EP4008043A1 - Verfahren zur temperatursteuerung eines steuerschranks für mittel- und hochspannungsschaltgeräte - Google Patents

Verfahren zur temperatursteuerung eines steuerschranks für mittel- und hochspannungsschaltgeräte

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Publication number
EP4008043A1
EP4008043A1 EP20771449.4A EP20771449A EP4008043A1 EP 4008043 A1 EP4008043 A1 EP 4008043A1 EP 20771449 A EP20771449 A EP 20771449A EP 4008043 A1 EP4008043 A1 EP 4008043A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control cabinet
control
temperature
condensation
component
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.)
Pending
Application number
EP20771449.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Meier
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4008043A1 publication Critical patent/EP4008043A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/56—Cooling; Ventilation
    • H02B1/565—Cooling; Ventilation for cabinets
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks

Definitions

  • the present invention relates to a method for temperature control of a control cabinet for medium and high voltage switching devices, the method being particularly energy-efficient.
  • the present invention also relates to a system for temperature control of a control cabinet for medium and high-voltage switching devices, which allows such a method.
  • Switchgear for isolating currents are widely known.
  • the arrangement of switching modules in medium and high voltage switchgear, for example, can be done in very different ways. It is known that such switchgear assemblies are assigned control cabinets which are used to control the switchgear assemblies.
  • a method for temperature control of a first control cabinet for medium or high-voltage switchgear devices is described, the first control cabinet including an anti-condensation heater to prevent condensation of humidity on components located in the inner volume of the first control cabinet, the method having at least the following method steps : a) determining the humidity of the atmosphere in the interior volume of the first control cabinet; b) determining the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet; c) determining the dew point temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet based on the humidity and the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet; d) determining the component temperature of at least one part located in the inner volume of the first control cabinet construction; and e) creating a control command for activating the anti-condensation heater based on a comparison of the component temperature determined in process step d) and the dew point temperature determined in process step c).
  • Such a method allows switching cabinets to be heated in a simple and efficient manner to prevent or at least reduce condensation of humidity on
  • the method described thus serves to control the temperature of a first control cabinet, the control cabinet being assigned to a medium-voltage switchgear or a medium-voltage switchgear or a high-voltage switchgear or a high-voltage switchgear.
  • switchgear or switchgear are known per se and include, for example, power and / or disconnectors. As a rule, they are systems in which electrical energy is distributed or converted.
  • a medium-voltage switching device is also to be understood in particular as one in which voltages are switched or disconnected which are approximately in a range from 1 kV to approximately 60 kV.
  • a high-voltage switching device is to be understood as one in which voltages are switched or separated which are in a range of over approximately 60 kV up to 1000 kV or even higher, for example up to 1150 kV.
  • Auxiliary contacts are usually provided in the control cabinet or in the control cabinets of such switchgear, which reflect the status of the main contacts of the switchgear.
  • control electronics for the switchgear can be provided in the control cabinet.
  • control cabinet includes an anti-condensation heater to prevent condensation of humidity on components located in the inner volume of the first control cabinet.
  • the method described here has at least the following method steps.
  • the humidity of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet that is to say in particular the humidity of the air in the control cabinet.
  • detection of the air humidity in the atmosphere, in particular in the air, within the control cabinet and thus in particular within a housing of the control cabinet is thus carried out using an appropriate sensor.
  • This step can be implemented, for example, with one or more conventional sensors for determining the air humidity inside or outside the control cabinet.
  • the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet is determined, in other words the air temperature of the air in the control cabinet.
  • a detection of the temperature in the atmosphere or in the air inside the control cabinet and thus in particular within a housing of the control cabinet is carried out.
  • the method comprises the step of determining the dew point temperature of the atmosphere, such as the air, in the inner volume of the first control cabinet based on the humidity and the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet.
  • This step is based on the fact that the dew point temperature can be determined solely through the previously determined parameters, namely the humidity and the temperature of the atmosphere or the air within the control cabinet.
  • the dew point temperature is to be understood in a manner known per se as the temperature of the air which must be fallen below at constant pressure so that water vapor can separate out as dew or mist or, in other words, that humidity can condense on components inside the control cabinet if the component temperature falls below the dew point temperature.
  • the relative humidity is 100% and the air is just saturated with water vapor.
  • the method further comprises determining the component temperature at least one located in the inner volume of the first control cabinet. borrowed component.
  • This can be implemented, for example, with one sensor or with a plurality of sensors, it also being possible for several sensors to be provided on different components, for example on different components with different weights.
  • This step can in turn be implemented, for example, with one or more conventional sensors for determining the temperature, in particular thermometers, arranged inside or outside the control cabinet.
  • the component or components, the component temperature of which is determined can, for example, be components in which condensation of air humidity, in particular with regard to corrosion, is particularly critical. Thus, special components are particularly important here, which have exposed, corrosion-sensitive areas.
  • At least one, for example all of the method steps a), b) and d) is carried out with sensors arranged in the interior volume of the control cabinet.
  • determining the humidity of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet determining the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet and determining the component temperature of at least one component located in the inner volume of the first control cabinet by means of Depending on the specific sensors, for example inside the control cabinet, these parameters can also be determined by approximation or estimation. It can be assumed that the temperature of the atmosphere inside the control cabinet and the component temperature are approximately the same as the temperature of the air surrounding the control cabinet, since the control cabinets are usually not airtight or are completely thermally insulated from the outside. In the same way, the humidity of the air surrounding the control cabinet can be influenced by the humidity of the atmosphere. Close the sphere in the control cabinet. Thus, the process steps a) b) and d) can also be implemented by recording weather data showing the temperature and relative humidity.
  • Exemplary critical components include in no way restrictive electrical contacts in auxiliary switches, SF 6 density monitors, oil pressure switches, relays or contactors.
  • Alternative critical components are also those in which corrosion is not necessarily a problem, but rather preventing the bridging of insulation distances is important.
  • other critical components can be plugs or strips that could become conductive due to condensation.
  • method step e) comprises creating and in particular executing a control command for controlling the anti-condensation heater based on a comparison of the component temperature determined in method step d) and the dew point temperature determined in method step c).
  • the anti-condensation heater is controlled or activated based on a combination of the parameters component temperature, atmospheric temperature within the control cabinet and humidity of the atmosphere within the control cabinet and thus in particular the dew point temperature.
  • the anti-condensation heaters are independent of the actual climatic conditions. conditions and thus works particularly continuously in continuous operation regardless of the dew point temperature.
  • controlled heaters are used in medium-voltage applications, for example, they only work with physical parameters of the control cabinet interior air, such as temperature or humidity. However, these parameters alone do not fully grasp the problem of condensation on the critical components.
  • the anti-condensation heater can only be controlled with improved efficiency in the method described here.
  • the method can thus be based on the fact that if the component temperature is higher than the dew point temperature, condensation will not take place or, in other words, that condensation will take place when the component temperature is below the dew point temperature.
  • both the dew point temperature is determined and thereby a condition is determined in which condensation of the air humidity takes place, and it is also determined whether this condition is in one or more components also really exists.
  • the process described here allows the anticonvulsant to be heated as required. condensation heating of the control cabinet, which means that permanent operation of the anti-condensation heating can be dispensed with.
  • the anti-condensation heaters work with lower energy consumption and thus cause a significantly reduced burden on the environment.
  • the carbon dioxide pollution for the environment can be significantly reduced compared to solutions with permanently working anti-condensation heaters.
  • the method described here makes it possible for the operational safety of the control cabinet to be improved. Because with permanent operation of the anti-condensation heater, the risk of an error state, which can also be critical to safety, is significantly increased compared to the method described here.
  • the reliability of the anti-condensation heater can also be improved, which makes service intervals less critical and can also reduce downtimes.
  • a safe and, above all, energy-efficient control is achieved through the control of the anti-condensation heaters, which is adapted to the actual physical requirements. This control is based on the state variables of the control cabinet interior atmosphere or the control cabinet interior air and the critical components which are relevant to the physical climate and which only together precisely describe the conditions for possible condensation.
  • the physical size of the dew point is used to create a control variable as a parameter in comparison with the temperatures of critical components inside the control cabinets, which enables safe and energy-efficient control of the anti-condensation heating.
  • the output of the anti-condensation heater is reduced if the component temperature determined in process step d) is greater than the dew point temperature determined in process step c).
  • the anti-condensation heating is switched off if the component temperature determined in method step d) is greater than the dew point temperature determined in method step c).
  • the anti-condensation heater works in a basic state and thus heats the components within the control cabinet and only when this is indicated by the control command, the heating power is reduced, such as the heating is exhibited entirely.
  • This embodiment allows the method described here to be carried out in a particularly effective and safe manner. On the one hand, whenever this is indicated or permitted, the heating output can be reduced to the point where the heating is switched off, which can significantly reduce energy consumption, as described above. In addition, it is ensured that, for example, in the event of a fault in a control unit or if there are no control commands, the anti-condensation heating works, preventing condensation of air humidity and consequently corrosion of components inside the control cabinet.
  • the output of the anti-condensation heater is reduced if the component temperature determined in process step d) is greater than the dew point temperature determined in process step c), the comparison determined in process step d) Component temperature and the dew point temperature determined in process step c), a safety parameter is taken into account.
  • a basic state of the anti-condensation heater is thus provided, as described above, in which it is active and the heating power is reduced based on a control command, for example the heating is switched off.
  • a safety parameter is taken into account when comparing the dew point temperature and the component temperature.
  • the control command to reduce the heating power of the anti-condensation heater is output when the component temperature minus the safety parame ter is still greater than the dew point temperature.
  • a safety parameter must be present as a specific temperature range in order to issue the control command and to control the anti-condensation heater.
  • the safety parameter can be a factor or a defined temperature range, for example.
  • This refinement enables the heating power to be reduced only if this can also be made possible in a particularly reliable manner. This makes it particularly effective to ensure that corrosion of the components located in the control cabinet or, for example, the deterioration of an insulation section is prevented, since it prevents or the system Fahr can at least be significantly reduced that the heating power is reduced, although this would not be indicated due to the climate prevailing in the control cabinet.
  • the safety parameter can be advantageous, for example, if the corresponding parameters are not explicitly measured but are estimated or approximated, for example using weather data as described above.
  • the safety parameter it can be provided that it is based on at least one of the type and design of the component whose component temperature it was averaged.
