
  • Jede Phase des Systems 10 weist eine eigene Unterbrechereinheit 12 auf.
  • Fig. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Teil der Unterbrechereinheit 12. Die Löschkammer 28 umfasst zwei Löschkammerhälften 34, 36, die über einen elektrischen Isolator 38 miteinander verbunden sind. Die elektrisch leitende Löschkammerhälfte 34 ist mit der Ableitung 24, die elektrisch leitende Löschkammerhälfte 36 mit der Zuleitung 22 verbunden.
  • Die beiden Hälften 34, 36 sind elektrisch voneinander getrennt, können aber über elektrische Kontakte 30, 32, welche das Nennstromkontaktsystem der Generatorunterbrecher bilden, miteinander verbunden werden. Die beweglichen Nennstromkontakte 30 können dabei von einem Antrieb 40 auf die stationären Nennstromkontakte 32 geschoben werden. Weiter umfasst die Löschkammer einen Abbrandkontaktstift 42, der auch mittels des Antriebs 40 eine elektrische Verbindung zu einer Abbbrandkontakttulpe und damit eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Löschkammerhälften 34, 36 herstellen kann. Im Betrieb können sich damit beide Löschkammerhälften 34, 36 auf Hochspannungsniveau befinden.
  • Die Hälften 34, 36 und der Isolator 36 umschließen einen Hohlraum 44 gasdicht, der mit SF6 Löschgas gefüllt ist.
  • Die Löschkammer 28 befindet sich zur Kühlung in einem Luftstrom 45, der durch das Gehäuse 18 der Generatorunterbrechereinheit 12 strömt.
  • Zur Temperaturmessung an der Löschkammer sind nun verschiedene Varianten dargestellt, die einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können.
  • Der Temperatursensor 46a ist an der Außenoberfläche der Löschkammer 28 angebracht. Somit kann der Temperatursensor 46a die Temperatur der Wandung 48 der Löschkammer 28 und indirekt die Temperatur im Inneren der Löschkammer 28 messen.
  • Der Temperatursensor 46b ist über einer Öffnung 50 in der Wandung 48 des Leiterabschnittes 28a der Löschkammer 28 angebracht, so dass das Messsubstrat direkt mit dem SF6 im Inneren des Hohlraums 44 in Kontakt kommen kann. Der Sensor 46b kann beispielsweise mit einer Flanschöffnung 50 an der Löschkammer 28 angeflanscht sein, was zu einem gasdichten Verschluss der Öffnung 50 führt. Der Temperatursensor 46b kann somit die Temperatur im Inneren der Löschkammer 28 direkt messen.
  • Der Temperatursensor 46c ist an einem Ende eines Wärmerohrs 52 angebracht, das durch die Wandung 48 in das Innere der Löschkammer 28 ragt. Das andere Ende des Wärmerohrs 52 befindet sich bei oder in der Nähe eines "hot spots" 54, dessen Temperatur durch den Sensor 46c gemessen werden soll. Im Wärmerohr 52 kann ein Medium enthalten sein, das die Temperatur am "hot spot" 54 möglichst schnell zum Sensor 46c überträgt. Auf diese Weise kann sich der Sensor 46c oder zumindest seine Antenne 56 außerhalb der Wandung 48 der Löschkammer 28 befinden, die sonst die elektromagnetischen Signale zu und vom Sensor 46c abschirmen würde. Gleiches gilt für die Antennen 56 der anderen Temperatursensoren 46a und 46b sowie für die Antenne 56 eines Drucksensors 46d.
  • Der Drucksensor 46d ist analog dem Temperatursensor 46b über einer Öffnung 50 beispielsweise einer Flanschöffnung in der Wandung 48 des Leiterabschnittes 28a der Löschkammer 28 angebracht, so dass sein Messsubstrat direkt mit dem Inneren der Löschkammer 28 in Verbindung steht und den Druck in der Löschkammer 28 misst. Bei den Sensoren 46b und 46d ist es auch möglich, dass Kombinationssensoren eingesetzt werden, die gleichzeitig Temperatur und Druck messen können.
