SchaltersteuerungsSystem Die Erfindung betrifft ein Schaltersteuerungssystem.

Elektrische Energieverteilung basiert auf dem Schalten von Strömen. Typischerweise unterscheidet man dabei Hoch-, Mit ^¬ tel- und Niederspannung. Je höher die Spannung, desto aufwen- diger die Schaltanlage.

In Fig. 1 sind schematisch Elemente einer Hochspannungs ^¬ schaltanlage für das Schalten eines Leistungsschalters ge ^¬ zeigt. Leistungsschalter schließen und öffnen Strompfade (1) hoher elektrischer Spannungen und beherrschen das Schalten von Betriebs- und Fehlerströmen. Neben einer großen gespei ^¬ cherten mechanischen Energie, die z.B. durch einen Federspei ^¬ cherantrieb (2) zur Verfügung gestellt wird, müssen auch an ^¬ dere Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb erfüllt sein. So muß beispielsweise ausreichend Lösch- und Isoliergas für eine erfolgreiche Schalthandlung zur Verfügung stehen. Die SchaltStellung des Leistungsschalters, der Status seines An ^¬ triebes und dessen Federspeichers sowie der Druck des Lösch- und Isoliergases werden durch elektrische Schaltkontakte (3) permanent überwacht. Eine lokale elektrische oder elektroni ^¬ sche Steuerung (4) interpretiert hierzu die Schalt zustände der Kontakte und beeinflußt in Abhängigkeit des Leistungs ^¬ schalterstatus und ihrer Verdrahtung bzw. Programmierung die Schalterfunktionen. Somit gibt die Steuerung Schalthandlungen frei, sperrt Schalthandlungen oder löst Schalthandlungen ei ^¬ genständig aus.

Dabei stellen elektrische Leitungen und Kabel (5) , die zur Übertragung der elektrischen Statusinformationen benötig wer- den, eine Senke und Einkopplungsmöglichkeit für EMV-Störungen dar (EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit) . Die Quelle dieser Störungen sind die dem Leistungsschalter typischen elektromagnetischen Emissionen, die sich durch die Schalt- handlungen des Hochspannungsschalters bzw. dadurch hervorge ^¬ rufene schnelle Veränderungen der Spannung als auch des Stroms einstellen. Bei konventionellen, elektrischen Steue ^¬ rungen sind die Störungen als Störpegel an den Klemmen der Steuerungsbauteile messbar und dürfen mittels Normen defi ^¬ nierte Grenzwerte nicht überschreiten. Bei elektronischen Steuerungen sind die Störungen ebenfalls messbar und können die Steuerung in ihrer Funktion beeinflussen und sogar zur Zerstörung der in der Steuerung verbauten Halbleiter führen.

Bisher werden zur Realisierung von Leistungsschaltersteuerun ^¬ gen konventionelle elektrische Bauelemente verwendet, da de ^¬ ren Größe und Robustheit eine bessere Störunempfindlichkeit mit sich bringt. Normüberschreitende Störpegel werden durch speziell definierte Leitungsverlegevorschriften reduziert. Wenn elektronische Leistungsschaltersteuerungen verwendet werden, dann werden sie durch entsprechende Schut zbeschaltun- gen wie Filter, Abieiter und geschlossene metallische Gehäuse vor den Störspannungen geschützt. Der Einsatz von elektroni- sehen Leistungsschaltersteuerungen bzw. mit aktiven Halb ^¬ leiterbauelementen gebildeten, Informationen verarbeitenden Leistungsschaltersteuerungen wird allerdings bisher weitest ^¬ gehend vermieden, obwohl diese Leistungsschaltersteuerungen wesentlich größere Freiheitsgerade durch ihre flexible Pro- grammierbarkeit zulassen würden.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, den Einfluß von EMV-Störungen auf die Schaltersteuerung von Schaltanlagen zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch ein Schaltersteuerungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird ein neuartiges Schaltersteuerungssystem zur Steuerung einer Schaltvorrichtung vorgeschlagen. Mit der Schaltvorrichtung wird dabei typischerweise ein Strompfad ge ^¬ öffnet oder geschlossen. Das Schaltersteuerungssystem ist mit einer Steuerung zum Steuern bzw. zur Vorgabe oder Anpassung von Einstellungen der Schaltvorrichtung gebildet. Dabei kann es sich insbesondere um eine lokale elektronische Steuerung handeln . Zudem umfaßt das Schaltersteuerungssystem eine Vorrichtung zur Erfassung (im Folgenden auch als „Erfassungsvorrichtung" bezeichnet) einer für die Steuerung der Schaltvorrichtung re ^¬ levanten Information. Diese Erfassungsvorrichtung erfaßt z.B. eine Statusinformation (z.B. Schalt- oder Motorstellungen) oder einen physikalischen Parameter (z.B. Druck, Gaseigen ^¬ schaft, etc.) . Bei der Information kann es sich aber auch um eine komplexe Information handeln, die z.B. einen Störfall indiziert, der mittels mehrerer Parameterinformationen detek- tiert wird. Die Erfassungsvorrichtung ist mit einer Blende oder einem Filter gebildet. Hierbei ist das Wort „oder" nicht als exklusiv zu verstehen. Die Erfassungsvorrichtung kann z.B. sowohl eine Blende als auch einen Filter oder eine be ^¬ liebige Kombination der Elemente „Blende" und „Filter" umfas ^¬ sen. Ein Lichtpfad (typischerweise mittels einem im Bereich der Blende bzw. des Filters unterbrochenen Lichtleiter reali ^¬ siert) ist von der Steuerung zur Blende und von dort zurück zur Steuerung geführt. Dabei kann u.U. die Steuerung aus meh ^¬ reren, evtl. separat angeordneten Komponenten (z.B. eine Sen ^¬ dekomponente und eine Empfangskomponente) bestehen, so daß der der Lichtpfad nicht notwendigerweise bei derselben Kompo ^¬ nente endet, von der er seinen Ausgang nimmt. Insbesondere kann es auch eine separate dedizierte Komponente für Erzeu ^¬ gung und Einspeisung von Licht in Lichtpfade geben. Diese Komponente wäre dann begriffsmäßig als Teil der Steuerung zu betrachten.

