WO1997028590A1 - Verfahren zur stellungserfassung eines schaltgeräts - Google Patents

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WO1997028590A1
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reflection
switching
interior
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Peter Bauerschmidt
Ottmar Beierl
Wolf-Eckhart Bulst
Valentin Magori
Thomas Ostertag
Leonhard Reindl
Gerd Scholl
Oliver Sczesny
Dieter Lorenz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y04S20/20—End-user application control systems

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the position of a switching device in an encapsulated switchgear and a switch position with a device therefor.
  • a metal-encapsulated high-voltage switchgear assembly is known from German utility model 94 20 199, in which a surface wave element (SAW) is arranged in one of its gas spaces.
  • SAW surface wave element
  • the SAW is used for the detection of gas components caused by the action of an arc on the extinguishing gas contained in the encapsulation or for the detection of pressure waves.
  • An antenna is arranged on the outside of the encapsulation and is used for wireless information transmission with an evaluation device.
  • the invention has for its object to provide a simple solution for position detection of a switching device in a switchgear.
  • the object is achieved with a method for detecting the position of a switching device in an encapsulated switchgear
  • the transmission signal can em optical, em acoustic or em electromagnetic transmission signal sem. This makes it possible, for example, to use infrared light or high-frequency signals, which accommodates adaptation to the respective application.
  • steps a) and b) are repeated for different switching states 3 or switching positions of the switching device. are repeated and corresponding first reflection signals are stored, and wherein a second reflection signal detected in step c) is compared with the first stored reflection signals and corresponding to an agreement with one of the first reflection signals em corresponding signal signal for the respective switch position is generated. This enables a selective detection of the respective switching states.
  • Each switching position is associated with a characteristic echo signal in the sense of an image that is evaluated.
  • a fault signal or a fault message can be generated. In this way, unsaved or unclear switch positions or possibly unclear signals can be evaluated.
  • the transmission signal can advantageously serve at the same time as a call signal for at least one sensor, in particular a surface wave sensor (SAW), whereby a favorable combination of several functions is given. If necessary, the same hardware can be used.
  • the transmission signal can also serve as a signal for an information transmission. This simultaneously enables data traffic with a possibly removed transceiver station
  • an alarm signal is emitted if, with the generation of the alarm signal, a trigger signal from a protective device, for example a distance protection or a busbar protection, is emitted from the switchgear part located in the interior or the switchgear.
  • a protective device for example a distance protection or a busbar protection
  • Another solution according to the invention consists in a sealed switchgear assembly with at least one switchgear arranged in an interior of the encapsulation, and with a device for position detection, which comprises a transceiver directed towards the interior, the sensors starting from a first switch position of the switchgear ⁇ the receiving device emits a first transmission signal into the interior and receives and stores a resulting first reflection signal, the transmission / reception device emitting a second transmission signal and receiving and possibly storing a second reflection signal, and the two reflection signals being fed to a comparison device which is a signal for generates a new switching state if there is a discrepancy between the two reflection signals.
  • the present new solution allows position detection with little effort. No sensors, cables or other detection means are required in the switchgear. The detection takes place from one point in the interior for the encapsulation. It goes without saying that a large number of switching devices can be monitored within an interior.
  • the transceiver is advantageously designed at the same time as a calling device for a sensor, in particular a surface wave sensor and / or as a transceiver station for transmitting information within the encapsulation. This provides new multiple functions that allow the switchgear to operate better.
  • switching device and “encapsulated switching system” are understood to mean any electrical devices or components which can be mechanically switched or changed and which are accommodated in an encapsulation, a housing or a boiler.
  • the interior can be filled with a gas or other insulating medium. Examples include: an encapsulated disconnector or circuit breaker, an SF6-insulated transformer with tap changer, encapsulated switchgear or a locking device located in a boiler.
  • FIG shows a switchgear in a longitudinal section.
  • a switchgear with a monitoring device wherein an information transmission with high frequency is used. It goes without saying that the monitoring device described also applies to other functions within the switchgear, e.g. for detecting a switching position without sensors according to a radar principle, for additional control tasks or purely for information transmission.
  • FIG shows an encapsulated, gas-insulated switchgear assembly 1, as is known, for example, from the prior art according to the above-mentioned German utility model 94 20 199.
  • Switchgear 1 is suitable for high or medium voltage.
  • Switchgear is also understood to mean an encapsulated pipeline here.
  • SAW surface area sensors
  • SAW 7a for temperature detection
  • SAW 7b for current detection
  • SAW 7c for gas detection
  • SAW 7d for position detection.
  • SAWs for other functions or tasks such as light detection, pressure measurement, etc., are also conceivable.
  • Each SAW has at least one antenna 9 for information transmission, in particular for interrogation, as the receiving and transmitting means.
  • the information is transmitted from the SAWs 7a to 7d to a central transmitting and receiving antenna which is effective for all SAWs 7a to 7d and is referred to below as antenna element 11.
  • Antenna, transmitting and receiving antenna, antenna element or receiving and transmitting means are understood here to mean any radiation and receiving elements that allow radiation and / or reception of electromagnetic or optical waves, for example radio antennas, ultrasound or optical transmitting and Receiving elements (eg infrared elements), whereby a division in the sending and receiving direction can also be included.
