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Die Erfindung betrifft einen Gasdichtewächter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Prüfung und/oder Überwachung einer Vielzahl von Gasdichtewächtern mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren zur Prüfung und/oder Überwachung einer Vielzahl von Gasdichtewächtern mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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In Hoch- oder Mittelspannungsanlagen, wie z. B. Hochspannungsschaltanlagen, -wandlern, -rohrleitern oder Transformatoren wird häufig ein Gas als Isolator verwendet. Typischerweise werden dabei als Isolator Gase wie SF6, N2, CF4 und/oder Pressluft (getrocknet) verwendet, wobei grundsätzlich auch andere Gase verwendbar sind. Das isolierende Gas verhindert den Funkenüberschlag in den Hoch- oder Mittelspannungsanlagen.
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Für das ordnungsgemäße Funktionieren der Hoch- und Mittelspannungsanlagen ist es notwendig, dass das isolierende Gas sicher in der Anlage verbleibt, da ansonsten die Funktionsfähigkeit der Hoch- oder Mittelspannungsanlagen nicht mehr gewährleistet ist. Der Druck in den Anlagen kann z. B. durch Leckagen im Laufe der Zeit abnehmen. Die tolerierbaren Leckagen sind dabei so gering, dass eine genaue Überwachung notwendig ist.
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Bei der Überwachung des Betriebs der Hoch- oder Mittelspannungsanlagen werden Gasdichtewächter eingesetzt, die auf bestimmte voreingestellte Grenzwerte reagieren. Grundsätzlich sind solche Gasdichtewächter z. B. aus der
DE 102 32 823 A1 bekannt.
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Da an die Funktion der Gasdichtewächter bei der Überwachung von Anlagen hohe Anforderungen gestellt werden, ist bei der Herstellung der Gasdichtewächter eine genaue Funktionsprüfung notwendig. Dabei wird in der Regel eine Vielzahl von Gasdichtewächtern (z. B. 30 bis 60) jeweils mit einer Vielzahl von elektrischen Anschlüssen (z. B. 9 bis 12) einer Funktionsprüfung unterzogen, wobei insbesondere die Herstellung der zahlreichen elektrischen Verbindungen der Gasdichtewächter zu einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung komplex ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Herstellung effizient zu prüfende und/oder im Betrieb effizient zu überwachende Gasdichtewächter und Vorrichtungen und Verfahren zur effizienten Prüfung und/oder Überwachung von Gasdichtewächtern bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch einen Gasdichtewächter gelöst, der über eine lokale Datenverarbeitungsvorrichtung zur Erfassung bei einer Funktionsprüfung und/oder einer Überwachung am Gasdichtewächter anfallender Messwerte verfügt. Die Funktionsprüfung kann z. B. während der Herstellung des Gasdichtewächters erfolgen. Die Überwachung der Gasdichtewächter kann z. B. im Einsatz bei der Überwachung einer Hoch- oder Mittelspannungsanlage erfolgen. Der Begriff Messwert ist hier allgemein zu verstehen, d. h. auch die Erfassung eines digitalen (0–1) Signals, wie z. B. ein Stellungssignal eines Kontaktes eines Mikroschalters (offen, geschlossen).
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Im Fall einer Abweichung der Messwerte von einem vorgegebenen Grenzwert sind ein Funktionsstörungssignal und ein Identifikationssignal für den funktionsgestörten Gasdichtewächter erzeugbar. Der Begriff Grenzwert ist ebenfalls allgemein zu verstehen, da er auch die Erfassung einer vorgegebenen digitalen Schalterstellung umfasst.
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Das Funktionsstörungssignal und/oder das Identifikationssignal können dann im Rahmen einer Fernabfrage (z. B. durch eine zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung) bei der Prüfung und/oder der Überwachung der Gasdichtewächter weiterverarbeitet werden. Durch diese Fernabfrage ist eine Analyse Kontaktstellungen möglich.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Datenverarbeitungsvorrichtung als Mikroprozessor ausgebildet ist und lokal mit dem Gasdichtewächter verbunden oder mit ihm integriert ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung analoge und/oder elektrische Signale von Anschlüssen des Gasdichtewächters erfasst.