Schließlich umfaßt das erfindungsgemäße Schaltersteuerungssy ^¬ stem noch eine Vorrichtung für eine Bewegung der Blende oder des Filters für eine Beeinflussung (z.B. in Form einer (voll- ständigen oder teilweisen) Unterbrechung bzw. Freigabe) des

Lichtpfades nach Maßgabe der für die Steuerung der Schaltvor ^¬ richtung relevanten Information. Erfindungsgemäß wird ein Lichtpfad gemäß einer für die Steue ^¬ rung der Schaltvorrichtung relevanten Information beeinflußt. Somit kodiert das über diesen Lichtpfad empfangene Licht die ^¬ se für die Steuerung der Schaltvorrichtung relevante Informa- tion und kann mittels der Steuerung interpretiert werden. Zu diesem Zweck ist die Steuerung vorzugsweise zur Auswertung von Eigenschaften (LichtIntensität , das Farbspektrum des Lichts betreffende Eigenschaften, ...) von über einen oder meh ^¬ rere Lichtpfade empfangenen LichtSignalen (unter Lichtsignal wird auch das Fehlen von der Übertragung von Licht bei völli ^¬ ger Unterbrechung des Lichtpfades subsumiert) und zur Abbil ^¬ dung bzw. Interpretation (z.B. mittels Tabelle oder Abbil ^¬ dungsregeln, welche mittels Software eingespielt sind) der ausgewerteten Eigenschaften bzgl. für die Steuerung des

Schalters relevanten Information ausgebildet.

Durch den Einsatz von Lichtpfaden ist die Gefährdung durch EMV-Störungen erheblich reduziert. Insbesondere sind damit die Rahmenbedingungen für die Verwendung einer lokalen elek- tronischen Steuerung erheblich verbessert, d.h. eine elektro ^¬ nische Steuerung kann innerhalb der Schaltvorrichtung ange ^¬ ordnet werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstands ist das Schaltersteuerungssystem für die Beeinflussung einer Mehrzahl von von der Steuerung zur Blende und von dort zurück zur Steuerung geführten Lichtpfaden nach Maßgabe der für die Steuerung der Schaltvorrichtung relevanten Information ausge ^¬ staltet. Dabei können z.B. auch Lichtpfade und eine Beeinf- lussungen der Lichtpfade im Sinne einer redundanten Bereit ^¬ stellung einer für die Steuerung der Schaltvorrichtung rele ^¬ vanten Information für die Steuerung vorgesehen sein (die Re ^¬ dundanz kann dabei sowohl mittels teilweise redundanten oder völlig getrennten Lichtpfaden realisiert sein) .

Um eine Mehrzahl von Lichtpfaden platzsparend zu realisieren kann das Schaltungssteuerungssystem für eine Aufteilung eines Lichtpfads mit Hilfe eines Prismas oder eines Spiegels in mehrere Lichtpfade und eine Beeinflussung der mehreren Licht ^¬ pfade ausgestaltet sein. Somit fallen sozusagen auf dem Hin ^¬ weg mehrere Lichtpfade zusammen, d.h. weniger Übertragungsin ^¬ frastruktur (z.B. Lichtleiterstecke) muß bereitgestellt wer- den .