  • These parameters in particular can influence the temperature.
  • the type of component i.e. which component or what type of component it is, can provide information on the material, size and criticality of corrosion or other influence from condensation, for example.
  • an indication can be given that a faulty state requires an expensive replacement or causes a safety-critical state.
  • the design of the component such as how or from which materials the construction part is made or designed, can also provide an indication of the material and size of the component for the specific design of a certain type of component.
  • the material and the size can have an influence on the heat capacity and thus an indication of the temperature of the component after a temperature change, for example.
  • these parameters can give an indication of the susceptibility to corrosion.
  • the safety parameters can therefore be selected to be particularly large if corrosion of the component in the event of condensation is likely and would have serious consequences.
  • method step d) the determination of the component temperature at least two in the internal volume of the control cabinet of the components located and that in method step e) the control command is based on a comparison of all the determined component temperatures and the dew point temperature.
  • redundancy is made possible with regard to the component temperature and / or that the different behavior with regard to the temperature is taken into account for different components. This further prevents the risk of incorrect control. Because it can now be allowed that the control command is only issued if the corresponding condition, such as a higher component temperature compared to the dew point temperature, applies to both components.
  • control command is only used to control the anti-condensation heater of the first control cabinet.
  • temperature control of the anti-condensation heating for each of the control cabinets follows in an autonomous manner. This refinement allows the method to be carried out with a particularly high degree of accuracy. Because it becomes possible that the control of the anti-condensation heating can be based on the conditions immediately prevailing in the control cabinet.
  • This refinement can thus be implemented particularly preferably when a control command is generated by a local control unit assigned only to the first control cabinet.
  • the control unit can for example be arranged in the control cabinet.
  • this design can device can in turn be carried out advantageously using appropriate sensors inside the control cabinet.
  • control command may equally be possible for the control command to be used to control the anti-condensation heater of the first control cabinet and additionally to control an anti-condensation heater of at least one second control cabinet.
  • the sensor system for controlling a plurality of condensation heaters can be significantly reduced, since a plurality of anti-condensation heaters can be controlled on a reduced number of measurements or estimates or approximations. This can be based, for example, on the fact that it can be assumed that the climatic conditions of control cabinets arranged next to one another will be similar. Under this condition, the control command he issued can be used for other control cabinets.
  • the component temperature determined for the first control cabinet and the dew point temperature determined for the first control cabinet are used to provide a control command to control the anti-condensation heating of the second control cabinet.
  • control command is carried out by a central control unit which receives data for a plurality of switch cabinets and creates the control command based on data for a plurality of switch cabinets.
  • method steps a) to d) are carried out for a plurality of control cabinets, for example using appropriate sensors or corresponding approximations or assumptions, which makes it possible to determine component temperatures and dew point temperatures for a plurality of control cabinets.
  • These data can then be evaluated by the central control unit. Accordingly, the control command can be established on the plurality of data as described above.
  • the peripherals that are to be provided in the control cabinets can be reduced, since a control unit or control units can be dispensed with.
  • the sensor data can be recorded for part of a group of control cabinets, for example, and the control command can be extended to all control cabinets.
  • control command can be based on a large number of independently collected data, which can make the method particularly reliable.
  • control command takes place outside the control cabinet, taking climatic conditions into account.
  • a temperature and / or solar radiation or a degree of cloudiness can be used that occurs or is present outside the control cabinet.
  • the method can be carried out particularly reliably and efficiently.
  • steps a), b) and d) can take place only or in addition, taking into account climatic conditions outside the control cabinet.
  • the creation of the control command takes place using an artificial intelligence method.
  • the method can be carried out using a neural network.
  • the method can be carried out particularly precisely and in an adaptable manner. For example, the dependence of temperature fluctuations in the atmosphere inside the control cabinet on the component temperature can be recorded and evaluated. For example, it can be predicted how the component temperature will change based on temperature fluctuations in order to control the anti-condensation heating particularly reliably. Furthermore, parameters such as climatic conditions outside the control cabinet can be taken into account and included in the evaluation in a particularly reliable manner.
  • the present invention also relates to a system for temperature control of a first control cabinet for medium and high-voltage switching devices, for example for power switches and / or disconnectors, the first control cabinet having an anti-condensation heater to prevent condensation of humidity in the inner volume of the first Control cabinet, the control assembly comprising at least: a sensor for detecting the humidity of the atmosphere in the interior volume of the first control cabinet; a sensor for detecting the temperature of the atmosphere in the internal volume of the first control cabinet; a sensor for determining the component temperature of at least one component located in the inner volume of the first control cabinet; and a control unit, wherein the control unit is configured to determine the dew point temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet based on the humidity and the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet, and to create a control command in particular to forward the anti-condensation heater to control the anti-condensation heater based on a comparison of the temperature of the at least one component located in the inner volume of the first control cabinet and the
  • Such a system is used in particular to carry out a method as described in detail above.
  • a system described here allows in an effective and safe way, in particular for the reasons mentioned above, to prevent condensation on components within a control cabinet for medium or high-voltage applications. change or at least significantly reduce.
  • a particularly environmentally friendly and sustainable solution can be created that can also enable particularly long-term stable operation.
  • Different sensors can be used to determine the humidity of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet, to determine the temperature of the atmosphere in the inner volume of the first control cabinet and to determine the component temperature of at least one component located in the inner volume of the first control cabinet be provided, or provided sensors can determine several parameters. The latter is possible, for example, if the determination of the parameters is carried out, for example, on the basis of climatic conditions that exist outside the control cabinet and that the assumptions or approximations described in detail above are made.
  • control unit is arranged in the control cabinet. This allows in particular an autonomous control of an anti-condensation heater of the control cabinet.
  • control command it is possible for the control command to be used only to control the anti-condensation heater of the first control cabinet. It is also possible for a control command to be generated by a local control unit assigned only to the first control cabinet.
  • control unit is arranged separately from the control cabinet and can be connected to the sensors via a wireless connection for data transfer.
  • control command it is possible for the control command to be used for controlling the anti-condensation heater of the first control cabinet and additionally for controlling an anti-condensation heater of at least one second control cabinet.
  • component temperature determined for the first control cabinet and the dew point temperature determined for the first control cabinet are used to provide a control command for controlling the anti-condensation heating of the second control cabinet.
  • a control command is created by a central control unit which receives data for a plurality of switch cabinets and creates the control command based on data for a plurality of switch cabinets.
  • control unit can be connected to at least one condensation heater arranged in a control cabinet for data transfer.
  • data connection that can be established can take place via a cable-based data line or also wirelessly.
  • FIG. 1 schematically shows a system for temperature control of a control cabinet in a first embodiment
  • FIG. 2 schematically shows a system for temperature control of a control cabinet in a further embodiment
  • Fig. 3 is a diagram showing the relationship between the dew point of the humidity and the air tempera ture
  • Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the prevailing climatic conditions and the component temperature
  • Fig. 6 is a diagram showing the scope of the method according to the invention.
  • control cabinet 10 In the figure 1, an embodiment of a system for temperature control of a control cabinet 10 is shown.
  • the control cabinet 10 is used to control medium and high-voltage switching devices.
  • the control cabinet 10 includes an anti-condensation heater 12 to prevent condensation of humidity on components 16 located in the inner volume 14 of the control cabinet 10. of the control cabinet 10 is shown.
  • Such components 16 can be susceptible to corrosion, for example, so that condensation which promotes corrosion should be prevented.
  • the system allows advantageous temperature control of the control cabinet 10, in particular by advantageously activating the anti-condensation heater 12.
  • the system comprises a sensor 18 for determining the humidity of the atmosphere in the inner volume 14 of the control cabinet 10.
  • This sensor 18 can be a known humidity sensor and is expediently, but not limited to, arranged inside the control cabinet 10.
  • the system further comprises a sensor 20 for determining the temperature of the atmosphere in the inner volume 14 of the control cabinet 10.
  • Such a sensor 20 can in turn be configured in a manner known per se and is expediently but not limited to it likewise inside the control cabinet 10 arranged.
  • the system comprises a sensor 22 for determining the component temperature of at least one component 16 located in the inner volume of the first control cabinet 10.
  • a sensor 22 for determining the component temperature of at least one component 16 located in the inner volume of the first control cabinet 10.
  • Such a sensor 22 can in turn be configured in a manner known per se and is expediently but not restricted to this also inside of the control cabinet 10 and more precisely on a component 16.
  • a control unit 24 is also provided.
  • the control unit 24 is connected by data connections to the sensors 18, 20, 22 and also to the anti-condensation heater 12 and can thus control the anti-condensation heater 12 based on the sensor data obtained.
  • the data connections should be made clear by the arrows.
  • the control unit 24 is arranged in the control cabinet 10.
  • the system described above allows a method with the following method steps: a) determining the humidity of the atmosphere in the inner volume 14 of the control cabinet 10; b) determining the temperature of the atmosphere in the inner volume 14 of the control cabinet 10; c) determining the dew point temperature of the atmosphere in the internal volume 14 of the control cabinet 10 based on the humidity and the temperature of the atmosphere in the internal volume 14 of the control cabinet; d) determining the component temperature of at least one located in the inner volume 14 of the control cabinet 10 construction part 16; and e) Creating and executing a control command for controlling the anti-condensation heater 12 based on a comparison of the component temperature determined in method step d) and the dew point temperature determined in method step c).
  • this method is based on the fact that the sensors 18, 20,
  • the anti-condensation heating 12 can be controlled depending on the situation and thus energy-saving heating is possible. This can be particularly effective if, based on the control command, the output of the anti-condensation heater 12 is reduced when the component temperature determined in process step d) is greater than the dew point temperature determined in process step c).
  • the sensors inside the control cabinet 10 of a switching device for determining the dew point temperature of the interior air are used in conjunction with sensors for determining the temperature of critical components 16.
  • a particularly smart electronics of the control unit 24 compares the variables and decides on the basis of default values about the control of the anti-condensation heater 12 in the control cabinet 10. It then supplies, for example, a corresponding output signal to control a contactor in the control cabinet.
  • the parameters temperature of the atmosphere in the control cabinet 10, component temperature and relative humidity of the atmosphere in the control cabinet 10 are determined by sensors present outside the control cabinet 10 and are appropriately approximated.
  • the condition for the interruption of the anti-condensation heater 12 can preferably apply as follows: Component temperature - safety margin> dew point temperature of the control cabinet interior air.
