EP3748660A1 - Verfahren zur zustandsbestimmung einer antriebseinheit für ein hoch- oder mittelspannungsschaltgerät und hoch- oder mittelspannungsschaltgerät - Google Patents

Verfahren zur zustandsbestimmung einer antriebseinheit für ein hoch- oder mittelspannungsschaltgerät und hoch- oder mittelspannungsschaltgerät Download PDF

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EP3748660A1
EP3748660A1 EP19178407.3A EP19178407A EP3748660A1 EP 3748660 A1 EP3748660 A1 EP 3748660A1 EP 19178407 A EP19178407 A EP 19178407A EP 3748660 A1 EP3748660 A1 EP 3748660A1
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EP
European Patent Office
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vibration pattern
drive unit
switching device
medium voltage
voltage switching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19178407.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ivana Mladenovic
Paul Gregor Nikolic
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2020/064314 priority patent/WO2020244939A1/de
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/052—Controlling, signalling or testing correct functioning of a switch

Definitions

  • the condition of the equipment that is used in the network plays a decisive role in the secure operation of high or medium voltage networks. Therefore, the equipment must be checked and renewed at different intervals but at regular intervals. Economic renewal and maintenance planning requires knowledge of the condition of the equipment, which is why a technical review of the condition of the equipment makes a significant contribution to the economic efficiency of network operation in general.
  • kinematic chain which consists of springs, latches, release and tensioning mechanisms, is a complex system whose functionality can only be checked with great effort. This is currently done by mechanical disassembly, mechanical testing and subsequent reassembly. A high susceptibility to errors was found particularly when reassembling switchgear and their drive systems. The service life after maintenance has been carried out is often shorter than before maintenance.
  • the object of the invention is to provide a method for determining the status of a drive unit for a high or medium voltage switching device and a high or medium voltage switching device per se, which is suitable for generating a technical status determination and thereby eliminating the need for mechanical or manual intervention to avoid or reduce the switching device as far as possible.
  • the object is achieved in a method for determining the state of a drive unit for high or medium voltage switching devices with the features of claim 1 and in a high or medium voltage switching device with the features of claim 8.
  • the method according to the invention for determining the state of a drive unit for high or medium voltage switching devices comprises the following steps: First, a switching process is carried out with the high or medium voltage switching device. A characteristic vibration pattern for the load-free switching process is recorded, with at least one acceleration sensor being used. This characteristic vibration pattern is then made available in a database.
  • this characteristic vibration pattern makes it possible to keep this vibration pattern, which is recorded with an intact, new or fault-free device, available for later comparison measurements.
  • This characteristic vibration pattern can serve as a template for further comparison measurements that are carried out on the same device or on devices of the same construction.
  • the storage of this vibration pattern in a database is suitable so that the operator or the person responsible for maintenance for the high or medium voltage switching device has access to this basic information that is characteristic of the corresponding switching device at any time.
  • a reference vibration pattern can likewise be created in a reference measurement in a reference switching process. This can in turn take place with the same switching device or with a structurally identical switching device. A comparison is then made between the reference vibration pattern and the characteristic vibration pattern and a state variable of the drive unit is determined.
  • the term state variable is understood to mean any information that can be obtained from the comparison of the two vibration patterns using different methods. For this purpose, for example, a frequency analysis in the form of an FFT (Fast Fourier Transformation) can be carried out.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the determination mode of the state variable is variable, it can already be specified when the switching device is put into operation, but it can also change at any time during operation due to new findings and new methods. This is possible because the characteristic vibration pattern is recorded at the time of commissioning or shortly thereafter in the case of a fault-free device, which is retained over the entire operating time of the switching device and can be used at any time during the operating time, which can be up to 40 years.
  • the sensor data of the acceleration sensor are recorded by a data processing device arranged on the drive unit and converted into the reference vibration pattern.
  • This direct processing of the sensor data on the device enables the direct evaluation of the reference vibration pattern on the one hand and on the other hand the transmission of this vibration pattern via a data network to a computer system and the storage in the database there.
  • the vibration is measured on a drive shaft by means of the acceleration sensor.
  • the drive shaft is one of the most stressed components in the drive unit and it provides a characteristic vibration pattern that is particularly easy to evaluate.
  • this is preferably determined in a load-free switching process.
  • This is an off-line measurement method, as the switching device is separated from the mains.
  • an online measurement can also be useful, with the vibration pattern (the characteristic and / or the reference pattern) being recorded during a switching process that is taking place anyway.
  • a diagnosis of the drive system can be carried out during an unplanned switching process outside of fixed maintenance intervals and, if necessary, a forecast can be made about the further service life.
  • observations of pattern development during the switching processes could also briefly indicate errors.
