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Title:
SENSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/201451
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to provide an electrical device (1) for connection to a high-voltage network, having a magnetizable core (5), at least one winding (6) which is configured to generate a magnetic field in the core, and a group of measuring sensors (9, 10, 11, 23a-23g) which provide measurement signals on the output side, which device is cost-effective and can be flexibly used in the entire energy transmission voltage range, it is proposed that at least one communication unit (12) is provided and has a GSM module (15) and a plurality of analogue and a plurality of digital measuring inputs (22a-22g), wherein a plurality of measuring sensors (23a-23g) are connected to a communication unit (12) and the communication unit (12) is configured to process the measurement data obtained from the measurement signals.

Inventors:
BAJAI, Laszlo (Ösz u 2, 2185 Váckisújfalu, 2185, HU)
MORENO STUCK, Bruno (Burgschmietstraße 39, 1 OG, Nürnberg, 90419, DE)
KEMPER, Tobias (Pfründnerstrasse 12, Nürnberg, 90478, DE)
Application Number:
EP2018/060223
Publication Date:
October 24, 2019
Filing Date:
April 20, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H01F27/40; H01F27/02; H01F27/12
Domestic Patent References:
WO2016066373A12016-05-06
WO2012142355A12012-10-18
Foreign References:
EP1470948A12004-10-27
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an ein Hochspannungs netz mit

- einem magnetisierbaren Kern (5) ,

- wenigstens einer Wicklung (6), die zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Kern eingerichtet ist, und

- einer Gruppe von Messsensoren ( 9, 10 , 11 , 23a-23g) , die

ausgangsseitig Messsignale bereitstellen,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

wenigstens eine Kommunikationseinheit (12) mit einem Gehäuse (47) vorgesehen ist, in dem ein GSM-Modul (15) sowie mehrere analoge und mehrere digitale Messeingänge (22a-22g) angeord net sind, wobei mehrere Messsensoren (23a-23g) mit einer Kom munikationseinheit (12) verbunden sind und die jeweilige Kom munikationseinheit (12) zum Verarbeiten der aus den verschie denen Messsignalen gewonnenen Messdaten eingerichtet ist.

2. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Gruppe von Messsensoren

- einen Wicklungsstromsensor (11), der zum Erfassen eines durch die Wicklung (6) fließenden Wicklungsstromes ein gerichtet ist, und

- einen Positionsgeber (40) umfasst, der zur Bestimmung der örtlichen Lage des elektrischen Geräts (1) dient.

3. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

jede Kommunikationseinheit (12) einen Eingang für ein Wider standsthermometer (23f) aufweist.

4. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

jede Kommunikationseinheit (12) über einen USB-Anschluss (20) und einen Ethernet-Anschluss (19) verfügt.

5. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Positionsgeber außerhalb des Gehäuses (47) der jeweiligen

Kommunikationseinheit (12) angeordnet ist.

6. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

jede Kommunikationseinheit (12) einen internen Zeitgeber auf weist.

7. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

einen mit Isolierfluid befüllten Kessel (3) , wobei die Gruppe von Sensoren einen Temperatursensor (9) im oberen Bereich des Kessels und einen Temperatursensor (10) im unteren Bereich des Kessels (3) umfasst, die jeweils zum Erfassen der Tempe ratur des Isolierfluids eingerichtet sind.

8. Elektrisches Gerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

jede Wicklung (6,15) in einem elektrisch nichtleitenden Fest körper eingebettet und mit einem Wicklungstemperatursensor (23f) bestückt ist, der zum Erfassen der Temperatur der Wick lung (6,15) eingerichtet ist.

9. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kommunikationseinheit (12) einen Coprozessor (14) auf weist, der eingangsseitig mit den Messeingängen (22a-22g) und ausgangsseitig mit einem Hauptprozessor (13) verbunden ist, wobei eine Speichereinheit vorgesehen ist, die mit dem Haupt prozessor (13) verbunden ist.

10. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Coprozessor (14) zum Sammeln, Abtasten der Messsignale unter Erhalt von Messwerten, Digitalisieren der Messwerte un ter Gewinnung von Messdaten, Mitteln der Messdaten und Wei tersenden der gemittelten Messdaten an den Hauptprozessor eingerichtet ist.

11. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der der Hauptprozessor (1) zum Empfang der gemittelten Mess daten, deren Weiterverarbeitung unter Gewinnung von bearbei teten Messdaten, dem Speichern der bearbeiteten Messdaten in der Speichereinheit und zum Übersenden bearbeiteter Messdaten an die das GSM-Modul (15) eingerichtet ist.

12. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kommunikationseinheit (12) über eine Logikeinheit ver fügt .

13. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 12,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Logikeinheit über das GSM-Modul (15) ansteuerbar ist.

14. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kommunikationseinheit (12) ein mit Zugangsöffnungen (44) ausgerüstetes Schutzgehäuse (42) aufweist, in dem das Gehäuse

(47) vollständig gekapselt angeordnet ist.

15. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kommunikationseinheit (12) innerhalb eines Schaltschranks

(48) angeordnet ist.

Description:
Beschreibung

Sensformer

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem magnetisierbaren Kern, we nigstens einer Wicklung, die zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Kern eingerichtet ist, und einer Gruppe von Messsenso ren, die ausgangsseitig Messsignale bereitstellen .