  • the safety margin is a value to be determined by the developer, for example, which is in a range of> 0. Above all, the heating and cooling behavior (time constant) of the critical component 16 or the critical components 16 should be taken into account here.
  • the safety margin can be increased, or measurement can be introduced on further critical components 16 with the different temperatures to be expected. In addition to safety, this also optimizes energy efficiency.
  • intermittent operation of the anti-condensation heater 12 can be possible.
  • the heater remains in operation.
  • the temperature of the atmosphere 14 as well as of the components 16 is increased by the introduced heat output and the relative humidity of the indoor air is reduced. This will which changes the physical-climatic parameters in such a way that condensation cannot occur.
  • the operation of the anti-condensation heater 12 is maintained for a specified time (interval operating time). This time can be optimized according to the time of day and the season. Then the active shutdown takes place. This is maintained until the conditions for interrupting the anti-condensation heater 12 are met again.
  • control cabinet climate data and component temperatures can also take place locally for the plurality of control cabinets, for example for an entire station, representative of only one switching device or one control cabinet 10.
  • the data determined are processed and evaluated in the station control system.
  • the control signal derived therefrom controls, for example, the anti-condensation heaters 12 of all control cabinets 10 in the transformer station.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a corre sponding system.
  • the embodiment according to Figure 2 shows a plurality of control cabinets 10. More precisely, three control cabinets 10 are shown.
  • the configuration of the control cabinets 10 shown in FIG. 1 can also apply to the control cabinets 10 shown in FIG.
  • FIG. 2 shows that the control unit 24 is designed as a central control unit 24.
  • the control unit 24 can therefore receive sensor data for one or more control cabinets 10, for which purpose data connections marked by the arrows, in particular wireless data connections, are provided.
  • the control unit 24 can carry out the method described above and, based on all the sensor data, create a control command, based on which one or preferably several anti-condensation heaters 12 of different control cabinets 10 can operate.
  • sensors are used as described for FIG. 1, however, for example, the sensor data for only one representative control cabinet 10 in a substation can be transferred to the station control system, for example wirelessly.
  • the measurement data or sensor data are used here by a particularly smart processing logic similar to the embodiment described above for the control of the anti-condensation heaters 12 of the switching devices in the substation.
  • the processing logic for generating the control command can in principle be based on artificial intelligence and / or include a cloud solution.
  • Component temperature - safety margin 1 (switchgear type) - safety margin 2 (switchgear manufacturer)> dew point temperature of the control cabinet interior air.
  • the safety margins are basically defined temperature values or temperature ranges (> 0) or factors for the component temperature.
  • the switching device-specific and switching device manufacturer-specific heating and cooling behavior of the respective critical components 16 should be taken into account.
  • a centralized control unit 24 it is also possible, for example, to use exemplary sensors Or data for the control cabinet 10 of a switching device in a substation and its smart processing inside the station in order to derive control signals therefrom that are used for the entire system or a large number of control cabinets 10.
  • sensor data for a number x control cabinets 10 can be used to control the Antikondensationshei tongues 12 of a number y control cabinets 10, the number x being smaller than the number y.
  • FIG. 3 shows a diagram which shows the relationship between the dew point and the air humidity and the air temperature.
  • the X-axes show the air temperature
  • the Y-axes show the dew point or the dew point temperature
  • different lines show the relative humidity.
  • the dew point can be determined in a simple way under given climatic conditions. This is shown for an air temperature of 20 ° C and an exemplary relative humidity of 60%. If you combine the air temperature and the air humidity, you get a dew point of approx. 12 ° C.
  • FIG. 4 also shows a possible simulative consideration of external climatic conditions.
  • external climatic conditions such as solar radiation or the external temperature, can generally be used advantageously in order to enable effective control of the anti-condensation heater 12.
  • the x-axis represents the time and the y-axis represents the temperature.
  • Curve A shows the ambient temperature
  • curve B shows the dew point temperature
  • curve C shows the component temperature.
  • An exemplary course of the component temperature is shown over time in connection with the course of the ambient and dew point temperatures of the air. If the component temperature is below the dew point temperature of the ambient air, condensation will form. At times of condensation, which are hatched and marked with x2, the control cabinet heater or anti-condensation heater 12 should be in operation.
  • the anti-condensation heater 12 can be dispensed with because the component temperature is above the dew point temperature.
  • the ambient temperature in particular can be important, as the component temperature tur is a function of the ambient temperature and this can asymptotically equalize after a certain time and the temperature of the atmosphere inside the control cabinet 10 will be equal to the temperature of the control cabinet 10 surrounding atmosphere.
  • FIG. 5 also shows a diagram in which, by way of example, an actual daily course of climate variables is shown on the basis of real data.
  • FIG. 5 shows the temperature on the left Y-axis and the relative humidity on the right Y-axis, whereas the X-axis shows the course of the day in hours.
  • the curve D also shows the temperature, which in particular can be an outside temperature with respect to a control cabinet 10, and the curve F shows the relative humidity and the curve E shows the dew point temperature based on the previous parameters.
  • the curves of relative humidity, outside temperature and derived dew point temperature over an entire day are thus shown in detail.
  • FIG. 6 also shows a diagram which, using real values, shows the frequency of hours in a month in% in each case at a selected temperature delta, such as 5 K, between the air temperature, which, as described above, can be seen as a rough guide for the component temperature , and the dew point temperature.
  • the air temperature and the component temperature as well as the humidity were approximated by measurements of the temperature and humidity outside the control cabinet 10, which is possible due to the non-airtight design of the control cabinets 10.
  • the temperature deltas between ambient temperature and dew point temperature were shown graphically for each month individually and then also as an arithmetic mean or average for all months.
  • the decision logic is based, for example, on the relationship between the ambient temperature and the component temperature, which continuously approaches it, so that a sufficiently large difference between the component temperature and the dew point temperature can be concluded if the difference between the ambient temperature and the dew point temperature is sufficiently high

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks (10) für Mittel- oder Hochspannungsschaltgeräte, wobei der erste Steuerschrank (10) eine Antikondensationsheizung (12) zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteilen (16) umfasst. Ein derartiges Verfahren ist besonders umweltschonend und nachhaltig. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tempera tursteuerung eines Steuerschranks für Mittel- und Hochspan nungsschaltgeräte, wobei das Verfahren besonders energieeffi zient ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Sys tem zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks für Mittel und Hochspannungsschaltgeräte, welches ein derartiges Verfah ren erlaubt.
Schaltanlagen zum Trennen von Strömen sind weitläufig be kannt. Die Anordnung von Schaltmodulen in Mittel- und Hoch spannungsschaltanlagen, beispielsweise, kann auf sehr unter schiedliche Weise erfolgen. Bekannt ist, dass derartigen Schaltanlagen Steuerschränke zugeordnet sind, welche einer Ansteuerung der Schaltanlagen dienen.
In den Steuerschränken von Hoch- und Mittelspannungsschaltge räten, wie etwa von Leistungs- und Trennschaltern, kann unter spezifischen klimatischen Bedingungen eine Betauung von Bau teilen auftreten. Die Betauung kann über einen längeren Zeit raum zu Korrosion an kritischen Bauteilen führen. Zur Verhin derung der Betauung werden in den Steuerschränken Antikonden sationsheizungen eingesetzt, die durchgehend und weitestge hend unselektiv betrieben werden.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbeson dere hinsichtlich eines verbesserten Betauungsschutzes.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche ein Mit- tel zur Verhinderung der Betauung eines Bauteils in einem Steuerschrank für eine Schaltanlage verbessert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zumindest zum Teil durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Fi guren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung dar stellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Beschrieben wird ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks für Mittel- oder Hochspannungsschaltge räte, wobei der erste Steuerschrank eine Antikondensations heizung zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindli chen Bauteilen umfasst, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks; b) Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Vo lumen des ersten Steuerschranks; c) Ermitteln der Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem in neren Volumen des ersten Steuerschranks basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks; d) Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bau teils; und e) Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikon densationsheizung basierend auf einem Vergleich der in Ver fahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur. Ein derartiges Verfahren erlaubt auf einfach umsetzbare und effiziente Weise das Heizen von Schaltschränken zur Verhinde rung oder zumindest zur Reduzierung der Kondensation von Luftfeuchtigkeit auf Bauteilen innerhalb des Schaltschranks.
Das beschriebene Verfahren dient somit der Temperatursteue rung eines ersten Steuerschranks wobei der Steuerschrank ei nem Mittelspannungsschaltgerät beziehungsweise einer Mit telspannungsschaltanlage oder einem Hochspannungsschaltgerät beziehungsweise einer Hochspannungsschaltanlage zugeordnet ist. Derartige Schaltgeräte beziehungsweise Schaltanlagen sind an sich bekannt und umfassen beispielsweise Leistungs und/oder Trennschalter. Es sind in der Regel Anlagen, in de nen elektrische Energie verteilt oder umgespannt wird. Unter einem Mittelspannungsschaltgerät ist im Sinne der Erfindung ferner insbesondere ein solches zu verstehen, bei dem Span nungen geschaltet oder getrennt werden, die etwa in einem Be reich von 1 kV bis ca. 60 kV liegen. Ferner ist unter einem Hochspanungsschaltgerät ein solches zu verstehen, bei dem Spannungen geschaltet oder getrennt werden, die in einem Be reich von über ca. 60 kV bis zu 1000 kV oder sogar darüber, beispielsweise bis zu 1150 kV, liegen.
In dem Steuerschrank beziehungsweise in den Steuerschränken derartiger Schaltanlagen sind meist Hilfskontakte vorgesehen, welche den Stand der Hauptkontakte der Schaltanlagen wider spiegeln. Jedoch kann grundsätzlich eine Ansteuerelektronik für die Schaltanlage in dem Steuerschrank vorgesehen sein.
Aufgrund von klimatischen Verhältnissen kann das Auftreten von Tau beziehungsweise von kondensierter Luftfeuchtigkeit an Bauteilen innerhalb des Steuerschranks möglich sein. Dies kann zu Korrosion von Bauteilen innerhalb des Steuerschranks führen. Um dies zu verhindern ist in der Regel eine sogenann te Antikondensationsheizung vorgesehen. Diese kann die Atmo sphäre beziehungsweise die Bauteile innerhalb des Steuer schranks aufheizen und dadurch ein Kondensieren der Luft feuchtigkeit verhindern. Entsprechend ist es vorgesehen, dass der Steuerschrank eine Antikondensationsheizung zum Verhin dern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteilen um fasst.