  • This high or medium voltage switching device has a drive unit for a switching contact, at least one acceleration sensor being arranged in the area of the drive unit. Furthermore, a control device is provided for the drive unit which is designed to carry out a preferably load-free shifting process and to record a characteristic vibration pattern for the load-free shifting process with the acceleration sensor and to provide the characteristic vibration pattern in a database.
  • the high or medium voltage switching device according to the invention according to claim 7 has the same advantages that have already been explained with regard to claim 1.
  • the term drive unit is understood to mean all mechanical components that are used to drive switching contacts of the high or medium voltage switching device. This includes in particular the drive itself, which kinematically induces the mechanical movement, the drive rods and the housing.
  • the term control device means a device understood, which on the one hand is suitable to control a load-free switching process, this control device not necessarily having to be arranged directly on the switching device. Although this is generally useful, the control device can, however, also be part of a central control device that is connected to the switching device via the data network.
  • the control device can include further sub-devices, for example a data processing device, which evaluates the sensor data and combines them to form the characteristic vibration pattern.
  • It can also contain a data transmission device which is suitable for transmitting either the characteristic vibration pattern or the reference vibration pattern or the raw sensor data via the data network to a database or a central station, for example a control room.
  • a database is understood to mean an electronic storage medium in which information about the characteristic vibration pattern is stored; in this case the database can be arranged either directly on the switching device itself or directly on the type of control device, but it can also be on any Location within the data network and thus connected to the medium-voltage switching device.
  • FIG 1 is a schematic representation of a conventional high-voltage switching device, which can also be designed in a similar form as a medium-voltage switching device.
  • the high-voltage switching device 4 comprises three upright switches 3 which each contain switching contacts 20 and are mechanically connected via a single central drive unit 2.
  • the drive unit 2 comprises in particular a drive shaft 16, which is shown schematically in the left of the three switches 3.
  • the drive unit 2 also includes a drive 30, which can be designed, for example, in the form of a spring drive or an electric motor.
  • the drive unit 2 is surrounded by a housing 18.
  • acceleration sensors 8 are arranged on various components of the drive unit 2.
  • At least one acceleration sensor 8 is expedient, but several acceleration sensors 8 can be attached to various components of the drive unit 2 in order to increase the informative value of the vibration measurement.
  • the drive rod 16 is particularly suitable for receiving an acceleration sensor 8, from which concrete and meaningful vibration patterns can be determined.
  • the other hand is the case 18 a place at which a vibration pattern can be recorded in that information about all components of the drive unit 2 flows together.
  • the acceleration sensors 8 are suitable for recording a vibration pattern of the drive unit 2.
  • a characteristic vibration pattern of a brand-new drive unit 2 or of the high or medium voltage switching device connected to it Brand new is understood to mean that the characteristic vibration pattern 6 is recorded either during final assembly of the switching device 4 or after the switching device has been installed in the field at the network operator's before or shortly after commissioning.
  • a control device 22 is provided, which is shown in FIG Figure 1 is shown schematically by box 22. This box 22 is shown some distance from the drive unit 2, which will be described in more detail later. This means that the control device can either be arranged directly on the drive unit 2 or on the switching device 4, but can also be arranged at a distance from this switching device, for example in a control room.
  • the control device 22 in the present embodiment comprises a data processing device 12 and a data transmission device 24.
  • the data processing device 12 is designed to send raw data on the vibration or oscillation of the individual components of the drive unit 2 via a connecting line 28 to the control device 22 or to the in this case to transmit data processing device 12 contained in it.
  • the data processing device 12 processes this data into the in Figure 2 Characteristic vibration pattern 6 shown as an example.
  • the control device 22 or the data transmission device 24, which can be part of the control device 22, then transmits the determined data via a data network 14 to a database (not shown here) 10 or to an in Figure 1 Central station 26, also not shown (see Fig. 3 or. Fig. 4 ).
  • FIG. 2 shows, as already explained, a characteristic vibration pattern of a drive unit 2, for example according to Figure 1 .
  • the data of an acceleration sensor 8 are recorded, which here is attached to the housing 18.
  • the time is entered on the X-axis, on the Y-axis in relation to a zero point in positive and negative directions.
  • Each characteristic curve shown shows a spatial direction, namely along the X direction, the Y direction and the Z direction.
  • Such a characteristic vibration pattern is now stored in the database 10.
  • a second, not shown here, reference vibration pattern of the switching device 4 or the drive unit 2 of the switching device 4 is also recorded during a load-free switching process.
  • This reference vibration pattern not shown here, ideally resembles that in Figure 2 characteristic vibration pattern shown. If there should be discrepancies in this reference pattern due to aging, these are compared using typical frequency analysis methods, for example a corresponding Fourier transformation. A state variable is determined from this, which is used to make a statement about the technical and mechanical state or the wear of the switching device.