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In vorteilhafter Weise erfolgt ein Vergleich zwischen den von der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung erfassten Messwerten und den vorgegeben Grenzwerten durch die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder durch eine zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die von der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung erfassten Messwerte aus Volumenänderungen eines Referenzvolumens, insbesondere Verformungen eines Metallbalges, im Gasdichtewächter resultieren. Diese Art von Gasdichtewächternn ist weit verbreitet, wobei durch die Vielzahl der elektrischen Anschlüsse der Überwachungs- und/oder Prüfungsaufwand ohne die erfindungsgemäße Lösung sehr aufwändig wäre.
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Dabei ist es besonders effizient, wenn die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung das Funktionsstörungssignal und/oder das Identifikationssignal drahtlos abgibt.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Damit ist für eine Vielzahl von Gasdichtewächtern eine Überwachung und/oder Funktionsprüfung durchführbar, insbesondere in Form einer Fernabfrage.
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Damit ist eine Erfassung bei einer Funktionsprüfung der Gasdichtewächter und/oder einer Überwachung einer Anlage mit den Gasdichtewächtern an den Gasdichtewächtern anfallenden Messwerte möglich, wobei im Fall einer Abweichung der Messwerte von einem vorgegebenen Grenzwert ein Funktionsstörungssignal und ein Identifikationssignal für einen funktionsgestörten Gasdichtewächter erfassbar ist.
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Gerade für eine Fernabfrage ist eine zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung zur Erfassung des Funktionsstörungssignals und/oder des Identifikationssignals eines der Gasdichtewächter vorteilhaft.
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Vorteilhaft ist ferner, wenn damit eine Überwachung einer Vielzahl von Gasdichtewächtern in einer Hoch- oder Mittelspannungsanlage erfolgt.
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Gleichermaßen wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, bei dem die Vielzahl der Gasdichtewächter einem Überwachungsprogramm und/oder einer Überwachung unterzogen wird.
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Dabei werden Messwerte von der Vielzahl der Gasdichtewächter während einer Funktionsprüfung der Gasdichtewächter und/oder bei einer Überwachung einer Anlage durch Gasdichtewächter registriert, wobei im Fall einer Abweichung der Messwerte von einem vorgegebenen Grenzwert ein Funktionsstörungssignal und ein. Identifikationssignal für einen funktionsgestörten Gasdichtewächter registriert und verarbeitet wird.
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Bei der Funktionsprüfung, z. B. im Rahmen der Herstellung der Gasdichtewächter ist es vorteilhaft, wenn die Vielzahl der Gasdichtewächter einem Prüfprogramm, insbesondere einem automatisch ablaufenen, unterzogen werden. Aus der Vielzahl der geprüften Gasdichtewächter ist so schnell ein u. U. fehlerhaft arbeitender zu identifizieren.
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Ferner ist es vorteilhaft wenn das Funktionsstörungssignal und/oder das Identifikationssignal eines Gasdichtewächters von einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung (5) erfasst wird.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Überwachung einer Vielzahl von Gasdichtewächtern in einer Hoch- oder Mittelspannungsanlage erfolgt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine schematische Darstellung der elektrischen Anschlüsse eines Gasdichtewächters,
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2 eine schematische Darstellung einer Prüfungs- oder Überwachungsvorrichtung für eine Vielzahl von Gasdichtewächtern.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Gasdichtewächtern 1 dargestellt, die ein Referenzvolumen aufweisen, das mit dem gleichen Gas gefüllt ist, wie der Gasraum der zu überwachenden Anlage (z. B. einer Hoch- oder Mittelspannungsanlage, in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Wenn bei gleicher Temperatur im Gasraum und im Referenzraum eine Dichtedifferenz auftritt (d. h. durch ein Leck), ist dies ein Auslöser für die Wächterfunktion.
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Der Gasraum und der Referenzraum des hier beschriebenen Gasdichtewächters 1 sind stofflich durch einen Metallbalg voneinander getrennt. Bei einem Fehler in der Dichtigkeit, und einer damit einhergehende Druckänderung wird der Metallbalg verformt oder ausgelenkt. Durch diese Verformung oder Auslenkung werden über eine Schaltstange Mikroschalter am Gasdichtewächter 1 bestätigt, die dazu dienen, Informationen über bestimmte Funktionen des Gasdichtewächters 1 zu signalisieren.
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In 1 sind von einer Ausführungsform des Gasdichtewächters 1 die entsprechenden elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13 (erster Mikroschalter: Alarm); 21, 22, 23, (zweiter Mikroschalter: Sperre); 31, 32, 33 (dritter Mikroschalter: Sperre; redundant zum zweiten Mikroschalter) dargestellt. Grundsätzlich ist es möglich, die Mikroschalter auch anders zu belegen oder eine andere Anzahl an Mikroschaltern zu verwenden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 konzentrisch angeordnet. Bei anderen Gehäuseformen können die elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 auch in einer anderen Form angeordnet werden.