Ein solches elektrisches Gerät ist beispielsweise aus der WO 2012/142355 Al bekannt. Dort ist eine Reihe von Transfor matoren offenbart, die mit so genannten „Online-Sensoren" be stückt sind. Die Online-Sensoren erfassen beispielsweise die Feuchtigkeit im Öl eines Transformators, den Zustand seiner Durchführung, eines Stufenschalters oder Kühlsystems. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, Online-Sensoren für die obere Öl temperatur, die Wicklungstemperatur, den Status von Relais, wie beispielsweise das Buchholzrelais, zu erfassen und an ein zentrales Rechensystem zu übertragen. Das zentrale Rechensys tem ist ferner mit so genannten „Offline-Daten" versorgbar, und umfasst sowohl Hard- als auch Softwarekomponenten. Das zentrale Rechensystem wertet die Messsignale aus, so dass Aussagen dahin möglich sind, ob der mit dem jeweiligen Onli- ne-Sensor bestückte Transformator demnächst gewartet werden muss oder gefahrläuft auszufallen.

Als Transformatoren ausgestaltete elektrische Geräte dienen zum Umwandeln einer Oberspannung in eine Unterspannung oder umgekehrt und werden im gesamten Bereich der Elektroenergie übertragung und - V erteilung eingesetzt. Leistungstransforma- toren werden für die Übertragungen elektrischer Energie über lange Strecken unter Hochspannungen im Bereich von etwa 50 kV bis 1000 kV eingesetzt. Insbesondere bei hohen Betriebsspan nungen können Leistungstransformatoren ein Gewicht von mehre ren hundert Tonnen aufweisen und der Größe eines Einfamilien hauses entsprechen. Verteiltransformatoren sind vergleichs weise kompakt und können beispielsweise auch an einem Strom- mast oder einem Schienenfahrzeug befestigt werden. Allen Transformatoren ist gemein, dass diese einen Kern und induk tiv miteinander gekoppelte Wicklungen aufweisen. Die Wicklun gen liegen während des Betriebs auf einem Hochspannungspoten zial. Zur Isolierung und Kühlung der Wicklung dient ein Iso lierstoff, der im Fall von Leistungstransformatoren ein

Fluid, beispielsweise ein Öl, eine Esterflüssigkeit oder aber auch ein Gas sein kann.

Auch Verteiltransformatoren können einen mit Isolierfluid befüllten Kessel aufweisen. Abweichend hiervon ist es jedoch auch möglich, die Verteiltransformatoren als so genannte Tro ckentransformatoren auszugestalten, wobei statt eines flüssi gen oder gasförmigen Isoliermediums die Wicklungen in einem Festkörper, beispielsweise einem Epoxidharz eingebettet sind.

Im Fehlerfall stellen Transformatoren ein für die Sicherheit der Netzwerkversorgung kritisches Bauteil dar, da durch den Ausfall des Transformators die Energieversorgung unterbrochen wird. Es ist daher wünschenswert, den Zustand des Transforma tors von fern und somit online überwachen zu können, um einem Ausfall möglichst vorzubeugen.

Dem eingangs genannten elektrischen Gerät haftet der Nachteil an, dass die Messsensoren einzeln internetfähig sein müssen. Dies erlaubt zwar eine flexible Anpassung der Messsensoren an den jeweiligen Einsatzort des elektrischen Geräts. Auf der anderen Seite sind netzwerkfähige Messsensoren jedoch aufwän dig, fehleranfällig und kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Gerät der ein gangs genannten Art bereitzustellen, das kostengünstig ist und gleichzeitig im gesamten Bereich der Energieübertragung und - V erteilung flexibel an die jeweils vorliegenden Anforde rungen angepasst werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass wenigstens ei ne Kommunikationseinheit mit einem Gehäuse vorgesehen ist, in dem ein GSM-Modul sowie mehrere analoge und mehrere digitale Messeingänge angeordnet sind, wobei mehrere Messsensoren mit einer Kommunikationseinheit verbunden sind und die jeweilige Kommunikationseinheit zum Verarbeiten der aus den verschiede nen Messsignalen gewonnenen Messdaten eingerichtet ist.

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät ist mit einer Kommuni kationseinheit bestückt, die ein Gehäuse mit mehreren Mess eingängen aufweist, so dass eine ganze Reihe unterschiedli cher Sensoren, die in dem elektrischen Gerät angeordnet sind, flexibel mit der jeweiligen Kommunikationseinheit verbunden werden können. Ist beispielsweise das elektrische Gerät ein Transformator, der in einem Übertragungsnetz mit Spannungen über 50 kV eingesetzt wird, weist dieser in der Regel einen Kessel oder Tank auf, der mit einem Isolierfluid befüllt ist. Innerhalb des Tanks sind Kern und Wicklung angeordnet. In diesem Falle sind in der Regel Temperatursensoren erforder lich, die zum Erfassen der Fluidtemperatur im Kessel dienen. Im Gegensatz dazu weisen so genannte Trockentransformatoren, die zur Energieverteilung in Verteilnetzen mit Spannungen bis zu 50 kV eingesetzt werden, abweichende Sensoren auf, die beispielsweise zum Erfassen einer Wicklungstemperatur oder eines Wicklungsstromes eingerichtet sind. Um für alle elekt rischen Geräte die gleiche Kommunikationseinheit verwenden zu können, ist diese im Rahmen der Erfindung mit mehreren analo gen und digitalen Eingängen bestückt. Darüber hinaus ist er findungsgemäß ein so genanntes GSM-Modul vorgesehen, mit dem die von der Kommunikationseinheit gesammelten Messsignale über einen bekannten Standard an eine ferngelegene, bei spielsweise cloudbasierte Recheneinheit übertragen werden können. Dort kann anschließend die zentrale Überwachung meh rerer, auch verteilt aufgestellter elektrischer Geräte erfol gen. Die große Anpassfähigkeit der Kommunikationseinheit an die jeweils erforderlichen Sensoren auf der einen Seite und die gemeinsame Übertragung der bereits verarbeiteten Messsig nale auf der anderen Seite bieten einen entscheidenden Vor teil gegenüber dem eingangs genannten System mit einer ganzen Reihe von getrennt netzwerkfähigen Sensoren. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass das elektrische Gerät Sensoren aufweist, die nicht mit der Kommunikationseinheit verbunden sind.

