WO2024012814A1 - Sensorsystem zur bestimmung der lichtbogenbrenndauer und laststufenschaltervorrichtung - Google Patents

Sensorsystem zur bestimmung der lichtbogenbrenndauer und laststufenschaltervorrichtung Download PDF

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WO2024012814A1
WO2024012814A1 PCT/EP2023/066606 EP2023066606W WO2024012814A1 WO 2024012814 A1 WO2024012814 A1 WO 2024012814A1 EP 2023066606 W EP2023066606 W EP 2023066606W WO 2024012814 A1 WO2024012814 A1 WO 2024012814A1
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WO
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vacuum interrupter
sensor system
measuring device
sensor unit
unit
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PCT/EP2023/066606
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Inventor
Andreas Sachsenhauser
Konrad RÄDLINGER
Lukas KOLLER
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • 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
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0038—Tap change devices making use of vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere

Definitions

  • the invention relates to a sensor system for determining the arc burning time and an on-load tap changer device.
  • On-load tap changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of an electrical equipment, such as a power transformer or a controllable choke. Due to the fact that the switching elements such as vacuum interrupters and selector arms are always at high voltage potential, these parts are generally not monitored. However, means and methods for monitoring these parts are desired.
  • the invention proposes a sensor system for determining the arc burning time in a vacuum interrupter, comprising a measuring device with a receiver and a measuring device; a sensor unit with a voltage divider, an energy generator, an energy conversion unit, an evaluation unit and a transmitter; wherein the sensor unit can be connected to a first contact and a second contact of a vacuum interrupter; the sensor unit is connected to the measuring device via a signal transmitter.
  • the voltage divider of the sensor unit detects the voltage applied to the vacuum interrupter when an arc occurs in the vacuum interrupter, or picks up the voltage applied to the vacuum interrupter.
  • a detected arc is transmitted as an output signal to the measuring device via the evaluation unit and the transmitter and evaluated by the measuring device.
  • the duration of the arc burning time can be determined getting closed.
  • the sensor unit is autonomously supplied with energy by the energy generator. This is particularly advantageous since the sensor unit is at high voltage potential. Complex cabling for a power supply is not necessary.
  • the transmitter and the receiver can be designed in any way, for example the transmitter can be designed as a diode and the receiver as a photodiode. In such an embodiment, the signal transmitter is then designed as an optical waveguide. Furthermore, depending on the design of the transmitter, receiver and signal transmitter, the signal transmission can take place in any way, for example via radio, Bluetooth, WLAN, etc.
  • the energy generator can, for example, be a current converter or voltage converter or a converter based on the energy harvesting principle. This is preferably arranged within the step transformer, preferably at the high voltage potential.
  • the evaluation unit can also be designed as a rectifier network.
  • the evaluation unit is preferably connected to the energy generator via the energy conversion unit in order to supply the sensor unit with energy.
  • the voltage divider of the sensor unit is connected to the first contact and the second contact of the vacuum interrupter to detect the arc burning time.
  • the sensor unit is designed and set up to be connected to a vacuum interrupter of an on-load tap changer; in particular, the sensor unit is designed and set up to be connected to a first and a second contact of the vacuum interrupter.
  • the vacuum interrupter can be designed in any way and have a first contact and a second contact.
  • the contacts extend from the inside of the vacuum interrupter to the outside.
  • the sensor unit can be connected directly to the contacts of the vacuum interrupter or with conductive elements such as cables that are connected to the contacts.
  • the invention further proposes an on-load tap changer device comprising an on-load tap changer with a vacuum interrupter; a sensor system with a measuring device and a sensor unit for determination the arc burning time in the vacuum interrupter; wherein the sensor unit is connected to a first contact and to a second contact of the vacuum interrupter; the measuring device is connected to the sensor unit via a signal transmitter.
  • the on-load tap changer device makes it possible to determine the arc burning time within a vacuum interrupter of the on-load tap changer. This ensures that arcs within the on-load tap changer go out during operation. Furthermore, based on this information, the on-load tap changer actuation via the drive can be adjusted so that the arc burning time is as short as possible. Due to the arrangement of the sensor unit in the immediate vicinity of the vacuum interrupter, the on-load tap changer device has a particularly compact design. Furthermore, the sensor unit is supplied with energy independently by its own energy generator.