  • the embodiment according to FIG. 1 relates, for example, to radio information transmission.
  • the antenna element 11 is connected via suitable lines 13, e.g. a coaxial cable, possibly with the interposition of an adapter, connected to a control and monitoring device (hereinafter referred to as monitoring device 15).
  • monitoring device 15 a control and monitoring device
  • the transmitting and receiving part 17 or at least parts thereof can also be arranged decentrally in the antenna element 11, so that only low-power data traffic takes place between the monitoring device 15 and the antenna element 11. The transmission power is then generated locally. It is also conceivable for the antenna element 11 to be connected directly to a bus 19 with a decentralized device in a wired or wireless manner.
  • the monitoring device 15 with the transmitting and receiving part 17 and the connected antenna element 11 can also be referred to in the sense of the present idea as a transmitting / receiving device or transceiver.
  • the monitoring device 15 can be, for example, a central unit in a switchgear assembly or else a branch-related or device-related device that is connected via a further data connection, e.g. is connected in terms of data technology via the bus 19 to a superordinate control center 21.
  • This control center 21 can be a local control center, which in turn is connected to a higher-level network control center via a suitable interface 22.
  • control center 21 comprises suitable operating and display means, e.g. a keyboard and a screen, for the operation of the switchgear 1.
  • a portable device e.g. A portable computer or a laptop, for operation or for other receipts and expenses at various points in the system shown in FIG. 1, e.g. can be connected to the bus 19 or to the control device 15.
  • the data connections shown can be arbitrary, e.g. B. as a wired connection, in particular wire line or light guide, or wireless connection, e.g. Radio, sound or optical connection, carried out sem.
  • the antenna element 11 is arranged at an opening within the encapsulation 5.
  • the opening is formed by a flange 23, which is closed with a closure element 25, for example a cover and a pressure ring 27.
  • a closure element 25 for example a cover and a pressure ring 27.
  • the antenna element 11 is thus inside the encapsulation 5, so that the best conditions for a problem-free information transmission to the SAWs 7a to 7d are given. Since the Anten ⁇ nenelement 1 1 is located within a quasi neck and does not project into the inner space 4, are avoided here electric field or technical problems. In addition, the antenna element 11 forms a structural unit with a component that can be detached from the encapsulation 5 anyway, so that it is easily accessible or can be retrofitted.
  • the SAWs 7a to 7d are arranged partly on the encapsulation 5, partly on the busbar 6, on a movable part of the switching device 3 or also on or behind a first support 28, optionally in a separate gas space. If necessary, a plurality of sensors for different functions can have a common antenna arranged at one location. It is also possible that em sensor contains several measurement functions.
  • the sensors can be designed in the manner and size of a check card, the major part of the card forming the antenna.
  • the support 28 is made of a dielectric material, so that the high-frequency transmission between the antenna element 11 and the SAW 7c behind the support 28 is not impaired.
  • the material of the support must be provided accordingly (e.g. glass for an optical transmission).
  • the flange 23 or the opening required for coupling can, for example, be part of an existing maintenance opening, a gas filler neck, a cast resin filling opening, a sight hole or an end flange sem. Accordingly, the embodiments described here by way of example can be used for any possible openings in switchgear assemblies, for example also for the end flange 29 shown. A specially provided opening can also be used.
  • the antenna element 11 it is also conceivable for the antenna element 11 to be arranged outside the encapsulation 5 and to radiate into the interior 4 via a dielectric window.
  • an opening is available as an opening in the area of a connecting flange of two encapsulation sections, the antenna element possibly being embodied as a rod antenna and cast in the opening.
  • a further antenna (not shown in more detail) is arranged in the gas space behind the further support 39, it is also possible to use the interior 4 of the encapsulation 5 as a transmission space, with protected data transmission over long distances being possible. This option can preferably be used with pipelines. A combination with a simultaneous sensor query is conceivable.
  • the transmitting and receiving antenna 11 with the control device 15 and the transmitting and receiving part 17 can have a further or alternative function as a transmitting / receiving device: the transmitting / receiving device can serve, in particular, to detect the position of the switching device 3. The position is recorded as follows:
  • the transmitting and receiving antenna 11 sends a first transmission signal m to the interior 4 of the encapsulation 5.
  • This can be a special signal for position detection or, as mentioned above, the call signal for a surface wave sensor. If necessary, transmission can take place on another frequency than that of OFW ⁇ 7a to 7d, so that a better, selective recording is possible. If necessary, multiplex operation is also conceivable, i.e. alternately for each function.
  • the emitted transmission signal propagates in the interior 4 of the encapsulation 5, is reflected and generates a first resultant reflection signal at the transmission and reception antenna 11, which is received and stored in the transmission / reception device.
  • a second transmission signal is emitted into the interior 4 and a resulting second reflection signal is received and stored.
  • the two reflection signals are then compared with one another. If there is a deviation, it can be assumed that a mechanical change has taken place in the interior 4.
  • the transmission signal can be an optical, acoustic or electromagnetic transmission signal.