  • this state variable In the evaluation of this state variable, a number of technical pieces of information are included, which can possibly also be determined during the generally very long running time of the switching device in comparison with other switching devices. It is therefore important to record a characteristic vibration pattern of a new switchgear, if possible immediately after or shortly before commissioning.
  • This characteristic vibration pattern 6 helps over the entire service life of the switching device 4, even if it is included further findings to determine the respective status of the switching device even after a long period of operation.
  • FIG 3 is a representation of a switching device 4 is given, which is the in Figure 1 equals.
  • Connecting lines 28 to the control device 22 are also provided, the control device 22 likewise containing a data transmission device 24.
  • Raw data is fed into the data network 14 via this and forwarded to the data processing device 12.
  • the data processing device 12 is part of a central computer unit which also includes the database 10.
  • the in Figure 3 On the one hand, it is possible to record the described characteristic vibration pattern 6 and to store it in the database 10.
  • This representation is also suitable for recording the reference vibration pattern, which has also been described, after a certain time and forwards it to the database 10 via the data network 14 and the data processing device 12.
  • a comparison between the characteristic vibration pattern 6 and the reference vibration pattern is then carried out in the computer system of the database 10 or also on another computer system and the aforementioned state variable for predicting the aging process of the drive unit 2 is determined.
  • Figure 4 is again a similar embodiment of the switching device 4 with the drive unit 2 and the control device 22 shown, as already shown in FIG Figures 1 and 3 is described.
  • the data network in this case takes place at least in part via a wireless network.
  • the data are in turn, as already in accordance with Figure 3 outlined, passed to a computing unit comprising the data processing device 12 and the database 10.
  • the state variable determined there in a further arithmetic unit is in turn also forwarded through the data network 14 to a central station 26.
  • the central station 26 can be, for example, the control room of the network operator.
  • a model is possible, according to which the database 10 and the data processing device 12 are stored in a computing unit of the manufacturer of the switching device 4 and the drive unit 2, where the comparison between the characteristic vibration pattern 6 and the reference vibration pattern is also made and the state variable is determined.
  • information on the state variable can be determined by the manufacturer of the switching device and forwarded to the operator of the high or medium voltage network.
  • FIG. 5 An alternative example is in Figure 5 given, after which the control device 22 as already according to Figure 1 the data processing device 12, but in this case the control device also contains the database 10. That is, the characteristic vibration pattern 6 is stored in a computing unit which is arranged directly on the switching device 4 and is possibly a component of this. All arithmetic operations on which the creation of the characteristic vibration pattern and the reference vibration pattern are based are carried out by the control device 22 or parts thereof. Furthermore, the comparison between the two vibration patterns can also be carried out directly and the state variable can be determined. The state variable determined and calculated in this way can be sent via the data network to the central station, in particular to the control room of the network operator, the data transmission device 24 also integrated in the control device 22 being used. In the central station 26, the state of each individual comparable switching device 4 can then be determined and, if necessary, also controlled via a technical device, an expected work or an exchange of the switching device can be initiated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Antriebseinheit (2) für ein Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (4), umfassend folgende Schritte:- Durchführen eines lastfreien Schaltvorgangs mit dem Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (4)- Aufnahme eines charakteristischen Vibrationsmusters (6) mittels mindestens eines Beschleunigungssensors (8) für den lastfreien Schaltvorgang,- Bereitstellen des charakteristischen Vibrationsmusters (8) in einer Datenbank (10).

Description

  • Für einen sicheren Netzbetrieb von Hoch- oder Mittelspannungsnetzen spielt der Zustand der Betriebsmittel, die im Netz eingesetzt werden, eine entscheidende Rolle. Daher müssen in unterschiedlichen Abständen aber in regelmäßigen Zeitintervallen die Betriebsmittel geprüft und erneuert werden. Eine wirtschaftliche Erneuerung und Instandhaltungsplanung setzt ein Wissen über den Zustand der Betriebsmittel voraus, weshalb eine technische Überprüfung des Zustandes der Betriebsmittel einen wesentlichen Beitrag über die Wirtschaftlichkeit des Netzbetriebes im Allgemeinen liefert.