  • the on-load tap changer device further has a drive for actuating the on-load tap changer, the drive being controlled via the measuring device of the sensor system.
  • the drive is located on the outside of the step transformer.
  • the measuring device can be arranged outside the step transformer or inside the step transformer.
  • the measuring device can be arranged in the on-load tap changer head.
  • the measuring device and the drive are always connected to earth potential.
  • the sensor unit is arranged within the tap transformer or within the on-load tap changer in the immediate vicinity of the vacuum interrupter. Inside the tap transformer or within the on-load tap changer means in the housing of the tap transformer or in or on the housing of the on-load tap changer.
  • the sensor unit is arranged in the oil container of the diverter switch.
  • the diverter switch is part of the on-load tap changer and is also arranged inside a tap transformer, i.e. in its housing.
  • the sensor unit and the vacuum interrupter are always at high voltage potential. This also applies to the diverter switch.
  • Figure 1 shows a tap transformer with an on-load tap changer device
  • Figure 2 shows a sensor unit.
  • Figure 1 shows a tap transformer 1 with an on-load tap changer device 30.
  • the on-load tap changer device 30 has an on-load tap changer 2 and a sensor system 20.
  • the on-load tap changer 2 is connected to a drive 3 and is actuated by it.
  • the on-load tap changer 2 has - not shown - a diverter switch and a selector. Furthermore, the diverter switch and thus also the on-load tap changer 2 has at least one vacuum interrupter 4, which is used for switching under load.
  • a sensor unit 10 is connected to the vacuum interrupter 4. The sensor unit is used to detect or determine the arc burning time when actuating, in particular when opening the vacuum interrupter 4.
  • the sensor unit 10 is preferably arranged in the on-load tap changer 4, in particular in the diverter switch or in the immediate vicinity of the vacuum interrupter 4. Furthermore, the sensor unit 10 is connected to a measuring device 5. The sensor unit 10 and the measuring device 5 form a sensor system 20 for detecting or determining the arc burning time.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the sensor unit 10.
  • the sensor unit 10 is connected to the vacuum interrupter 4 of the on-load tap changer 2 at a first contact 4.1 and at a second contact 4.2 of the vacuum interrupter 4.
  • the sensor unit 10 has a voltage divider 11, which is set up and designed to reduce the high voltage present across the vacuum interrupter 10 to a lower voltage.
  • the voltage divider 11 of the sensor unit is connected to the first contact 4.1 and to the second contact 4.2 of the vacuum interrupter 4.
  • an energy generator 12 is provided. This provides the energy necessary for the operation of the sensor unit 10.
  • the energy generator 12 can be designed, for example, as a current converter, voltage converter or another converter that functions according to the energy harvesting principle (by sensing temperature, mechanical vibrations, electrical or magnetic fields).
  • the energy generator 12 is either an integral part of the sensor unit 10, i.e. integrated, or is connected to it in an electrically conductive manner.
  • An energy conversion unit 13 is widely provided. This adapts the energy received from the energy generator 12 to the needs and requirements of the evaluation unit 14 and the transmitter 15 in accordance with the specifications of the other components, ie voltage and current. Furthermore, the energy conversion unit 13 generates a reference voltage.
  • the energy conversion unit 13 can, for example, be designed as a rectifier network and, for example, also include capacitors or coils for intermediate energy storage.
  • the evaluation unit 14, which is designed, for example, as a comparator network, is connected to the voltage divider 11 and the energy conversion unit 13. The evaluation unit 14 is designed and set up to evaluate the voltage detected or tapped by the voltage divider 11. Here, the voltage picked up by the voltage divider 11 is used to determine whether an arc is present in the vacuum interrupter 4 during a switchover.
  • the evaluation unit 14 is set up and designed to detect a specific voltage value or a voltage range, to process or compare it with a reference voltage and to generate an output signal therefrom.
  • the evaluation unit 14 is connected to a transmitter 15. This transmits the output signals generated by the evaluation unit 14 to the measuring device 5.
  • the transmitter 15 is preferably designed as a diode.