Um eine verbesserte Steuerung der Antikondensationsheizung in dem Steuerschrank zu ermöglichen, weist das hier beschriebene Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf.
Gemäß Verfahrensschritt a) erfolgt ein Ermitteln der Feuch tigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, also insbesondere der Luftfeuchtigkeit der in dem Steuerschrank befindlichen Luft. Gemäß diesem Verfahrens schritt wird somit beispielsweise unter Verwendung eines ent sprechenden Sensors eine Detektion hinsichtlich der Luft feuchtigkeit, die in der Atmosphäre, also insbesondere in der Luft, innerhalb des Steuerschranks und damit insbesondere in nerhalb eines Gehäuses des Steuerschranks vorliegt, durchge führt.
Dieser Schritt ist etwa mit einem oder mehreren üblichen Sen soren zur Ermittlung der Luftfeuchtigkeit innerhalb oder au ßerhalb des Steuerschranks angeordnet realisierbar.
Gemäß Verfahrensschritt b) erfolgt ein Ermitteln der Tempera tur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuer schranks, also in anderen Worten der Lufttemperatur der Luft in dem Steuerschrank. Gemäß diesem Verfahrensschritt wird so mit beispielsweise unter Verwendung eines entsprechenden Sen sors beziehungswiese Thermometers eine Detektion hinsichtlich der Temperatur, die in der Atmosphäre beziehungsweise in der Luft innerhalb des Steuerschranks und damit insbesondere in nerhalb eines Gehäuses des Steuerschranks vorliegt, durchge führt.
Dieser Schritt ist etwa mit einem oder mehreren üblichen Sen soren zur Ermittlung der Temperatur innerhalb oder außerhalb des Steuerschranks angeordnet realisierbar. Gemäß dem weiteren Verfahrensschritt c) umfasst das Verfahren den Schritt des Ermittelns der Taupunkttemperatur der Atmo sphäre, wie etwa der Luft, in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks basierend auf der Feuchtigkeit und der Tempe ratur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steu erschranks .
Dieser Schritt basiert somit darauf, dass etwa allein durch die zuvor ermittelten Parameter, nämlich die Feuchtigkeit und die Temperatur der Atmosphäre beziehungsweise der Luft inner halb des Steuerschranks eine Bestimmung der Taupunkttempera tur möglich ist.
Dies ist etwa möglich durch einfaches Zuordnen von entspre chenden Werten für die Taupunkttemperatur zu dem entsprechen den Parameterpaar Temperatur und Feuchtigkeit. Dies kann so mit möglich sein durch das Bereitstellen vorgegebener Werte der Taupunkttemperatur bei gegebener Feuchtigkeit und Tempe ratur der Atmosphäre beziehungsweise der Luft oder durch eine näherungsweise Berechnung unter Verwendung der ermittelten Messwerte, etwa unter Verwendung einer Näherungsformel. Da Steuerschränke meist nicht druckdicht ausgeführt sind, kann für den Druck der Atmosphärendruck angenommen werden.
Unter der Taupunkttemperatur ist dabei in an sich bekannter Weise die Temperatur der Luft zu verstehen, die bei konstan tem Druck unterschritten werden muss, damit sich Wasserdampf als Tau oder Nebel abscheiden kann beziehungsweise dass in anderen Worten Luftfeuchtigkeit auf Bauteilen innerhalb des Steuerschrankes kondensieren kann, wenn die Bauteiltemperatur die Taupunkttemperatur unterschreitet. An der Taupunkttempe ratur beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100 % und die Luft ist mit Wasserdampf gerade gesättigt.
Gemäß dem weiteren Verfahrensschritt d) umfasst das Verfahren weiterhin das Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens ei nes in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befind- liehen Bauteils. Dies kann beispielsweise mit einem Sensor oder mit einer Mehrzahl an Sensoren umgesetzt werden, wobei auch mehrere Sensoren an unterschiedlichen Bauteilen vorgese hen sein können, etwa an unterschiedlichen Bauteilen mit un terschiedlicher Masse.
Dieser Schritt ist wiederum beispielsweise mit einem oder mehreren üblichen Sensoren zur Ermittlung der Temperatur, insbesondere Thermometern, innerhalb oder außerhalb des Steu erschranks angeordnet, realisierbar. Das Bauteil oder die Bauteile, deren Bauteiltemperatur ermittelt werden, können beispielsweise derartige Bauteile sein, bei denen eine Kon densation von Luftfeuchtigkeit insbesondere hinsichtlich ei ner Korrosion besonders kritisch sind. Somit sind hier insbe sondere Bauteile von Belang, welche offenliegende korrosions empfindliche Stellen aufweisen.
Somit kann es vorgesehen sein, dass wenigstens einer, bei spielsweise sämtliche, der Verfahrensschritte a), b) und d) mit in dem Inneren Volumen des Steuerschranks angeordneten Sensoren durchgeführt wird.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Ermittlung der Feuchtig keit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuer schranks, der Ermittlung der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks und der Ermittlung der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils mittels je weiliger spezifischer Sensoren etwa innerhalb des Steuer schranks können diese Parameter auch durch eine Annäherung beziehungsweise Abschätzung ermittelt werden. So kann die An nahme getroffen werden, dass die Temperatur der Atmosphäre innerhalb des Steuerschranks und die Bauteiltemperatur unge fähr gleich sind, wie die Temperatur der den Steuerschrank umgebenden Luft, da die Steuerschränke meist nicht luftdicht oder nach außen vollständig thermisch isoliert ausgeführt sind. Gleichermaßen kann man von der Luftfeuchtigkeit der den Steuerschrank umgebenden Luft auf die Feuchtigkeit der Atmo- Sphäre in dem Steuerschrank schließen. Somit können die Ver fahrensschritte a) b) und d) auch durch das Erfassen von Wet terdaten aufweisend die Temperatur und relative Luftfeuchtig keit realisiert werden.
Beispielhafte kritische Bauteile, deren Korrosion verhindert werden kann, umfassen in keiner Weise beschränkend elektri sche Kontakte in Hilfsschaltern, SF6-Dichtewächtern, Öldruck schaltern, Relais beziehungsweise Schützen. Alternative kri tische Bauteile sind ferner solche, bei denen nicht zwingend die Korrosion problematisch ist sondern vielmehr das Verhin dern der Überbrückung von Isolationsstrecken von Wichtigkeit ist. Entsprechend können weitere kritische Bauteile Stecker oder Leisten sein, die durch Betauung leitend werden könnten.
Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt e) das Erstellen und insbesondere das Ausführen eines Steuerbe fehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur .
Somit wird es bei dem hier beschriebenen Verfahren reali siert, dass die Antikondensationsheizung gesteuert bezie hungsweise angesteuert wird basierend auf einer Kombination der Parameter Bauteiltemperatur, Atmosphärentemperatur inner halb des Steuerschrankes und Feuchtigkeit der Atmosphäre in nerhalb des Steuerschrankes und damit insbesondere der Tau punkttemperatur.
Insbesondere eine derartige Ansteuerung der Antikondensati onsheizung kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik für Steuerschränke für Hochspannungs- und Mittelspan- nungs-Schaltanlagen signifikante Vorteile ermöglichen.
Denn gemäß dem Stand der Technik ist es oftmals in derartigen Schaltschränken vorgesehen, dass die Antikondensations heizungen unabhängig von den tatsächlichen klimatischen Be- dingungen und somit unabhängig vom der Taupunkttemperatur im Dauerbetrieb insbesondere dauerhaft arbeitet. Insoweit bei spielsweise in Mittelspannungsanwendungen gesteuerte Heizun gen eingesetzt werden, arbeiten diese jedoch einzig mit phy sikalischen Größen der Steuerschrankinnenraumluft, wie der Temperatur oder der Luftfeuchtigkeit. Diese Größen allein er fassen jedoch die Problematik der Kondensation an den kriti schen Bauteilen nicht vollumfänglich.
Erst dadurch, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren neben den physikalischen Größen der Innenatmosphäre des Steuer schranks auch die tatsächlichen oder angenäherten Bauteiltem peraturen ermittelt und zur Steuerung gemeinsam mit der Tau punkttemperatur herangezogen werden, kann eine Steuerung der Antikondensationsheizung mit verbesserter Effizienz ermög licht werden.
Das Verfahren kann somit darauf basieren, dass, wenn die Bau teiltemperatur größer ist, als die Taupunkttemperatur, eine Betauung nichtstattfinden wird oder in anderen Worten, dass eine Betauung dann stattfindet, wenn die Bauteiltemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur liegt.
Denn durch die Ermittlung der vorbeschriebenen Parameter kann es auf verlässliche Weise ermöglicht werden, dass sowohl die Taupunkttemperatur ermittelt wird und dadurch eine Bedingung ermittelt wird, bei der eine Kondensation der Luftfeuchtig keit stattfindet, als auch ermittelt wird, ob diese Bedingung bei einem oder mehreren Bauteilen auch wirklich vorliegt. Entsprechend kann unter realen Bedingungen abgeschätzt bezie hungsweise ermittelt werden, ob eine Betauung des Bauteils stattfinden wird und damit ob eine Gefahr für das Bauteil durch auftretende Korrosion besteht und ob somit ein Heizen sinnvoll ist, oder ob eine Betauung aufgrund der in dem Steu erschrank herrschenden klimatischen Bedingungen unwahrschein lich ist beziehungsweise nicht auftreten wird, so dass auf ein Heizen verzichtet werden kann. Somit erlaubt das hier be schriebene Verfahren ein bedarfsgerechtes Heizen der Antikon- densationsheizung des Steuerschranks, wodurch auf ein dauer haftes Arbeiten der Antikondensationsheizung so verzichtet werden kann.
Dadurch lässt es sich erreichen, dass die Antikondensations heizungen mit einem geringeren Energieverbrauch arbeiten und dadurch eine signifikant verringerte Belastung für die Umwelt verursachen. Beispielsweise kann die Kohlendioxidbelastung für die Umwelt im Vergleich zu Lösungen mit dauerhaft arbei tenden Antikondensationsheizungen signifikant reduziert wer den.