Die Kommunikationseinheit verfügt im Rahmen der Erfindung über ein Gehäuse, das zur Aufnahme seiner elektronischen Kom ponenten sowie zur deren gemeinsamer Halterung dient. Das Ge häuse ist vorteilhafterweise aus einem Kunststoff, einem ge sinterten Material oder Metall gefertigt und kann beispiels weise in einem Schaltschrank des elektrischen Gerätes ange ordnet sein. Bei einigen elektrischen Geräten ist die Anord nung der Kommunikationseinheit in einem Schaltschrank oder einer sonstigen Komponente des elektrischen Geräts, welche den notwendigen Schutz vor Verunreinigungen oder schädlichen Wetterbedingungen bereitstellt, nicht möglich oder uner wünscht. In diesen Fällen verfügt die Kommunikationseinheit über ein Schutzgehäuse, das ebenfalls vorteilhafterweise aus einem Kunststoff, einem gesinterten Material oder Metall ge fertigt ist und in dem alle restlichen Komponenten der Kommu nikationseinheit angeordnet sind. Bevorzugt verfügt die Kom munikationseinheit über ein Gehäuse und ein Schutzgehäuse, welchen das Gehäuse schützend kapselt. Das Schutzgehäuse ist mit Signalkabeldurchführungen ausgerüstet, die ein Hindurch führen von Signalkabeln durch die Wandung des Schutzgehäuses ermöglichen. Dabei können mehrere Signalkabel gemeinsam durch eine Signalkabeldurchführung geführt sein. Das wetterfeste Schutzgehäuse ist bevorzugt mit Befestigungsmitteln ausgerüs tet, mit deren Hilfe die Kommunikationseinheit beispielsweise außen an dem im Freien aufgestellten elektrischen Gerät be festigt ist. Insbesondere im Falle von Verteiltransformatoren ist es jedoch auch möglich, dass diese in einem Gebäude ange ordnet sind, wobei Kommunikationseinheit an einer Wand des Gebäudes innen oder außen befestigt ist.

Im Rahmen der Erfindung ist das elektrische Gerät bevorzugt ein Transformator oder eine Drossel. Ferner ist es möglich, dass das elektrische Gerät mehrere Kommunikationseinheiten aufweist, wobei jedoch jede Kommunikationseinheit mit mehre ren Sensoren verbunden ist.

Vorteilhafterweise umfasst die Gruppe von Messsensoren einen Wicklungsstromsensor, der zum Erfassen eines durch die Wick lung fließenden Wicklungsstromes eingerichtet ist, und einen Positionsgeber, der zur Bestimmung der örtlichen Lage des elektrischen Gerätes dient. Gemäß dieser vorteilhaften Wei terentwicklung werden Messsensoren eingesetzt, die sowohl für elektrische Geräte, die einen mit Isolierfluid befüllten Kes sel aufweisen, als auch für feststoffisolierte elektrische Geräte geeignet sind. Die besagten Sensoren können unabhängig vom Typ des jeweiligen elektrischen Geräts eingesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich Kosten einsparen. Der Positions geber kann grundsätzlich beliebig ausgeführt sein. Beispiels weise ist der Positionsgeber eine auf einer Speichereinheit der Kommunikationseinheit abgelegte Ortsangabe, die von außen auslesbar ist. Bevorzugt ist der Positionsgeber jedoch als GPS-Antenne ausgeführt, die von im Orbit kreisenden Satelli ten erfasst werden kann. GPS steht hier für das Fachleuten bekannte Global Positioning System.

Darüber hinaus verfügt die Kommunikationseinheit über ein Wi derstandsthermometer. Widerstandsthermometer umfassen in der Regel eine Messsonde aus einem Material, dessen elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Beispielsweise weist die Messsonde eine Platinmatrix auf und hat einen Ruhewiderstand von etwa 100 Ohm. Ein solcher Widerstandstemperatursensor wird auch als PT-100-Sensor bezeichnet. PT-100-Sensoren sind in der Regel durch mehradrige Kabel mit der Kommunikations einheit verbunden, die einen passenden Eingang für diese Messsensoren aufweist. Dadurch wird die Flexibilität für den Einsatz des Kommunikationsmoduls erhöht.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, dass jede Kommunika tionseinheit über einen USB-Anschluss und einen so genannten Ethernet-Anschluss verfügt. Die USB- oder Ethernet-Anschlüsse dienen zum Auslesen der gespeicherten Parameter der Kommuni- kationseinheit vor Ort und/oder zum Zugriff auf eine Logik einheit, die Teil der Kommunikationseinheit ist, und mit de ren Hilfe die Wirkungsweise der Kommunikationseinheit beim Erfassen und Verarbeiten der empfangenen Messsignale einge stellt werden kann. Der Ethernet-Anschluss ermöglicht ferner die Verbindung mit dem Internet.