  • Bei den Sensoren 46a, 46b, 46c, 46d handelt es sich um passive SAW-Sensoren zur Temperatur- und/oder Druckmessung, die über ihre Antenne 56 mit einer oder mehreren Empfangsantennen 60 elektromagnetische Signale austauschen können. Da das Gehäuse 18 geerdet ist, an dem die Antennen 60 angebracht sind, befinden sich die Antennen 60 im Gegensatz zu den Sensoren 46a, 46b, 46c, 46d auf Erdpotential.
  • Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Generatorunterbrechereinheit 12 auf Höhe der Ableitung 24 mit einem Messsystem 62, das einen SAW-Sensor 46 und eine Empfangsantenne 60 umfasst. Die elektrische Ableitung 24, die als röhrenförmiger Leiter ausgeführt ist und die sich auf einem Potential von 25 kV befinden kann, ist auf einem Isolator 64 auf dem Boden des Gehäuses 18 der Generatorunterbrechereinheit 12 abgestützt.
  • Auf einem Leiterabschnitt der elektrischen Ableitung 24 ist ein SAW-Sensor 46 auf einem Befestigungselement 66 angebracht, dass einen guten thermischen Kontakt zwischen dem Sensor 46 und der Ableitung 24 herstellt und das eine ebene Oberfläche bereitstellt, auf der der Sensor 46 leicht angebracht werden kann.
  • Der Sensor 46 umfasst eine spiralförmige Antenne 56, die von einem Dielektrikum 68 eingeschlossen ist, um die mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften der Antenne 56 zu verbessern.
  • An die Innenseite des Gehäuses 18 ist eine Empfangsantenne 60 angebracht, die über ein abgeschirmtes Antennenkabel 70 mit einer Auswerteelektronik 72 verbunden ist. Die Auslese- und/oder Auswerteelektronik 72 befindet sich in einem Steuerschrank auf Erdpotential.
  • Der SAW-Sensor 46 auf elektrischem Potential ist ein vollständig passiver Sensor, d.h. weist keine eigene Energieversorgung auf. Vielmehr wird der SAW-Sensor 46 durch das Abfragesignal der Auswerteelektronik 72 über die Antenne 60 mit Energie versorgt. Der Abstand zwischen dem SAW-Sensor 46 und der Antenne 60 der Ausleseelektronik erfüllt dabei dielektrischen Bedingungen, so dass kein elektrischer Überschlag zwischen der Antenne 60 und dem Sensor 46 erfolgen kann, wenn die elektrische Ableitung 24 mit Hochspannung beaufschlagt ist.
  • Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Generatorunterbrechereinheit 12 mit möglichen Orten der Befestigung auf den Leiterabschnitten 22a, 24a, 28a für SAW-Sensoren 46e, 46f, 46g bzw. Orten der Befestigung am Gehäuse 18 für Empfangsantennen bzw. Abstrahlantennen 60a, 60b, 60c, die einzeln oder in Kombination verwendet werden können und die mit einer Ausleseelektronik 72 verbunden sind.
  • Die Abstrahlantenne 60a ist dabei an einer Seitenwand des Gehäuses 18 der Generatorunterbrechereinheit angebracht. Die Abstrahlantennen 60b, 60c sind im oberen Bereich bzw. an der Deckenwand des Gehäuses 18 angebracht, wobei die Abstrahlantenne 60c im transformatorseitigen Bereich und die Abstrahlantenne 60b im generatorseitigen Bereich angeordnet ist.
  • Der Sensor 46e ist an dem Leiterabschnitt 24a der transformatorseitigen Ableitung 24 vor dem Trenner 14 angebracht. Der Sensor 46f ist an dem Leiterabschnitt 24b der transformatorseitigen Ableitung 24 nach dem Trenner 14 angebracht. Der Sensor 46g ist an dem Leiterabschnitt 22a der generatorseitigen Zuleitung 22 angebracht.
  • Die Antenne 60a weist eine gerichtete Abstrahlcharakteristik 74 auf. Mit anderen Worten ist die Antenne 60a in der Lage ein gerichtetes elektromagnetisches Feld 74 zu erzeugen, das in Richtung eines oder mehrerer der Sensoren 46e, 46f, 46g zeigt.