Darüber hinaus kann durch das hier beschriebene Verfahren es ermöglicht werden, dass die Betriebssicherheit des Steuer schranks verbessert werden kann. Denn bei einem permanenten Betrieb der Antikondensationsheizung ist die Gefahr eines Fehlerzustands, der auch sicherheitskritisch sein kann, ge genüber dem hier beschriebenen Verfahren deutlich vergrößert.
Aus den gleichen Gründen kann auch die Zuverlässigkeit der Antikondensationsheizung verbessert werden, was Service- Intervalle weniger kritisch werden lässt und ferner Ausfall zeiten reduzieren kann.
Durch Verhinderung von Betauung beziehungsweise Kondensation von Luftfeuchtigkeit an Bauteilen im Inneren des Steuer schrankes wird auch deren Korrosion verhindert oder zumindest deutlich reduziert. Durch die an den tatsächlichen physikali schen Bedarf angepasste Steuerung der Antikondensationshei zungen wird eine sichere und vor allem energieeffiziente Steuerung erreicht. Diese Steuerung basiert auf klima physikalisch relevanten Zustandsgrößen der Steuerschrankin- nenraumatmosphäre beziehungsweise der Steuerschrankinnenraum- luft und der kritischen Bauteile, welche erst gemeinsam die Bedingungen für mögliche Kondensation exakt beschreiben.
Dabei wird insbesondere betrachtet, dass Kondensation nur un ter bestimmten klimatischen Bedingungen auftreten kann, wel- che am besten und verlässlichsten durch die Taupunkttempera tur beschrieben werden. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird die physikalische Größe des Taupunktes genutzt, um als Parameter im Abgleich zusammen mit Temperaturen kritischer Bauteile im Inneren der Steuerschränke eine Steuergröße zu schaffen, die eine sichere und energieeffiziente Steuerung der Anti-Kondensationsheizungen ermöglicht.
Dem Vorstehenden folgend ergibt sich somit durch den sicheren und vor allem bedarfsgerechten Einsatz der Anti- Kondensationsheizung global ein sehr großes Potential zur Energieeinsparung, Kosteneinsparung und der Reduktion des CCh-Ausstoßes. Dadurch kann eine deutlich verbesserte CO2 Bi lanz (C02-Footprint) der Schaltgeräte realisiert werden.
Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung redu ziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bau teiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur. Beispielsweise kann es vorge sehen sein, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Antikon densationsheizung ausgeschaltet wird, wenn die in Verfahrens schritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur.
In dieser Ausgestaltung ist es somit in anderen Worten vorge sehen, dass die Antikondensationsheizung in einem Grundzu stand arbeitet und somit die Bauteile innerhalb des Steuer schranks heizt und nur dann, wenn dies durch den Steuerbefehl angezeigt ist, die Heizleistung reduziert wird, etwa die Hei zung ganz ausgestellt wird. Diese Ausgestaltung erlaubt die Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens in einer be sonders effektiven und sicheren Art und Weise. Denn zum Einen kann, wenn immer dies angezeigt beziehungsweise zulässig ist, die Heizleistung bis hin zu einem Ausschalten der Heizung re duziert werden, was den Energieverbrauch wie vorstehend be schrieben deutlich reduzieren kann. Darüber hinaus ist es si chergestellt, dass etwa bei einem Fehler einer Steuereinheit oder bei dem Ausbleiben von Steuerbefehlen die Antikondensa tionsheizung arbeitet und so eine Kondensation von Luftfeuch tigkeit und folgend die Korrosion von Bauteilen innerhalb des Steuerschranks verhindert wird.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung redu ziert wird, wenn die in Verfahrensschritt d) ermittelte Bau teiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur, wobei bei dem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur ein Si cherheitsparameter berücksichtigt wird.
In dieser Ausgestaltung ist somit wie vorstehend beschrieben ein Grundzustand der Antikondensationsheizung vorgesehen, bei dem diese aktiv ist und wobei basierend auf einem Steuerbe fehl die Heizleistung reduziert wird, beispielsweise die Hei zung ausgeschaltet wird. Dabei wird jedoch bei einem Ver gleich der Taupunkttemperatur und der Bauteiltemperatur ein Sicherheitsparameter berücksichtigt. In anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Steuerbefehl zum Reduzieren der Heiz leistung der Antikondensationsheizung dann ausgegeben wird, wenn die Bauteiltemperatur abzüglich des Sicherheitsparame ters weiterhin größer ist, als die Taupunkttemperatur. In an deren Worten muss in dieser Ausgestaltung zwischen der Tau punkttemperatur und der Bauteiltemperatur ein Sicherheitspa rameter als ein bestimmter Temperaturbereich vorliegen, um den Steuerbefehl auszugeben und die Antikondensationsheizung anzusteuern. Der Sicherheitsparameter kann beispielsweise ein Faktor oder ein definierter Temperaturbereich sein.
Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass die Heizleistung nur dann reduziert wird, wenn dies auch besonders sicher ermög licht werden kann. Dadurch kann besonders effektiv sicherge stellt werden, dass eine Korrosion der in dem Steuerschrank befindlichen Bauteile oder etwa das Verschlechtern einer Iso lationsstrecke verhindert wird, da es verhindert oder die Ge- fahr zumindest deutlich reduziert werden kann, dass die Heiz leistung reduziert wird, obwohl dies aufgrund des in dem Steuerschrank herrschenden Klimas nicht angezeigt wäre.
Der Sicherheitsparameter kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die entsprechenden Parameter nicht explizit gemes sen sondern abgeschätzt beziehungsweise angenähert werden, beispielsweise unter Verwendung von Wetterdaten wie vorste hend beschrieben.
Hinsichtlich des Sicherheitsparameters kann es vorgesehen sein, dass dieser auf wenigstens einem von der Art und der Ausbildung des Bauteils basiert, dessen Bauteiltemperatur er mittelt wurde. Insbesondere diese Parameter können eine Be einflussung der Temperatur hervorrufen. Denn die Art des Bau teils, also um welches Bauteil beziehungsweise um welche Art von Bauteil es sich handelt, kann beispielsweise einen Hin weis auf das Material, Größe und die Kritizität einer Korro sion oder andere Beeinflussung durch Betauung geben. Insbe sondere kann ein Hinweis gegeben sein, dass ein fehlerhafter Zustand einen kostenintensiven Austausch erfordert oder einen sicherheitskritischen Zustand hervorruft. Die Ausbildung des Bauteils, also etwa wie oder aus welchen Materialien das Bau teil hergestellt beziehungsweise ausgebildet ist, kann ferner auch für die spezifische Ausgestaltung einer bestimmten Art eines Bauteils einen Hinweis auf das Material und die Größe des Bauteils geben. Das Material und die Größe können dabei einen Einfluss auf die Wärmekapazität geben und damit einen Hinweis auf die Temperatur des Bauteils etwa nach einer Tem peraturveränderung. Weiterhin können diese Parameter einen Hinweis geben auf die Anfälligkeit für eine Korrosion.
Somit können die Sicherheitsparameter dann besonders groß ge wählt werden, wenn eine Korrosion des Bauteils bei Betauung wahrscheinlich ist und schwerwiegende Folgen hätte.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt d) das Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens zweier in dem inneren Volumen des Steuerschranks befindlicher Bauteile um fasst und dass bei Verfahrensschritt e) der Steuerbefehl ba sierend auf einem Vergleich sämtlicher ermittelter Bauteil temperaturen und der Taupunkttemperatur erfolgt. In dieser Ausgestaltung kann es somit vorgesehen sein, dass eine Redun danz hinsichtlich der Bauteiltemperatur ermöglicht wird und/oder, dass das unterschiedliche Verhalten hinsichtlich der Temperatur für unterschiedliche Bauteile beachtet wird. Dadurch kann die Gefahr einer fehlerhaften Ansteuerung weiter verhindert werden. Denn es kann nunmehr erlaubt werden, dass der Steuerbefehl nur ausgegeben wird, wenn die entsprechende Bedingung, wie etwa einer höheren Bauteiltemperatur im Ver gleich zur Taupunkttemperatur, für beide Bauteile gilt.
Darüber hinaus ist es auch möglich, unterschiedliche Bauteile etwa mit unterschiedlichen Sicherheitsfaktoren zu berücksich tigen, was eine verbesserte Adaptivität ermöglicht und dadurch einer unterschiedlichen Anfälligkeit der Bauteilmate rialien an Korrosion Rechnung trägt. Diese Ausgestaltung kann vorteilhaft ausgeführt werden unter Verwendung entsprechender Sensoren im Inneren des Steuerschranks.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass der Steuerbefehl nur für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung des ersten Steuerschranks verwendet wird. In dieser Ausgestaltung er folgt somit die Temperatursteuerung der Antikondensationshei zung für jeden der Steuerschränke in einer autonomen Weise. Diese Ausgestaltung erlaubt das Durchführen des Verfahrens mit einer besonders hohen Genauigkeit. Denn es wird möglich, dass die Steuerung der Antikondensationsheizung auf den im Steuerschrank unmittelbar herrschenden Bedingungen basieren kann.
Diese Ausgestaltung kann somit besonders bevorzugt ausgeführt werden, wenn die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine lokale, nur dem ersten Steuerschrank zugeordnete, Steuerein heit erfolgt. Die Steuereinheit kann beispielsweise in dem Steuerschrank angeordnet sein. Ferner kann diese Ausgestal- tung wiederum vorteilhaft ausgeführt werden unter Verwendung entsprechender Sensoren im Inneren des Steuerschranks.
Es kann jedoch gleichermaßen möglich sein, dass der Steuerbe fehl für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung des ers ten Steuerschranks und zusätzlich für ein Ansteuern einer An tikondensationsheizung wenigstens eines zweiten Steuer schranks verwendet wird. In dieser Ausgestaltung kann somit etwa die Sensorik zum Steuern einer Mehrzahl an Kondensati onsheizungen deutlich reduziert werden, da die Steuerung ei ner Mehrzahl an Antikondensationsheizungen auf einer redu zierten Anzahl an Messungen oder Abschätzungen beziehungswei se Annäherungen erfolgen kann. Dies kann beispielsweise da rauf basieren, dass angenommen werden kann, dass die klimati schen Bedingungen von benachbart angeordneten Steuerschränken ähnlich sein werden. Unter dieser Voraussetzung kann der er stellte Steuerbefehl für andere Steuerschränke verwendbar sein.
Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass die für den ersten Steuerschrank ermittelte Bauteiltemperatur und die für den ersten Steuerschrank ermittelte Taupunkttemperatur zum Er stellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensati onsheizung des zweiten Steuerschranks verwendet wird.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine zentrale Steuereinheit erfolgt, wel che Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erhält und den Steuerbefehl basierend auf Daten für eine Mehrzahl an Schalt schränken erstellt. Somit werden in dieser Ausgestaltung die Verfahrensschritte a) bis d) für eine Mehrzahl an Steuer schränken durchgeführt, etwa durch entsprechende Sensoren o- der entsprechende Annährungen beziehungsweise Annahmen, was es ermöglicht, Bauteiltemperaturen und Taupunkttemperaturen für eine Mehrzahl an Steuerschränken zu ermitteln. Diese Da ten können dann von der zentralen Steuereinheit ausgewertet werden. Entsprechend kann der Steuerbefehl auf der Vielzahl an Daten wie vorstehend beschrieben erstellt werden. In dieser Ausgestaltung kann die Peripherie, welche in den Steuerschränken vorzusehen ist, reduziert werden, da auf eine Steuereinheit beziehungsweise Steuereinheiten verzichtet wer den kann. Ferner können die Sensordaten beispielsweise für einen Teil einer Gruppe von Steuerschränken erfasst werden und der Steuerbefehl auf sämtliche Steuerschränke ausgedehnt werden.
Darüber hinaus kann der Steuerbefehl auf einer Vielzahl unab hängig voneinander erhobenen Daten basieren, was das Verfah ren besonders sicher machen kann.
Es kann bevorzugt sein, dass die Erstellung des Steuerbefehls unter Beachtung von klimatischen Bedingungen außerhalb des Steuerschranks erfolgt. Insbesondere kann eine Temperatur und/oder eine Sonneneinstrahlung beziehungsweise ein Grad der Bewölkung verwendet werden, die außerhalb des Steuerschranks auftritt beziehungsweise vorliegt. Dadurch kann das Verfahren besonders verlässlich und effizient ausgeführt werden. Dabei können etwa die Schritte a), b) und d) nur oder zusätzlich unter Beachtung von klimatischen Bedingungen außerhalb des Steuerschranks erfolgen.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Erstellung des Steuerbefehls unter Verwendung eines Verfahrens der künstli chen Intelligenz erfolgt. Beispielsweise kann das Verfahren unter Verwendung eines neuronalen Netzes erfolgen. In dieser Ausgestaltung kann das Verfahren besonders exakt und anpass bar erfolgen. Beispielsweise kann die Abhängigkeit von Tempe raturschwankungen der Atmosphäre innerhalb des Steuerschranks auf die Bauteiltemperatur erfasst und ausgewertet werden. So kann beispielsweise vorhegesagt werden, wie sich basierend auf Temperaturschwankungen die Bauteiltemperatur ändert, um so die Antikondensationsheizung besonders sicher zu steuern. Weiterhin können Parameter, wie etwa klimatische Bedingungen außerhalb des Steuerschranks beachtet und besonders sicher in die Auswertung einbezogen werden. Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung des Systems, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein System zur Temperatursteuerung eines ersten Steuerschranks für Mit tel- und Hochspannungsschaltgeräte, beispielsweise für Leis tungsschalter und/oder Trennschalter, wobei der erste Steuer schrank eine Antikondensationsheizung zum Verhindern von Kon densation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteilen aufweist, wobei die Steueranordnung wenigstens aufweist: einen Sensor zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks; einen Sensor zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks; einen Sensor zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks be findlichen Bauteils; und eine Steuereinheit, wobei die Steu ereinheit dazu ausgestaltet ist, die Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks zu ermitteln basierend auf der Feuchtigkeit und der Tempera tur der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuer schranks, und einen Steuerbefehl zu erstellen und insbeson dere an die Antikondensationsheizung weiter zu leiten zum An steuern der Antikondensationsheizung basierend auf einem Ver gleich der Temperatur des wenigstens einen in dem inneren Vo lumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bauteils und der Taupunkttemperatur .
Ein derartiges System dient insbesondere dazu, ein wie vor stehend im Detail beschriebenes Verfahren durchzuführen.
Somit erlaubt ein hier beschriebenes System insbesondere aus den zuvor genannten Gründen in einer effektiven und sicheren Weise, eine Betauung von Bauteilen innerhalb eines Steuer schranks für Mittel- oder Hochspanungsanwendungen zu verhin- dern oder zumindest signifikant zu reduzieren. Dabei kann ei ne besonders umweltfreundliche und nachhaltige Lösung ge schaffen werden, die gleichermaßen einen besonders langzeit stabilen Betrieb ermöglichen kann.
Dabei können jeweils unterschiedliche Sensoren zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks, zum Ermitteln der Temperatur der Atmo sphäre in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks und zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks befindlichen Bau teils vorgesehen sein, oder vorgesehene Sensoren können meh rere Parameter ermitteln. Letzteres ist beispielsweise mög lich, wenn das Ermitteln der Parameter etwa basierend auf klimatischen Bedingungen durchgeführt wird, die außerhalb des Steuerschranks vorliegen und vorstehend im Detail beschriebe ne Annahmen beziehungsweise Annäherungen erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit in dem Steu erschrank angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere eine au tonome Steuerung einer Antikondensationsheizung des Steuer schranks ermöglicht werden.
Insbesondere wird es in dieser Ausgestaltung möglich, dass der Steuerbefehl nur für ein Ansteuern der Antikondensations heizung des ersten Steuerschranks verwendet wird. Es wird ferner möglich, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine lokale, nur dem ersten Steuerschrank zugeordnete, Steu ereinheit erfolgt.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Steuereinheit von dem Steuerschrank getrennt angeordnet ist und mit den Senso ren über eine kabellose Verbindung für einen Datentransfer verbindbar ist. In dieser Ausgestaltung wird es möglich, dass der Steuerbefehl für ein Ansteuern der Antikondensationshei zung des ersten Steuerschranks und zusätzlich für ein Ansteu ern einer Antikondensationsheizung wenigstens eines zweiten Steuerschranks verwendet wird. Insbesondere wird es so möglich, dass die für den ersten Steuerschrank ermittelte Bauteiltemperatur und die für den ersten Steuerschrank ermittelte Taupunkttemperatur zum Er stellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensati onsheizung des zweiten Steuerschranks verwendet werden.
Bevorzugt kann es in dieser Ausgestaltung umgesetzt werden, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine zentrale Steuereinheit erfolgt, welche Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erhält und den Steuerbefehl basierend auf Da ten für eine Mehrzahl an Schaltschränken erstellt.
Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinheit mit wenigstens einer in einem Steuerschrank angeordneten An tikondensationsheizung für einen Datentransfer verbindbar ist. Dabei kann die ausbildbare Datenverbindung durch eine kabelbasierte Datenleitung oder auch kabellos erfolgen.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Systems wird auf die Beschreibung des Verfahrens, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und den zugehöri gen Beispielen. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 schematisch ein System zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks in einer ersten Ausgestaltung;
Fig. 2 schematisch ein System zur Temperatursteuerung eines Steuerschranks in einer weiteren Ausgestaltung;
Fig. 3 ein Diagramm darstellend den Zusammenhang des Tau punkts von der Luftfeuchtigkeit und der Lufttempera tur; Fig. 4 ein Diagramm darstellend den Zusammenhang von vor liegenden klimatischen Bedingungen mit der Bauteil temperatur;
Fig. 5 ein Diagramm darstellend eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entlang der Zeitachse eines Tages; und
Fig. 6 ein Diagramm zeigend den Anwendungsbereich des er findungsgemäßen Verfahrens.
In der Figur 1 ist eine Ausgestaltung eines Systems zur Tem peratursteuerung eines Steuerschranks 10 gezeigt. Insbesonde re dient der Steuerschrank 10 der Ansteuerung von Mittel- und Hochspannungsschaltgeräten .
Der Steuerschrank 10 umfasst eine Antikondensationsheizung 12 zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtigkeit an in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10 befindlichen Bauteilen 16. In der Figur 1 sind dabei rein exemplarisch drei Bauteile 16 in dem inneren Volumen 14, also etwa inner halb eines Gehäuses, des Steuerschranks 10 gezeigt. Derartige Bauteile 16 können beispielsweise anfällig für Korrosion sein, so dass eine die Korrosion fördernde Betauung verhin dert werden sollte.
Um beispielsweise aber nicht beschränkt hierauf eine Korrosi on durch Betauung der Bauteile 16 zu verhindern, erlaubt das System eine vorteilhafte Temperatursteuerung des Steuer schranks 10, insbesondere durch eine vorteilhafte Ansteuerung der Antikondensationsheizung 12.
Hierzu umfasst das System einen Sensor 18 zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10. Dieser Sensor 18 kann ein an sich bekann ter Feuchtesensor sein und ist zweckmäßiger Weise aber nicht beschränkt hierauf im Inneren des Steuerschranks 10 angeord net. Ferner umfasst das System einen Sensor 20 zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steu erschranks 10. Ein derartiger Sensor 20 kann wiederum in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein und ist zweckmäßiger Weise aber nicht beschränkt hierauf ebenfalls im Inneren des Steuerschranks 10 angeordnet.
Weiterhin umfasst das System einen Sensor 22 zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen des ersten Steuerschranks 10 befindlichen Bauteils 16. Ein derartiger Sensor 22 kann wiederum in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein und ist zweckmäßiger Weise aber nicht be schränkt hierauf ebenfalls im Inneren des Steuerschranks 10 und genauer an einem Bauteil 16 angeordnet.
Es ist ferner eine Steuereinheit 24 vorgesehen. Die Steuer einheit 24 ist durch Datenverbindungen mit den Sensoren 18, 20, 22 und ferner mit der Antikondensationsheizung 12 verbun den und kann basierend auf den erhaltenen Sensordaten so die Antikondensationsheizung 12 ansteuern. Die Datenverbindungen sollen durch die Pfeile verdeutlicht sein. In der Ausgestal tung gemäß Figur 1 ist es dabei vorgesehen, dass die Steuer einheit 24 in dem Steuerschrank 10 angeordnet ist.