  • Insbesondere Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräte und dort wiederum insbesondere die Antriebssysteme werden während des Netzbetriebes am stärksten beansprucht. Dabei ist die kinematische Kette, die aus Federn, Verklinkungen, Auslöse- und Spannmechanismen besteht, ein komplexes System, dessen Funktionsfähigkeit nur sehr aufwändig geprüft werden kann. Dies erfolgt derzeit durch mechanisches Zerlegen, einer mechanischen Prüfung und einer anschließenden Remontage. Gerade bei der Remontage von Schaltgeräten und deren Antriebssystemen wurde eine hohe Fehleranfälligkeit festgestellt. So ist die Lebensdauer nach durchgeführter Wartung häufig niedriger als vor der Wartung.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Antriebseinheit für ein Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät sowie ein Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät an sich bereitzustellen, das dazu geeignet ist, eine technische Zustandsbestimmung zu generieren und dabei die Notwendigkeit des mechanischen bzw. manuellen Eingriffs in das Schaltgerät möglichst zu vermeiden oder zu reduzieren.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Antriebseinheit für Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Antriebseinheit für Hoch- oder Mittelspannungsschaltgeräte umfasst dabei folgende Schritte: Zunächst wird ein Schaltvorgang mit dem Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät durchgeführt. Dabei erfolgt eine Aufnahme eines charakteristischen Vibrationsmusters für den lastfreien Schaltvorgang, wobei mindestens ein Beschleunigungssensor verwendet wird. Anschließend wird dieses charakteristische Vibrationsmuster in einer Datenbank bereitgestellt.
  • Das Bereitstellen dieses charakteristischen Vibrationsmusters ermöglicht es, dieses Vibrationsmuster, das bei einem intakten neuwertigen bzw. fehlerfreien Gerät aufgenommen wird, für spätere Vergleichsmessungen vorzuhalten. Dabei kann dieses charakteristische Vibrationsmuster als Vorlage für weitere Vergleichsmessungen dienen, die an demselben Gerät oder an baugleichen Geräten vorgenommen werden. Die Ablage dieses Vibrationsmusters in einer Datenbank ist dazu geeignet, dass der Betreiber bzw. der Wartungsverantwortliche für das Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät jederzeit Zugriff auf diese Grundinformationen, die für das entsprechende Schaltgerät charakteristisch sind, hat. Hieraus können Rückschlüsse gezogen werden, inwieweit die Antriebseinheit durch Belastungen von einem ursprünglichen neuwertigen Zustand inzwischen entfernt ist.
  • Hierzu kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform in einer Referenzmessung ebenfalls Referenzschaltvorgang ein Referenzvibrationsmuster erstellt werden. Dies kann wiederum bei demselben Schaltgerät bzw. bei einem baugleichen Schaltgerät erfolgen. Es wird dann ein Vergleich zwischen dem Referenzvibrationsmuster und dem charakteristischen Vibrationsmuster vorgenommen und es wird eine Zustandsgröße der Antriebseinheit ermittelt.
  • Unter dem Begriff Zustandsgröße wird dabei jegliche Information verstanden, die aus dem Vergleich der beiden Vibrationsmuster durch unterschiedliche Methoden erzielt werden kann. Hierzu kann beispielsweise eine Frequenzanalyse in Form einer FFT (Fast Fourier Transformation) erfolgen. Der Bestimmungsmodus der Zustandsgröße ist dabei variabel, er kann bereits bei Inbetriebnahme des Schaltgerätes vorgegeben sein, er kann sich jedoch auch während des Betriebs durch neue Erkenntnisse und durch neue Methoden jederzeit ändern. Dies ist deshalb möglich, da bereits zur Inbetriebnahme oder kurz darauf bei einem fehlerfrei arbeitenden Gerät das charakteristische Vibrationsmuster aufgenommen wird, das über die gesamte Betriebsdauer des Schaltgerätes erhalten bleibt und jederzeit während der Betriebsdauer, die bis zu 40 Jahre betragen kann, herangezogen werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung werden die Sensordaten des Beschleunigungssensors von einer an der Antriebseinheit angeordneten Datenverarbeitungsvorrichtung aufgenommen und in das Referenzvibrationsmuster umgewandelt. Diese direkte Verarbeitung der Sensordaten am Gerät ermöglicht die direkte Auswertung des Referenzvibrationsmusters vor Ort einerseits und andererseits das Weiterleiten dieses Vibrationsmusters über ein Datennetz zu einem Rechnersystem und der dortigen Speicherung in der Datenbank.
  • Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Vibration mittels des Beschleunigungssensors an einer Antriebswelle gemessen wird. Die Antriebswelle zählt zu den meist beanspruchten Komponenten in der Antriebseinheit und sie liefert ein besonders gut auswertbares charakteristisches Vibrationsmuster. Gleiches gilt auch für das Gehäuse der Antriebseinheit, das ebenfalls die Vibration aller Komponenten der Antriebseinheit aufnimmt und ebenfalls ein gut auswertbares Vibrationsmuster liefert.
