WO2009132610A1 - System sowie verfahren zur diagnose des technischen betriebszustandes eines leistungsschalters - Google Patents

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WO2009132610A1
WO2009132610A1 PCT/DE2009/000366 DE2009000366W WO2009132610A1 WO 2009132610 A1 WO2009132610 A1 WO 2009132610A1 DE 2009000366 W DE2009000366 W DE 2009000366W WO 2009132610 A1 WO2009132610 A1 WO 2009132610A1
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light signal
circuit breaker
light
signal
lms
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PCT/DE2009/000366
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Franz Vogl
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Vogl Electronic Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H01H2001/0031—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator by analysing radiation emitted by arc or trace material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/50—Means for detecting the presence of an arc or discharge

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for diagnosing the technical functional state of a circuit breaker according to the preamble of patent claims 1 and 9.
  • Medium and high voltage systems for the transmission and distribution of electrical energy are well known.
  • Such medium and high voltage systems have for switching high electrical currents high voltage switching devices, in particular so-called power switches, wherein the high electrical currents are detected via a circuit breaker associated with the current transformer unit.
  • the actual switching module of such a circuit breaker is in this case in a closed housing.
  • the present invention seeks to provide a system and an associated method for diagnosing the technical operating state of circuit breakers, which allows a prediction of possibly impending malfunction.
  • the object is achieved on the basis of the features of the preamble of claim 1 by its characterizing features.
  • the essential aspect of the system according to the invention is the fact that the light receiver unit detects the light signal generated during a switching operation, in particular a shutdown or switch-on process, which is transmitted via the transmission line to the measurement and evaluation electronics and through the measurement and evaluation electronics for diagnosis the technical operating state of the circuit breaker is evaluated.
  • the light signal behavior of a circuit breaker is recorded as part of a switching operation in the form of the resulting light signal and the information contained therein about the technical operating condition of the circuit breaker evaluated to predict a malfunction or the operating state of the circuit breaker.
  • maintenance measures on high-voltage switching devices or circuit breakers can take place independently of fixed maintenance intervals, and that on the basis of current circumstances. In particular, possibly leading to power failures operating disturbances can be avoided.
  • the dependent of the respective current intensity light signal and its time course provide a kind of "fingerprint" of the technical functional state of a circuit breaker that can be evaluated for predicting malfunction in almost any way.
  • the technical operating state of the circuit breaker is determined by the measuring and evaluation, and indeed the detected light signal is compared with a reference light signal and dependent on Comparison result of the technical operating condition and thus the probability of an imminent malfunction of the circuit breaker determined.
  • the deviation of the detected light signal from the reference light signal is advantageously determined and, when a predetermined tolerance range is exceeded, a warning message indicating an imminent malfunction is generated.
  • FIG. 1 shows by way of example a schematic block diagram of the system according to the invention for diagnosing the technical operating state of a circuit breaker
  • FIG. 3 shows by way of example in a further diagram the time profile of the integrated light measuring signal according to FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a system 1 which is used to diagnose technical operating states for the purpose of predicting malfunctions of at least one circuit breaker 2 of a medium-voltage or high-voltage system.
  • Such a circuit breaker 2 has an enclosed by a housing 2.1 switching room 2.2, in which a switching module 2.3 for connecting and disconnecting a guided over a high voltage line 2.4 high electric currents I, namely of some kA up to about 150 kA, is provided.
  • a switching module 2.3 may, for example, be designed as a "circuit breaker unit" for disconnecting the contacts.
  • Arcs are referred to below as the light signal LS, which arise in the switch room 2.2.
  • the diagnostic system 1 consists essentially of a light receiver unit 3, which is connected via a preferably optical transmission line, in particular an optical waveguide 4 with a measuring and evaluation electronics 5.
  • a light receiver unit 3 which is connected via a preferably optical transmission line, in particular an optical waveguide 4 with a measuring and evaluation electronics 5.
  • the resulting light signals LS are detected within the control room 2.2, for example, an end face of the preferably cylindrical portion having a light receiver unit 3 projects at least partially into the control room 2.2.
  • the light receiver unit 3 picks up the light signal LS present in the switching room 2.2, which light signal LS is transmitted via the preferably optical transmission line 4 to the measuring and evaluation electronics 5 is transmitted.
  • the light signal LS generated during a switching operation is dependent, inter alia, on the respectively switched current value SSA.
