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Title:
MONITORING AND EVALUATION APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING A QUANTITY OF INSULATING GAS IN GAS-INSULATED SWITCHGEAR ASSEMBLIES AND ALSO IN TEST SYSTEMS FOR SWITCHGEAR ASSEMBLIES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/180526
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a monitoring and evaluation apparatus for determining a quantity of insulating gas in gas-insulated switchgear assemblies and also in test systems for switchgear assemblies, based on monitoring the filling quantity of insulating gas in the modules of the switchgear assembly or of the test system which are filled with insulating gas, having an input device (10) for inputting previously ascertained variables relating to pressure and filling quantity of the insulating gas which is located in the modules of the gas-insulated switchgear assembly, having a measuring unit (20) which continuously determines the quantity of insulating gas in the gas-insulated modules of the switchgear assembly, wherein the input device (10) and the measuring unit (20) are connected to a monitoring system (30). The filling quantity in the modules which are filled with insulating gas can be determined from the measured pressure in the modules which are filled with insulating gas and also from the volume which is available in the modules for the insulating gas. A quantity of the insulating gas which escapes from the modules which are filled with insulating gas can be ascertained and, from this, gas balances based on the quantity of insulating gas can be created automatically in the monitoring system (30) from the previously ascertained filling quantity of the insulating gas and the continuously ascertained quantity of insulating gas in the modules of the switchgear assembly or of the test system which are filled with insulating gas.

Inventors:
HENDRICHS KLAUS (DE)
REHERS CHRISTOPH (DE)
SCHEJA RUBEN (DE)
WALTER SANDRA (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/000947
Publication Date:
November 13, 2014
Filing Date:
April 09, 2014
Export Citation:
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Assignee:
ABB TECHNOLOGY AG (CH)
International Classes:
H02B13/065; G01M3/26; H02B13/055
Domestic Patent References:
WO2012119082A12012-09-07
Foreign References:
US20130031958A12013-02-07
US6205846B12001-03-27
Other References:
RON HOFFMAN ET AL: "Gas (SF6) Management for the Smart Grid", 23 April 2008 (2008-04-23), Chicago, pages 1 - 27, XP055120700, Retrieved from the Internet [retrieved on 20140528]
RON HOFFMAN: "Pressure and Temperature Measurement SF SF 6 6 Emission Monitoring: Emission Monitoring: State-of-the-Art SF 6 Tracking", 4 February 2009 (2009-02-04), pages 1 - 16, XP055120695, Retrieved from the Internet [retrieved on 20140528]
CEPA: "Calculation of SF 6 Emissions A-1 Electricity Sector and Particle Accelerator Survey", 13 January 2009 (2009-01-13), pages 1 - 2, XP055120683, Retrieved from the Internet [retrieved on 20140528]
CAPIEL: "SWITCHGEAR AND SF6 GAS - CAPIEL HV-ESDD1-R1-1.02", 31 January 2002 (2002-01-31), pages 1 - 40, XP055120671, Retrieved from the Internet [retrieved on 20140528]
Attorney, Agent or Firm:
KOCK, INA (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Überwachungs- und Auswertevorrichtung für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen, basierend auf einer Überwachung der Füllmenge des Isoliergases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems, mit einer Eingabeeinrichtung (10) für die Eingabe von vorab ermittelten Größen betreffend Druck und Füllmenge des in den Modulen der gasisolierten Schaltanlage befindlichen Isoliergases, mit einer Messeinheit (20), welche kontinuierlich die Menge des Isoliergases in den gasisolierten Modulen der Schaltanlage bestimmt, wobei die Eingabeeinrichtung (10) und die Messeinheit (20) mit einem Überwachungssystem (30) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Füllmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen aus dem gemessenen Druck in den mit Isoliergas gefüllten Modulen sowie dem in den Modulen vorhandenen Volumens für das Isoliergas bestimmt und aus der vorab ermittelten Füllmenge des Isoliergases und der kontinuierlich ermittelten Isoliergasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems im Überwachungssystem (30) eine aus den mit Isoliergas gefüllten Modulen entweichenden Isoliergasmenge ermitteltbar ist und daraus automatisiert Gasbilanzen bezogen auf die Isoliergasmenge erstellbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Messgrößen Druck und Füllmenge in den isoliergasgefüllten Modulen vor der Inbetriebnahme des Überwachungssystems (30) erfolgt.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Überwachungssystem (30) ein Auswertwertemodul integriert ist, welches den ermittelten Ausstoß der aus der Schaltanlage entweichenden Isoliergasmenge aufbereitet und/oder in einer speziellen Ansicht (40) oder Aufzeichnung (50) über Angaben zum Gasverlust der Anlage bereitstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bereitgestellten Aufzeichnungen oder Ansichten (40, 50) dafür vorgesehen sind, den Ausstoß der aus der Schaltanlage entweichenden Isoliergasmenge über mehrere Jahre bzw. in vorab festgelegten Zeitfenstern aufzuzeichnen und/oder für eine grafische Darstellung zusammen mit der vorab eingegebenen Füllmenge des in den Module der gasisolierten Schaltanlage befindlichen Isoliergases im Auswertemodul bereitzustellen.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) ein Meldemodul umfasst, welches ab einem vorab festgelegten Grenzwert dem Überwachungssystem (30) eine Alarmmeldung bereitstellt.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragung und Darstellung der Isoliergasemission auf einer Internetplattform oder Internetoberfläche vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinrichtung (10) und die Messeinheit (20) entfernt vom Überwachungssystem (30) angeordnet sind und die Messwerte aus der kontinuierlich ermittelten Isoliergasmenge und dem vorab ermittelten Druckmesswert in den mit Isoliergas gefüllten Modulen über eine Internetverbindung an das Überwachungssystem (30) übertragbar sind und im Überwachungssystem (30) das Volumen für die mit Isoliergas zu füllenden Module bereits abliegt.