Ökonomisch ist auch die Verwendung mindestens eines Farbfil ^¬ ters zur Beeinflussung eines Lichtpfades nach Maßgabe der für die Steuerung der Schaltvorrichtung relevanten Information gemäß einer weiteren Weiterbildung des Erfindungsgegenstan ^¬ des. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerung für die Auswertung eines durch den Farbfilter beeinflußten Farban ^¬ teils von über den Lichtpfad an die Steuerung übertragenen Lichts ausgebildet. Auf diese Weise können mehr für die

Steuerung der Schaltvorrichtung relevante Informationen über einen Lichtpfad transportiert werden. Das erlaubt eine opti ^¬ mierte Einrichtung von Lichtpfaden, z.B. im Sinne einer mög ^¬ lichst geringen gesamten Lichtleiterstrecke. Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands wird zu ^¬ mindest ein Lichtpfad durch eine Mehrzahl von Beeinflussungs ^¬ mitteln beeinflußt (wobei unter Beeinflussungsmittel eine Blende bzw. ein Filter verstanden wird; es ist dabei eine be ^¬ liebige Kombination gleichartiger bzw. verschiedenartiger Be- einflussungsmittel denkbar) . Dabei kann in einem ersten Fall die Mehrzahl von Beeinflussungsmittel einer einzigen Vorrich ^¬ tung zur Erfassung einer für die Steuerung der Schaltvorrich ^¬ tung relevanten Information zugeordnet sein. Dies hat den Vorteil, daß mehrere verschiedene an der Vorrichtung anfal- lende zur Erfassung einer für die Steuerung der Schaltvor ^¬ richtung relevante Informationen als Lichtsignal kodiert wer ^¬ den können. In einem zweiten Fall sind die Beeinflussungsmit ^¬ tel jeweils verschiedenen Vorrichtungen zur Erfassung einer für die Steuerung der Schaltvorrichtung relevanten Informati- on zugeordnet. Diese Lösung kann z.B. so ausgestaltet sein, daß der Lichtpfad verschiedene Erfassungsvorrichtungen pas ^¬ siert und das resultierende Lichtsignal Informationen dieser Erfassungsvorrichtungen kodiert (z.B. Druck in Bereich A zu hoch, Druck in Bereich B normal, Druck in Bereich C normal, wobei die einzelnen Informationen in Farbkomponenten des Lichtsignals erhalten sind) . Beide Fälle können auch kombi ^¬ niert zur Anwendung kommen.

Die Erfindung beinhaltet auch eine Schaltvorrichtung bzw. Schaltanlage mit einem erfindungsgemäßen Schaltersteuerungs ^¬ system. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher be ^¬ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Lastschalter mit herkömmlichem Steuerungssy ^¬ stem,

Fig. 2: einen Lastschalter mit erfindungsgemäßem Steuerungs ^¬ system,

Fig. 3: ein Druckwächter als Beispiel einer Vorrichtung zur Erfassung einer für die Steuerung der Schaltvorrichtung rele ^¬ vanten Information,

Fig. 4: eine andere Ausgestaltung eines Lastschalters mit er ^¬ findungsgemäßem Steuerungssystem, und

Fig. 5: eine weitere Ausgestaltung eines Lastschalters mit erfindungsgemäßem SteuerungsSystem.

Um die Vorteile und die hohe Flexibilität einer elektroni- sehen Steuerung nutzen zu können und die Steuerung vor Be ^¬ schädigung durch elektromagnetische Störeinflüsse zu schüt ^¬ zen, muß die leitungsgebundene Übertragung von Störspannungen möglichst reduziert werden. Dazu wird erfindungsgemäß die An ^¬ zahl der Signal- und Steuerleitungen, in die die Störspannun- gen bzw. Störgrößen einkoppeln, minimiert. Statt der elektri ^¬ schen Signalübertragung findet die Signalübertragung optisch statt. Dafür werden - wie in Fig. 2 gezeigt - statt elektri ^¬ scher Leitungen Lichtwellenleiter (6) verwendet. In der Sen- ^

deeinheit der Steuerung durchflutet eine Lichtquelle (7) die sendenden Lichtwellenleiter (8) mit Licht. Die Gegenseiten dieser Lichtwellenleiter sind auf Blenden (9) geführt, die die Aufgabe der bei herkömmlichen Lösungen verwendeten

Schaltkontakte zur Leistungsschalterstatusdarstellung über ^¬ nehmen. Dazu sind die Blenden mit Indikatorbauteilen, bei ^¬ spielsweise mit der Unterbrechereinheit (10), dem (Motor- ) Endschaltern (11) oder dem Druckwächter (12), - ähnlich wie bei herkömmlichen Lösungen die Schaltkontakte - mechanisch verbunden und bilden so jeweils Vorrichtungen zur Erfassung einer für die Steuerung der Schaltvorrichtung relevanten In ^¬ formation. Bei Änderung des Leistungsschalterstatus werden eine oder mehrere Blenden verschoben. Dadurch unterbrechen sie den Lichtpfad bzw. Lichtweg zum empfangenden Lichtwellen- leiter (13) oder geben ihn frei.