  • the measuring device 5, which is at ground potential, has a receiver 16, which is designed as a diode or photodiode.
  • the transmitter 15 and the receiver 16 are connected to one another via an optical fiber, which serves as a signal transmitter 17.
  • the signal transmission can take place in any way, for example via radio, Bluetooth, WLAN, etc.
  • the measuring device 5 can be inside the tap transformer 1 below the on-load tap changer cover or outside on the tap transformer 1 , for example, be arranged in the motor drive or voltage regulator.
  • the measuring device 5 also has a measuring device 18 with which the received output signal can be evaluated.
  • the measuring device 18 is designed and set up to process and evaluate the output signal and can, for example, have a corresponding processor and a memory.
  • a vacuum interrupter 4 of the on-load tap changer 2 is opened by means of the drive 3. Since a sinusoidal current usually flows through the on-load tap changer 2 and thus through the vacuum interrupter 4, arcs can occur between the contacts when the vacuum interrupter 4 is opened. These usually go out the next time the current crosses zero or when the contacts of the vacuum interrupter are far enough apart. If the current is at its zero point when opening, no arc will occur.
  • the sensor unit 10 serves to record the arc burning time.
  • a voltage value or a voltage range from the voltage divider 11 is converted into an output signal in the evaluation unit 14 and transmitted to the measuring device 5 via the transmitter 15.
  • the measuring device 18 in the control device 5 measures the duration of the output signal and uses this to determine the arc burning time.
  • the duration of the output signal depends on the arc burning time or is determined by it.
  • the measuring device 18 is designed and set up to determine the arc burning time from the output signal of the sensor unit 10.

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Abstract

Sensorsystem (20) zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer in einer Vakuumschaltröhre (4), umfassend - eine Messvorrichtung (5) mit einem Empfänger (16) und einer Messeinrichtung (18); - eine Sensoreinheit (10) mit einem Spannungsteiler (11), einem Energieerzeuger (12), einer Energieumwandlungseinheit (13), einer Auswerteeinheit (14) und einem Sender (15); wobei - die Sensoreinheit (10) an einen ersten Kontakt (4.1) und einen zweiten Kontakt (4.2) einer Vakuumschaltröhre (4) anschließbar ist; - die Sensoreinheit (10) über einen Signalüberträger (17) mit der Messvorrichtung (5) verbunden ist.

Description

Sensorsystem zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer und Laststufenschaltervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer und Laststufenschaltervorrichtung.
Laststufenschalter dienen zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines elektrischen Betriebsmittels, wie etwa eines Leistungstransformators oder einer regelbaren Drossel. Auf Grund der Tatsache, dass die schaltenden Elemente wie Vakuumschaltröhren und Wählerarme stets auf dem Hochspannungspotenzial liegen, findet generell eine Überwachung dieser Teile nicht statt. Mittel und Verfahren für die Überwachung dieser Teile sind jedoch gewünscht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sensorsystem bereitzustellen, welches eine genaue und kostengünstige Überwachung von Vakuumschaltröhren ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt ein Sensorsystem zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer in einer Vakuumschaltröhre vor, umfassend eine Messvorrichtung mit einem Empfänger und einer Messeinrichtung; eine Sensoreinheit mit einem Spannungsteiler, einem Energieerzeuger, einer Energieumwandlungseinheit, eine Auswerteeinheit und einem Sender; wobei die Sensoreinheit an einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt einer Vakuumschaltröhre anschließbar ist; die Sensoreinheit über einen Signalüberträger mit der Messvorrichtung verbunden ist.
Durch das Anschließen der Sensoreinheit direkt an eine Vakuumschaltröhre ist es möglich, die Lichtbogenbrenndauer zu bestimmen. Der Spannungsteiler der Sensoreinheit erfasst dabei die an der Vakuumschaltröhre anliegende Spannung, wenn ein Lichtbogen in der Vakuumschaltröhre entsteht, bzw. greift die an der Vakuumschaltröhre anliegende Spannung ab. Über die Auswerteeinheit und den Sender wird ein detektierter Lichtbogen als Ausgangssignal an die Messvorrichtung übertragen und durch die Messeinrichtung ausgewertet. Je nach Dauer des Ausgangssignals kann auf die Dauer der Lichtbogenbrenndauer geschlossen werden. Durch den Energieerzeuger wird die Sensoreinheit autonom mit Energie versorgt. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Sensoreinheit auf dem Hochspannungspotential liegt. Eine aufwendige Verkabelung für eine Energieversorgung ist nicht notwendig.