  • the measurement and evaluation electronics 5 have an optoelectric conversion unit 5.1, for example an optoelectric component in the form of a photodiode or a phototransistor, which transmits the light signal LS detected by the light receiver unit 3 into an analog light measurement signal LMS or converted into an integrated light measuring signal LMS *.
  • the amplitude A, A * of the analog light measuring signal LMS or the integrated light measuring signal LMS * is a measure of the light energy or light intensity of the detected light signal LS at a predetermined current value SSA and thus a measure of the resulting in the switch room 2.2 due to the switching process amount of light energy which was released, for example, by burning.
  • the analog or integrated light measurement signal LMS, LMS * is, for example, an electrical signal with a voltage or current amplitude A, A *.
  • the detection of the analog light measurement signal LMS or of the integrated light measurement signal LMS * can for example be done by means of a downstream filter unit (not shown in the figure) for a period of 0 to 1000 ms, wherein the dimensioning of the window length is individually selectable.
  • analog light measurement signal LMS or integrated light measurement signal LMS * contain information about the technical operating state of the circuit breaker 2 and give the current light signal behavior of the circuit breaker 2 again.
  • the analog or integrated light-measuring signal LMS, LMS * is preferably recorded in a memory unit 5.2 provided in the measuring and evaluation electronics 5 and stored as a kind of "fingerprint" of the circuit breaker 2.
  • LMS * in the measurement and evaluation electronics 5 can in a simplified form of the diagnostic system. 1 be displayed on the basis of a warning message, for example by means of a warning light 5.3. Via an interface 5.4 provided in the measurement and evaluation electronics 5, the recorded light measurement signal LMS, LMS * can be read by the maintenance personnel for further evaluation.
  • the profile of the amplitude A of the recorded analog light measurement signal LMS over time t is plotted as an example and in FIG. 3 the profile of the amplitude A * of the integrated light measurement signal LMS * is plotted over time t.
  • the switching module 2.3 is switched and thus, for example, the shutdown started.
  • the power switch 2 is assigned a current transformer unit 6 via which the current I passed via the high voltage line 2.4 is measured and its current value SSA is determined.
  • a switching signal SS for switching the switching module 2.3 is generated, in the presence of which the switching module 2.3 switches.
  • the light signal LS is generated in the switch room 2.2, which light signal is detected by the light receiver unit 3 and transmitted to the measuring and evaluation electronics 5 for recording and evaluation.
  • the recording by the measuring and evaluation electronics 5 can also be triggered by the above-mentioned switching signal SS, which is transmitted to the measuring and evaluation electronics 5 for this purpose.
  • the received light signal LS is converted into the analog or integrated light measurement signal LMS, LMS * and this subsequently recorded.
  • the recording is preferably carried out within a predetermined time interval, for example between 0 ms and 1000 ms, either in analog form LMS according to Figure 2 or in integrated form LMS * according to FIG 3.
  • a predetermined time interval for example between 0 ms and 1000 ms, either in analog form LMS according to Figure 2 or in integrated form LMS * according to FIG 3.
  • the light energy in shape the respective signal amplitude A, A * detected over the time t and thus forms the light signal behavior of the circuit breaker 2 from.
  • the current intensity value SSA provided by the current transformer unit 6 during detection is stored in the memory unit 5.2 and assigned to the light measurement signal LMS, LMS *. If there is a confirmed relationship between the current value SSA and the amplitude of the light signal LS on the basis of numerous experiments, the simultaneous detection of the current value SSA can be dispensed with. The system 1 then evaluates exclusively the light measuring signal LMS, LMS *.
  • a plurality of reference light signals RLS are stored in the memory unit 5.2, for example in the form of a family of characteristics, wherein in each case a current intensity value SSA is assigned a reference light signal RLS.
  • the reference light signals RLS in this case represent the light signal behavior of a faultless circuit breaker 2 at different switching currents I.
  • an evaluation circuit 5.5 is provided, by means of which the detected light measurement signal LMS, LMS * is compared with the associated reference light signal RLS, i. Depending on the current value SSA measured by the current transformer unit 6, the assigned reference light signal RLS is determined and compared with the currently detected light measuring signal LMS, LMS *.
  • the evaluation circuit 5.5 determines the existing deviations of the currently detected light measurement signal LMS, LMS * from the reference light signal RLS. Is the determined Deviation within a given tolerance range, there is a low probability that a malfunction could occur in the near future.