Vorteilhafterweise ist der Positionsgeber außerhalb des Ge häuses der Kommunikationseinheit angeordnet. Als Positionsge ber kommt - wie weiter oben bereits ausführt - eine so ge nannte GPS-Antenne in Betracht. Die GPS (Global Positioning System) -Antenne muss zur Positionsbestimmung von Satelliten erfasst werden. Aufgrund der lösbaren Befestigung des Positi onsgebers kann dieser von der Kommunikationseinheit getrennt und beispielsweise außerhalb des Gebäudes angeordnet werden, das eine im Inneren angeordnete Antenne ansonsten abschirmen würde. Die GPS-Antenne kann vorteilhafterweise über einen GPS-Signaleingang mit den restlichen Komponenten der Kommuni kationseinheit verbunden werden.

Zur Zeitsignalisierung kann die Kommunikationseinheit über einen internen Zeitgeber verfügen. Der Zeitgeber kann bei spielsweise über eine GPS-Antenne erfolgen. Abweichend davon ist ein zusätzlicher Zeitgeber vorgesehen, der nach einem so genannten NTP-Zeitsynchronisationsprotokoll arbeitet.

Gemäß einer abweichenden Variante verfügt das elektrische Ge rät über einen mit Isolierfluid befüllten Kessel, wobei die Gruppe von Sensoren einen Temperatursensor im oberen Bereich des Kessels und einen Temperatursensor im unteren Bereich des Kessels umfasst, die jeweils zum Erfassen der Temperatur des Isolierfluids eingerichtet sind. Gemäß dieser Variante sind Messsensoren vorgesehen und mit der Kommunikationseinheit verbunden, die zum Erfassen der oberen und unteren Temperatur des Isolierfluids eingerichtet sind. Abweichend hiervon wird die Temperatur des Isolierfluids lediglich an einer Seite des Kessels des elektrischen Geräts erfasst. Gemäß einer weiteren Variante ist jede Wicklung in einem elektrisch nichtleitenden Festkörper eingebettet und mit ei nem Wicklungstemperatursensor bestückt, der zum Erfassen der Temperatur der Wicklung eingerichtet ist. Solche Wicklungs temperatursensoren werden bevorzugt für so genannte Trocken transformatoren verwendet.

Vorteilhafterweise verfügt die Kommunikationseinheit über ei nen Coprozessor, der eingangsseitig mit den Messeingängen und ausgangsseitig mit einem Hauptprozessor verbunden ist, wobei eine Speichereinheit vorgesehen ist, die mit dem Hauptprozes sor verbunden ist. Die Aufteilung der Rechenleistung ist vor teilhaft und sorgt für einen fehlerfreien Betrieb der Kommu nikationseinheit .

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Coprozessor zum Empfang und zum Abtasten der Messsignale unter Erhalt von Messwerten, zum Digitalisieren der Messwerte unter Erhalt von Messdaten, Mitteln der digitalisierten Mess daten und zum Weitersenden der gemittelten Messdaten an den Hauptprozessor eingerichtet. Der Coprozessor dient somit zur Vorverarbeitung und insbesondere zum Zusammenstellen von Messdatenpaketen, die die Messdaten der verschiedenen Senso ren enthalten. Dabei sind die Messdaten eines Messdatenpakets gemittelt. Die Messdatenpakete werden dem Hauptprozessor wei tergeleitet. Bevorzugt wird über eine Sekunde gemittelt, wo bei der Coprozessor jede Sekunde den Mittelwert der Messdaten bildet, die er von den verschiedenen Messsignalen der Mess sensoren abgeleitet hat. Selbstverständlich kann die Dauer der Mittelung des Coprozessors durch entsprechende Parametri sierung der Kommunikationseinheit verändert werden, so dass die Zeitdauer der Mittelung verändert ist.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Hauptprozessor zum Empfang der digitalen gemittelten Messdaten und deren Weiterverarbeitung unter Gewinnung von verarbeiteten Messdaten, zum Speichern der verarbeiteten Messdaten in der Speichereinheit und zum Übersenden der über- arbeiteten Messdaten an das GSM-Modul eingerichtet. Die vor verarbeiteten Messdaten werden im Rahmen der Erfindung dem Hauptprozessor zur Verfügung gestellt, der beispielsweise ei ne weitere Mittelung der im Sekundentakt eintreffenden Mess daten durchführt und diese beispielsweise über eine Minute hinweg mittelt und die erneut gemittelten Messdaten in der Speichereinheit ablegt. Diese Messdaten werden gleichzeitig über das GSM-Modul an die zentrale Recheneinheit weitergelei tet. Auch der Mittelungszeitraum des Hauptprozessors kann durch entsprechende Parametrisierung eingestellt werden.