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Die Anschlüsse 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 sind drei Mikroschaltern zugeordnet, mittels derer der Zustand des Gasdichtewächters 1 erfassbar ist.
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Der erste Mikroschalter kann dabei zwei Schaltstellungen 12, 13 einnehmen. Eine erste Schalterstellung 12 zeigt an, dass die Normdichte vom Gasdichtewächter 1 vorliegt. Sinkt die Normdichte unter einen vorgegebenen Grenzwert ab, schaltet der erste Mikroschalter in die zweite Schalterstellung 13; es liegt eine Alarmsituation vor.
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Der zweite Mikroschalter kann ebenfalls zwei Schaltstellungen 22, 23 einnehmen, wobei hier aber bei Unterschreiten eines weiteren Grenzwertes eine Sperrfunktion ausgelöst wird, die verhindert, dass die überwachte Anlage wieder in den Betrieb gehen kann.
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Der dritte Mikroschalter ist analog zum zweiten Mikroschalter ausgebildet, wobei die Schalterstellungen 32, 33 gleich zu den Schalterstellungen des zweiten Mikroschalters ausgebildet sind. Hier wird bewusst eine Redundanz vorgesehen, da beide Mikroschalter gleichgeschaltet sein müssen, damit die vom Gasdichtewächter 1 überwachte Anlage gesperrt wird.
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Des Weiteren ist in 1 ein Mikrochip als lokale Datenverarbeitungsvorrichtung 2 für Daten des Gasdichtewächters 1 dargestellt. Die Verbindungen der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 2 mit den elektrischen Anschlüssen 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 ist durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Funktion der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 2 wird im Folgenden näher dargestellt.
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Soll eine Vielzahl von Gasdichtewächtern 1 bei der Herstellung der Gasdichtewächter 1 überprüft werden, so würde eine Verkabelung aller Anschlüsse 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 zu einem erheblichen Verkabelungsaufwand führen. Geht man von einer Überprüfung von 60 Gasdichtewächtern 1 mit jeweils 3 Mikroschaltern mit jeweils 3 Kontakten aus, so müssen 540 Drähte verlegt werden. Typischerweise müssen mehrere Kilometer an Kabeln verlegt werden.
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Dies stellt einen sehr großen Montageaufwand und Kostenfaktor dar. Auch ist es nicht unwahrscheinlich, dass es bei so vielen Drahtverbindungen Fehlkontakte gibt, was den Prüfungsaufwand weiter in die Höhe treibt. Wie im Folgenden noch beschrieben wird, kann diese Vielzahl von Drähten durch zwei Drähte ersetzt werden, was den Verkabelungsaufwand bei der Prüfung der Gasdichtewächter 1 verringert.
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Der gleiche Vorteil ist bei der Überwachung der Gasdichtewächter 1 während des Einsatzes in der Anlagenüberwachung erzielbar. Bei der Überwachung von Hoch- oder Mittelspannungsanlagen wird eine Vielzahl von Gasdichtewächtern 1 verwendet, die im Betrieb überwacht werden müssen.
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In jedem Fall kann der Verkabelungsaufwand reduziert werden, wenn die einzelnen Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C (sei es bei der Funktionsprüfung bei der Herstellung und/oder bei der Überprüfung einer Anlage im Betrieb) mit jeweils einer lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 2A, 2B, 2C zur Erfassung des Schaltzustandes des Gasdichtewächters 1A, 1B, 1C ausgestattet sind. Die Erfassung der Schaltzustände (oder allgemeiner die Messung relevanter Messwerte) kann somit bei der Überprüfung der Gasdichtewächter 1 im Rahmen der Produktion oder bei beim realen Einsatz in der Anlagenüberwachung erfolgen.
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Die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung 2A, 2B, 2C ist dabei als Mikroprozessor ausgebildet, der den Schaltungszustand der jeweiligen Anschlüsse 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 erfassen kann. Beispiele für solche Mikroprozessoren sind PIC 16F84 oder PIC 16F690.