  • deviations determined exceed the given tolerance range, then an imminent malfunction is to be expected with high probability, which can be predicted on the basis of the clearly changing light signal behavior.
  • a plurality of deviation threshold values can be preset, above which different maintenance and security measures are initiated.
  • a warning is generated by the measuring and evaluation electronics 5 and displayed, for example, via the warning light 5.3.
  • the warning light 5.3 By activating the warning light 5.3, the maintenance personnel are informed that, if necessary, a malfunction is to be expected shortly and it should immediately perform a maintenance of the circuit breaker 2.
  • the circuit breaker does not have to be maintained in fixed cycles in a particularly advantageous manner; instead, a corresponding maintenance measure can be initiated independently of the current technical operating state.
  • a corresponding maintenance measure can be initiated independently of the current technical operating state.
  • the described logic unit 5.6 ensures that only in the presence of on or off information SLE, SLA a switching of the light signal LS to the opto-electrical conversion unit 5.1 and thus detection of the burning behavior of the circuit breaker 2 is effected. Furthermore advantageously, the burn-up behavior of the circuit breaker 2 can be separately detected and evaluated during turn-on and turn-off operations.
  • the previously described integration of the burnup behavior and thus the Abbrandintenstician the circuit breaker contact can be determined by comparison with a predetermined limit of the currently present percentage Abbrandintenstician the circuit breaker 2 and upon reaching the limit value, a corresponding alarm signal can be generated.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) und ein Verfahren zur Diagnose des technischen Betriebszustandes eines Leistungsschalters (2), der einen geschlossenen Schaltraum (2.2) aufweist, bei dem zur Erfassung eines Lichtsignals (LS) innerhalb des Schaltraumes (2.2) zumindest eine Lichtempfängereinheit (3) und eine mit dieser verbundene Mess- und Auswerteeinheit (5) vorgesehen sind. Vorteilhaft wird durch die Lichtempfängereinheit (3) das bei einem Schaltvorgang, insbesondere einem Abschaltvorgang erzeugte Lichtsignal (LS) erfasst, das über die Übertragungsleitung (4) an die Mess- und Auswerteelektronik (5) übertragen wird und durch die Mess- und Auswerteelektronik (5) zur Diagnose des technischen Betriebszustandes des Leistungsschalters (2) und zur davon abhängigen Vorhersage eines Betriebsstörung ausgewertet wird.

Description

System sowie Verfahren zur Diagnose des technischen Betriebszustandes eines
Leistungsschalters
Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Diagnose des technischen Funktionszustandes eines Leistungsschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 9.
Mittel- und Hochspannungsanlagen zur Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie sind hinlänglich bekannt. Derartige Mittel- und Hochspannungsanlagen weisen zum Schalten von hohen elektrischen Strömen Hochspannungsschaltgeräte, insbesondere so genannte Leistungsschalter auf, wobei die hohen elektrischen Ströme über eine dem Leistungsschalter zugeordnete Stromwandlereinheit detektiert werden. Das eigentliche Schaltmodul eines derartigen Leistungsschalters befindet sich hierbei in einem geschlossenen Gehäuse.
Insbesondere bei Kurz- bzw. Erdschlüssen in Hochspannungsnetzen treten Ströme von bis zu 150 kA auf, die mittels derartiger Leistungsschalter sicher abgeschaltet werden können. Bei derartigen Schaltvorgängen entstehen innerhalb des geschlossenen Gehäuses des Leistungsschalters Lichterscheinungen bzw. so genannte Lichtbögen, welche abhängig von den jeweils vorliegenden Parametern wie beispielsweise der Stromstärke, Dauer des Lichtbogens etc. bestimmte Lichtenergien freisetzen.