Zweckmäßigerweise verfügt die Kommunikationseinheit über eine Logikeinheit. Die Logikeinheit kann beispielsweise über die USB-Schnittstelle oder über den Ethernet-Eingang angesprochen werden. Darüber hinaus dient die Logikeinheit auch dazu, das so genannte GSM-Modul anzusteuern oder über das GSM-Modul von einer Cloud angesteuert zu werden. Bei der Logikeinheit han delt es sich um eine Software, die Anfragen, Eingangsbefehle oder Parameter von den besagten Schnittstellen empfängt und entsprechende Anweisungen ausführt.

Zweckmäßigerweise weist die Kommunikationseinheit ein mit Zu gangsöffnungen ausgerüstetes Schutzgehäuse auf, in dem das Gehäuse vollständig gekapselt angeordnet ist. Das Schutzge häuse dient zum Schutz der elektronischen Komponenten der Kommunikationseinheit vor Schmutz und sonstigen schädlichen Umwelteinflüssen wie z.B. Schnee, Regen, Sonneneinstrahlung sowie außerordentlich hohen oder niedrigen Temperaturen. Die Signalleitungen können dem Gehäuse mit den Messeingängen durch die Zugangsöffnungen zugeführt werden. Dabei können auch mehrere Signalleitungen durch eine Zugangsöffnung ge führt werden.

Das Schutzgehäuse verfügt beispielsweise über Befestigungs mittel zum Befestigen der Kommunikationseinheit direkt an den anderen Komponenten des elektrischen Geräts. Bei einer Vari ante ist die Kommunikationseinheit innerhalb eines Schalt schranks angeordnet. Ein ohnehin vorhandener Schaltschrank kann im Rahmen der Erfindung zur Aufnahme der Kommunikations einheit genutzt werden.

Die Verbindung der in dem elektrischen Gerät angeordneten Messsensoren mit der Kommunikationseinheit ist grundsätzlich beliebig und erfolgt ganz allgemein über eine Datenverbin dungsstrecke. Die Datenverbindungsstrecke kann beispielsweise als Signalkabel ausgeführt sein, wobei die Signalkabel bei spielsweise aus einem mit Isolierfluid befüllten Tank fluid dicht herausgeführt sind. Abweichend hiervon ist jedoch auch eine kabellose Übertragung der Messsignale an die Kommunika tionseinheit im Rahmen der Erfindung möglich.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts in einer schematischen Seitenansicht,

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektri schen Geräts in schematischer Darstellung,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Kommunikationsein heit eines elektrischen Geräts gemäß Figur 1 oder 2 in einer logischen Darstellung,

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines analogen Mess eingangs einer Kommunikationseinheit gemäß Fi gur 3 ,

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines PTIOO-Eingangs der Kommunikationseinheit gemäß Figur 3, Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für ein Schutzgehäuse der Kommunikationseinheit,

Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin

dungsgemäßen Geräts ,

Figur 8 ein von Figur 7 abweichendes Ausführungsbei spiel des erfindungsgemäßen Geräts und

Figur 9 ein Ausführungsbeispiel eines lösbaren Positi onsgebers schematisch verdeutlichen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, das hier als Transformator 1 ausgeführt ist. Der dargestellte Transformator 1 ist ein Leistungstrans- formator und zum Anschluss an ein 345 kV Hochspannungsnetz vorgesehen. Für jede Phase des Wechselspannung führenden Hochspannungsnetzes ist eine Hochspannungsdurchführung 2 vor gesehen, die über figürlich nicht dargestellte Befestigungs mittel an einem Kessel 3 des Transformators 1 befestigt ist. An ihrem von den Befestigungsmitteln abgewandten Ende ist je de Hochspannungsdurchführung 2 mit einem Freiluftanschluss ausgestattet, der zur Montage einer luftisolierte Freiluft leitung dient. Innerhalb des Kessels 3 ist ein Kern 5 ange ordnet, der aus einem magnetisierbaren Material, hier Eisen, besteht. Dabei bildet der Kern 5 einen geschlossenen Magnet kreis aus und verfügt über drei Kernschenkel, von denen in Figur 1 nur einer erkennbar ist. Die Kernschenkel sind je weils von konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen um schlossen, wobei in Figur 1 lediglich eine Oberspannungswick lung 6 erkennbar ist, welche eine innere Unterspannungswick lung und eine Hilfswicklung umschließt. Jede Oberspannungs wicklung 6 ist über eine Verbindungsleitung, die figürlich nicht dargestellt ist, mit einer der dargestellten Hochspan nungsdurchführungen 2 verbunden. Die Unterspannungswicklungen sind über ebenfalls nicht gezeigte Verbindungsleitungen mit Ausgangsdurchführungen und/oder mit Kabelsteckbuchsen verbun den. Der Transformator 1 transformiert die Eingangsspannung, hier 345 kV, auf eine kleinere Ausgangsspannung, hier 175,5 kV.

Zur Kühlung und elektrischen Isolierung des den Kern 5 und die Wicklungen 6 umfassenden Aktivteils ist der Kessel 3 mit einem Isolierfluid, hier einem Esteröl, befüllt, wobei zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenschwankungen des

Esterfluids ein Ausgleichsbehälter 7 vorgesehen ist, der über eine Verbindungskanal 8 mit dem Innenraum des Kessels 3 ver bunden ist. Im oberen Bereich des Kessels 3 ist an seiner In nenwandung ein Temperatursensor 9 erkennbar, wobei im unteren Bereich des Kessels 3 ein weiterer Temperatursensor 10 ange bracht ist. Die Temperatursensoren 9 und 10 sind zum Erfassen der dort jeweils herrschenden Temperatur des Isolierfluids, also der Esterflüssigkeit, eingerichtet. Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 11 vorgesehen, der zum Messen der Wick lungstemperatur der Oberspannungswicklung 6 vorgesehen ist. Die Sensoren 9, 10 und 11 sind über nicht gezeigte Signallei tungen mit einer Kommunikationseinheit 12 verbunden, auf die später noch genauer eingegangen werden wird.