8. Verfahren für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen, basierend auf einer Überwachung der Füllmenge des Isoliergases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems, wobei vorab ermittelten Größen betreffend Druck und Füllmenge des in den Modulen der gasisolierten Schaltanlage befindlichen Isoliergases in eine Eingabeeinrichtung (10) eingegeben werden, und mittels einer Messeinheit (20) kontinuierlich die Menge des Isoliergases in den gasisolierten Modulen der Schaltanlage bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen aus dem gemessenen Druck in den mit Isoliergas gefüllten Modulen sowie dem in den Modulen vorhandenen Volumens für das Isoliergas bestimmt wird, aus der vorab ermittelten Füllmenge des Isoliergases und der kontinuierlich ermittelten Isoliergasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems in einem Überwachungssystem (30) eine aus den mit Isoliergas gefüllten Modulen entweichenden Isoliergasmenge ermittelt und daraus automatisiert Gasbilanzen bezogen auf die Isoliergasmenge erstellt werden.

Description:
Überwachungs- und Auswertevorrichtung und Verfahren für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für

Schaltanlagen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Überwachungs- und Auswertevorrichtung, auch Modular Switchgear Monitoring System genannt, für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Isoliergasmenge in gasisolierten Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlagen sowie in Prüfsystemen für diese Schaltanlagen.

Zum Schutz von Hochspannungsschaltanlagen vor unerwünschten Entladungen und Schaltlichtbögen während eines Schaltvorganges werden die Module der Schaltanlage, beispielsweise für die Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter, mit einem Schutz- bzw. Isoliergas, vorzugsweise SF6 (Schwefelhexaflorid), befüllt.

Das Schutzgas SF6 weist einen Treibhausgasfaktor von mehr als 20.000 im Vergleich zum Gas CO2 auf. Aus Umweltgesichtspunkten ist eine Überwachung des SF6- Schutzgases in einer Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage von großer Bedeutung.

In gasisolierten Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen werden Überwachungssysteme eingesetzt, mit denen die Gasdrücke bzw. die Gasdichte des SF6- Schutz oder Isoliergases in den gasisolierten Modulen überwacht werden. Darüber hinaus können aktuelle Gasdrücke, Leckagen und Trends angezeigt und eintretende Alarme frühzeitig erkannt und signalisiert werden.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Um die jährlich verwendeten Isoliergasmengen in den weltweit betriebenen gasisolierten Schaltanlagen bereitzustellen, müssen die Betreiber der Anlagen eine Bilanzierung und Dokumentation von Treibhausgasen, nachfolgend als Gasbilanz oder C02-Bilanz bezeichnet, erstellen, welche von entsprechenden Behörde angefordert und überprüft werden.

