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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltgeräteanordnung mit
einem Kapselungsgehäuse, mit einer innerhalb des Kapselungsgehäuses
angeordneten Schaltstrecke und mit einem Sensor.
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Eine
derartige Schaltgeräteanordnung ist beispielsweise aus
der Offenlegungsschrift
DE
196 08 285 A1 bekannt. Dort ist ein Hochspannungs-Freiluftschalter
als Schaltgeräteanordnung ausgeführt, welche ein
rohrförmiges Kapselungsgehäuse aufweist. Innerhalb
des Kapselungsgehäuses sind jeweils endseitig Stromwandler
angeordnet. Bei der bekannten Schaltgeräteanordnung ist
vorgeschlagen, leistungsarme Stromwandler zu verwenden oder anstelle
konventioneller Stromwandler optische Stromwandler einzusetzen.
Weiterhin ist vorgesehen, einen der Stromwandler mit einer zusätzlichen Messelektrode
auszustatten, um einen kapazitiven Spannungsteiler auszubilden,
so dass eine kapazitive Messung eines Hochspannungspotentials ermöglicht
ist.
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Die
bekannten Stromwandler sind auf rohrförmigen Fortsätzen
innerhalb des Kapselungsgehäuses angeordnet. Durch die
Stromwandler wird bei der bekannten Anordnung sowohl in axialer
als auch in radialer Richtung zusätzlicher Raum benötigt,
um beispielsweise eine ausreichende Isolationsfestigkeit erzielen
zu können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Schaltgeräteanordnung anzugeben,
welche einen reduzierten Raumbedarf aufweist.
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Erfindungsgemäß wird
dies bei einer Schaltgeräteanordnung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass der Sensor einen innerhalb des Kapselungsgehäuses
angeordneten Passivbereich und einen außerhalb des Kapselungsgehäuses
angeordneten Aktivbereich aufweist und der Passivbereich einen Halbleiterchip
aufweist.
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Durch
die Aufteilung des Sensors in einen Aktiv- und einen Passivbereich
ist es möglich, lediglich die Teile des Sensors innerhalb
des Kapselungsgehäuses anzuordnen, die zur Erfassung einer
Größe tatsächlich notwendig sind. So
ist die Möglichkeit gegeben, den Passivbereich in seinen
Abmessungen zu reduzieren, so dass der Passivbereich ergänzend an
vielfältigen Positionen innerhalb des Kapselungsgehäuses
angeordnet werden kann.
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Die
Verwendung eines Halbleiterchips am Passivbereich ermöglicht,
entsprechend volumenreduzierte Passivbereiche zu konstruieren. Durch
die Verwendung von Halbleiterchips kann eine Vielzahl von Bauelementen
auf kleinem Raum angeordnet werden. Der Halbleiterchip kann einen
oder mehrere Messsignalverstärker aufweisen.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass der Aktivbereich eine Auswertelogik aufweist.
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Eine
Auswertelogik im Aktivbereich ermöglicht es, von dem Passivbereich
gelieferte Informationen auszuwerten und zu verarbeiten. Somit ist
es möglich, einen im Innern des Kapselungsgehäuses unterzubringenden
Bereich in seinem Volumen weiter zu reduzieren.
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Vorteilhafterweise
kann weiter vorgesehen sein, dass der Passivbereich eine physikalische
Parameter erfassende Baugruppe aufweist.
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Mittels
der physikalische Größen erfassenden Baugruppe
können innerhalb des Kapselungsgehäuses auftretende
Erscheinungen detektiert und registriert werden. Dabei ist die Parameter
erfassende Baugruppe beispielsweise ein Sensorfeld, welches selbst
nicht in der Lage sein muss, die erfassten Informationen weiter
zu verarbeiten. Eine weitere Verarbeitung, Bewertung usw. der von
dem Passivbereich gelieferten Informationen erfolgt vorzugsweise
im Aktivbereich des Sensors. Die physikalischen Parameter erfassende
Baugruppe kann als Teil des Halbleiterchips ausgeführt
sein.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass gleichartige Sensoren nach Programmieren
einer Logik wahlweise zumindest eine der Größen
erfassen: einen elektrischen Strom, eine elektrische Spanung, einen
Druck, eine Temperatur, eine Schaltgerätestellung.