Im Hinblick auf eine sichere Energieversorgung ist es wünschenswert, die Entstehung von Betriebsstörungen in derartigen Leistungsschaltern rechzeitig und schnell zu erkennen, insbesondere sich anbahnende Fehler zuverlässig vorhersagen zu können. Eine fehlerhafte Funktionsweise aufgrund nicht rechtzeitig erkannter Betriebsstörungen kann beispielsweise zu schwerwiegenden Netzausfällen („Blackout") führen. Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine System sowie ein zugehöriges Verfahren zur Diagnose des technischen Betriebszustandes von Leistungsschaltern anzugeben, welches eine Vorhersage von ggf. bevorstehenden Betriebsstörungen ermöglicht. Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Systems ist darin zu sehen, dass durch die Lichtempfängereinheit das bei einem Schaltvorgang, insbesondere einem Abschaltoder Einschaltvorgang erzeugte Lichtsignal erfasst wird, welches über die Übertragungsleitung an die Mess- und Auswerteelektronik übertragen wird und durch die Mess- und Auswerteelektronik zur Diagnose des technischen Betriebszustandes des Leistungsschalters ausgewertet wird. Besonders vorteilhaft wird das Lichtsignalverhalten eines Leistungsschalters im Rahmen eines Schaltvorganges in Form des entstehenden Lichtsignals aufgezeichnet und die darin enthaltenen Informationen über den technischen Betriebszustand des Leistungsschalters zur Vorhersage einer Betriebsstörung bzw. des Betriebszustandes des Leistungsschalters ausgewertet. Mittels des beschriebenen Diagnosesystems können beispielsweise Wartungsmaßnahmen an Hochspannungsschaltgeräten bzw. Leistungsschaltern unabhängig von festen Wartungsintervallen erfolgen, und zwar aufgrund aktueller Gegebenheiten. Insbesondere können ggf. zu Netzausfällen führende Betriebstörungen vermieden werden. Das von der jeweils geschalteten Stromstärke abhängige Lichtsignal und dessen zeitlicher Verlauf liefern eine Art „Fingerabdruck" des technischen Funktionszustandes eines Leistungsschalters, der zur Vorhersage von Betriebsstörungen in nahezu beliebiger Weise ausgewertet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch die Meß- und Auswerteelektronik der technische Betriebszustand des Leistungsschalters bestimmt, und zwar wird das erfasste Lichtsignal mit einem Referenzlichtsignal verglichen und abhängig vom Vergleichsergebnis der technische Betriebszustand und somit die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Betriebsstörung des Leistungsschalters ermittelt.
Weiterhin vorteilhaft wird die Abweichung des erfassten Lichtsignals von dem Referenzlichtsignal bestimmt und bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbereiches ein auf eine bevorstehende Betriebstörung hinweisende Warnmeldung erzeugt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Diagnosesystems, insbesondere ein Verfahren zur Diagnose des technischen Betriebszustandes eines Leistungsschalters sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems zur Diagnose des technischen Betriebszustandes eines Leistungsschalters,
Fig. 2 beispielhaft in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf eines aufgezeichneten Lichtmesssignals und
Fig. 3 beispielhaft in einem weiteren Diagramm den zeitlichen Verlauf des integrierten Lichtmesssignals gemäß Fig. 2.
In Figur 1 ist in einem schematischen Blockschaltbild ein System 1 dargestellt, welches zur Diagnose von technischen Betriebszuständen zur Vorhersage von Betriebsstörungen zumindest eines Leistungsschalters 2 einer Mittel- bzw. Hochspannungsanlage dient.
Ein derartiger Leistungsschalter 2 weist einen von einem Gehäuse 2.1 eingeschlossenen Schaltraum 2.2 auf, in dem ein Schaltmodul 2.3 zum Zu- und Abschalten von über eine Hochspannungsleitung 2.4 geführten hohen elektrischen Strömen I, und zwar von einigen kA bis zu ca. 150 kA, vorgesehen ist. Ein derartiges Schaltmodul 2.3 kann beispielsweise als eine „Leistungsschalter-Unterbrechereinheit" zur Kontakttrennung ausgebildet sein. Bei derartigen Schaltvorgängen treten innerhalb des Schaltraumes 2.2 Lichterscheinungen bzw. Lichtbögen auf, und zwar insbesondere auch innerhalb eines SF6-isolierten oder luftisolierten Leistungsschalters 2. Derartige Lichterscheinungen bzw. Lichtbögen werden im Folgenden als Lichtsignal LS bezeichnet, welches im Schaltraum 2.2 entstehen.
Bei derartigen Leistungsschalters 2 kann der technische Betriebszustand aufgrund altersbedingter Abnutzungserscheinungen wie beispielsweise zu wenig SF6-Gas, zuwenig Hydraulikdruck oder ein zu geringe Federspannung des Antriebes, beeinträchtigt sein und hierdurch Fehlfunktionen sowie Betriebsstörungen entstehen. Speziell beim Abschaltvorgang oder auch beim Einschaltvorgang führen derartige Abnutzungserscheinungen zu einer Veränderung des beim Ab- bzw. Einschaltvorgang im Schaltraum 2.2 entstehenden Lichtsignals LS, welche mittels des erfindungsgemäßen Diagnosesystems 1 aufgezeichnet und zur Vorhersage von Betriebsstörungen ausgewertet werden.