  • the reflection signal When evaluating the reflection signal, only a frequency segment, a time segment or a specific frequency spectrum that is characteristic of the respective interior 4 may need to be stored and compared. With a large number of possible switching states or with the arrangement of a plurality of switching devices within an interior, it may be expedient that the maximum number of mechanical switching states quasi as fingerprints, echo patterns or signal patterns (respectively assigned reflection signals of all possible combinations of switching states) in one Memory of the control device 15 are stored. By comparing the currently determined second reflection signal with the stored one, the respective switching position or the system state can be determined without the system being mechanically or optically accessible within the encapsulation 4. In this case, only one installation location for the transmitting and receiving antenna 11 is required. It is also conceivable that a two-part transmitting and receiving antenna or an additional receiving antenna is provided, so that an improved evaluation of the reflection signal and / or the response signal is possible.
  • a pattern or reflection signal stored for a specific switching state can also serve as a reference signal for assessing further received reflection signals. If there is a discrepancy between the second received reflection signal and the stored first reflection signals (ie no match), then there is obviously a system state that does not correspond to a defined switching state. In this situation, a fault signal or a fault message is generated.
  • an alarm signal can be generated if, with the generation of a message signal by the described device, a triggering device of the system, which is responsible for the switchgear part concerned, emits a trigger signal at the same time.
  • a triggering device of the system which is responsible for the switchgear part concerned, emits a trigger signal at the same time.
  • the generated signaling, alarm and fault signals can then possibly cause the switchgear to be switched off.
  • Further logical links of signals to increase operational safety or for fault diagnosis or localization are possible and conceivable.
  • a successful protection triggering can be checked in this way. It can therefore be linked or integrated into an overall protection concept.
  • an evaluation of the generated signals according to weighted criteria is also possible, so that early fault detection is possible even under unfavorable operating conditions.
  • a self-learning or neural procedure is also conceivable.

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Abstract

Um bei einer gekapselten Schaltanlage (1) eine einfache Erfassung einer Schaltgerätestellung zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß in den Innenraum (4) der Kapselung (5) ein Sendesignal abgegeben wird. Das resultierende Reflexionssignal wird empfangen und gespeichert. Nach einer Wiederholung dieses Vorgangs werden die beiden empfangenen Reflexionssignale miteinander verglichen. Bei einer Abweichung wird ein Meldesignal für den neuen Schaltzustand erzeugt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Stellungserfassung eines Schaltgerats
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stellungserfassung eines Schaltgerats in einer gekapselten Schaltanlage sowie eine Schaltenlage mit einer Einrichtung hierzu.
Für Schaltanlagen in der Hoch- oder Mittelspannung besteht allgemein die Anforderung, daß für die verwendeten Schaltge¬ rate eine Stellungsanzeige vorhanden sein muß. Dies stellt in metallgekapselten Schaltanlagen ein Problem dar, da die Schaltstellung von außen nicht ersichtlich ist. Zum Erfassen einer Stellung müssen beispielsweise mechanische Mittel aus der Kapselung herausgeführt oder leitungsgebundene Erfas¬ sungsmittel mit Sensoren, insbesondere Kontakte, eingesetzt werden.
Derartige Mittel sind sehr aufwendig und zielen jeweils nur auf die speziell zu erfassende Information ab. Zusätzlich müssen die Stellungsinformationen oft noch elektrisch umge¬ setzt und verarbeitet werden, wodurch ein Verdrahtungs- und Signalverarbeitungsaufwand gegeben ist.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 94 20 199 ist eine metall¬ gekapselte Hochspannungsschaltanlage bekannt, bei der in ei¬ nem ihrer Gasraume ein Oberflachenwellenelement (OFW) ange¬ ordnet ist. Das OFW dient zum Nachweis von Gasanteilen, die durch Lichtbogeneinwirkung auf das in der Kapselung enthal- tene Loschgas entstehen oder zur Detektion von Druckwellen. Dabei ist an der Außenseite der Kapselung eine Antenne ange¬ ordnet, die zur drahtlosen Informationsübertragung mit einer Auswerteeinrichtung dient .
Aus dem Aufsatz „Akustische Oberflachenwellen-Technologie für Innovationen" aus Siemens-Zeitschrift Spezial, FuE, Frühjahr 1994, ist prinzipiell die Anwendung von OFW-Sensoren in der Hochspannungstechnik bekannt. Dabei ist auch bereits vorge¬ sehen, den OFW-Sensor im Behalter und seine Antenne außen zu befestigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Lo¬ sung zur Stellungserfassung eines Schaltgerats bei einer Schaltanlage anzugeben.
Die Losung der Aufgabe gelingt erfindungsgemaß mit einem Ver- fahren zur Stellungserfassung eines Schaltgerats in einer ge¬ kapselten Schaltanlage,
a) wobei ausgehend von einer ersten Schaltstellung des Schaltgerats ein erstes Sendeεignal in den Innenraum der Kapselung gesendet wird, b) wobei em erstes resultierendes Reflexionssignal empfangen und gespeichert wird, c) wobei em zweites Sendesignal in den Innenraum (4) der Kapselung (5) gesendet wird und em zweites Reflexions- signal empfangen und gegebenenfalls gespeichert wird, d) und bei emer Abweichung der beiden Reflexionssignaie von¬ einander em Meldesignal für die neue Schaltstellung des Schaltgerats erzeugt wird.