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Durch
eine Ausgestaltung des Sensors in universeller Weise ist es möglich,
je nach Bedarf verschiedene Parameter zu erfassen. Durch das Programmieren
ist auch nachträglich eine Anpassung des Sensors an eine
zu überwachende Größe möglich.
Vorteilhafterweise können die gleichartigen Sensoren beispielsweise
zum Erfassen eines elektrischen Stromes, einer elektrischen Spannung,
eines Druckes, einer Temperatur oder einer Schaltgerätestellung
Einsatz finden.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Sensor eine standardisierte,
insbesondere eine der IEC 61850 Norm entsprechende
Datenschnittstelle aufweist.
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Durch
die Verwendung standardisierter Datenschnittstellen ist die Einbindung
des Sensors in Leitsysteme ermöglicht. Beispielsweise können
die Sensoren Daten gemäß der IEC-Norm
61850 liefern. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine standardisierte Schnittstelle
am Aktivbereich des Sensors befindlich ist.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Kapselungsgehäuse
zugangsfrei fluiddicht verschlossen ist.
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Das
Kapselungsgehäuse stellt ein hermetisch versiegeltes Volumen
zur Verfügung, in dessen Inneren ein elektrisches Schaltgerät
sowie Sensoren zumindest teilweise angeordnet sein können.
Durch ein zugangsfreies fluiddichtes Verschließen des Kapselungsgehäuses
sind Fehlerstellen oder Störstellen an dem Kapselungsgehäuse
selbst vermieden, die zu einem Aufheben der hermetischen Versiegelung führen
könnten. Dabei kann das Kapselungsgehäuse vorzugsweise
mit einem Fluid befüllt sein. Das Fluid sollte dabei elektrisch
isolierende Eigenschaften aufweisen. Als Fluid eignet sich beispielsweise
Schwefelhexafluorid (SF6) in Gasform oder
auch Isolierflüssigkeiten wie Isolieröle. Vorteilhaft
ist es dabei, wenn das Kapselungsgehäuse zu einem Großteil
aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist und ein zugangsfreier
Verschluss von Öffnungen, beispielsweise durch ein stoffschlüssiges
Fügeverfahren, sichergestellt ist. Öffnungen verschließende
Elemente wie Deckel, Stutzen usw. sind derart mit dem Kapselungsgehäuse
verbunden, dass ein zerstörungsfreies wiederholtes Öffnen
und Verschließen nicht möglich ist. Daneben können
an dem Kapselungsgehäuse auch elektrisch isolierende Abschnitte
vorgesehen sein, um beispielsweise elektrische Phasenleiter durch
eine Gehäusewandung hindurchführen zu können.
Dazu können beispielsweise entsprechende Scheibenisolatoren,
Freiluftdurchführungen usw. vorgesehen sein.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kapselungsgehäuse
mit reinem SF6 befüllt ist.
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Die
Verwendung von reinem SF6 ermöglicht es,
bei einem Vorsehen eines entsprechenden Überdruckes im
Innern des Kapselungsgehäuses eine Druckgasisolation auszubilden.
Durch einen Überdruck des SF6 wird
eine hohe Isolationsfestigkeit erzielt und es brauchen nur geringe
Abstände zur Isolation zwischen einem Phasenleiter und
dem Kapselungsgehäuse bzw. zwischen Phasenleitern untereinander
vorgesehen werden. Aufgrund des zugangsfreien, fluiddichten Verschlusses
des Kapselungsgehäuses ist ein Austreten von Schwefelhexafluorid kaum
möglich. Damit ist eine umweltschonende Schaltgeräteanordnung
gebildet.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass innerhalb des Kapselungsgehäuses
mehrere Schaltstrecken angeordnet sind.
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Eine
Anordnung mehrerer Schaltstrecken ermöglicht, dass im Innern
des Kapselungsgehäuses befindliche Fluid zur elektrischen
Isolierung bzw. Lichtbogenlöschung/Kühlung für
verschiedene Schaltstrecken einzusetzen. Die Schaltstrecken sind innerhalb
desselben Gasraumes angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass
die verschiedenen Schaltstrecken unabhängig voneinander
betätigbare Schaltstrecken mehrerer Schaltgeräte
sind. Diese Schaltstrecken können dabei z. B. elektrisch
in Reihe zueinander verschaltet sein und zu verschiedenen Schaltgeräten
gehören.