Im Detail erlaubt das vorbeschriebene System ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10; b) Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Vo lumen 14 des Steuerschranks 10; c) Ermitteln der Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem in neren Volumen 14 des Steuerschranks 10 basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks; d) Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen 14 des Steuerschranks 10 befindlichen Bau teils 16; und e) Erstellen und Ausführen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikondensationsheizung 12 basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur.
Dieses Verfahren basiert somit in dieser spezifischen Ausge staltung darauf, dass anhand der durch die Sensoren 18, 20,
22 ermittelten Parameter effektiv die Antikondensationshei zung 12 situationsbedingt ansteuerbar ist und so ein energie sparendes Heizen möglich wird. Dies kann besonders effektiv sein, wenn basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensationsheizung 12 reduziert wird, wenn die in Ver fahrensschritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttempera tur.
In dieser Ausgestaltung wird somit die Sensorik im Inneren des Steuerschranks 10 eines Schaltgeräts zur Ermittlung der Taupunkttemperatur der Innenraumluft in Verbindung mit Senso rik Zur Ermittlung der Temperatur kritischer Bauteile 16 ein gesetzt. Eine insbesondere smarte Elektronik der Steuerein heit 24 führt einen Abgleich der Größen durch und entscheidet auf Basis von Vorgabewerten über die Steuerung der Antikon densationsheizung 12 im Steuerschrank 10. Sie liefert im Fol genden beispielsweise ein entsprechendes Ausgabesignal Zur Ansteuerung eines Schützes im Steuerschrank.
Grundsätzlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Parameter Temperatur der Atmosphäre in dem Steuerschrank 10, Bauteiltemperatur und relative Luftfeuchtigkeit der Atmosphä re in dem Steuerschrank 10 durch außerhalb des Steuerschrank 10 vorhandene Sensoren ermittelt und entsprechend angehnähert werden.
Die Bedingung für die Unterbrechung der Anti-Kondensations- heizung 12 kann bevorzugt wie folgt gelten: Bauteiltemperatur — Sicherheitsmarge > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft .
Die Sicherheitsmarge ist ein beispielsweise durch den Ent wickler festzulegender Wert, der in einem Bereich von > 0 liegt. Hier sollte vor allem das Erwärmungs- und Abkühlungs verhalten (Zeitkonstante) des kritischen Bauteils 16 bezie hungsweise der kritischen Bauteile 16 berücksichtigt werden.
Zur Erhöhung der Sicherheit des Systems gegen Kondensation kann die Sicherheitsmarge erhöht werden, oder auch die Mes sung an weiteren (n) kritischen Bauteilen 16 mit zu erwarten den unterschiedlichen Temperaturen eingeführt werden. Neben der Sicherheit wird hierdurch auch die Energieeffizienz opti miert. Die Bedingung für die Unterbrechung der Anti-Konden sationsheizung mit n = 2 Bauteilsensoren soll wie folgt gel ten:
Bauteiltemperatur 1 - Sicherheitsmarge 1 > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft
UND
Bauteiltemperatur 2 — Sicherheitsmarge 2 > Taupunkttemperatur der Steuerschrankinnenraumluft.
In diesem ersten auch als „On Board" zu bezeichnenden Lö sungsansatz wird die Steuerentscheidung für die Unterbrechung der Antikondensationsheizung 12 für jedes Schaltgerät indivi duell durch lokale Sensorik und Elektronik im jeweiligen Steuerschrank 10 getroffen.
Beispielsweise und grundsätzlich kann ein intermittierender Betrieb der Antikondensationsheizung 12 möglich sein. Für den Fall, dass die Bedingungen zur Abschaltung der Antikondensa tionsheizung 12 nicht erfüllt sind, bleibt die Heizung in Be trieb. Durch die eingebrachte Wärmeleistung wird die Tempera tur der Atmosphäre 14 wie auch der Bauteile 16 erhöht und die relative Feuchte der Innenraumluft reduziert. Hierdurch wer- den die physikalisch-klimatischen Größen so verändert, dass Kondensation nicht auftreten kann.
Der Betrieb der Antikondensationsheizung 12 wird für eine festzulegende Zeit (Intervallbetriebszeit) aufrechterhalten. Diese Zeit lässt sich nach Tages- und Jahreszeit optimieren. Danach erfolgt die aktive Abschaltung. Diese wird solange aufrechterhalten, bis erneut die Bedingungen zur Unterbre chung der Antikondensationsheizung 12 erfüllt sind.
Die Messung von Steuerschrank-Klimadaten und Bauteiltempera- turen kann ferner lokal für die eine Mehrzahl an Steuer schränken, etwa für eine gesamte Station, repräsentativ für nur ein Schaltgerät beziehungsweise einen Steuerschrank 10 erfolgen. Die ermittelten Daten werden in der Stationsleit technik verarbeitet und bewertet. Das daraus abgeleitete Steuersignal steuert etwa die Antikondensationsheizungen 12 aller Steuerschränke 10 in der Umspannstation.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines entspre chenden Systems. Die Ausgestaltung gemäß Figur 2 zeigt eine Mehrzahl an Steuerschränken 10. Genauer sind drei Steuer schränke 10 gezeigt. Die in Figur 1 gezeigte Konfiguration der Steuerschränke 10 kann auch für die in Figur 2 gezeigten Steuerschränke 10 gelten. Allerdings ist in Figur 2 gezeigt, dass die Steuereinheit 24 als zentrale Steuereinheit 24 aus gestaltet ist.
Daher kann die Steuereinheit 24 Sensordaten für einen oder mehrere Steuerschränke 10 erhalten, wozu wiederum durch die Pfeile gekennzeichnete Datenverbindungen, insbesondere kabel lose Datenverbindungen, vorgesehen sind. Die Steuereinheit 24 kann das vorbeschriebene Verfahren ausführen und basierend auf sämtlichen Sensordaten einen Steuerbefehl erstellen, ba sierend auf dem eine oder bevorzugt mehrere Antikondensati onsheizungen 12 verschiedener Steuerschränke 10 arbeiten kön- nen. Hier erfolgt der Einsatz von Sensorik wie zu Figur 1 be schrieben jedoch können beispielswiese die Sensordaten für nur einen repräsentativen Steuerschrank 10 in einem Umspann werk in die Stationsleittechnik übertragen werden, beispiels weise kabellos. Die Messdaten beziehungsweise Sensordaten werden hier durch eine insbesondere smarte Verarbeitungslogik ähnlich der oben beschriebenen Ausführungsform für die Steue rung der Antikondensationsheizungen 12 der Schaltgerate in dem Umspannwerk eingesetzt. Die Verarbeitungslogik zur Er stellung des Steuerbefehls kann grundsätzlich etwa auf künst licher Intelligenz beruhen und/oder eine Cloud-Lösung umfas sen.
Bei Erreichen der erforderlichen Bedingung zur Abschaltung der Antikondensationsheizungen 12 werden beispielsweise in der Leittechnik alle Schaltkreise der Antikondensations heizungen 12 des Umspannwerks unterbrochen. Dazu können ent sprechende Schütze in der Leitwarte gesteuert werden.
Damit auch die Bedingungen verschiedenartiger Schaltgeräte (Leistungsschalter, Trennschalter) sowie möglicher verschie dener Hersteller in einem Umspannwerk adäquat berücksichtigt werden können, kann die Bedingung für die Unterbrechung der Antikondensationsheizung 12 aller Geräte wie folgt gelten:
Bauteiltemperatur — Sicherheitsmarge 1 (Schaltgeräteart) — Sicherheitsmarge 2 (Schaltgerätehersteller) > Taupunkttempe ratur der Steuerschrankinnenraumluft.
Die Sicherheitsmargen sind grundsätzlich festzulegende Tempe raturwerte beziehungsweise Temperaturbereiche (> 0) oder auch Faktoren für die Bauteiltemperatur. Hier sollte vor allem das Schaltgeräte-spezifische und Schaltgerätehersteller-spezifi- sche Erwärmungs- und Abkühlungsverhalten der jeweiligen kri tischen Bauteile 16 berücksichtigt werden.
Möglich wird es bei einer zentralisierten Steuereinheit 24 beispielsweise ferner die Verwendung von exemplarischen Sens- ordaten für den Steuerschrank 10 eines Schaltgerätes in einer Umspannstation und deren stations-interne smarte Verarbei tung, um daraus Steuersignale abzuleiten, die für die gesamte Anlage beziehungsweise eine große Anzahl an Steuerschränken 10 einsetzt werden. Somit können Sensordaten für eine Anzahl x Steuerschränken 10 zur Steuerung der Antikondensationshei zungen 12 einer Anzahl y Steuerschränken 10 eingesetzt wer den, wobei die Anzahl x kleiner ist als die Anzahl y.
Die Wirkungsweise und die Vorteile des vorstehend beschrieben Systems beziehungsweise des vorstehend beschrieben Verfahrens wird in den folgenden Figuren erläutert.
Die Figur 3 zeigt ein Diagramm, welches den Zusammenhang des Taupunkts von der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur zeigt. Im Detail zeigen die X-Achsen die Lufttemperatur und zeigen die Y-Achsen den Taupunkt beziehungsweise die Tau punkttemperatur, wohingegen verschiedene Linien die relative Luftfeuchtigkeit zeigen. Aus diesem Zusammenhang ist auf ein fache Weise bei gegebenen klimatischen Bedingungen der Tau punkt bestimmbar. Dies ist etwa für eine Lufttemperatur von 20°C und einer exemplarischen relativen Luftfeuchtigkeit von 60 % gezeigt. Verbindet man die Lufttemperatur und die Luft feuchtigkeit erhält man einen Taupunkt von ca. 12 °C. Diese physikalischen Zusammenhänge werden bei dem Verfahrend er Er findung verwendet.
Figur 4 zeigt weiterhin eine mögliche simulative Betrachtung äußerer klimatischer Bedingungen. So sind bei dem erfindungs gemäßen Verfahren grundsätzlich äußere klimatische Bedingun gen, wie etwa die Sonneneinstrahlung, oder die äußere Tempe ratur vorteilhaft verwendbar, um eine effektive Steuerung der Antikondensationsheizung 12 zu ermöglichen.