Der Sender und der Empfänger können auf beliebiger Art und Weise ausgestaltet sein, beispielsweise kann der Sender als Diode und der Empfänger als Fotodiode ausgebildet sein. Bei einer solchen Ausführungsform ist der Signalüberträger dann als Lichtwellenleiter ausgestaltet. Weiterhin kann die Signalübertragung je nach Ausgestaltung von Sender, Empfänger und Signalüberträger, auf beliebige Art und Weise erfolgen, beispielsweise per Funk, Bluetooth, WLAN, etc.
Der Energieerzeuger kann beispielsweise als Stromwandler oder Spannungswandler oder ein Wandler nach dem Energyharvesting-Prinzip sein. Dieser ist vorzugsweise innerhalb des Stufentransformators, vorzugsweise auf dem Hochspannungspotenzial, angeordnet.
Die Auswerteeinheit kann weiterhin als Gleichrichternetzwerk ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise über die Energieumwandlungseinheit mit dem Energieerzeuger verbunden, um die Sensoreinheit mit Energie zu versorgen. Der Spannungsteiler der Sensoreinheit ist zum Erfassen der Lichtbogenbrenndauer an dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt der Vakuumschaltröhre angeschlossen.
Die Sensoreinheit ist dazu ausgebildet und eingerichtet an eine Vakuumschaltröhre eines Laststufenschalters angeschlossen zu werden, insbesondere ist die Sensoreinheit dazu ausgebildet und eingerichtet an einen ersten und einen zweiten Kontakt der Vakuumschaltröhre angeschlossen zu werden.
Die Vakuumschaltröhre kann auf beliebige Art und Weise ausgestaltet sein und einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt aufweisen. Die Kontakte erstrecken sich aus dem Inneren der Vakuumschaltröhre nach außen. Die Sensoreinheit kann dabei direkt an die Kontakte der Vakuumschaltröhre angeschlossen sein oder mit leitenden Elementen wie Kabel, die mit den Kontakten verbunden sind.
Die Erfindung schlägt weiterhin eine Laststufenschaltervorrichtung vor, umfassend einen Laststufenschalter mit einer Vakuumschaltröhre; ein Sensorsystem mit einer Messvorrichtung und einer Sensoreinheit zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer in der Vakuumschaltröhre; wobei die Sensoreinheit an einen ersten Kontakt und an einen zweiten Kontakt der Vakuumschaltröhre angeschlossen ist; die Messvorrichtung mit der Sensoreinheit über einen Signalüberträger verbunden ist. Die Laststufenschaltervorrichtung ermöglicht es die Lichtbogenbrenndauer innerhalb einer Vakuumschaltröhre des Laststufenschalters zu bestimmen. So kann sichergestellt werden das Lichtbögen innerhalb des Laststufenschalters während der Betätigung erlöschen. Weiterhin kann basierend auf dieser Information die Laststufenschalterbetätigung über den Antrieb abgepasst werden, sodass die Lichtbogenbrenndauer so kurz wie möglich ist. Durch die Anordnung der Sensoreinheit in unmittelbarer Nähe zur Vakuumschaltröhre ist die Laststufenschaltervorrichtung besonders kompakt aufgebaut. Weiterhin erfolgt die Energieversorgung der Sensoreinheit autark durch einen eigenen Energieerzeuger.