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Als
Schaltstrecke ist beispielsweise eine Schaltstrecke eines Leistungsschalters,
eine Schaltstrecke eines Trennschalters oder auch eine Schaltstrecke
eines Erdungsschalters anzusehen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
in einer Figur gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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Figur
einen schematischen Schnitt durch eine Schaltgeräteanordnung.
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Die
in der Figur dargestellte Schaltgeräteanordnung weist ein
Kapselungsgehäuse 1 auf. Das Kapselungsgehäuse 1 weist
vorzugsweise einen metallischen Grundkörper auf, wobei
der metallische Grundkörper des Kapselungsgehäuses 1 mit
Erdpotential beaufschlagt ist. Das Kapselungsgehäuse 1 ist
frei von Öffnungen, die einen wiederholten Zugang zu dem
Innern des Kapselungsgehäuses 1 ermöglichen
würden. Das Kapselungsgehäuse 1 kann
verschiedenste Formen aufweisen. Vorteilhaft sind beispielsweise
im Wesentlichen zylindrische Ausgestaltungen des Kapselungsgehäuses 1.
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Im
Innern des Kapselungsgehäuses 1 sind mehrere elektrische
Schaltgeräte angeordnet, wobei jedes der Schaltgeräte
zumindest eine Schaltstrecke aufweist. Zur Stromleitung weisen die
Schaltgeräte Phasenleiter auf. Die Schaltgeräte
sind untereinander über Phasenleiter verbunden. Es ist
ein Leistungsschalter 2 vorgesehen, welcher relativ zueinander
bewegbare Kontaktstücke aufweist. Aufgrund der relativen
Bewegung der Kontaktstücke zueinander wird eine Schaltstrecke
geöffnet oder geschlossen. Weiterhin sind elektrisch in
Reihe mit dem Leistungsschalter 2 ein erster Trennschalter 3 sowie
ein zweiter Trennschalter 4 vorgesehen. Die beiden Trennschalter 3, 4 sind
dabei derart mit dem Leistungsschalter 2 in Reihe verschaltet,
dass der erste Trennschalter 2 unabhängig von
einer Schaltstellung der Schaltstrecke des Leistungsschalters 2 mit
dem einen Kontaktstück des Leistungsschalters 2 verbunden
ist und der zweite Trennschalter 4 unabhängig von
der Schaltstellung der Schaltstrecke des Leistungsschalters 2 mit
dem anderen Kontaktstück verbunden ist. Dadurch ist eine
Reihenschaltung von erstem und zweitem Trennschalter 3, 4 hergestellt, wobei
die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Trennschaltern 3, 4 über
eine Schaltstrecke des Leistungsschalters 2 auftrennbar
ist. Im vorliegenden Falle sind die beiden Trennschalter 3, 4 als sogenannte
Dreistellungsschalter ausgeführt, so dass jeweils ein bewegbares
Kontaktstück der beiden Trennschalter 3, 4 auch
mit einem Erdungskontakt 5a, 5b verbindbar ist.
Dadurch kann die Schaltstrecke der Trennschalter 3, 4 neben
einem geöffneten und geschlossenen Zustand auch über
das jeweils bewegbare Kontaktstück als Erdungspfad eines
Erdungsschalters fungieren. Nach erfolgter Verbindung des bewegbaren
Kontaktstückes des jeweiligen Trennschalters 3, 4 mit
einem Erdungskontakt 5a, 5b ist eine Erdung von
elektrischen Phasenleitern ermöglicht. Die Erdungskontakte 5a, 5b sind
mit dem geerdeten Kapselungsgehäuse 1 elektrisch
leitend verbunden.