Das Diagnosesystem 1 besteht im Wesentlichen aus einer Lichtempfängereinheit 3, die über eine vorzugsweise optische Übertragungsleitung, insbesondere einen Lichtwellenleiter 4 mit einer Mess- und Auswertelektronik 5 verbunden ist. Mittels der beispielsweise in eine Gehäuseöffnung 2.5 des Leistungsschalters 2 zumindest teilweise integrierten Lichtempfängereinheit 3 werden die entstehenden Lichtsignale LS innerhalb des Schaltraumes 2.2 erfasst, wobei beispielsweise ein stirnseitiges Ende der vorzugsweise einen zylinderförmigen Abschnitt aufweisenden Lichtempfängereinheit 3 zumindest teilweise in den Schaltraum 2.2 hineinragt. Die Lichtempfängereinheit 3 nimmt das im Schaltraum 2.2 vorliegende Lichtsignal LS auf, welches über die vorzugsweise optische Übertragungsleitung 4 an die Mess- und Auswerteelektronik 5 übertragen wird. Das bei einem Schaltvorgang erzeugte Lichtsignal LS ist unter anderem abhängig von dem jeweils geschalteten Stromstärken wert SSA.
Die Mess- und Auswertelektronik 5 weist zum Empfang des von der Lichtempfängereinheit 3 erfassten Lichtsignals LS eine optoelektrische Wandlereinheit 5.1 , beispielsweise ein optoelektrisches Bauelement in Form einer Fotodiode oder eines Fototransistors, auf, welche das von der Lichtempfängereinheit 3 erfasste Lichtsignal LS in ein analoges Lichtmesssignal LMS oder in ein integriertes Lichtmesssignal LMS* umwandelt. Hierbei ist die Amplitude A, A* des analogen Lichtmesssignals LMS bzw. des integriertes Lichtmesssignal LMS* ein Maß für die Lichtenergie bzw. Lichtintensität des erfassten Lichtsignals LS bei einer vorgegebenen Stromstärkewert SSA und somit ein Maß für die im Schaltraum 2.2 aufgrund des Schaltvorgangs entstandenen Lichtenergiemenge, die beispielsweise durch Abbrand freigesetzt wurde. Das analoge bzw. integrierte Lichtmesssignal LMS, LMS* ist beispielsweise ein elektrisches Signal mit einer Spannungs- oder Stromamplitude A, A*. Die Erfassung des analogen Lichtmesssignal LMS oder des integrierten Lichtmesssignal LMS* kann beispielsweise mittels einer nachgeschalteten Filtereinheit (nicht in der Figur dargestellt) für einen Zeitraum von 0 bis 1000 ms erfolgen, wobei die Dimensionierung der Fensterlänge individuell wählbar ist.
Das hierdurch erhaltende analoge Lichtmesssignal LMS bzw. integrierte Lichtmesssignal LMS* enthalten Informationen über den technischen Betriebszustand des Leistungsschalters 2 und geben das aktuelle Lichtsignalverhalten des Leistungsschalters 2 wieder. Erfindungsgemäß wird das analoge bzw. integrierte Lichtmesssignal LMS, LMS* vorzugsweise in einer in der Mess- und Auswerteelektronik 5 vorgesehenen Speichereinheit 5.2 aufgezeichnet und als eine Art „Fingerabdruck" des Leistungsschalters 2 hinterlegt.
Bereits das Vorliegen eines aufgezeichneten Lichtmesssignals LMS, LMS* in der Mess- und Auswertelektronik 5 kann in einer vereinfachten Form des Diagnosesystems 1 anhand einer Warnmeldung, beispielsweise mittels einer Warnleuchte 5.3, angezeigt werden. Über eine in der Mess- und Auswerteelektronik 5 vorgesehene Schnittstelle 5.4 ist das aufgezeichnete Lichtmesssignals LMS, LMS* durch das Wartungspersonal zur weiteren Auswertung auslesbar.
In Figur 2 ist beispielhaft der Verlauf der Amplitude A des aufgezeichneten analogen Lichtmesssignals LMS über der Zeit t und in Figur 3 der Verlauf der Amplitude A* des integrierten Lichtmesssignals LMS* über der Zeit t aufgetragen.