Die Laststufenschaltervorrichtung weist weiterhin einen Antrieb zum Betätigen des Laststufenschalters auf, wobei der Antrieb über die Messvorrichtung des Sensorsystems gesteuert wird. Der Antrieb ist außen am Stufentransformator angeordnet. Die Messvorrichtung kann außen am Stufentransformator oder innerhalb des Stufentransformators angeordnet sein. Weiterhin kann die Messvorrichtung im Laststufenschalterkopf angeordnet sein. Die Messvorrichtung und der Antrieb liegen jedoch stehts am Erdpotenzial an. Die Sensoreinheit ist innerhalb des Stufentransformators oder innerhalb des Laststufenschalters in unmittelbarer Nähe zur Vakuumschaltröhre angeordnet. Innerhalb des Stufentransformators oder innerhalb des Laststufenschalters heißt im Gehäuse des Stufentransformator oder im oder am Gehäuse des Laststufenschalters. Insbesondere ist die Sensoreinheit im Ölgefäß des Lastumschalters angeordnet. Der Lastumschalter ist Teil des Laststufenschalters und ist ebenfalls im Inneren eine Stufentransformators also in dessen Gehäuse angeordnet. Die Sensoreinheit sowie die Vakuumschaltröhre liegen stets am Hochspannungspotenzial an. Dies gilt auch für den Lastumschalter.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt.
Es zeigen
Figur 1 einen Stufentransformator mit einer Laststufenschaltervorrichtung;
Figur 2 eine Sensoreinheit. Figur 1 zeigt einen Stufentransformator 1 mit einer Laststufenschaltervorrichtung 30. Die Laststufenschaltvorrichtung 30 weist einen Laststufenschalter 2 und ein Sensorsystem 20 auf. Der Laststufenschalter 2 ist mit einem Antrieb 3 verbunden und wird durch diesen betätigt. Der Laststufenschalter 2 weist - nicht dargestellt - einen Lastumschalter und einen Wähler auf. Weiterhin weist der Lastumschalter und damit auch der Laststufenschalter 2 mindestens eine Vakuumschaltröhre 4 auf, die für die Umschaltung unter Last verwendet wird. An die Vakuumschaltröhre 4 ist eine Sensoreinheit 10 angeschlossen. Die Sensoreinheit dient der Erfassung bzw. der Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer beim Betätigen, insbesondere beim Öffnen der Vakuumschaltröhre 4. Die Sensoreinheit 10 ist vorzugsweise im Laststufenschalter 4 insbesondere im Lastumschalter oder in unmittelbarer Nähe der Vakuumschaltröhre 4 angeordnet. Weiterhin ist die Sensoreinheit 10 mit einer Messvorrichtung 5 verbunden. Die Sensoreinheit 10 und die Messvorrichtung 5 bilden ein Sensorsystem 20 zur Erfassung bzw. Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer.
Figur 2 zeigt eine detaillierte Ansicht der Sensoreinheit 10. Die Sensoreinheit 10 ist an einem ersten Kontakt 4.1 und an einem zweiten Kontakt 4.2 der Vakuumschaltröhre 4 an die Vakuumschaltröhre 4 des Laststufenschalters 2 angeschlossen. Sie Sensoreinheit 10 weist einen Spannungsteiler 1 1 auf, der dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die über der Vakuumschaltröhre 10 anliegende hohe Spannung auf eine niedrigere Spannung herunterzusetzen. Insbesondere ist der Spannungsteiler 1 1 der Sensoreinheit an den ersten Kontakt 4.1 und an den zweiten Kontakt 4.2 der Vakuumschaltröhre 4 angeschlossen.
Weiterhin ist ein Energieerzeuger 12 vorgesehen. Dieser stellt die für den Betrieb der Sensoreinheit 10 notwendige Energie zur Verfügung. Der Energieerzeuger 12 kann beispielsweise als Stromwandler, Spannungswandler oder weiterer Wandler, der nach dem Ener- gyharvesting-Prinzip (mittels Abgriff von Temperatur, mechanischen Schwingungen, elektrischen oder magnetischen Feldern) funktioniert, ausgebildet sein. Der Energieerzeuger 12 ist entweder fester Bestandteil der Sensoreinheit 10, d.h. integriert, oder ist mit dieser elektrisch leitend verbunden.