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Zur
Kontaktierung der Reihenschaltung aus erstem Trennschalter 3,
Leistungsschalter 2 und zweitem Trennschalter 4 sind
eine erste Freiluftdurchführung 6 sowie eine zweite
Freiluftdurchführung 7 an dem Kapselungsgehäuse 1 angeordnet. Über
die Freiluftdurchführungen 6, 7 sind
außerhalb des Kapselungsgehäuses 1 befindliche
elektrische Phasenleiter mit im Innern des Kapselungsgehäuses 1 befindlichen
Phasenleitern verbindbar. Das Innere des Kapselungsgehäuses 1 ist
mit reinem Schwefelhexafluoridgas befüllt. Das Schwefelhexafluoridgas dient
zum einen der Isolation der im Innern des Kapse lungsgehäuses 1 befindlichen
Phasenleiter untereinander sowie gegenüber Wandungen des
Kapselungsgehäuses 1. Zum anderen dient das Isoliergas Schwefelhexafluorid
einem Löschen von ggf. entstehenden Lichtbögen
an den Schaltstrecken von Leistungsschalter 2, erstem Trennschalter 3 oder
zweitem Trennschalter 4.
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Um
eine Bewegung der bewegbaren Kontaktstücke von Leistungsschalter 2 bzw.
den Trennschaltern 3, 4 zu ermöglichen,
sind durch eine Wandung des Kapselungsgehäuses 1 Antriebselemente 8a, 8b, 8c hindurchgeführt.
Die Antriebselemente 8a, 8b, 8c sind
jeweils mit bewegbaren Kontaktstücken des Leistungsschalters 2,
des ersten Trennschalters 3 bzw. des zweiten Trennschalters 4 verbunden.
Die Antriebselemente 8a, 8b, 8c sind
beispielsweise elektrisch isolierende Stangen, welche über
außerhalb des Kapselungsgehäuses 1 befindliche
Antriebsmechanismen bewegbar sind. Als Antriebsmechanismen eignen
sich beispielsweise Handantriebe, Motorantriebe, Federsprungantriebe,
Hydraulikantriebe, elektrodynamische Antriebe usw. Die Antriebselemente 8a, 8b, 8c sind
dabei fluiddicht beweglich durch die Wandung des Kapselungsgehäuses 1 geführt.
Dazu sind entsprechende Faltenbälge 9a, 9b, 9c mit
den Antriebselementen 8a, 8b, 8c einerseits sowie
mit einer Wandung des Kapselungsgehäuses 1 andererseits
fluiddicht verbunden. Die Faltenbälge 9a, 9b, 9c können
beispielsweise stoffschlüssig mit dem Kapselungsgehäuse 1 verbunden
sein. Ein Stoffschluss kann beispielsweise vorteilhaft durch Schweißen
oder Verlöten der Faltenbälge an dem Kapselungsgehäuse 1 erstellt
werden. Bezüglich der Antriebselemente 8a, 8b, 8c kann
ggf. auch ein Verschweißen, Verlöten, Verkleben
oder anderweitig geeignetes Verfahren zum Verbinden mit den Faltenbälgen 9a, 9b, 9c vorgesehen
sein, so dass ein dauerhaft fluiddichter Verbund ausgebildet ist.
Weiterhin ist innerhalb des Kapselungsgehäuses 1 ein
Trockenmittel 10 angeordnet, um innerhalb des Schwefel hexafluoridgases
enthaltene Feuchtigkeit zu binden. Alle das Kapselungsgehäuse
verschließenden Elemente sind stoffschlüssig mit
dem Kapselungsgehäuse verbunden.
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Weiterhin
sind an der in der Figur gezeigten Schaltgeräteanordnung
ein erster Nano/Mikrosensor 11 sowie ein zweiter Nano/Mikrosensor 12 angeordnet.
Die beiden Nano/Mikrosensoren 11, 12 weisen im
Wesentlichen den gleichen Aufbau auf und sind jeweils dazu geeignet,
alle an der Schaltgeräteanordnung benötigten Messgrößen,
wie Strom, Spannung, Druck, Temperatur, Schaltstellung von Schaltgeräten zu
messen und zu erkennen. Die Nano/Mikrosensoren 11, 12 weisen
jeweils einen Aktivbereich 13a, 13b sowie einen
Passivbereich 14a, 14b auf. Die Passivbereiche 14a, 14b der
Nano/Mikrosensoren 11, 12 sind im Innern des Kapselungsgehäuses 1 angeordnet.