  • Zur Bereitstellung eines möglichst unverzerrten Vibrationsmusters wird dieses bevorzugt in einem lastfreien Schaltvorgang ermittelt. Dies ist somit eine Off-line Messmethode, da das Schaltgerät vom Netzt getrennt ist. Jedoch kann auch eine Online Messung zweckmäßig, wobei das Vibrationsmuster (das charakteristische und/oder das Referenzmuster) während eines ohnehin stattfindenden Schaltvorgangs aufgenommen wird. Hierbei kann während eines nicht geplanten Schaltvorgangs außerhalb fester Wartungsintervalle eine Diagnose des Antriebssystems vorgenommen werden und ggf. eine Prognose über die weitere Lebensdauer vorgenommen werden. Bei den Geräten, die schon länger im Betrieb sind und deren Zustand oder Referenzsignal nicht bekannt sind, könnten die Beobachtungen von Musterentwicklung während der Schaltvorgängen auch kurzfristig auf Fehler hindeuten.
  • Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Dieses Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät weist eine Antriebseinheit für einen Schaltkontakt auf, wobei im Bereich der Antriebseinheit mindestens ein Beschleunigungssensor angeordnet ist. Ferner ist eine Steuervorrichtung für die Antriebseinheit vorgesehen, die derart ausgestaltet ist, einen bevorzugt lastfreien Schaltvorgang durchzuführen und mit dem Beschleunigungssensor ein charakteristisches Vibrationsmuster für den lastfreien Schaltvorgang aufzunehmen und das charakteristische Vibrationsmuster in einer Datenbank bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät gemäß Anspruch 7 weist dabei dieselben Vorteile auf, die bereits bezüglich des Patentanspruchs 1 erläutert sind.
  • Unter dem Begriff Antriebseinheit werden alle mechanischen Bauteile verstanden, die zum Antrieb von Schaltkontakten des Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerätes dienen. Dazu gehören insbesondere der Antrieb an sich, der kinematisch die mechanische Bewegung induziert, die Antriebsstangen und das Gehäuse. Unter dem Begriff Steuervorrichtung wird eine Vorrichtung verstanden, die einerseits dazu geeignet ist, einen lastfreien Schaltvorgang zu steuern, wobei diese Steuervorrichtung nicht notwendigerweise direkt am Schaltgerät angeordnet sein muss. Dies ist zwar in aller Regel zweckmäßig, die Steuervorrichtung kann jedoch auch Teil einer zentralen Steuervorrichtung sein, die über das Datennetz mit dem Schaltgerät in Verbindung steht. Die Steuervorrichtung kann dabei weitere Teilvorrichtungen, beispielweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, die die Sensordaten auswertet und zu dem charakteristischen Vibrationsmuster zusammenfügt. Sie kann ferner eine Datenübertragungsvorrichtung enthalten, die dazu geeignet ist, entweder das charakteristische Vibrationsmuster bzw. das Referenzvibrationsmuster bzw. auch die Sensorrohdaten über das Datennetz zu einer Datenbank oder einer Zentralstation, beispielsweise einer Leitwarte, zu übertragen. Unter dem Begriff Datenbank wird ein elektronisches Speichermedium verstanden, in dem Informationen über das charakteristische Vibrationsmuster abgespeichert sind, hierbei kann die Datenbank es sowohl direkt an dem Schaltgerät selbst bzw. auch direkt an der Art der Steuervorrichtung angeordnet sein, sie kann jedoch auch an einem beliebigen Standort innerhalb des Datennetzes und somit mit dem Mittelspannungsschaltgerät verbunden, angeordnet sein.
  • Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Hierbei handelt es sich um rein schematische Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des Schutzbereichs darstellen.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Hochspannungs- oder Mittelspannungsschaltgerätes mit einer Antriebseinheit und einer Steuervorrichtung,
    Figur 2
    eine Aufnahme eines charakteristischen Vibrationsmusters einer Antriebseinheit für ein Schaltgerät,
    Figur 3
    ein Schaltgerät gemäß Figur 1 mit einer Steuervorrichtung und einer Anbindung über ein Datennetz an eine Datenbank,
    Figur 4
    ein Schaltgerät gemäß Figur 1 mit einer Anbindung über ein Datennetz zu einer Datenbank und einer Zentralstation,
    Figur 5
    ein Schaltgerät gemäß Figur 1 mit einer Steuervorrichtung und einer Anbindung über ein Datennetz zu einer Zentralstation.