Weithin ist eine Energieumwandlungseinheit 13 vorgesehen. Diese passt die vom Energieerzeuger 12 erhaltene Energie entsprechend den Vorgaben der anderen Bauelemente, d.h. Spannung und Strom, an die Bedürfnisse und Anforderungen der Auswerteeinheit 14 und des Senders 15 an. Weiterhin erzeugt die Energieumwandlungseinheit 13 eine Referenzspannung. Die Energieumwandlungseinheit 13 kann beispielsweise als Gleichrichternetzwerk ausgebildet sein und beispielsweise auch Kondensatoren oder Spulen zur Energiezwischenspeicherung umfassen. Die Auswerteeinheit 14, die beispielsweise als Komparatornetzwerk ausgebildet ist, ist mit dem Spannungsteiler 11 und der Energieumwandlungseinheit 13 verbunden. Die Auswerteeinheit 14 ist dazu ausgebildet und eingerichtet die vom Spannungsteiler 11 erfasste bzw. abgegriffene Spannung auszuwerten. Hier wird anhand der von Spannungsteiler 11 abgegriffenen Spannung bestimmt, ob ein Lichtbogen in der Vakuumschaltröhre 4 während einer Umschaltung vorhanden ist. So ist beispielsweise bei einer abgegriffenen Spannung von 15 mV bis 25mV ein Lichtbogen in der Vakuumschaltröhre vorhanden. Dieser Spannungsbereich ist hier als Beispiel angegeben. Der abgegriffene Spannungsbereich ist unter anderem von der Beschaffenheit der einzelnen Teile der Vakuumschaltröhre 4 abhängig. Die Auswerteeinheit 14 ist dazu eingerichtet und ausgebildet einen bestimmten Spannungswert oder einen Spannungsbereich zu erfassen, mit einer Referenzspannung zu verarbeiten bzw. zu vergleichen und daraus ein Ausgangssignal zu erzeugen.
Weiterhin ist die Auswerteeinheit 14 mit einem Sender 15 verbunden. Dieser überträgt, die von der Auswerteeinheit 14 erzeugten Ausgangssignale an die Messvorrichtung 5. Der Sender 15 ist vorzugsweise als Diode ausgebildet. Die sich auf Erdpotential befindende Messvorrichtung 5 weist einen Empfänger 16 auf, der als Diode bzw. Fotodiode ausgebildet ist. Der Sender 15 und der Empfänger 16 sind in dem hier gezeigten Beispiel über einen Lichtwellenleiter miteinander verbunden, der als Signalüberträger 17 dient. Je nach Ausgestaltung von Sender 15, Empfänger 16 und Signalüberträger 17, kann die Signalübertragung auf beliebige Art und Weise erfolgen, beispielsweise per Funk, Bluetooth, WLAN, etc. Die Messvorrichtung 5 kann innerhalb des Stufentransformators 1 unterhalb des Laststufenschalterdeckels oder auch außen am Stufentransformator 1 , bspw. im Motorantrieb oder Spannungsregler angeordnet sein.
Die Messvorrichtung 5 weist außerdem eine Messeinrichtung 18 auf mit der das empfangene Ausgangssignal ausgewertet werden kann. Die Messvorrichtung 18 ist dazu ausgebildet und eingerichtet das Ausgangssignal zu verarbeiten und auszuwerten und kann beispielsweise einen entsprechenden Prozessor und einen Speicher aufweisen.
Beim Betätigen des Laststufenschalters 2 wird mittels des Antriebs 3 eine Vakuumschaltröhre 4 des Laststufenschalters 2 geöffnet. Da durch den Laststufenschalter 2 und damit durch die Vakuumschaltröhre 4 in der Regel ein sinusförmiger Strom fließt, können beim Öffnen der Vakuumschaltröhre 4 Lichtbögen zwischen den Kontakten entstehen. Diese erlöschen in der Regel bei einem nächsten Stromnulldurchgang oder wenn die Kontakte der Vakuumschaltröhre weit genug voneinander entfernt sind. Sollte beim Öffnen der Strom gerade in seinem Nullpunkt sein, so entsteht kein Lichtbogen. Die Sensoreinheit 10 dient dazu die Lichtbogenbrenndauer zu erfassen. Hierbei wird ein Spannungswert oder ein Spannungsbereich aus dem Spannungsteiler 11 in der Auswerteeinheit 14 in ein Ausgangssignal umgewandelt und über den Sender 15 an die Messvorrichtung 5 übermittelt. Die Messeinrichtung 18 in der Steuervorrichtung 5 misst die Dauer des Ausgangssignals und bestimmt daraus die Lichtbogenbrenndauer. Die Dauer des Ausgangssignals häng von Lichtbogenbrenndauer ab bzw. wird durch diese vorgegeben. Die Messeinrichtung 18 ist dazu ausgebildet und eingerichtet aus dem Ausgangssignal der Sensoreinheit 10 die Lichtbogenbrenndauer zu bestimmen.