Auf diese Weise ist eme drahtlose Stellungserfassung mög¬ lich, die keine Erfassungsmittel oder Sensoren am Schaltgerat benötigt, wodurch auch kein Verdrahtungsaufwand oder aufwen¬ dige Potentialtrennmittel erforderlich smd.
Das Sendesignal kann em optisches, em akustisches oder em elektromagnetisches Sendesignal sem. Damit ist eine Verwen¬ dung von beispielsweise Infrarotlicht oder Hochfrequenzsi¬ gnalen möglich, was einer Anpassung an den jeweiligen Ein¬ satzfall entgegenkommt.
Eε ist gunstig, wenn die Schritte a) und b) für verschiedene Schaltzustande 3 oder Schaltstellungen des Schaltgerats wie- derholt werden und entsprechende erste Reflexionssignale ge¬ speichert werden, und wobei em im Schritt c) erfaßtes zwei¬ tes Reflexionssignal mit den ersten gespeicherten Reflexions¬ signalen verglichen wird und entsprechend einer Ubereinstim- mung mit einem der ersten Reflexionssignale em entsprechen¬ des Meldesignal für die jeweilige Schaltstellung erzeugt wird. Dadurch ist ein selektives Erfassen der jeweiligen Schaltzustande möglich. Jeder Schaltstellung ist quasi em charakteristisches Echosignal im Sinne eines Abbildes zuge- ordnet, daε ausgewertet wird.
Zusätzlich kann bei einer Abweichung des zweiten Reflexions- signals von einem der gespeicherten Signale em Storsignal oder eme Storungsmeldung erzeugt werden. Auf diese Weise können auch nicht gespeicherte oder unklare Schaltstellungen oder gegebeiienfalls unklare Signale ausgewertet werden.
Das Sendesignal kann mit Vorteil gleichzeitig als Aufrufsi¬ gnal für zumindest einen Sensor, insbesondere einen Oberfla- chenwellensensor (OFW) , dienen, wodurch eme gunstige Kombi¬ nation von mehreren Funktionen gegeben ist. Gegebenenfalls kann dabei dieselbe Hardware verwendet werden. Alternativ kann das Sendesignal auch alε Signal für eme Informations¬ übertragung dienen. Damit lεt gleichzeitig em Datenverkehr mit einer gegebenenfalls entfernten Sendeempfangsstation mög¬
Es ist günstig, wenn em Alarmsignal abgegeben wird, wenn mit der Erzeugung des Meldesignals em Auslosesignal von einem Schutzgerat, z.B. einem Distanzschutz oder einem Sammelschie- nenschutz, tur em im Innenraum befindlichen Schaltanlagen- teil oder das Schaltgerat abgegeben wird. Auf diese Weise können besondere kritiεche Betriebssituationen signalisiert werden, wobei gleichzeitig eine Kontrolle über die Richtig- keit oder die Funktion der Schutzauslosung möglich ist. Gege¬ benenfalls ist auch dabei eme gewichtete Entscheidung mit Hilfe eines Fuzzyglxedes möglich. Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht in einer gekap¬ selten Schaltanlage mit zumindest einem in einem Innenraum der Kapselung angeordneten Schaltgerat, und mit einer Ein¬ richtung zur Stellungserfassung, die eine auf den Innenraum gerichtete Sendeempfangseinrichtung umfaßt, wobei ausgehend von einer erεten Schaltstellung des Schaltgerätes die Sen¬ deempfangseinrichtung ein erstes Sendesignal in den Innenraum abgibt und ein resultierendes erstes Reflexionssignal emp¬ fängt und speichert, wobei die Sendeempfangseinrichtung ein zweites Sendesignal abgibt und ein zweites Reflexionssignal empfängt und gegebenenfalls speichert, und wobei die beiden Reflexionssignale einer Vergleichseinrichtung zugeführt sind, welche ein Meldesignal für einen neuen Schaltzustand erzeugt, wenn eine Abweichung zwischen den beiden Reflexionssignalen vorliegt .
Die vorliegende neue Lösung erlaubt eine Stellungserfassung mit geringem Aufwand. In der Schaltanlage sind keine Senso¬ ren, Kabel oder sonstige Erfassungsmittel nötig. Die Erfas- sung erfolgt von einer Stelle des Innenraums für die Kapse¬ lung. Selbstverständlich kann sinngemäß eine Vielzahl von Schaltgeräten innerhalb eines Innenraums überwacht werden.
Mit Vorteil ist die Sendeempfangseinrichtung gleichzeitig als Aufrufeinrichtung für einen Sensor, insbesondere einen Ober- flächenwellensensor und/oder als Sendeempfangsstation für eine Informationsübertragung innerhalb der Kapselung ausge¬ bildet. Hierdurch sind neue Mehrfachfunktionen gegeben, die einen verbesserten Betrieb der Schaltanlage erlauben.
Unter den Begriffen "Schaltgerät" und "gekapselte Schaltan¬ lage" werden vorliegend jegliche elektrische Geräte oder Bau¬ teile verstanden, die mechanisch schalt- oder veränderbar sind und die in einer Kapεelung, einem Gehäuεe oder Kessel untergebracht sind. Der Innenraum kann dabei mit einem Gas oder einem sonstigen Isoliermedium gefüllt sein. Beispiele hierzu sind: Ein gekapselter Trenn- oder Leistungsschalter, em SF6-ιsolιerter Transformator mit Stufenschalter, em ge¬ kapseltes Schaltwerk oder eme m einem Kessel befindliche Verriegelungsemrichtung.