Die Passivbereiche 14a, 14b weisen jeweils einen
Halbleiterchip auf, der eine Baugruppe aufweist, welche physikalische
Parameter erfassen kann. Derartige physikalische Parameter sind
beispielsweise Strom, Spannung, Druck, Temperatur sowie die Schaltgerätestellung
eines Schaltgerätes. Die Passivbereiche 14a, 14b sind
mit jeweils zugehörigen Aktivbereichen 13a, 13b verbunden.
Die Aktivbereiche 13a, 13b weisen jeweils eine
Auswertelogik auf, welche die von den Passivbereichen 14a, 14b gelieferten
Informationen verarbeiten. Vorteilhafterweise können die
Nano/Mikrosensoren 11, 12 über eine standardisierte
Schnittstelle, beispielsweise mit einem Datenübertragungsnetzwerk,
verbunden sein. Als standardisierte Schnittstelle eignet sich eine Schnittstelle
nach der IEC 61850 Norm, wobei die Schnittstelle
am Aktivbereich 13a, 13b der Nano/Mikrosensoren 11, 12 angeordnet
sein sollte. Die Aktivbereiche 13a, 13b befinden
sich außerhalb des Kapselungsgehäuses 1.
Die Anordnung der Passivbereiche 14a, 14b innerhalb
des Kapselungsgehäuses 1 erfolgt an den Positionen,
die für die jeweilige Messung oder Ermittlung der jeweiligen
Größe vor teilhaft ist. Aufgrund der Verwendung
von Messsignalverstärkern im Aktivbereich 13a, 13b der
Nano-/Mikrosensoren 11, 12 kann im Passivbereich 14a, 14b das Volumen
gegenüber herkömmlichen Sensoren reduziert werden.
Dadurch können innerhalb des Kapselungsgehäuses 1 flexibel
verschiedene geeignete Orte ausgewählt werden, um die Passivbereiche 14a, 14b zu
positionieren. Beispielsweise kann ein zur Strom- und Spannungsmessung
vorgesehener Nano/Mikrosensoren 11 derart positioniert
sein, dass er bezüglich eines Phasenleiters eine elektrische bzw.
magnetische Feldstärke erfassen kann. Die erfassten Werte
werden dann über eine Messleitung zur Auswertelogik des
Aktivbereiches 13a außerhalb des Kapselungsgehäuses 1 übertragen
und dort beispielsweise in dem Aktivbereich 13a weiter
verarbeitet. Von dort kann ein standardisiertes digitales Signal
abgegeben werden. Bei dem zur Schaltstellungserfassung des Leistungsschalters 2 vorgesehenen Nano/Mikrosensor 12 ist
der Passivbereich 14b derart innerhalb des Kapselungsgehäuses 1 positioniert, dass
Schaltstellungen des Leistungsschalters 2 sicher erkannt
werden können. Messsignale werden aus dem Innenraum des
Kapselungsgehäuses 1 an eine Auswerteelektronik
des Aktivbereiches 13b außerhalb des Kapselungsgehäuses 1 weitergeleitet und
stehen dort als digitales Signal zur Verfügung. Für
weitere Messgrößen kann entsprechend analog verfahren
werden.
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Durch
eine Programmierung einer Logik der Nano/Mikrosensoren 11, 12 können
die durch die Nano/Mikrosensoren 11, 12 zu erfassenden
Größen ausgewählt werden. So ist es beispielsweise
möglich, einen Nano/Mikrosensor 11, welcher zur
Erfassung eines Stromes und einer Spannung vorgesehen ist, bedarfsweise
umzuprogrammieren und diesen beispielsweise zu einer Druck- oder
Temperaturerfassung im Innern des Kapselungsgehäuses 1 einzusetzen.
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Das
Kapselungsgehäuse 1 ist zugangsfrei verschlossen.
Beispielsweise kann ein derartiges zugangsfreies Verschließen
durch stoffschlüssiges Einfügen, insbesondere
durch fluiddichtes Einschweißen von einzelnen Komponenten,
wie beispielsweise der Freiluftdurchführungen 6, 7 in
eine Wandung des Kapselungsgehäuses 1 erfolgen.
Dadurch ist es möglich, einem Verlust von Isoliergas vorzubeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - IEC 61850 [0014]
- - IEC-Norm 61850 [0015]
- - IEC 61850 Norm [0030]