Die Gasbilanz oder C02-Bilanz ist dabei ein Maß für den Gesamtbetrag von Kohlendioxid-Emissionen, der über einen festgelegten Zeitraum der gasisolierten Schaltanlage entsteht.

Zur Erstellung der geforderten Gasbilanz für gasisolierte Schaltanlagen werden üblicherweise vorgegebene Gasbilanz-Formular-Dokumente ausgefüllt, in denen Werte wie die SF6 Menge (in kg) in der Anlagen, die SF6 Menge (in kg) für Nachfüllungen der Anlage und die SF6 Menge (in kg) in gelagerten Flaschen als Reserve für weitere eventuell erforderliche Nachfüllvorgänge in der gasisolierten Schaltanlage festgehalten werden.

Dieser Vorgang ist mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden. Des weiteren können Fehler beim manuellen Übertragen von gemessenen Werten in die entsprechenden Formulare auftreten. Zusätzlich bedingen ungenaue Messungen bei der SF6- Gasbestimmung oft hohe Abweichungen zu der tatsächlich eingesetzten SF6 Menge.

Da die Gasbilanz meist nur jährlich auszuwerten sind, sind in der Regel keine Tendenzen der Gasbilanz abzusehen, da dazu der zeitliche und personelle Aufwand zu hoch wäre.

Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungs- und Auswertevorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Isoliergasmenge in den mit Isoliergas, vorzugsweise mit umweltbelastenden SF6- Gas gefüllten Modulen von gasisolierten Mittelspannungs- oder Hochspannungsschalt-anlage sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen anzugeben, welches vorgenannte Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überwachungs- und Auswertevorrichtung für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen einer gasisolierten Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen und zur automatisierten Erstellung von Gasbilanzen aus der überwachten Isoliergasmenge mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Verbesserungen der erfindungsgemäßen Überwachungs- und Auswertevorrichtung und ein entsprechendes Verfahren für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der gasisolierten Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen und zur automatisierten Erstellung von Gasbilanzen aus der überwachten Isoliergasmenge sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.

Die erfindungsgemäße Überwachungs- und Auswertevorrichtung zum Bestimmen einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen basiert auf einer Überwachung der Füllmenge des Isoliergases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems für eine Schaltanlage und weist eine Eingabeeinrichtung für die Eingabe von vorab ermittelten Größen betreffend Druck und Füllmenge des in den Modulen der gasisolierten Schaltanlage befindlichen Isoliergases und eine Messeinheit, welche kontinuierlich die Menge des Isoliergases in den gasisolierten Modulen der Schaltanlage bestimmt, auf. Die Eingabeeinrichtung und die Messeinheit sind mit einem Überwachungssystem verbunden.

Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung und Eingabe der Messgrößen Druck und Füllmenge in den isoliergasgefüllten Modulen vor der Inbetriebnahme des Überwachungssystems. Erfindungsgemäß bestimmt sich die Füllmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen aus dem gemessenen Druck des Isoliergases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen sowie dem in den Modulen vorhandenen Volumens für das Isoliergas.

Das Volumen im mit Isoliergas gefülltem Modul, auch Gasraum genannt, wurde zuvor während der vorgeschriebenen Hochspannungsprüfungen im Herstellerwerk ermittelt. Hierbei wird beispielsweise über ein Durchflussmessgerät oder einen Druckaufnehmer die SF6 Gasmenge bei Nenndruck gemessen. Über den so gemessenen Druck kann über eine Umrechnung mittels einer Formel oder einer Excel- Kalkulation die Gasdichte bei der Hochspannungsprüfung festgestellt werden. Das Volumen berechnet sich dann wie folgt: v =™

Das Volumen in den mit Isoliergas gefüllten Modulen ist auch aus den Konstruktionsunterlagen der Schaltanlage bestimmbar, die beispielsweise zuvor in ein CAD-System eingegeben wurden.