Die Kommunikationseinheit 12 sammelt die eingehenden Mess signale, digitalisiert diese unter Gewinnung von Messdaten und mittelt diese über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg. Schließlich werden die gemittelten Messdaten in einer Spei chereinheit der Kommunikationseinheit abgelegt, die in Figur 1 figürlich nicht dargestellt ist. Darüber hinaus verfügt die Kommunikationseinheit 12 über ein GSM-Modul, das die Kommuni kation mit einer Recheneinheit 14a ermöglicht, die auch als Bestandteil einer so genannten Cloud 14 bezeichnet werden kann. Die gemittelten Messdaten werden dem GSM-Modul zuge führt und von diesem an die Cloud 14 übertragen.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen elektrischen Geräts, das wieder als Transforma tor 1 ausgeführt ist, wobei es sich bei dem Transformator 1 jedoch um einen so genannten Trockentransformator 1 handelt. Auch hier umfasst der Transformator 1 einen Kern 5, der aus einem oberen horizontal verlaufenden Joch und drei senkrech ten Schenkeln besteht, die jeweils von mehreren konzentri schen Wicklungen umschlossen sind, wobei die Oberspannungs wicklungen 6 und eine Unterspannungswicklung 15 in der ge zeigten Schnittansicht erkennbar sind. Der Kern 5 ist, wie üblich, aus aneinander anliegenden Eisenblechen ausgebildet, so dass Wirbelströme unterdrückt werden. Der Transformator 1 ist ferner mit figürlich nicht dargestellten Sensoren ausge rüstet, wobei ein nicht dargestellter Temperatursensor zum Erfassen der Wicklungstemperatur dient. Darüber hinaus wird mit Hilfe eines Strommesssensors der jeweilige Wicklungsstrom gemessen. Die Sensoren sind über ebenfalls nicht gezeigte Signalleitungen mit der Kommunikationseinheit 12 verbunden, die wieder mit einem GSM-Modul bestückt ist und die von den Messsensoren erhaltenen Messsignale sammelt und mittelt und bearbeitet und an die Cloud 14 zu Überwachungszwecken sendet. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch mög lich, die Kommunikationseinheit direkt an einem Trockentrans formator zu befestigen.

Figur 3 zeigt den Aufbau der Kommunikationseinheit 12 in ei ner logischen Darstellung. So weist die Kommunikationseinheit 12 einen Hauptprozessor 13 sowie einen Coprozessor 14 auf, die in einem in Figur 3 nicht dargestellten Gehäuse angeord net sind. Darüber hinaus ist das bereits beschriebene GSM- Modul 15 gezeigt. Zur Energieversorgung ist ein Netzversor gungseingang 16 vorgesehen, mit dem der Coprozessor 14 und der Hauptprozessor 13 mit elektrischer Energie versorgt wer den können. Ferner ist ein Energieschalter 17 erkennbar, der von dem Hauptprozessor 13 aus ansteuerbar ist, um das GSM- Moduls 15 mit dem Netzversorgungseingang zu verbinden bzw. von diesen zu trennen. Ferner ist eine Energiespeichereinheit 18 vorgesehen, die beispielsweise als wiederaufladbarer Akku mulator oder als Batterie ausgeführt ist.

Der Hauptprozessor 13 und der Coprozessor 14 sind mit einer Statusanzeige 19 gekoppelt, die von außen in Augenschein ge nommen werden kann und bei der es sich bei dem gezeigten Aus- führungsbeispiel um eine optische Statusanzeige 19 in Gestalt von LEDs handelt. Die LEDs zeigen den jeweiligen Zustand des Hauptprozessors 13 und des Coprozessors 14 an. Oberhalb der Statusanzeige 19 ist ein Etherneteingang 20 und darüber ein so genannter USB-Anschluss 21 erkennbar. Der USB-Anschluss 21 ist mit dem Coprozessor 14 und der Ethernetanschluss 20 mit dem Hauptprozessor 13 verbunden.

Ferner sind Messeingänge 22a bis 22g erkennbar, die ausgangs seitig an den Coprozessor 14 angeschlossen sind. Bei den Messeingängen 22a und 22b handelt es sich um so genannte di gitale Eingänge. Die Messeingänge 22c, 22d und 22e sind als analoge Eingänge ausgestaltet. Der Messeingang 22f ist ein Eingang für ein Widerstandsthermometer, das als so genannter PTIOO-Sensor ausgeführt ist. Der Eingang 22g ist ein so ge nannter RS-485-Eingang. RS-485, auch als TIA-485 bekannt, be zeichnet einen Standard für eine asynchrone serielle Daten übertragung. Dieser Standard ist dem Fachmann bekannt, so dass eine genauere Beschreibung hier entfallen kann. Das breite Spektrum von Messeingängen 22a bis 22g ermöglicht die Kommunikationseinheit 12 flexibel für solche elektrische Ge räte einzusetzen, die im Bereich der Elektroenergieübertra gung und - V erteilung üblich sind.