Em Ausführungsbeispiel, weitere Vorteile und Details der Er¬ findung werden nachfolgend anhand der Zeichnung naher erläu¬ tert. Die FIG zeigt eine Schaltanlage in einem Längsschnitt.
Zunächst wird allgemein eme Schaltanlage mit einer Uberwa- chungseinrichtung erläutert, wobei eme Informationsübertra¬ gung mit Hochfrequenz verwendet wird. Es versteht sich von selbst, daß die beschriebene Uberwachungεemπchtung auch für andere Funktionen innerhalb der Schaltanlage, z.B. zur Erfaε- sung einer Schaltstellung ohne Sensoren nach einem Radarprm- zip, für zusätzliche Steuerungsaufgaben oder rein zur Infor¬ mationsübertragung, verwendbar ist.
Die FIG zeigt eine gekapselte, gasisolierte Schaltanlage 1, wie sie beispielsweise aus dem Stand der Technik gemäß dem obengenannten Deutschen Gebrauchsmuster 94 20 199 bekannt ist. Die Schaltanlage 1 ist für Hoch- oder Mittelspannung ge¬ eignet. Unter Schaltanlage wird hier auch em gekapselter Rohrleiter verstanden.
In diesem Längsschnitt durch einen Teil der Schaltanlage 1 ist ein Abzweig mit einem Schaltgerat 3, insbesondere einem Trenner oder einer Unterbrechereinheit, gezeigt. Zentral in der Kapselung 5 verlauft eine Stromschiene 6 als elektrischer Leiter. Zu näheren Details des Schaltgerats 3 und desεen Funktion wird auf daε obengenannte Gebrauchsmuster verwiesen.
Im Innenraum 4 der Kapselung 5 der Schaltanlage 1 sind als Sensoren OberflachenwelJensensoren (OFW) für verschiedenste Aufgaben, beispielεweiεe OFW 7a für eine Temperaturerfassung, OFW 7b für eine Stromerfassung, OFW 7c für eine Gaserkennung und OFW 7d für eine Stellungserkennung, angeordnet. Es sind dabei auch weitere OFWε für weitere Funktionen oder Aufgaben, z.B. Lichterkennung, Druckmessung usw., denkbar.
Jeder OFW weist als Empfangs- und Sendemittel zumindest eine Antenne 9 zur Inforrnationεübertragung, inεbesondere zur Ab¬ frage, auf. Die Informationsübertragung erfolgt dabei von den OFWs 7a biε 7d zu einer zentralen, für alle OFWs 7a bis 7d wirksamen Sende- und Empfangsantenne, die nachfolgend als An¬ tennenelement 11 bezeichnet ist .
Unter Antenne, Sende- und Empfangsantenne, Antennenelement oder Empfangs- und Sendemittel werden hier jegliche Strah- lungε- und Empfangselemente verstanden, die eine Abstrahlung und/oder einen Empfang von elektromagnetischen oder optischen Wellen ermöglichen, beispielsweise Funkantennen, Ultraεchall- oder optische Sende- und Empfangselemente (z. B. Infrarotele¬ mente) , wobei auch eine Aufteilung in Sende- und Empfangs¬ richtung umfaßt sein kann. Die Ausführung gemäß FIG 1 bezieht sich beispielhaft auf eine Funk-Informationsübertragung.
Daε Antennenelement 11 ist über geeignete Leitungen 13, z.B. einem Koaxialkabel, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Anpaßgliedes, mit einer Steuer- und Überwachungsein¬ richtung (nachfolgend als Überwachungseinrichtung 15 bezeich- net) verbunden. Diese umfaßt ein Sende- und Empfangsteil 17 und eme weitere nicht näher gezeigte Einrichtung zur Signal¬ auswertung, wobei gegebenenfalls ein Prozessor mit Speicher¬ einrichtung umfaßt sein kann.
Das Sende- und Empfangsteil 17 oder zumindest Teile hiervon können prinzipiell auch dezentral bei dem Antennenelement 11 angeordnet sein, so daß zwischen der Überwachungseinrichtung 15 und dem Antennenelement 11 lediglich ein leistungsarmer Datenverkehr stattfindet. Die Sendeleistung wird dann dezen- tral erzeugt. Eε ist auch denkbar, daß das Antennenelement 11 mit einer de¬ zentralen Einrichtung leitungsgebunden oder drahtlos direkt mit einem Bus 19 verbunden ist. Die Uberwachungsemrichtung 15 kann mit dem Sende- und Empfangεteil 17 und dem ange- schlossenen Antennenelement 11 im Sinne der vorliegenden Idee auch als Sendeempfangseinrichtung oder Transceiver bezeichnet werden.
Die Uberwachungsemrichtung 15 kann beispielsweiεe eine zen- trale Einheit m emer Schaltanlage oder auch eine abzweig- oder geratebezogene Einrichtung sein, die über eine weitere Datenverbindung, z.B. über den Bus 19 mit emer übergeordne¬ ten Zentrale 21 datentechnisch in Verbindung steht. Diese Zentrale 21 kann eme Nahsteuerzentrale sein, welche wiederum über eme geeignete Schnittstelle 22 mit einer übergeordneten Netzleitstelle m Verbindung steht.