Aus der vorab ermittelten Füllmenge des Isoliergases und der kontinuierlich ermittelten Isoliergasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems ist im Überwachungssystem ein Wert für die aus den mit Isoliergas gefüllten Modulen entweichenden Isoliergasmenge bzw. einen Ausstoß der aus der Schaltanlage entweichenden Isoliergasmenge ermitteltbar, aus dem automatisiert Gasbilanzen bezogen auf die Isoliergasmenge erstellbar sind.

In vorteilhafter Weise ist in das Überwachungssystem ein Auswertemodul integriert, welches den ermittelten Ausstoß, auch Emission genannt, der aus der Schaltanlage entweichenden Isoliergasmenge ermittelt und/oder in einer speziellen Ansicht oder Aufzeichnung über Angaben zum Gasverlust der Anlage, beispielsweise in einer graphischen Darstellung oder in einem Dokument zur Bilanzierung der Gasemission der entweichenden Isoliergasmenge bereitstellt. Die bereitgestellten Aufzeichnungen oder Ansichten sind weiterhin dafür vorgesehen, Emissionen über mehrere Jahre bzw. in vorab festgelegten Zeitfenstern aufzuzeichnen und für eine grafische Darstellung zusammen mit der vorab eingegebenen Füllmenge des in den Module der gasisolierten Schaltanlage, vorzugsweise vor der Inbetriebnahme der Anlage, befindliche Isoliergas im Auswertemodul bereitzustellen, beispielsweise für eine Bilanzierung der Isoliergas- Füllmenge und der Isoliergas- Emission über einen festgelegten Zeitraum, die der Betreiber von gasisolierten Schaltanlagen regelmäßig durchführen muss.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messeinheit ein Meldemodul, welches ab einem vorab festgelegten Grenzwert dem Überwachungssystem eine Alarmmeldung bereitstellt, die beispielsweise auf eine erhöhte Leckage hinweist.

In vorteilhafter Weise bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung so eine Möglichkeit, die Wartung der Schaltanlage im Voraus zu planen, eine erhöhte Leckage zu detektieren und/oder entsprechende Gegenmaßnahmen bei Leckage- Verlusten einzuleiten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Internetschnittstelle ausgestattet, welche eine Übertragung und Darstellung der Isoliergasemission auf einer Internetplattform oder Internetoberfläche ermöglicht.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Eingabeeinrichtung und die Messeinheit entfernt vom Überwachungssystem angeordnet sein und die entsprechenden Messwerte aus der kontinuierlichen Mengenmessung und dem vorab ermittelten Druckmesswert in den mit Isoliergas gefüllten Modulen, beispielsweise über eine Internetverbindung, an das Überwachungssystem übertragen, wobei im Überwachungssystem das Volumen für die mit Isoliergas zu füllenden Module bereits abliegt. Das Verfahren für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen mit dem die Aufgabe weiterhin gelöst wird, beruht auf einer Überwachung der Füllmenge des Isoliergases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems, wobei die vorab ermittelte Füllmenge des in den Modulen der gasisolierten Schaltanlage befindlichen Isoliergases in eine Eingabeeinrichtung eingegeben werden, und mittels einer Messeinheit kontinuierlich die Menge des Isoliergases in den gasisolierten Modulen der Schaltanlage bestimmt wird.

Erfindungsgemäß wird im Überwachungssystem die Füllmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen aus der gemessenen Dichte in den mit Isoliergas gefüllten Modulen sowie dem in den Modulen vorhandenen Volumens für das Isoliergas bestimmt und aus der vorab ermittelten Füllmenge des Isoliergases und der kontinuierlich ermittelten Isoliergasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems ein Wert für die aus den mit Isoliergas gefüllten Modulen entweichenden Isoliergasmenge bzw. einen Ausstoß der aus der Schaltanlage entweichenden Isoliergasmenge ermittelt und daraus automatisiert Gasbilanzen bezogen auf die Isoliergasmenge erstellt.

Die die vorab ermittelte Füllmenge ergibt sich wie vorab beschrieben

Die Füllmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen wird aus dem gemessenen Druck des Isoliergases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen sowie dem in den Modulen vorhandenen Volumens für das Isoliergas, wie vorab beschrieben, bestimmt.