  • Fig. 5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Generatorunterbrechereinheit 12, bei der die Löschkammer 28 in einem Gehäuse 18 angeordnet ist, das über eine Öffnung mit einem weiteren Gehäuse 76 der nicht dargestellten Zuleitung 22 verbunden ist.
  • Wie aus der Fig. 5 zu erkennen ist, weist die Löschkammer 28 Flanschöffnungen 78 auf, die jeweils durch eine Berstscheibe 80 verschlossen sind. Im Falle eines Überdrucks in der Löschkammer 28 kann eine der Berstscheiben 80 bersten und den Überdruck so relativ kontrolliert in das Innere des Gehäuses 18 ablassen.
  • Ein SAW-Sensor 46h, der zum Messen von Druck und/oder Temperatur ausgeführt ist, ist an einen Leiterabschnitt 28a neben der Berstscheibe 80 welcher von einem Teil der Löschkammer gebildet wird an die Wandung der Löschkammer angeflanscht. Das Anflanschen des SAW-Sensors 46h kann alternativ undin anloger Weise wie bei den Sensoren 46b und 46d gemäss der Fig. 2 erfolgen, indem die bereits vorhandene Flanschöffnung 78 (analog der Öffnung 50 in der Fig. 2) für den Einbau des SAW-Sensors 46h genutzt wird. Der Einbau des SAW-Sensors als Flanschkopf auf der Flanschöffnung 78 gewährleistet, dass der Teil des Sensors 46h, welcher die zu messende physikalische Grösse detektiert in den Löschgasraum der Löschkammer hineinreicht und der als Empfänger bzw. Sender funktionierende Teil des SAW-Sensors 46h sich außerhalb der Löschkammer befindet.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims (15)

  1. Generatorunterbrechereinheit (12) zum Unterbrechen einer Phase eines elektrischen Stroms zwischen einem elektrischen Generator (20) und einem Netztransformator (26), die Generatorunterbrechereinheit (12) umfassend:
    eine generatorseitige Zuleitung (22) zum Verbinden der Generatorunterbrechereinheit (12) mit dem elektrischen Generator (20);
    eine transformatorseitige Ableitung (24) zum Verbinden der Generatorunterbrechereinheit (12) mit dem Netztransformator (26);
    eine Löschkammer (28), die zueinander bewegliche elektrische Kontakte (30, 32) umfasst, die mit der generatorseitigen Zuleitung (22) und der transformatorseitigen Ableitung (24) verbunden sind und die dazu ausgeführt sind, eine elektrische Verbindung der generatorseitigen Zuleitung (22) mit der transformatorseitigen Ableitung (24) herzustellen und zu trennen;
    ein Messsystem (62), dass einen Sensor (46) umfasst, der an einem die elektrische Verbindung bildenden Leiterabschnitt (22a, 24a, 24b, 28a) der Generatorunterbrechereinheit (12) angebracht ist, wobei sich der Leiterabschnitt (22a, 24a, 24b, 28a) in einem geschlossenen Zustand der Generatorunterbrechereinheit (12) auf dem elektrischen Potential der Phase befindet;
    wobei der Sensor (46) dazu ausgeführt ist, mittels akustischer Oberflächenwellen eine physikalische Größe zu erfassen;
    wobei das Messsystem (62) eine Empfangsantenne (60) umfasst, die mit einer Komponente (18) der Generatorunterbrechereinheit (12) verbunden ist, die sich auf Erdpotential befindet und die dazu ausgeführt ist, die physikalische Größe aus dem Sensor (46) zu empfangen.
  2. Generatorunterbrechereinheit (12) nach Anspruch 1,
    wobei der Sensor ein Temperatursensor (46b) und/oder ein Drucksensor (46d) ist.
  3. Generatorunterbrechereinheit (12) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Sensor (46) ein Temperatursensor (46b) ist, der an einem Oberflächenbereich des Leiterabschnitts (22a, 24a, 24b, 28a) angebracht ist.