Selbstverständlich umfaßt zumindest die Zentrale 21 geeignete Bedien- und Anzeigemittel, z.B. eine Tastatur und einen Bildschirm, für den Betrieb der Schaltanlage 1. Über geeig¬ nete nicht naher gezeigte Schnittstellen ist auch ein porta- bles Gerat, z.B. em tragbarer Computer oder ein Laptop, zur Bedienung oder für εonεtige Em- und Ausgaben an verschieden¬ ste Stellen des m der Figur 1 gezeigten Systems, z.B. am Bus 19 oder an der Steuereinrichtung 15, anschließbar.
Die gezeigten Datenverbindungen können beliebig, z. B. als leitungsgebundene Verbindung, insbesondere Drahtleitung oder Lichtleiter, oder drahtlose Verbindung, z.B. Funk-, Schall- oder optische Verbindung, ausgeführt sem.
Im vorliegenden Beispiel ist daε Antennenelement 11 innerhalb der Kapselung 5 an einer Öffnung angeordnet. Die Öffnung ist dabei von einem Flansch 23 gebildet, der mit einem Verschluß- element 25, z.B. einem Deckel und einem Druckring 27, ver¬ schlossen ist. Selbstverständlich sind hier nicht naher ge- zeigte Verεchraubungen für die Flanschverbindung nach dem Stand der Technik vorzusehen.
Das Antennenelement 11 liegt somit innerhalb der Kapselung 5, εo daß beste Bedingungen für eme problemlose Informations¬ übertragung zu den OFWs 7a bis 7d gegeben ist. Da das Anten¬ nenelement 11 quasi innerhalb eines Stutzens liegt und nicht in den Innenraum 4 hineinragt, sind hier elektrische oder feldtechnische Probleme vermieden. Außerdem bildet das Anten- nenelement 11 mit einem ohnehin von der Kapselung 5 lösbaren Bauteil eine Baueinheit, so daß es einfach zuganglich oder auch nachrustbar ist .
Die OFWs 7a bis 7d smd dabei zum Teil an der Kapselung 5, zum Teil an der Stromschiene 6, auf einem beweglichen Teil des Schaltgerats 3 oder auch an oder hinter einem ersten Stutzer 28, gegebenenfalls in einem getrennten Gasraum, ange¬ ordnet. Gegebenenfalls können mehrere Sensoren für unter¬ schiedliche Funktionen gesammelt an einem Ort angeordnet sem und eme gemeinsame Antenne aufweisen. Es ist auch möglich , daß em Sensor mehrere Meßfunktionen beinhaltet. Vorteilhaf¬ terweise können die Sensoren nach Art und Große einer Scheck¬ karte ausgebildet sem, Wobei der wesentliche Teil der Karte die Antenne bildet .
Wesentlich für die Funktion der gesamten Überwachung ist, daß eine sichere Funk- oder Datenverbindung innerhalb der Kapse¬ lung 5 besteht. Dazu ist der Stutzer 28 aus einem dielektri¬ schen Material gefertigt, so daß die Hochfrequenzubertragung auch zwischen dem Antennenelement 11 und dem hinter dem Stut¬ zer 28 liegenden OFW 7c nicht beeinträchtigt ist. Bei anderen Ubertragungsmethoden ist das Material des Stutzers entspre¬ chend vorzusehen (Z.B. Glas bei einer optischen Übertragung) .
Der Flansch 23 oder die benotigte Öffnung zur Einkopplung kann beispielsweise Teil einer vorhandenen Wartungsöffnung, eines GasbeLullungεstutzenε, einer Gießharzemfülloffnung, eines Schaulochs oder auch eines Endflansches sem. Sinngemäß smd daher die hier beispielhaft beschriebenen Ausfuhrungen für jegliche mögliche Offnungen an Schaltanlagen, bei¬ spielsweise auch für den gezeigten Endflansch 29, anwendbar. Es kann auch eme speziell angebrachte Öffnung verwendet wer¬ den.
Es ist auch denkbar, daß das Antennenelement 11 außerhalb der Kapselung 5 angeordnet ist und über em dielektrisches Fen- ster in den Innenraum 4 strahlt. Hierzu bietet sich bei¬ spielsweise alε Öffnung ein Emfullstutzen im Bereich eines Verbmdungεflanεches zweier Kapselungεabschnitte an, wobei das Antennenelement gegebenenfalls als Stabantenne ausgebil¬ det m die Öffnung eingegossen ist.
Bei Anordnung einer weiteren nicht naher gezeigten Antenne mit einer zugeordneten Steuereinrichtung im Gasraum hinter dem weiteren Stutzer 39 ist auch eine Verwendung des Innen- raumeε 4 der Kapselung 5 als Ubertragungsraum möglich, wobei eme geschützte Datenübertragung über lange Strecken möglich ist. Dieεe Möglichkeit lεt bevorzugt bei Rohrleitern einsetz¬ bar. Eme Kombination mit einer gleichzeitigen Sensorabfrage ist denkbar.