Zum Zeitpunkt t=t1 wird beispielsweise das Schaltmodul 2.3 geschaltet und somit beispielsweise der Abschaltvorgang gestartet. Zum Schalten des Schaltmoduls 2.3 ist überl icherweise dem Leistungsschalter 2 eine Stromwandlereinheit 6 zugeordnet, über welche der über die Hochspannungsleitung 2.4 geführte Strom I gemessen wird und dessen Stromstärkewert SSA bestimmt wird. Abhängig vom Überschreiten eines Grenzstromstärkewertes durch den gemessenen Stromstärkewert SSA wird ein Schaltsignal SS zum Schalten des Schaltmoduls 2.3 erzeugt, bei dessen Vorliegen das Schaltmodul 2.3 schaltet.
Durch diesen Abschaltvorgang wird im Schaltraum 2.2 das Lichtsignal LS hervorgerufen, welches über die Lichtempfängereinheit 3 erfasst und zur Aufzeichnung und Auswertung an die Mess- und Auswertelektronik 5 übertragen wird. Hierbei kann die Aufzeichnung durch die Mess- und Auswertelektronik 5 ebenfalls durch das oben genannte Schaltsignal SS getriggert werden, welches hierzu an die Mess- und Auswertelektronik 5 übertragen wird. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Erfassung und Aufzeichnung sämtlicher innerhalb des Schaltraums 2.2 entstehenden Lichtsignale LS erfolgen, die beispielsweise eine vorgegebene Mindestsignalstärke überschreiten.
In der Mess- und Auswertelektronik 5 wird das empfangene Lichtsignal LS in das analoge bzw. integrierte Lichtmesssignal LMS, LMS* umgewandelt und dieses anschließend aufgezeichnet. Die Aufzeichnung erfolgt vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, beispielsweise zwischen 0 ms und 1000 ms, und zwar entweder in analoger Form LMS gemäß Figur 2 oder in integrierter Form LMS* gemäß Figur 3. Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich wird die Lichtenergie in Form der jeweiligen Signalamplitude A, A* über der Zeit t erfasst und bildet somit das Lichtsignalverhalten des Leistungsschalters 2 ab.
Zusätzlich zur Aufzeichnung eines Lichtmesssignals LMS, LMS* wird der von der Stromwandlereinheit 6 zur Verfügung gestellte, während der Erfassung vorliegende Stromstärkenwert SSA in der Speichereinheit 5.2 hinterlegt und dem Lichtmesssignal LMS, LMS* zugeordnet. Besteht eine aufgrund zahlreicher Versuche bestätigte Beziehung zwischen dem Stromstärkewert SSA und der Amplitude des Lichtsignals LS, so kann auf die gleichzeitige Erfassung des Stromstärkenwertes SSA verzichtet werden. Durch das System 1 wird dann ausschließlich das Lichtmesssignals LMS, LMS* ausgewertet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Speichereinheit 5.2 mehrere Referenzlichtsignale RLS gespeichert, und zwar beispielsweise in Form einer Kennlinienschar, wobei jeweils einem Stromstärkewert SSA ein Referenzlichtsignal RLS zugeordnet ist. Die Referenzlichtsignale RLS geben hierbei das Lichtsignalverhalten eines fehlerfreien Leistungsschalters 2 bei unterschiedlichen Schaltströmen I wieder.
In der Mess- und Auswertelektronik 5 ist eine Auswerteschaltung 5.5 vorgesehen, mittels der das erfasste Lichtmesssignal LMS, LMS* mit dem zugehörigen Referenzlichtsignal RLS verglichen wird, d.h. abhängig von dem durch die Stromwandlereinheit 6 gemessenen Stromstärkewert SSA wird das zugeordnete Referenzlichtsignal RLS bestimmt und mit dem aktuell erfassten Lichtmesssignals LMS, LMS* verglichen.
Die Auswerteschaltung 5.5 ermittelt die bestehenden Abweichungen des aktuell erfassten Lichtmesssignals LMS, LMS* vom Referenzlichtsignal RLS. Liegt die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches, so ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass eine Betriebstörung in naher Zukunft entstehen könnte.