Anhand der in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Überwachungs- und Auswertevorrichtung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie ein Verfahren für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen und in Prüfsystemen für Schaltanlagen näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen: Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungs- und Auswertevorrichtung für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen, und

Fig. 2 ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Verfahrens für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen.

Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungs- und Auswertevorrichtung für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung der Isoliergasmenge, beispielsweise einer SF6-Gasmenge, und zur automatisierten Erstellung von Gasbilanzen aus der überwachten Isoliergasmenge in gasisolierten Mittelspannungsoder Hochspannungsschaltanlagen oder in Prüfsystemen für Schaltanlagen basiert auf einer kontinuierlichen Überwachung der Füllmenge des SF6-Gases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen der Schaltanlage oder des Prüfsystems für diese Schaltanlage und umfasst eine Eingabeeinrichtung 10 für die Eingabe von zuvor ermittelten Größen betreffend Druck und Füllmenge des in den Modulen der gasisolierten Schaltanlage 60 befindlichen SF6-Gases.

Für die mit SF6- Gas gefüllten Module der Schaltanlage oder des Prüfsystems wiird nachfolgend der Begriff Gasraum 60 verwendet.

Die Bestimmung der Füllmenge des im Gasraum 60 der Schaltanlage befindlichen SF6-Gases beruht auf dem ermittelten Volumen der mit SF6-Gas gefüllten Module. Das Volumen lässt sich beispielsweise aus den Konstruktionsunterlagen der Schaltanlage entnehmen. Weiterhin erfolgt vor der Inbetriebnahme der Schaltanlage eine Druckmessung im Gasraum 60. Die Druckmessung verwendet einen Druckaufnehmer, der im Gasraum 60 angeordnet sind. Die Füllmenge in den mit SF6-Gas gefüllten Modulen 60 bestimmt sich dann aus dem gemessenen Druck in den mit Isoliergas gefüllten Modulen und dem in den Modulen vorhandenen Volumens für das SF6-Gas.

Die kontinuierliche Überwachung und Messung der Füllmenge des SF6-Gases in den mit Isoliergas gefüllten Modulen 60 der Schaltanlage oder des Prüfsystems erfolgt mittels einer Messeinheit 20. Die Ermittlung der Messwerte aus der kontinuierlichen Überwachung ist aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der US 7, 257496 B2 beschrieben.

Die Eingabeeinrichtung 10 und die Messeinheit 20 in das Überwachungssystem 30 integriert, welches aus der vorab ermittelten Füllmenge, die sich in den mit SF6-Gas gefüllten Modulen 60 befindet und der kontinuierlich ermittelten SF6-Gasmenge in den mit Isoliergas gefüllten Modulen 60 der Schaltanlage oder des Prüfsystems, eine Menge der aus dem Gasraum 60 der Schaltanlage entweichenden SF6-Gasmenge aus der Schaltanlage bzw. einen Ausstoß der aus der Schaltanlage entweichenden SF6-Gasgasmenge bestimmt.

In das Überwachungssystem 30 ist ein Auswertemodul integriert, welches in vorteilhafter Weise den Verlauf des Ausstoßes bzw. die Emission des SF6-Gases aus den gasisolierten Modulen der Schaltanlage oder der Prüfeinrichtung in einer dafür vorgesehenen Ansicht 40, 50 über einen festgelegten Zeitraum generiert und visualisiert, beispielsweise als grafische Darstellung über einen Tag, einen Monat, ein Quartal und/oder ein Jahr.

Dazu werden die Daten betreffend der entweichenden SF6-Gasmenge aus den Modulen der Schaltanlage aus dem Überwachungssystem 30 automatisch beispielsweise in ein Dokument 40 und/oder in eine graphische Darstellung 50 übertragen und daraus die entweichende SF6-Gasmenge als SF6-Gasemission bilanziert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäße Vorrichtung können die mit SF6-Gas gefüllten Module 60 ein oder mehrere aber auch alle in der der Schaltanlage oder des Prüfsystems verwendeten gasisolierten Module umfassen. Somit ist nicht nur die Emissionsmenge eines Gasraumes 60, einer oder mehrerer gasisolierter Module und/oder eines Feldes der Schaltanlage sondern auch die Emissionsmenge der gesamten Schaltanlage oder des Prüfsystems über einen festgelegten Zeitraum bestimm- und als Gasbilanz zur Kontrolle der SF6-Gasverluste der Schaltanlage oder des Prüfsystems der Schaltanlage darstellbar.