In dem Diagramm der Figur 4 stellt die x-Achse die Zeit dar und stellt die y-Achse die Temperatur dar. Dabei zeigt die Kurve A die Umgebungstemperatur, zeigt die Kurve B die Tau punkttemperatur und zeigt die Kurve C die Bauteiltemperatur. Dabei ist über die Zeit ein exemplarischer Verlauf der Bau teiltemperatur im Zusammenhang mit den Verläufen der Umge- bungs- und Taupunkttemperaturen der Luft dargestellt. Liegt die Bauteiltemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur der Umgebungsluft, bildet sich Kondenswasser. Zu Zeiten der Kon- denswasserbildung, welche schraffiert und mit x2 gekennzeich net sind, sollte die Steuerschrankheizung beziehungsweise An tikondensationsheizung 12 in Betrieb sein.
In den anderen Zeiten, welche bei tl und t2 starten, was je weils der Mittagszeit entsprechen kann, und als xl bezeichnet sind, kann auf das Arbeiten der Antikondensationsheizung 12 verzichtet werden, da die Bauteiltemperatur oberhalb der Tau punkttemperatur liegt.
Es ist somit zu erkennen, dass aufgrund der thermischen Träg heit der Bauteile 16, die abhängig von deren Masse (m) und deren spezifischer Wärmekapazität (c) ist, der Angleich der Temperatur jedoch immer zeitlich verzögert erfolgt. Die Bau teiltemperatur ist somit meist zeitlich versetzt hinter der Umgebungstemperatur. Zusätzlich verlieren kleine Bauteile 16 durch Abstrahlung in den Abendstunden ihre Wärme schneller als die umliegende Luft.
Hinsichtlich der Beachtung der Temperatur kann eine zusätzli che Sonneneinstrahlung wie oben beschrieben gut zur Steuerung der Antikondensationsheizung 12 verwendet werden. Da die Son neneinstrahlung der Kondenswasserbildung entgegenwirkt, ist dies ein unterstützender Fall, der ein Reduzieren der Heiz leistung ermöglicht. Grundsätzlich kann die Sonneneinstrah lung somit zusätzlich zur Umgebungstemperatur betrachtet wer den, wobei jedoch aufgrund der unterstützenden Wirkung die Sonneneinstrahlung gegebenenfalls auch unbetrachtet bleiben kann.
Wie vorstehend gezeigt kann jedoch insbesondere die Umge bungstemperatur von Wichtigkeit sein, da die Bauteiltempera- tur eine Funktion der Umgebungstemperatur ist und sich dieser nach einer bestimmten Zeit asymptotisch angleichen kann und auch die Temperatur der Atmosphäre im Inneren des Steuer schranks 10 sich an die Temperatur der den Steuerschank 10 umgebenden Atmosphäre angleichen wird.
Figur 5 zeigt weiterhin ein Diagramm, bei dem exemplarisch ein tatsächlicher Tagesverlauf von Klimagrößen auf Basis von Realdaten gezeigt ist. Im Detail zeigt Figur 5 an der linken Y-Achse die Temperatur und auf der rechten Y-Achse die rela tive Luftfeuchtigkeit, wohingegen die X-Achse einen Tagesver lauf in Stunden anzeigt. Die Kurve D zeigt ferner die Tempe ratur, welche insbesondere eine Außentemperatur bezüglich ei nes Steuerschranks 10 sein kann, und zeigt die Kurve F die relative Luftfeuchtigkeit und zeigt die Kurve E die auf den vorherigen Parametern basierende Taupunkttemperatur. Im De tail sind somit die Verläufe von relativer Feuchte, Außentem peratur und abgeleiteter Taupunkttemperatur über einen gesam ten Tag dargestellt.
In dem oval markierten Bereich, in dem sich die Außentempera tur und die Taupunkttemperatur deutlich unterscheiden, be steht Potential für die Unterbrechung des Dauerheizbetriebes der Antikondensationsheizung 12 und damit beispielsweise zur Einsparung von Energie und CO2.
Figur 6 zeigt weiterhin ein Diagramm, welches beispielhaft anhand realer Werte die Häufigkeit der Stunden in einem Monat in % zeigt jeweils zu einem gewählten Temperaturdelta, wie etwa 5 K, zwischen der Lufttemperatur, welche wie vorstehend beschrieben als grober Anhaltspunkt für die Bauteiltemperatur gesehen werden kann, und der Taupunkttemperatur. Dabei wurden die Lufttemperatur und die Bauteiltemperatur wie auch die Luftfeuchtigkeit angenähert durch Messungen der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit außerhalb des Steuerschranks 10, was aufgrund der nicht luftdichten Ausgestaltung der Steuer schränke 10 möglich ist. Die Temperaturdeltas zwischen Umgebungstemperatur und Tau punkttemperatur wurden für jeden Monat einzeln und dann auch als arithmetischer Mittelwert beziehungsweise Durchschnitt für alle Monate grafisch dargestellt. Mit der Mittelwertkurve beziehungsweise mit der als Durchschnitt bezeichneten Kurve zeigend das arithmetische Mittel ist es leicht möglich eine überschlägige, aber realistische Abschätzung für die Häufig keit der Stunden in einem Jahr zu machen, in denen eine be stimmte ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Umgebungs- temperatur, also angenähert der Bauteiltemperatur, und der Taupunkttemperatur besteht, um die Antikondensationsheizung 12 temporär beispielsweise abzuschalten.
Die Entscheidungslogik basiert beispielsweise auf dem Zusam- menhang zwischen der Umgebungstemperatur und der Bauteiltem peratur, die sich ihr kontinuierlich annähert, so dass bei ausreichend hoher Differenz von Umgebungstemperatur und Tau punkttemperatur auch auf eine hinreichend große Differenz von Bauteiltemperatur und Taupunkttemperatur geschlossen werden kann
Ausgehend von einem ersten vorläufig angenommenen minimalen Temperaturdelta von 5 K zwischen Umgebungstemperatur und Tau punkttemperatur lässt sich über das gesamte Jahr ein Einspar- potential von rund 30 % ermitteln, vgl. Figur 5, Annahme: Temperaturdelta 5 K.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Temperatursteuerung eines ersten Steuer schranks (10) für Mittel- oder Hochspannungsschaltgeräte, wo bei der erste Steuerschrank (10) eine Antikondensationshei zung (12) zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtig keit an in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteilen (16) umfasst, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte aufweist: a) Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); b) Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Vo lumen (14) des ersten Steuerschranks (10); c) Ermitteln der Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem in neren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); d) Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens eines in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindli chen Bauteils (16); und e) Erstellen eines Steuerbefehls zum Ansteuern der Antikon densationsheizung (12) basierend auf einem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensa tionsheizung (12) reduziert wird, wenn die in Verfahrens schritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Steuerbefehl die Leistung der Antikondensa tionsheizung (12) reduziert wird, wenn die in Verfahrens schritt d) ermittelte Bauteiltemperatur größer ist, als die in Verfahrensschritt c) ermittelte Taupunkttemperatur, wobei bei dem Vergleich der in Verfahrensschritt d) ermittelten Bauteiltemperatur und der in Verfahrensschritt c) ermittelten Taupunkttemperatur ein Sicherheitsparameter berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsparameter auf wenigstens einem von der Art und der Ausbildung des Bauteils (16) beruht, dessen Bauteiltempe- ratur ermittelt wurde.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass Verfahrensschritt d) das Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigstens zweier in dem inneren Volumen (14) des Steuerschranks (10) befindlicher Bauteile (16) um fasst und dass bei Verfahrensschritt e) der Steuerbefehl ba sierend auf einem Vergleich sämtlicher ermittelter Bauteil temperaturen und der Taupunkttemperatur erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Steuerbefehl nur für ein Ansteuern der Antikondensationsheizung (12) des ersten Steuerschranks (10) verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine lokale, nur dem ersten Steuerschrank (10) zugeordnete, Steuereinheit (24) er folgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Steuerbefehl für ein Ansteuern der An tikondensationsheizung (12) des ersten Steuerschranks (10) und zusätzlich für ein Ansteuern einer Antikondensationshei zung (12) wenigstens eines zweiten Steuerschranks (10) ver wendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für den ersten Steuerschrank (10) ermittelte Bauteiltem peratur und die für den ersten Steuerschrank (10) ermittelte Taupunkttemperatur zum Erstellen eines Steuerbefehls zum An- steuern der Antikondensationsheizung (12) des zweiten Steuer schranks (10)verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erstellung eines Steuerbefehls durch eine zentrale Steuereinheit (24) erfolgt, welche Daten für eine Mehrzahl an Schaltschränken (10) erhält und den Steuer befehl (10) basierend auf Daten für eine Mehrzahl an Schalt schränken erstellt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass wenigster einer der Verfahrensschritte a), b) und d) mit in dem Inneren Volumen (14) des Steuerschranks (10) angeordneten Sensoren (18, 20, 22) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erstellung des Steuerbefehls unter Be achtung von klimatischen Bedingungen außerhalb des Steuer schranks (10) erfolgt.
13. System zur Temperatursteuerung eines ersten Steuer schranks (10) für Mittel- und Hochspannungsschaltgeräte, wo bei der erste Steuerschrank (10) eine Antikondensationshei zung (12) zum Verhindern von Kondensation von Luftfeuchtig keit an in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteilen (16) aufweist, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das System wenigstens aufweist: einen Sensor (18) zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Atmo sphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); einen Sensor (20) zum Ermitteln der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10); einen Sensor (22) zum Ermitteln der Bauteiltemperatur wenigs tens eines in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuer schranks (10) befindlichen Bauteils (16); und eine Steuereinheit (24), wobei die Steuereinheit (24)dazu ausgestaltet ist, die Taupunkttemperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (24) des ersten Steuerschranks (10)zu er mitteln basierend auf der Feuchtigkeit und der Temperatur der Atmosphäre in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuer schranks (10), und einen Steuerbefehl zu erstellen zum Ansteuern der Antikonden sationsheizung (12) basierend auf einem Vergleich der Tempe ratur des wenigstens eines in dem inneren Volumen (14) des ersten Steuerschranks (10) befindlichen Bauteils (16) und der Taupunkttemperatur .
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (24) in einem Steuerschrank (10) angeordnet ist.
15. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinheit (24) zu dem Steuerschrank (10) getrennt ange ordnet ist und mit den Sensoren (18, 20, 22) über eine kabel lose Verbindung für einen Datentransfer verbindbar ist.
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