Dabei müssen nicht alle Messeingänge 22a bis 22g tatsächlich verwendet werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein digitaler Eingang mit einem Messsensor 23a ver bunden, wohingegen der digitale Eingang 22b frei bleibt und mit keinem Sensor verbunden ist. Der analoge Eingang 22c ist mit einem so genannten 4 - 20mA-Sensor 23c verbunden. Bei dem Sensor 23d, der mit dem analogen Messeingang 22d verbunden ist, handelt es sich um einen so genannten +/-2 OmA-Sensor .

Auf die Unterschiede wird später im Zusammenhang mit Figur 4 noch genauer eingegangen werden.

Der analoge Eingang 22e bleibt in dem gezeigten Ausführungs beispiel ebenfalls frei. Bei dem Sensor 23f handelt es sich um einen so genannten PT-100-Sensor . Der Sensor 23g ist ein RS-485-Sensor, der ausgangsseitig Messsignale gemäß dem

RS485-Standard bereitstellt .

Figur 4 zeigt den Aufbau eines analogen Eingangs am Beispiel des analogen Eingangs 22c von Figur 3, wobei jedoch die ana logen Eingänge 22d und 22e identisch aufgebaut sind. Der ana loge Eingang 22c umfasst eine Steckbuchse 24, die zur Aufnah me eines formkomplementären Steckteils des Sensors 22c einge richtet ist. Um die Anwendungsvielfalt der analogen Eingänge zu erweitern, ist für jeden analogen Eingang eine Energiever sorgung 25 vorgesehen, so dass ein aktiv messender Sensor, beispielsweise ein 4-20mA-Stromsensor, mit einer Spannung oder einem Strom versorgt werden kann. Die Energieversor gungseinheit 25 umfasst die eigentliche Energiequelle 26, ei nen Überstromschutz 27 sowie einen Polarisationsschutz 28. Weiterhin ist ein Überspannungsschutz 29 vorgesehen. An schließend folgt eine Widerstandseinheit 30, deren innerer Widerstand von einem Wahlschalter 31, von 60 Ohm auf 120 Ohm oder umgekehrt umgestellt werden kann. Dabei ist der Wahl schalter 31 mit einem Ausgleichsglied 34 verbunden, dem wie derum ein Filter, beispielsweise ein Butterworth-Filter 35, nachgeschaltet ist. Der Filter 35 glättet die eingehenden analogen Messsignale, die anschließend unter Gewinnung von Abtastwerten abgetastet werden, woraufhin die Abtastwerte von einem figürlich nicht dargestellten Analog-/Digitalwandler digitalisiert werden. Mit Hilfe des Wahlschalters 31 ist es möglich, den analogen Messeingang 22c von einem so genannten 4 - 2 OmA-Standard auf einen +/-2 OmA-Sensor umzustellen, wobei der jeweils eingestellte Zustand über eine LED-Anzeige 36 au ßen am Gehäuse optisch angezeigt wird. Die Umstellung erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel selbstständig, so dass die Flexibilität der Kommunikationsbox 12 noch weiter erhöht ist .

Figur 5 zeigt den Eingang für einen PTIOO-Sensor als Wider standsthermometer 22f genauer. Ein PTIOO-Sensor ist über ein dreigliedriges Signalkabel an die Eingangsbuchse 24 ange schlossen. Eine Stromquelle 37 ist mit der Eingangsbuchse 24 verbunden und stellt den für den PTIOO-Sensor notwendigen Messstrom bereit. Der Eingangsbuchse 24 nachgeschaltet ist eine Widerstandsausgleichseinheit 38 und anschließend wieder eine Filtereinheit 35, welche die für die Digitalisierung notwendige Glättung bereitstellt . Die in den Figuren 4 und 5 ausgangsseitig bereitgestellten geglätteten Messsignale wer den von dem Coprozessor, wie weiter oben beschrieben, unter Gewinnung von digitalen Messdaten digitalisiert. Der Copro zessor mittelt die digitalen Messdaten über einen ersten Mit telungsbereich, beispielsweise über 1 Sekunde hinweg, und stellt die gemittelten Messdaten dem Hauptprozessor 13 zur Verfügung, der die weitere Verarbeitung übernimmt. So verfügt der Hauptprozessor 13 beispielsweise über eine figürlich nicht dargestellte Speichereinheit, in welcher die von ihm beispielsweise über eine zweite Mittelungsdauer hinweg gemit telten Mittelwerte gespeichert werden. Die Mittelwerte werden ferner dem GSM-Modul 15 zugeführt (siehe Figur 3) , das aus gangsseitig mit einer GSM-Antenne 39 sowie einem

Positiongsgeber-Antenne 40 verbunden ist. Sowohl die GSM- Antenne 39 also auch die Positiongsgeber-Antenne 40 sind be vorzugt außerhalb des Gehäuses angeordnet. Mit Hilfe der GSM- Antenne 39 werden die zweimal gemittelten Messdaten über eine Mobilfunkverbindung dem in Figur 1 gezeigten Cloudrechner 14a zur Verfügung gestellt.

Die Positionsgeber-Antenne ist bevorzugt eine GPS Antenne.