In der Figur 2 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Bestimmung einer Isoliergasmenge in gasisolierten Schaltanlagen sowie in Prüfsystemen für Schaltanlagen gezeigt, welches zur Erstellung einer Gasbilanz der aus den Isoliergas gefüllten Modulen entweichenden SF6-Gasmenge verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in ein sogenanntes Modular Switchgear Monitoring (MSM) integrierbar, welches zur Überwachung der SF6-Gasdichte in einer gasisolierten Schaltanlage eingesetzt wird. Das System ist mit allen Arten von Schaltanlagenarchitekturen kompatibel und arbeitet unabhängig von bereits vorhandenen Steuerungs- und Schutzeinrichtungen der Schaltanlage.

Das Modular Switchgear Monitoring System (MSM) ist eine zusätzliche Applikation zur Gasdichteüberwachung von gasisolierten Schaltanlagen. Es kann unterschiedlichste Gasräume in allen Spannungsebenen überwachen. Bedingt durch seine Unabhängigkeit von bestehenden Steuerungs- und Schutzeinheiten einer Anlage kann das MSM auch nachträglich in Schaltanlagen integriert werden. Das MSM besteht vorzugsweise aus einer 24 V Gleichspannungsversorgung, einem Steuerungs- und Kommunikationsmodul, dem Control & Communication Module (CCM), und einem Analogeingangsmodul, dem Analog Input Module (AIM).

In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das CCM eine Verarbeitungseinheit (CPU), in der alle Prozessdaten der daran angeschlossenen Module verarbeitet werden. An das CCM sind bis zu zehn AlMs anschließbar. Jedes Analogeingangsmodul weist acht Eingänge auf, an denen Sensoren mit den Ausgangssignalen 0...20 mA oder 4...20 mA anschließbar sind.

Die Kommunikation zwischen den Modulen, welche beispielsweise auf eine DIN Tragschiene montiert werden, läuft über einen internen Bus. Dadurch, dass mehrere MSM Baugruppen parallel arbeiten und über ein Ethernet-Netzwerk miteinander kommunizieren können, ist die Anzahl von Dichtesensoren und somit die der überwachbaren Gasräume unbegrenzt. Die Dichtewerte werden kontinuierlich aufgezeichnet und ein in der CPU integrierter Algorithmus ermittelt hieraus die Leckagerate.

Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, daraus Trenddarstellungen bereitzustellen, aus denen eine vorrausschauende Wartung der Anlage durchführbar ist.

Beispielsweise zeigt das MSM den Alarm an sobald ein vorgegebener Wert unterschritten wird. Dies ist dann ein Warnsignal für den Betreiber der Anlage, notwendige Maßnahmen einzuleiten, um den benötigten Nenngasdruck in der Anlage wiederherzustellen. Zur Visualisierung des Trends der Leckrate, den Alarmen und aktuellen Druckwerten wird beispielsweise ein lokales Display oder ein Webclient eingesetzt, der es ermöglicht die Daten auf einem Webbrowser anzuzeigen. Ferner können alle Daten zu einem Stationsleitsystem über ein Kommunikationsprotokoll (z.B. IEC61850) übertragen werden.

Zur Bestimmung des Volumens der mit SF6-Gas gefüllten Module, auch als Gasraum 60 bezeichnet, und die daraus abgeleitete Emissionsmenge wird gemäß einer Ausführungsform mit den folgenden Verfahrensschritten ermittelt.