Bezugszeichen
1 Stufentransformator
2 Laststufenschalter
3 Antrieb
4 Vakuumschaltröhre
4.1 erster Kontakt
4.2 zweiter Kontakt
5 Messvorrichtung
10 Sensoreinheit
11 Spannungsteiler
12 Energieerzeuger
13 Energieumwandlungseinheit
14 Auswerteeinheit
15 Sender
16 Empfänger
17 Signalüberträger
18 Messeinrichtung
20 Sensorsystem
30 Laststufenschaltervorrichtung

Claims

Ansprüche
1. Sensorsystem (20) zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer in einer Vakuumschaltröhre (4), umfassend eine Messvorrichtung (5) mit einem Empfänger (16) und einer Messeinrichtung (18); eine Sensoreinheit (10) mit einem Spannungsteiler (1 1 ), einem Energieerzeuger (12), einer Energieumwandlungseinheit (13), einer Auswerteeinheit (14) und einem Sender (15); wobei die Sensoreinheit (10) an einen ersten Kontakt (4.1 ) und einen zweiten Kontakt (4.2) einer Vakuumschaltröhre (4) anschließbar ist; die Sensoreinheit (10) über einen Signalüberträger (17) mit der Messvorrichtung (5) verbunden ist.
2. Sensorsystem (20) nach Anspruch 1 , wobei der Sender (15) als Diode ausgebildet ist; der Signalüberträger (17) als Lichtwellenleiter ausgebildet ist; der Empfänger (16) als Fotodiode ausgebildet ist.
3. Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Energieerzeuger (12) als Stromwandler oder Spannungswandler oder ein Wandler nach dem Energyharvesting-Prinzip ist.
4. Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auswerteeinheit (14) als Gleichrichternetzwerk ausgebildet ist.
5. Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Auswerteeinheit (14) über die Energieumwandlungseinheit (13) mit dem Energieerzeuger (12) verbunden ist, um die Sensoreinheit (10) mit Energie zu versorgen und eine Referenzspannung zu erzeugen.
6. Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spannungsteiler (11 ) der Sensoreinheit (10) an den ersten Kontakt (4.1 ) und den zweiten Kontakt (4.2) einer Vakuumschaltröhre (4) anschließbar ist.
7. Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spannungsteiler (11 ) eine an der Vakuumschaltröhre (4) anliegende Spannung abgreift.
8. Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Auswerteeinheit (14) ein Ausgangsignal basierend auf derer Referenzspannung aus der Energieumwandlungseinheit (13) und der Spannung, die vom Spannungsteiler (1 1 ) abgegriffen wird erzeugt; die Auswerteeinheit (14) das Ausgangssignal mittels des Senders (15) and die Messvorrichtung (5) übermittelt.
9. Laststufenschaltervorrichtung (30), umfassend einen Laststufenschalter (2) mit einer Vakuumschaltröhre (4); ein Sensorsystem (20) mit einer Messvorrichtung (5) und einer Sensoreinheit (10) zur Bestimmung der Lichtbogenbrenndauer in der Vakuumschaltröhre (4); wobei die Sensoreinheit (10) an einen ersten Kontakt (4.1 ) und an einen zweiten Kontakt (4.2) der Vakuumschaltröhre (4) angeschlossen ist; die Messvorrichtung (5) mit der Sensoreinheit (10) über einen Signalüberträger (10) verbunden ist.
10. Laststufenschaltervorrichtung (30) nach Anspruch 7, umfassend einen Antrieb (3) zum Betätigen des Laststufenschalters (2), wobei der Antrieb (3) über die Messvorrichtung (5) des Sensorsystems (20) gesteuert wird.
PCT/EP2023/066606 2022-07-14 2023-06-20 Sensorsystem zur bestimmung der lichtbogenbrenndauer und laststufenschaltervorrichtung WO2024012814A1 (de)

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