Die Sende- und Empfangsantenne 11 mit der Steuereinrichtung 15 und dem Sende- und Empfangsteil 17 können alε Sendeemp¬ fangseinrichtung eme weitere oder alternative Funktion ha¬ ben: Die Sendeempfangseinrichtung kann namlich zur Stellungs- erfaεεung für daε Schaltgerat 3 dienen. Das Erfassen der Stellung erfolgt folgendermaßen:
Zunacnst wird von der Sende- und Empfangsantenne 11 ein er¬ stes Sendesignal m den Innenraum 4 der Kapselung 5 gesendet. Dies kann ein spezielleε Signal zur Stellungserfassung oder wie oben erwähnt das Aufrufεignal für einen Oberflachenwel- lenεenεor sein. Gegebenenfalls kann auf einer anderen Fre¬ quenz alε auf der der OFWε 7a bis 7d gesendet werden, so daß eme bessere, selektive Erfassung möglich ist. Gegebenenfalls ist auch em Multiplexbetrieb, also abwechselnd für jede Funktion, denkbar.
Das ausgestrahlte Sendesignal breitet sich im Innenraum 4 der Kapselung 5 aus, wird reflektiert und erzeugt an der Sende- und Empfangsantenne 11 ein ersteε reεultierendes Reflexions- εignal, daε empfangen und in der Sendeempfangseinrichtung ge¬ speichert wird.
In einem nächsten Schritt wird ein zweites Sendesignal in den Innenraum 4 abgegeben und em resultierendeε zweiteε Refle- xionεεignal empfangen und gespeichert.
Nachfolgend werden dann die beiden Reflexionssignale mitein¬ ander verglichen. Liegt eme Abweichung vor, so kann davon ausgegangen werden, daß im Innenraum 4 eine mechanische Ver¬ änderung stattgefunden hat.
Da bei normalen Betriebsbedingungen eine mechanische Verände¬ rung nur von einem mechanisch bewegten Teil, insbesondere dem Schaltgerat 3 herrühren kann, wird die Abweichung alε Anzei¬ chen für den Wechsel des Schaltzustandes oder der Schaltstel¬ lung des Schaltgerats 3 herangezogen. Es wird dann em ent- sprechendes Meldesignal für den neuen Schaltzustand er eugt. Das Sendesignal kann dabei em optisches, akustiεches oder elektromagnetisches Sendesignal sein. Dieε gilt selbstver- εtandlich auch für die oben beεchriebene Abfragetechnik der
Figure imgf000012_0001
Bei der Auswertung des Reflexionssignals braucht gegebenen¬ falls nur em Frequenzausschnitt, em Zeitausεchmtt oder ein beεtimmteε Frequenzspektrum gespeichert und verglichen zu werden, die für den jeweiligen Innenraum 4 charakteristisch ist. Bei einei Vielzahl von möglichen Schaltzustanden oder bei der Anordnung von mehreren Schaltgeraten innerhalb eines Innen¬ raumes kann es zweckmäßig sein, daß die maximale Anzahl von mechanischen Schaltzustanden quasi als Fingerprmt, Echomu- ster oder Signalmuster (jeweilε zugeordnete Reflexionssignale aller Kombmationsmoglichkeiten von Schaltzustanden) m einem Speicher der Steuereinrichtung 15 abgelegt sind. Durch Vergleich des aktuell ermittelten zweiten Reflexionssignalε mit den abgespeicherten kann die jeweilige Schaltstellung oder der Anlagenzustand ermittelt werden, ohne daß die Anlage innerhalb der Kapselung 4 mechanisch oder optisch zugänglich ist . Es wird in diesem Fall lediglich ein Einbauort für die Sende- und Empfangsantenne 11 benotigt. Es ist gegebenenfallε auch denkbar, daß eme zweiteilige Sende- und Empfangεantenne oder eine zusätzliche Empfangsantenne vorgesehen ist, so daß eme verbesserte Auswertung des Reflexionεεignals und/oder des Antwcrtεignals möglich ist.
Gegebenenfalls kann auch ein für einen bestimmten Schaltzu- stand abgespeicherteε Muεter oder Reflexionssignal als Refe¬ renzsignal zur Beurteilung weiterer empfangenen Reflexionε- εignale dienen. Liegt eme Abweichung zwischen dem zweiten empfangenen Reflexionssignal und den gespeicherten ersten Re- flexionssignalen vor (also keine Übereinstimmung) , so liegt offenbar em Anlagenzustand vor, der nicht einem definierten Schaltzustand entspricht. In dieser Situation wird ein Stόr- signal oder eme Storungsmeldung erzeugt.