Überschreiten die ermittelten Abweichungen jedoch den vorgegebenen Toleranzbereich, so ist mit hoher Wahrscheinlichkeit mit einer bevorstehenden Betriebstörung zu rechnen, die sich aufgrund des deutlich verändernden Lichtsignalverhaltens vorhersagen lässt. Hierbei können mehrere Abweichungsschwel I werte vorgegeben werden, bei deren Überschreiten unterschiedliche Wartungs- und Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.
Überschreitet beispielsweise die Abweichung einen vorgegebenen Toleranzbereich so wird durch die Mess- und Auswerteelektronik 5 ein Warnhinweis erzeugt und beispielsweise über die Warnleuchte 5.3 angezeigt. Durch Aktivierung der Warnleuchte 5.3 wird das Wartungspersonal darüber informiert, dass ggf. in Kürze mit einer Betriebsstörung zu rechen ist und es unverzüglich eine Wartung des Leistungsschalters 2 vorzunehmen sollte. Besonders vorteilhaft muss somit der Leistungsschalter nicht in festen Zyklen gewartet werden, sondern kann unabhängig vom aktuellen technischen Betriebszustand eine entsprechende Wartungsmaßnahme eingeleitet werden. Hierbei werden besonders vorteilhaft hohe Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen eingespart.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist die Mess- und Auswerteelektronik 5 eine Logikeinheit 5.6 auf, die ein ODER-Schaltelement > = 1 und ein U N D-Schaltelement & umfasst. Die Eingänge des U N D-Schaltelementes & sind mit dem Ausgang des ODER-Schaltelementes > = 1 und dem Eingang für das Lichtsignal LS verbunden, wobei der Ausgang des U N D-Schaltelementes & an die optoelektrische Wandlereinheit 5.1 geführt ist. An den zwei Eingängen des ODER-Schaltelementes > = 1 liegen die von einer nicht in der Figur 1 dargestellten Schaltanlagensteuerung erzeugten Schaltinformationen SLE, SLA an, und zwar entweder eine Einschaltinformation SLE oder ein Ausschaltinformation SLA. Mittels der beschriebenen Logikeinheit 5.6 wird sichergestellt, dass nur bei Vorliegen einer Ein- oder Ausschaltinformation SLE, SLA ein Durchschalten des Lichtsignals LS an die optoelektrische Wandlereinheit 5.1 und somit eine Erfassung des Abbrandverhaltens des Leistungsschalters 2 bewirkt wird. Weiterhin vorteilhaft kann das Abbrandverhalten des Leistungsschalters 2 bei Ein- und Ausschaltvorgängen getrennt voneinander erfasst und ausgewertet werden. Durch die zuvor beschriebene Integration des Abbrandverhaltens und somit der Abbrandintensität des Leistungsschalterkontakts kann durch Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert der aktuell vorliegende prozentuelle Abbrandintensität des Leistungsschalters 2 ermittelt werden und bei Erreichen des Grenzwertes eine entsprechendes Alarmsignal erzeugt werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen des Anmeldungsgegenstandes möglich sind, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 System bzw. Diagnosesystem
2 Leistungsschalter
2.1 Gehäuse
2.2 Schaltraum
2.3 Schaltmodul
2.4 Hochspannungsleitung
2.5 Gehäuseöffnung
3 Lichtempfängereinheit
4 Übertragungsleitung
5 Mess- und Auswertelektronik
5.1 optoelektrische Wandlereinheit
5.2 Speichereinheit
5.3 Warnleuchte
5.4 Schnittstelle
5.5 Auswerteschaltung
5.6 Logikeinheit
6 Stromwandlereinheit
& UND- Schaltelement
> = 1 ODER-Schaltelement
I Stromstärke
LMS, LMS* Lichtmesssignal
LS Lichtsignal
RLS Referenzl ichtsignal
SS Schaltsignal
SSA Stromstärkewert
A,A* Amplitude SLE Einschaltinformation
SLA Ausschaltinformation

Claims

Patentansprüche
1. System zur Diagnose des technischen Betriebszustandes eines Leistungsschalters (2), der einen geschlossenen Schaltraum (2.2) aufweist, bei dem zur Erfassung eines Lichtsignals (LS) innerhalb des Schaltraumes (2.2) zumindest eine Lichtempfängereinheit (3) und eine mit dieser über eine Übertragungsleitung (4) verbundene Mess- und Auswerteelektronik (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lichtempfängereinheit (3) das bei einem Schaltvorgang, insbesondere einem Abschaltvorgang erzeugte Lichtsignal (LS) erfasst wird, das über die Übertragungsleitung (4) an die Mess- und Auswerteelektronik (5) übertragen wird und durch die Mess- und Auswerteelektronik (5) zur Diagnose des technischen Betriebszustandes des Leistungsschalters (2) ausgewertet wird.