  • In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Hochspannungsschaltgerätes gegeben, das in ähnlicher Form auch als Mittelspannungsschaltgerät ausgestaltet sein kann. Das Hochspannungsschaltgerät 4 umfasst dabei drei aufrecht angeordnete Schalter 3, die jeweils Schaltkontakte 20 enthalten und über eine einzige zentrale Antriebseinheit 2 mechanisch verbunden sind. Die Antriebseinheit 2 umfasst dabei insbesondere eine Antriebswelle 16, die schematisch in dem linken der drei Schalter 3 eingezeichnet ist. Ferner umfasst die Antriebseinheit 2 auch noch einen Antrieb 30, der beispielsweise in Form eines Federantriebs oder eines Elektromotors ausgestaltet sein kann. Zudem ist die Antriebseinheit 2 von einem Gehäuse 18 umgeben. Im Weiteren sind an verschiedenen Bauteilen der Antriebseinheit 2 Beschleunigungssensoren 8 angeordnet. Hierbei ist mindestens das Anbringen eines Beschleunigungssensors 8 zweckmäßig, zur Steigerung der Aussagekraft der Vibrationsmessung können jedoch mehrere Beschleunigungssensoren 8 an verschiedenen Bauteilen der Antriebseinheit 2 angebracht sein. Hierbei bietet sich insbesondere die Antriebsstange 16 an, einen Beschleunigungssensor 8 aufzunehmen, woraus konkrete und aussagekräftige Vibrationsmuster ermittelt werden können. Andererseits ist das Gehäuse 18 ein Ort, an dem ein Vibrationsmuster aufgenommen werden kann, indem Informationen über alle Bestandteile der Antriebseinheit 2 zusammenfließen.
  • Wie bereits erwähnt, sind die Beschleunigungssensoren 8 dazu geeignet, ein Vibrationsmuster der Antriebseinheit 2 aufzunehmen. Hierzu ist es zweckmäßig, ein charakteristisches Vibrationsmuster einer fabrikneuen Antriebseinheit 2 bzw. des damit verbundenen Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerätes vorzunehmen. Unter fabrikneu wird dabei verstanden, dass die Aufnahme des charakteristischen Vibrationsmusters 6 entweder bei der Endmontage des Schaltgerätes 4 oder nach Aufstellen des Schaltgerätes im Feld beim Netzbetreiber vor oder zeitnah nach der Inbetriebnahme erfolgt. Zur Aufnahme des charakteristischen Vibrationsmusters 6 ist eine Steuervorrichtung 22 vorgesehen, die in Figur 1 schematisch durch den Kasten 22 dargestellt ist. Dieser Kasten 22 ist ein Stück von der Antriebseinheit 2 entfernt dargestellt, was noch später detaillierter beschrieben werden wird. Dies bedeutet, dass die Steuervorrichtung entweder direkt an der Antriebseinheit 2 bzw. an dem Schaltgerät 4 angeordnet sein kann, jedoch auch in einer Entfernung von diesem Schaltgerät beispielsweise in einer Leitwarte angeordnet sein kann.
  • Die Steuervorrichtung 22 umfasst dabei in der vorliegenden Ausgestaltungsform eine Datenverarbeitungsvorrichtung 12 sowie eine Datenübertragungsvorrichtung 24. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 ist dazu ausgestaltet, Rohdaten zur Vibration bzw. Schwingung der einzelnen Komponenten der Antriebseinheit 2 über eine Verbindungsleitung 28 zur Steuervorrichtung 22 bzw. zu der in diesem Fall in ihr enthaltenen Datenverarbeitungsvorrichtung 12 zu übertragen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 verarbeitet diese Daten zu den in Figur 2 exemplarisch dargestellten charakteristischen Vibrationsmuster 6. Die Steuervorrichtung 22 bzw. die Datenübertragungsvorrichtung 24, die Teil der Steuervorrichtung 22 sein kann, übermittelt dann die ermittelten Daten über ein Datennetz 14 mit zu einer hier nicht dargestellten Datenbank 10 bzw. zu einer in Figur 1 ebenfalls nicht dargestellten Zentralstation 26 (siehe Fig. 3 bzw. Fig. 4).
  • Figur 2 zeigt, wie bereits dargelegt, ein charakteristisches Vibrationsmuster einer Antriebseinheit 2 beispielsweise gemäß Figur 1. In dem vorliegenden Beispiel werden die Daten eines Beschleunigungssensors 8 aufgenommen, der hier an dem Gehäuse 18 angebracht ist. In dem Diagramm gemäß Figur 2 ist auf der X-Achse die Zeit eingetragen, auf der Y-Achse bezüglich eines Nullpunktes in positive und negative Richtungen. Dabei zeigt jede dargestellte Kennlinie eine Raumrichtung, nämlich entlang der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung. Ein derartiges charakteristisches Vibrationsmuster wird nun in der Datenbank 10 abgelegt.