Desweiteren kann ein Alarmsignal erzeugt werden, wenn mit der Erzeugung eines Meldeεignals durch die beschriebene Einrich¬ tung gleichzeitig von einem Schutzgerat der Anlage, das für den betreffenen Schaltanlagenteil zustandig ist, em Auslose¬ signal abgegeben wird. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, daß em Zusammenhang zwischen der mechanischen Veran- derung und einem elektrischen Fehler vorliegt. Gegebenenfalls liegt sogar eme Störung innerhalb der Kapse¬ lung vor, die eme Abschaltung zumindest eines Teils der Schaltanlage erfordert. Die erzeugten Melde-, Alarm und Stor- εignale können dann gegebenenfalls die Abεchaltung der Schaltanlage bewirken. Weitere logiεche Verknüpfungen von Si¬ gnalen zur Erhöhung der Betriebεsicherheit oder zur Fehler- diagnose oder -lokalisierung sind möglich und denkbar. Dar¬ über hinaus kann auf diese Weise eine erfolgreiche Schutzaus- losung kontrolliert werden. Es kann also eine Verknüpfung oder Einbindung in em gesamtes Schutzkonzept erfolgen. Zu¬ sätzlich ist auch eme Auswertung der erzeugten Signale nach gewichteten Kriterien möglich, so daß auch bei ungunstigen Betriebsbedingungen eme frühzeitige Fehlererkennung möglich ist. Eine selbstlernende oder neuronale Verfahrensweiεe ist ebenfalls denkbar.
Selbstverständlich smd die obengenannten einzelnen Merkmale und Ausfuhrungen der vorliegenden neuen Idee im Rahmen des fachmannischen Handels miteinander oder mit Merkmalen aus dem Stand der Technik kombinierbar, ohne daß der Grundgedanke der Idee verlassen wird. Mit der erläuterten Anordnung ist eine Vielzahl von Schaltgeraten innerhalb eines Innenraums uber- wachbar. Wesentlich für die neue Idee ist, daß eme zentrale drahtlose Überwachung von mechanischen Zustanden ohne zusatz- liehe Sensoien erfolgt, wobei insbesondere eine Kombination mit einer drahtlosen Sensorabfrage für weitere Informationen möglich ist. Dabei wird für beide Funktionen nur eine Antenne und gegebenenfalls nur eine Durchfuhrung an der Kapselung be¬ notigt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Stellungserfassung zumindest eines Schalt¬ gerats (3) m emer gekapselten Schaltanlage (1) ,
a) wobei ausgehend von einer ersten Schaltstellung des Schaltgerats (3) ein erεteε Sendesignal in den Innenraum (4) der Kapselung (5) gesendet wird, b) wobei em erεteε reεultierendes Reflexionssignal empfangen und gespeichert wird, c) wobei em zweites Sendesignal in den Innenraum (4) der Kapselung (5) gesendet wird und em zweites reεultierendeε Reflexionssignal empfangen und gegebenenfalls gespeichert wird, d) und bei emer Abweichung der beiden Reflexionssignale von¬ einander ein Meldesignal für die neue Schaltstellung des Schaltgerats (3) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sendeεignal ein opti- εches, akustisches oder ein elektromagnetisches Sendesignal, insbesondere em Hochfrequenzsignal, ist.
3. Verfahren nach Anεpruch 1 oder 2, wobei die Schritte a) und b) für verschiedene Schaltstellungen des Schaltgerats (3) wiederholt werden und entsprechende erste Reflexionssignale gespeichert werden, und wobei ein im Schritt c) erfaßtes zweites Reflexionssignal mit den ersten gespeicherten Refle- xionssignalen verglichen wird und bei einer Übereinstimmung mit einem der gespeicherten Reflexionssignale ein entspre- chendes Meldesignal für die jeweilig eingenommene Schaltstel¬ lung erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei einer Aoweichung des zweiten Reflexionεεignalε von den ersten gespeicherten Refle- xionssignalen em Storsignal erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendesignal gleichzeitig als Aufrufεignal für zumindest einen drahtlos abfragbaren Sensor dient .
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei alε Sensor em Oberfla- chenwellensensor (7a bis 7d) dient.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sen¬ designal gleichzeitig als Signal für eme Informationsuber- tragung dient.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei em Alarmsignal abgegeben wird, wenn mit der Erzeugung des Melde- εignalε ein Auεloseεignal von einem Schutzgerat für den be- treffenden Schaltanlagenteil oder daε Schaltgerat (3) abge¬ geben wird.
9. Gekapεelte Schaltanlage mit zumindest einem m einem In¬ nenraum (4) der Kapεelung (5) angeordneten Schaltgerat (3) , und mit einer Einrichtung zur Stellungserfassung, die eine auf den Innenraum (4) gerichtete Sendeempfangseinrichtung (11) umfaßt, wobei ausgehend von einer ersten Schaltstellung des Schaltge- rateε (3) die Sendeempfangseinrichtung (11) em erstes Sende- signal in den Innenraum (4) abgibt und em resultierendes er¬ stes Reflexionssignal empfangt und speichert, wobei die Sendeempfangseinrichtung (11) em zweites Sende¬ signal in den Innenraum abgibt und ein zweites Reflexions¬ signal empfangt und gegebenenfalls speichert, und wobei die beiden Reflexionεsignale einer Vergleichsemπch- tung zugeführt sind, welche ein Meldesignal für einen neuen Schaltzustand erzeugt, wenn eine Abweichung zwischen den bei¬ den Reflexionssignalen vorliegt.
10. Gekapselte Schaltanlage nach Anspruch 9, wobei die Sende- empfangsemrichtung gleichzeitig alε Aufrufeinrichtung für einen Sensor, insbesondere einen Oberflachenwellensensor (7a bis 7d) , und/oder alε Sendeempfangεstation für eme Informa¬ tionsübertragung innerhalb der Kapselung ausgebildet ist.
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