Die GPS-Antenne ist Teil eins globalen Positionsbestimmungs systems, das von im Orbit der Erde verteilten Satelliten an gepeilt werden kann, so dass dem Cloudrechner 14a auch die Position des Geräts übermittelt werden kann.

Schließlich verfügt die Kommunikationseinheit 12 auch über einen so genannten SIM-Kartenleser 41 (Figur 3) , der mit dem GSM-Modul 15 verbindbar ist.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schutzgehäuses 42 einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinheit 12. Auf der rechten Seite der Figur 6 ist ein Bodenteil 42a und auf der linken Seite ein Deckelteil 42b des Schutzgehäuses 42 jeweils in einer Draufsicht dargestellt. Es ist erkennbar, dass das Bodenteil 42a des Schutzgehäuses 42 eine flache Bodenwand aufweist, an der Befestigungsmittel 43 vorgesehen sind, die zur Befestigung eines figürlich nicht dargestellten inneren Gehäuses in dem Schutzgehäuse 42 dienen, in dem die zuvor be schriebenen elektronischen Komponenten mit Ausnahme der An tennen angeordnet sind. Von der Bodenwand des Bodenteils 42a ragen Seitenwände auf, also aus der Zeichnungsebene heraus, die einen Schutzraum von allen Seiten umgeben. Eine der be sagten vier Seitenwände ist mit in einer Reihe nebeneinander angeordneten Zugangsöffnungen 44 ausgerüstet. Die Zugangsöff nungen 44 ermöglichen das Zuführen der mit den Messsensoren verbundenen Signalleitungen an die Eingänge der Kommunikati onseinheit 12, die an dem inneren Gehäuse ausgebildet sind. Nicht benötigte Zugangsöffnungen sind mit einem nicht darge stellten Verschlussteil verschlossen. Das Deckelteil 42b ver fügt über einen haubenförmig ausgebildeten Kuppelabschnitt 45, der mit seinen Seitenwänden die Seitenwände des Boden teils 42a an allen Seiten mit etwas Spiel übergreift. Für je de Zuführungsöffnung 44 ist ein Einführungsschlitz an einer Wand des Kuppelabschnitts des Deckelteil 42b vorgesehen.

Nachdem das Gehäuse in dem Bodenteil 42a angeordnet und an diesem befestigt ist, kann das Deckelteil 42b über die Sei tenwände des Bodenteils 42a gestülpt und mit diesem bei spielsweise durch eine Schraubverbindung mechanisch verbunden werden. Dazu sind in dem Deckelteil 42b Durchgangsbohrungen 46 ausgebildet. Über die im Bodenteil 42a erkennbaren Durch gangsbohrungen kann das Schutzgehäuse 42 zum Beispiel an der Außenseite eines Kessels oder an einem Trockentransformator befestig werden. Das in dem Schutzgehäuse 42 angeordnete Ge häuse ist von diesem vollständig gekapselt und somit vor Schmutz und schädlichen Umwelteinflüssen wie beispielsweise Schnee oder Regen geschützt. Dabei weist der Kuppelabschnitt ausreichend Platz auf, um die GPS- und GPS-Antennen, die nicht in dem inneren Gehäuse angeordnet sind, aufzunehmen. Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen elektrischen Geräts, das wieder als Leistungs transformator 1 ausgeführt ist und einen mit Isolierfluid befüllten Kessel 3 aufweist. An dem Kessel 3 ist das Zusatz gehäuse 42 befestigt, in dessen Inneren das Gehäuse 47 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Figur 8 zeigt ein von Figur 7 insoweit abweichendes Ausfüh rungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1, als dass die Kommunikationseinheit 12 mit ihrem Gehäuse 47 innerhalb eines Schaltschranks 48 des elektrischen Geräts 1 angeordnet ist. In diesem Fall stellt der Schaltschrank 48 den notwendigen Schutz für die Kommunikationseinheit 12 vor äußeren Einflüssen bereit. Ein zusätzliches Schutzgehäuse ist daher nicht vorgesehen.

Wird das Gehäuse 47 von dem Schutzgehäuse 42 gekapselt, sind die GSM-Antenne und die GPS-Antenne zwar außerhalb des inne ren Gehäuses 47 jedoch noch innerhalb des Schutzgehäuses 42 angeordnet. Das Deckelteil 42b des Schutzgehäuses 42 ist ent sprechend ausgestaltet.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich die GPS- Antenne 40 und/oder die GSM-Antenne 39 jeweils als Außenan tenne auszugestalten, so dass die besagten Antennen 39 bzw.

40 ohne Schutz durch ein zusätzliches Gehäuse beispielsweise an der Außenseite eines Kessels oder einer Außenwand eines Gebäudes befestigt werden kann. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn das Gehäuse 47 wie in Figur 7 gezeigt in nerhalb eines in der Regel metallischen Schaltschranks 48 an geordnet ist. Der Metallschrank 48 würde in ihm angeordnete Antennen zu stark abschirmen.

Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer separaten Antenne 49, die sowohl die GSM-Antenne 39 als auch die GPS-Antenne 40 umfasst. Die gezeigte separate Antenne 49 ist als Außenanten ne ausgeführt und weist eine äußere Abdeckhaube auf, unter der die besagten Antennen 39, 40 geschützt angeordnet sind. Für jede Antenne 39, 40 ist eine Anschlussleitung unten aus der Abdeckhaube herausgeführt.