  4. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein Befestigungsmittel (66) vorhanden ist, das dazu ausgeführt ist, den Sensor (46) am Leiterabschnitt (22a, 24a, 24b, 28a) zu befestigen und/oder
    wobei der Leiterabschnitt (22a, 24a, 24b, 28a) eine Öffnung (50) aufweist, in welcher der Sensor (46b) befestigt ist.
  5. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Sensor (46) eine Sensorantenne (56) zum Senden und Empfangen von Signalen umfasst und wobei die die Sensorantenne zumindest teilweise von einem Körper aus dielektrischem Material (68) umhüllt ist.
  6. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein Sensor (46e) des Messsystems (62) an dem Leiterabschnitt (24a, 24b) welcher die transformatorseitigen Ableitung (24) bildet, angebracht ist; und/oder
    wobei ein Sensor (46g) des Messsystems (62) an dem Leiterabschnitt (22a) welcher die generatorseitige Zuleitung (22) bildet, angebracht ist; und/oder
    wobei die transformatorseitige Ableitung (24) einen Trenner (14) umfasst, der dazu ausgeführt ist, einen Strompfad durch die Generatorunterbrechereinheit (12) zu trennen, wenn kein Strom durch die Generatorunterbrechereinheit (12) fließt, und ein Sensor (46e, 46f) vor dem Trenner (14) und/oder nach dem Trenner (14) an der transformatorseitigen Ableitung (24) angebracht ist.
  7. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein Sensor (46h) des Messsystems (62) an einer Flanschöffnung (78) in einer Wandung (48) der Löschkammer (28) angeflanscht ist.
  8. Generatorunterbrechereinheit (12) nach Anspruch 7,
    wobei die Löschkammer (28) eine Berstscheibe (80) aufweist, die dazu ausgeführt ist, einen Überdruck in der Löschkammer (28) auszugleichen,
    wobei der Sensor (46h) neben der Berstscheibe (80) angeflanscht ist.
  9. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei dass Messsystem (62) ein Wärmerohr (52) umfasst, das dazu ausgeführt ist, mittels eines Wärmeleitfluids Wärme von einer Umgebung eines elektrischen Kontakts (32) in der Löschkammer (28) zum Sensor (46c) zu transportieren, der an einer Wandung (48) der Löschkammer (28) angebracht ist.
  10. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
    ein Unterbrechergehäuse (18), das die transformatorseitige Ableitung (24), die generatorseitige Zuleitung (22) und die Löschkammer (28) umschließt,
    wobei eine Empfangsantenne (60) an einer Innenseite des Unterbrechergehäuses (18) angebracht ist.
  11. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei eine Empfangsantenne (60a) dazu ausgeführt ist, ein gerichtetes elektromagnetisches Signal (74) abzustrahlen.
  12. Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
    mehrere Sensoren (46e, 46f, 46g), die dazu ausgeführt sind, mittels akustischer Oberflächenwellen eine physikalische Größe zu erfassen;
    eine Ausleseeinheit (72), die dazu ausgeführt ist, ein elektromagnetisches Auslesesignal für eine oder mehrere Empfangsantennen (60a, 60b, 60c) zu erzeugen und von den Sensoren erzeugte elektromagnetische Signale über die Empfangsantennen zu empfangen.
  13. Generatorunterbrechereinheit (12) nach Anspruch 12,
    wobei das Messsystem (62) einen Drucksensor (46d) und einen Temperatursensor (46b) umfasst;
    wobei die Auswerteeinheit (72) dazu ausgeführt ist, aufgrund von Temperaturmessung und Druckmessung an einen Ort in der Generatorunterbrechereinheit (12) die Dichte des Löschkammergases zu bestimmen.
  14. Generatorunterbrechereinheit (12) nach Anspruch 12,
    wobei das Messsystem (62) mehrere Temperatursensoren (46a, 46b, 46c) umfasst;
    wobei die Auswerteeinheit (72) dazu ausgeführt ist, aufgrund von Temperaturmessungen eine Dichteverteilung zu bestimmen.
  15. Kraftwerkssystem (10), umfassend:
    einen elektrischen Generator (20),
    einen Netztransformator (26),
    eine Generatorunterbrechereinheit (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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