Zunächst wird in einem ersten Schritt das Volumen des für die Füllung mit SF6- Gas vorgesehenen Gasraumes 60 zu einem Zeitraum t=0 bestimmt. Mit der Inbetriebnahme des Modular Switchgear Monitoring Systems wird in einem nächsten Schritt, beispielsweise über einen Zeitraum von vierzehn Tagen (t= 14) mittels SF6-Gasdichtesensoren, die Gasdichte in dem mit SF6 gefülltem Gasraum 60 kontinuierlich gemessen und periodisch, vorzugsweise aus 24 Messwerten, ein Tagesmittelwert 110 gebildet. Parallel dazu wird in einem weiteren Schritt 111 ein gefilterter Wert mit einem kaskadierten FIR- (finite impulse response) Filter über die folgende Formel ermittelt:

FIR gefilterter Wert = Filterstärke · (Tagesmittelwert - letzter gefilterter Wert) (1 )

+ letzter gefilterter Wert

Dazu wird von einem FIR Filter erster Ordnung ausgegangen, bei dem anhand des Filterkoeffizienten die Filterstärke eingestellt werden kann. Die Filterstärke ist ein Erfahrungswert aus der Entwicklung der Leckagerate. Dieser Wert wird bei der Konfiguration des MSM fest implementiert.

Nach der Bestimmung der vierzehn Tagesmittelwerte wird der gefilterte Wert FIR verwendet, um die Füllmenge an SF6-Gas innerhalb des Gasraumes 60 nach Inbetriebnahme der Anlage über die folgende Formel zu ermitteln:

SF6- Füllmenge in der Anlage = Volumen des Gasraumes · FIR gefilterter Wert (2)

Um die für die Emissionsmessung erforderlichen Werte einer kontinuierlich gemessenen Isoliergasmenge zur Verfügung zu stellen, wird ab einem festgelegten Zeitpunkt, beispielsweise t > 14 Tage, in einem zweiten Schritt 121 jeden Tag der aktuelle Tagesmittelwert der Isoliergasdichte mittels von im Gasraum 60 angeordneten Dichtesensoren bestimmt und unter Verwendung des zuvor gemäß Formel (1) berechneten FIR gefilterten Wertes nach folgender Gleichung die aktuelle Emissionsmenge ermittelt. aktuelle Emissionsmenge=(Füllmenge«Volumen) - (FIR gefilterter Wert'Volumen) (3) Der FIR gefilterte Wert ist dabei der aktuelle Wert am Tag der Abfrage.

In einer zweiten Ausführungsform gemäß einem alternativen Schritt 122 wird die aus dem Volumen der mit SF6-Gas gefüllten Modulen ermittelte Emissionsmenge gemäß folgender Formel bestimmt.

aktuelle Emissionsmenge = Füllmenqe · FIR gefilterter Wert __ Füllmenge (4)

Dichtewert der Füllmenge

Die Ermittlung der, vorzugsweise als Unterprogramm ablaufenden, aktuellen Emissionsmengen aus dem Gasraum 60 der Schaltanlage läuft kontinuierlich im Hintergrund ab, wobei jeden Tag der aktuelle Tagesmittelwert der Dichte bestimmt wird.

Danach wird in einem dritten Schritt 130 zu jedem Tagesmittelwert die entsprechende aktuelle Emissionsmenge in einer im Überwachungssystem 30 integrierten Datenbank gespeichert. Sollte die Anzahl der Tagesmittelwerte unter 365 Tagen liegen, wird in einem zwischengeschalteten Schritt 140 automatisch ein Hinweis oder eine Warnung 141 zur Ungenauigkeit der Emissionsmenge, beispielsweise auf einer Weboberfläche des Modular Switchgear Monitoring Systems ausgegeben.

Im vierten Schritt 142 wird eine Nachfüllung des Gasraumes 60 mit SF6- Gas, beispielsweise bei Wartungsarbeiten, berücksichtigt. Dann erfolgt in der Datenbank zusätzlich zur Speicherung der aktuellen Emissionsmenge in einem fünften Schritt 150 ein Vermerk dazu und eine neue Füllmenge wird gemäß dem vorab beschriebenen Verfahrensablauf der Schritte 110, 111 und 120 bestimmt.