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mess- und Auswerteelektronik (5) abhängig vom diagnostizierten technischen Betriebszustand die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Betriebsstörung des Leistungsschalters (2) bestimmt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Lichtsignal (LS) mit einem Referenzlichtsignal (RLS) verglichen wird und abhängig vom Vergleichsergebnis die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Betriebsstörung des Leistungsschalters (2) bestimmt wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des erfassten Lichtsignals (LS) von dem Referenzlichtsignal (RLS) bestimmt wird und bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbereiches ein auf eine bevorstehende Betriebstörung hinweisende Warnmeldung erzeugt wird.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mess- und Auswerteelektronik (5) das erfasste Lichtsignal (LS) zumindest innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, insbesondere einer Dauer von 0ms bis 1000ms, insbesondere 20ms bis 100ms im Anschluss an den Abschaltvorgang aufgezeichnet und ausgewertet wird.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswertelektronik (5) zum Empfang des von der Lichtempfängereinheit (3) erfassten Lichtsignals (LS) eine optoelektrische Wandlereinheit (5.1) aufweist, mittels der das erfasste Lichtsignal (LS) in ein vorzugsweise elektrisches Lichtmesssignal (LMS, LMS*) umgewandelt wird.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal (LS) in ein analoges oder ein integriertes Lichtmesssignal (LMS, LMS*) umgewandelt wird.
8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Lichtsignal (LS) der beim Schaltvorgang vorliegende Stromstärkewert (SSA) bestimmt wird und in der Mess- und Auswertelektronik (5) aufgezeichnet wird und/oder dass in der Mess- und Auswertelektronik (5) mehrere, jeweils einem Stromstärkewert (SSA) zugeordnete Referenzlichtsignale (RLS) hinterlegt sind und/oder dass die Referenzlichtsignale (RLS) das Lichtsignalverhalten eines fehlerfreien Leistungsschalters (2) bei unterschiedlichen Schaltströmen (I) anzeigen.
9. Verfahren zur Diagnose des technischen Betriebszustandes eines Leistungsschalters (2), der einen geschlossenen Schaltraum (2.2) aufweist, bei dem zur Erfassung eines Lichtsignals (LS) innerhalb des Schaltraumes (2.2) zumindest eine Lichtempfängereinheit (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bei einem Schaltvorgang erzeugte Lichtsignal (LS) optisch erfasst wird und das erzeugte Lichtsignal (LS) zur Diagnose des technischen Betriebszustandes des Leistungsschalters (2) ausgewertet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom diagnostizierten technischen Betriebszustand die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Betriebsstörung des Leistungsschalters (2) bestimmt wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Lichtsignal (LS) mit einem Referenzlichtsignal (RLS) verglichen wird und abhängig vom Vergleichsergebnis die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Betriebsstörung des Leistungsschalters (2) bestimmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des erfassten Lichtsignals (LS) von dem Referenzlichtsignal (RLS) bestimmt wird und bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbereiches ein auf eine bevorstehende Betriebstörung hinweisende Warnmeldung erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Meß- und Auswerteelektronik (5) das erfasste Lichtsignal (LS) zumindest innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, insbesondere einer Dauer von 0ms bis 1000ms, insbesondere 20ms bis 100ms im Anschluss an den Abschaltvorgang aufgezeichnet und ausgewertet wird und/oder dass das erfasste Lichtsignals (LS) in ein vorzugsweise elektrisches Lichtmesssignal (LMS, LMS*) umgewandelt wird, und zwar in ein analoges oder ein integriertes Lichtmesssignal (LMS, LMS*).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Lichtsignal (LS) der beim Schaltvorgang vorliegende Stromstärkewert (SSA) bestimmt und aufgezeichnet wird und/oder dass mehrere, jeweils einem Stromstärkewert (SSA) zugeordnete Referenzlichtsignale (RLS) vorgesehen werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Referenzlichtsignale (RLS) das Lichtsignalverhalten eines fehlerfreien Leistungsschalters (2) bei unterschiedlichen Schaltströmen (I) angezeigt wird.
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