  • Innerhalb eines Wartungsintervalls, das je nach Netzbetrieb unterschiedlich ist und das üblicherweise zwischen sechs und zehn Jahre betragen kann, wird ein zweites, hier nicht dargestelltes Referenzvibrationsmuster des Schaltgerätes 4 bzw. der Antriebseinheit 2 des Schaltgerätes 4, ebenfalls während eines lastfreien Schaltvorgangs aufgenommen. Dieses hier nicht dargestellte Referenzvibrationsmuster gleicht im Idealfall dem in Figur 2 dargestellten charakteristischen Vibrationsmuster. Sollten durch Alterung Abweichungen dieses Referenzmusters auftreten, so werden die über typische Frequenzanalysemethoden, beispielsweise einer entsprechenden Fouriertransformation verglichen. Hieraus wird eine Zustandsgröße ermittelt, die dazu dient, eine Aussage über den technischen und mechanischen Zustand bzw. den Verschleiß des Schaltgerätes zu treffen. In die Auswertung dieser Zustandsgröße fließen gegebenenfalls mehrere technische Informationen ein, die ggf. auch während der im Allgemeinen sehr langen Laufzeit des Schaltgerätes im Vergleich mit anderen Schaltgeräten ermittelt werden können. Somit ist es wichtig, ein charakteristisches Vibrationsmuster eines neuwertigen Schaltgerätes, möglichst direkt nach oder kurz vor Inbetriebnahme aufzunehmen. Dieses charakteristische Vibrationsmuster 6 hilft über die gesamte Lebensdauer des Schaltgerätes 4 auch unter Hinzunahme weiterer Erkenntnisse den jeweiligen Zustand des Schaltgerätes auch nach einer langen Betriebsdauer zu ermitteln.
  • In Figur 3 ist eine Darstellung eines Schaltgerätes 4 gegeben, das dem in Figur 1 gleicht. Dabei sind ebenfalls Verbindungsleitungen 28 zur Steuervorrichtung 22 vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung 22 ebenfalls eine Datenübertragungsvorrichtung 24 enthält. Hierüber werden Rohdaten in das Datennetz 14 eingespeist und zur Datenverarbeitungsvorrichtung 12 weitergeleitet. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 ist in dieser Ausgestaltungsform Bestandteil einer zentralen Rechnereinheit, die auch die Datenbank 10 umfasst. Durch die in Figur 3 dargestellte Verbindung ist es einerseits möglich, das beschriebene charakteristische Vibrationsmuster 6 aufzunehmen und in der Datenbank 10 abzuspeichern. Diese Darstellung ist auch dazu geeignet, nach einer bestimmten Zeit das ebenfalls beschriebene Referenzvibrationsmuster aufzunehmen und über das Datennetz 14 und die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 zur Datenbank 10 zu leiten. In dem Rechnersystem der Datenbank 10 oder auch an einem weiteren Rechnersystem wird dann ein Vergleich zwischen dem charakteristischen Vibrationsmuster 6 und dem Referenzvibrationsmuster durchgeführt und die bereits erwähnte Zustandsgröße zur Vorhersage des Alterungsprozesses der Antriebseinheit 2 ermittelt.
  • In Figur 4 ist wiederum eine ähnliche Ausgestaltungsform des Schaltgerätes 4 mit der Antriebseinheit 2 und der Steuervorrichtung 22 dargestellt, wie dies bereits in den Figuren 1 und 3 beschrieben ist. Der Unterschied in Figur 4 zu den vorgenannten Figuren besteht darin, dass das Datennetz in diesem Fall zumindest stückweise über ein drahtloses Netz erfolgt. Die Daten werden dabei wiederum, wie bereits gemäß Figur 3 dargelegt, zu einer Recheneinheit geleitet, die die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 und die Datenbank 10 umfasst. Die dort in einer weiteren Recheneinheit ermittelten Zustandsgröße wird wiederum ebenfalls durch das Datennetz 14 zu einer Zentralstation 26 weitergeleitet. Die Zentralstation 26 kann dabei beispielsweise die Leitwarte des Netzbetreibers sein.
  • Dabei ist beispielsweise ein Modell möglich, wonach die Datenbank 10 und die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 in einer Recheneinheit des Herstellers des Schaltgerätes 4 und der Antriebseinheit 2 abgelegt ist und dort auch der Vergleich zwischen dem charakteristischen Vibrationsmuster 6 und dem Referenzvibrationsmuster erfolgt und die Zustandsgröße ermittelt wird. Auf diese Weise können Informationen der Zustandsgröße von dem Hersteller des Schaltgerätes ermittelt werden und an den Betreiber des Hoch- oder Mittelspannungsnetzes weitergeleitet werden.