Dabei wird in einem sechsten Schritt 160 der aktuelle Tagesmittelwert bestimmt, wobei hierzu der nach vierzehn Tagen FIR gefilterter Wert verwendet und der neuen Füllmenge zugewiesen wird, was im Schritt 161 erfolgt, um dadurch Temperatureinflüsse auf die Gasdichte weitestgehend zu kompensieren

In einem siebenden Schritt 170 wird, wie vorab beschrieben, der gefilterte Wert mit dem kaskadierten FIR (finite impulse response) Filter gemäß Formel (1) ermittelt:

In einem achten Schritt 180 erfolgt eine Zuweisung des FIR gefilterten Wertes zur neu ermittelten Füllmenge.

Daraus wird wie schon in den Schritten 120, 121 und 122 beschrieben, die aktuelle Emissionsmenge in den Schritten 120a, 121a und 122a gemäß der Formeln (3) und (4) ermittelt. In einem neunten Schritt 190 wird die aktuelle Emissionsmenge zur weiteren Verarbeitung dem Auswertemodul bereitgestellt, welches den ermittelten Ausstoß der aus der Schaltanlage entweichenden Isoliergasmenge aufbereitet und/oder in einer speziellen Ansicht oder Aufzeichnung 40, 50 über Angaben zum Gasverlust der Anlage darstellt.

Das beschriebene Verfahren kann bis zur Demontage der Schaltanlage wiederholt werden, was der letzte Schritt 200 zeigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die ermittelte Emissionsmenge durch ein weiteres Unterprogramm auf der Weboberfläche des Modular Switchgear Monitoring ausgeben, was nachfolgend beschrieben wird.

Auf der Weboberfläche werden zunächst die Füllmenge und das Volumen des Gasraums 60 angezeigt. Dabei kann ein individueller Zeitraum gewählt werden, für den die Emissionsmenge generiert und visualisiert wird.

Hierzu wird die Differenz zwischen der Emissionsmenge zum Beginn des Zeitraums und der Emissionsmenge aus der Datenbank mit Vermerk in diesem Zeitraum gebildet. Zusätzlich wird die Differenz zwischen Emissionsmenge mit Vermerk und Emissionsmenge zum Ende des Zeitraums ermittelt. Beide Differenzen werden daraufhin addiert und als Emission im gewählten Zeitraum angegeben.

Sollten kein Vermerk im Zeitraum vorhanden sein, wird die Differenz zwischen der Emissionsmenge zu Beginn und zum Ende gebildet. Sind mehrere Vermerke vorhanden, wird zusätzlich eine Differenz zwischen den einzelnen Vermerken kalkuliert. Darüber hinaus wird der Zeitraum der Messung angegeben.

Wird kein individueller Zeitraum ausgewählt, wird die Summe aus Emissionsmenge des aktuellen Tagesmittelwerts und den Emissionsmengen aus der Datenbank mit Vermerk angezeigt. Des Weiteren wird das Datum der Füllmenge zu Beginn und das Datum des aktuellen Tagesmittelwerts das Ende als Zeitraum angegeben. Im weiteren Verlauf des Programms werden die Emissionsmenge, die Füllmenge und das Volumen pro Schaltanlagenfeld bzw. Schaltanlagenmodul und Anlage summiert und auf der Weboberfläche der jeweiligen Ebene angezeigt. Sollte die Emissionsmenge unterhalb des Zeitraums eines Jahrs liegen, wird ein Hinweis auf der Oberfläche ausgegeben. Zusätzlich zu diesen Angaben werden eine Ansicht, beispielsweise als Tabelle 40 und eine graphische Darstellung 50 für die jährliche Emission erstellt.

Wenn der Benutzer die Emissionsmenge auf der Weboberfläche der Anlage abfragt, wird automatisch eine Tabelle erstellt, wobei hierzu zunächst die Gasraumbezeichnung jedes mit Isoliergas gefülltes Modul bzw. Gasraumes 60 übertragen wird. Daraufhin werden die Füllmenge und die Emissionsmenge zu jedem Modul oder Gasraum 60 eingetragen und für Feld und Anlage summiert.

Sollte die Emissionsmenge von mehreren Jahren davor bekannt sein, wird diese pro Jahr in eine separate Spalte eingetragen. Ist der gewählte Zeitraum kleiner als die Zeitdauer eines Jahres wird zusätzlich ein Hinweis neben der Emissionsmenge angezeigt.