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Beim Prüfen der Gasdichte im Rahmen eines Prüfprogramms werden bei unterschiedlichen Temperaturen die Schaltreaktionen der Gasdichtewächter
1 gemessen. Die folgende Tabelle gibt beispielhaft für ein Ausführungsbeispiel an, welche Sollwerte (Grenzwerte) für die Schaltpunkte des ersten Schalters bei einigen Temperaturen gelten.
| Prüftemperatur [°C] | Sollbereich Schaltpunkt erster Schalter [bar Überdruck] |
| –30 | 3,77 bis 3,93 |
| –25 | 3,89 bis 4,05 |
| 20 | 5,02 bis 5,18 |
| 50 | 5,77 bis 5,93 |
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Bei dieser Ausführungsform ist der Sollbereich linear, d. h. es gibt keine Knickpunkte. Bei anderen Ausführungsformen können andere Temperaturen verwendet werden. Auch ist es möglich, dass der Sollbereich Knickpunkte aufweisen kann.
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Wenn nun während der Prüfung an einem Gasdichtewächter 1A eine Abweichung von den Sollwerten festgestellt wird, schaltet der erste Schalter des betreffenden Gasdichtewächters 1A um, was von der entsprechenden lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 2A des Gasdichtewächters 1A erfasst wird. Dies löst ein Funktionsstörungssignal 3 und ein Identifikationssignal 4 aus. Das Funktionsstörungssignal 3 gibt an, dass der erste Schalter des Gasdichtewächters 1A seine Schalterstellung gewechselt hat. Das Identifikationssignal 4 gibt an, welcher Gasdichtewächter 1A aus der Vielzahl der geprüften Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C für die Auslösung der Kontaktstellungsänderung verantwortlich ist.
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In analoger Weise erfolgt eine Verwendung der Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C mit Datenverarbeitungsvorrichtungen 2A, 2B, 2C während des Einsatzes bei der Überwachung von Anlagen. Die grundsätzliche Struktur, die in 2 dargestellt ist, gilt für beide Fälle.
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Die Identifikation des Gasdichtewächters 1A kann z. B. durch individuelle Adresse (digital) an den Prüfpositionen in der Schaltanlage oder Prüfschrank erfolgen, deren Information von der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 2A ausgelesen wird. Das Funktionsstörungssignal 3 (auch als Kontaktüberwachungssignal bezeichnet) und das Identifikationssignal 4 können als ein Datensatz an die zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung 5 übermittelt werden, z. B. auch drahtlos.
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Es ist auch möglich, dass das Identifikationssignal 4 zusätzlich oder alternativ ein optisches Signal (z. B. durch eine Leuchtdiode) generiert, um den fehlerhaften Gasdichtewächter 1A unter der Vielzahl der überprüften Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C leichter zu erkennen.
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Wenn die Datenübertragung über Kabel erfolgt, werden für diese Art der Datenübertragung lediglich zwei Kabel benötigt, die die Schaltanlage oder den Prüfschrank mit der Vielzahl der Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C mit der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 5 miteinander verbinden. Durch die zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung 5 ist somit eine ständige Funktionsüberprüfung der Vielzahl der Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C möglich.
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Im Prüfprogramm oder der Überwachung der Vielzahl der Gasdichtewächter 1A, 1B, 1C wird aber nicht nur die Schaltstellung des ersten Schalters überwacht, sondern auch die der beiden weiteren Schalter.
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Der zweite und dritte Schalter schalten bei einem Druck, der unterhalb der unteren Grenze für den ersten Schalter liegt, z. B. bei einer Druckdifferenz von 0,22 bis 0,33 bar. Wenn diese Schaltstellungen ausgelöst werden, wird auch dies von der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 2 ermittelt und registriert. In analoger Weise werden ein Funktionsstörungssignal 3 und ein Identifikationssignal 4 generiert und an die zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung 5 übermittelt.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass preiswerte Mikrochips für die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung 2A, 2B, 2C permanent auf den Gasdichtewächtern 1A, 1B, 1C verbleiben.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung 2A, 2B, 2C nicht nur die Daten der elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33 erfasst und die Kontaktstellungs-, Funktionsstörungs- und Identifikationssignale 3, 4 generiert, sondern auch den Vergleich der Ist- mit den Sollwerten vornehmt. Dazu müsste die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung 2A, 2B, 2C entsprechende Informationen speichern.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A, 1B, 1C
- Gasdichtwächter
- 2, 2A, 2B, 2C
- lokale Datenverarbeitungsvorrichtung auf Gasdichtewächter
- 3
- Funktionsstörungssignal
- 4
- Identifikationssignal
- 5
- zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung
- 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33
- z. B. elektrische Anschlüsse an Gasdichtewächter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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