  • Ein alternatives Beispiel hierzu ist in Figur 5 gegeben, wonach die Steuervorrichtung 22 wie bereits gemäß Figur 1 die Datenverarbeitungsvorrichtung 12 enthält, in diesem Fall enthält die Steuervorrichtung jedoch auch die Datenbank 10. Das heißt, das charakteristische Vibrationsmuster 6 ist in einer Recheneinheit abgelegt, die direkt am Schaltgerät 4 angeordnet ist und ggf. ein Bestandteil dieses ist. Alle Rechenoperationen, die der Erstellung des charakteristischen Vibrationsmusters und des Referenzvibrationsmusters zugrunde liegen, werden dabei von der Steuervorrichtung 22 bzw. Teilen davon durchgeführt. Ferner kann hierbei auch direkt der Vergleich zwischen den beiden Vibrationsmustern durchgeführt werden und die Zustandsgröße ermittelt werden. Die so dezentral ermittelte und errechnete Zustandsgröße kann über das Datennetz zur Zentralstation, also insbesondere zur Leitwarte des Netzbetreibers gesendet werden, wobei die ebenfalls in der Steuervorrichtung 22 integrierte Datenübertragungsvorrichtung 24 zum Einsatz kommt. In der Zentralstation 26 kann dann über den Zustand jedes einzelnen vergleichbaren Schaltgerätes 4 bestimmt werden und ggf. auch gesteuert über eine technische Vorrichtung einer Erwartungsarbeit bzw. ein Austausch des Schaltgerätes veranlasst werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Antriebseinheit
    4
    Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät
    6
    charakteristische Vibrationsmuster
    8
    Beschleunigungssensor
    10
    Datenbank
    12
    Datenverarbeitungsvorrichtung
    14
    Datennetz
    16
    Antriebswelle
    18
    Gehäuse
    20
    Schaltkontakt
    22
    Steuervorrichtung
    24
    Datenübertragungsvorrichtung
    26
    Zentralstation
    28
    Verbindung Sensor/Steuereinheit
    30
    Antrieb

Claims (11)

  1. Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Antriebseinheit (2) für ein Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (4), umfassend folgende Schritte:
    - Durchführen eines Schaltvorgangs mit dem Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät (4)
    - Aufnahme eines charakteristischen Vibrationsmusters (6) mittels mindestens eines Beschleunigungssensors (8) für den lastfreien Schaltvorgang,
    - Bereitstellen des charakteristischen Vibrationsmusters (8) in einer Datenbank (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzmessung aufgenommen wird, indem ein Referenzschaltvorgang durchgeführt wird und ein Referenzvibrationsmuster erstellt wird und aus einem Vergleich zwischen dem Referenzvibrationsmuster mit dem charakteristischen Vibrationsmuster (6) eine Zustandsgröße der Antriebseinheit (2) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten des Beschleunigungssensors (8) von einer an der Antriebseinheit (2) angeordneten Datenverarbeitungsvorrichtung (12), aufgenommen werden und in das Referenzvibrationsmuster umgewandelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sensordaten, das Referenzvibrationsmuster oder die Zustandsgröße über ein Datennetz (14) zu einem Rechnersystem (16) übertragen wird und dort in der Datenbank 10 gespeichert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibration mittels des Beschleunigungssensors (8) an einer Antriebswelle (16) gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (8) an einem Gehäuse (18) der Antriebseinheit (2) angeordnet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang lastfrei durchgeführt wird.
  8. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät mit
    - einer Antriebseinheit (2) für einen Schaltkontakt (20),
    - einem Beschleunigungssensor (8) im Bereich der Antriebseinheit (2)
    - Einer Steuervorrichtung (22) für die Antriebseinheit (2), die ausgestaltet ist, einen Schaltvorgang durchzuführen und mit dem Beschleunigungssensor (8) ein charakteristischen Vibrationsmusters (6) für den lastfreien Schaltvorgang aufzunehmen und das charakteristische Vibrationsmuster (6) in einer Datenbank (14) bereitzustellen.
  9. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenverarbeitungsvorrichtung (12) vorgesehen ist, die in derart ausgestaltet ist, aus dem charakteristische Vibrationsmuster (6) im Vergleich mit einem Referenzvibrationsmuster eine Zustandsgröße der Antriebseinheit (2) zu bestimmen.
  10. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenübertragungsvorrichtung (24) an der Antriebseinheit (2) vorgesehen ist und über ein Datennetz (14) eine Datenverbindung zwischen der Antriebseinheit (2) und einer Zentralstation (26) besteht.
  11. Hoch- oder Mittelspannungsschaltgerät nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der der Beschleunigungssensor an einer Antriebswelle (16) und/oder an einem Antriebsgehäuse (18) angeordnet ist
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