Dies wird im Folgenden anhand des Beispiels eines Druckwäch ^¬ ters (12) anhand von Fig. 3 noch näher erläutert. Der Druck eines Gasraumes (20) wird mit dem Druckwächter (12) über ^¬ wacht, indem der Gasdruck im Gasraum (20) einen Kolben (12a) gegen eine Feder (12b) verschiebt. Der Kolben ist mechanisch mit der Blende (9) verbunden und bewegt sie bei Veränderung des Gasdruckes. Somit befinden sich, in Abhängigkeit des Gas ^¬ druckes, der lichtundurchlässige Teil der Blende (9a) oder der lichtdurchlässige Teil der Blende (9b) im Lichtkegel des Lichtwellenleiters (6) . Dadurch zeigt der Einfall von Licht an der Empfangseinheit (19) die Über- oder Unterschreitung eines Grenzwertes des Druckes im Gasraum an. Um nicht nur ei ^¬ nen Grenzwert detektieren zu können, sondern mehrere, kann die Blende um Farbfilter erweitert werden. An Hand der Licht ^¬ farbe am Empfänger kann dann der Gasdruck ermittelt werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, befindet sich der Anfang des empfan ^¬ genden Lichtwellenleiters (13) an der Blendengegenseite und sein Ende ist in die Empfangseinheit der Steuerung geführt. In dieser Einheit wird der Durchleuchtungszustand jedes Lichtwellenleiters geprüft. Anhand des Belichtungszustandes jedes Lichtwellenleiters werden die Statusinformationen an die Steuerung übertragen. Die Steuerung kann nun anhand der per Lichtwellenleiter übertragenen Informationen Schalthand ^¬ lungen freigeben, sperren oder ausführen. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann neben der Verwendung mehrerer Lichtquellen das Licht im sendenden Lichtpfad z.B. durch Prismen oder Spiegel (14) aufgeteilt und so zu mehreren Blen ^¬ den geführt werden. Redundanzen lassen sich durch die Parallelführung (15) von sendenden und empfangenden Lichtwellenleitern realisieren. Diese lassen sich von redundanten Sendeeinheiten speisen und werden ebenso von redundanten Empfangseinheiten ausgewer ^¬ tet. Steuerungsunabhängige Verriegelungen lassen sich durch die Reihenschaltung (16) mehrerer Blenden abbilden. Es müssen dabei zumindest zwei Bedingungen erfüllt sein, damit Licht am Empfänger ankommt. Die Abfrage der Parameter ist somit „hard- wareseitig" realisiert, d.h. die Auswertung der Erfüllung beider Bedingen erfolgt nicht in der Steuerung und kann des- halb auch nicht durch Fehler in der Steuerung beeinflußt wer ^¬ den .

Die Anzahl der verwendeten Lichtwellenleiter kann reduziert werden, indem der sendende Lichtwellenleiter (17) mit weißem Licht, dessen Spektrum alle Farben enthält, gespeist wird. Anstelle der Blenden, die den Lichtpfad unterbrechen oder verbinden, werden Farbfilter (18) verwendet. Der Lichtwellen ^¬ leiter (17) wird nacheinander über sämtliche Farbfilter ge ^¬ führt, die das Spektrum des Lichtes entsprechend dem Schal- terstatus verändern. In der Empfangseinheit (19) wird dann das Spektrum, also die Farbe des ankommenden Lichtes analy ^¬ siert und somit der Status des Leistungsschalters bewertet (siehe Fig .5 ) . Durch die derart konzipierte opto-elektronische Leistungs ^¬ schaltersteuerung wird die Verwendungsmöglichkeit von

elektronischen Steuerungen für Hochspannungsleistungsschalter generell vereinfacht oder erst möglich gemacht. Mit Verwen- dung von elektronischen Steuerungen für die Hochspannungslei- stungsschalter wird die Flexibilität dieser Technologie auch für Hersteller und Anwender von HS-Schaltgeräten nutzbar. Die einfachere Adaptierung des Funktionsumfanges und der Program ^¬ mierfähigkeit von elektronischen Steuerungen wird somit ein- setzbar. Funktions- und Programmierungsänderung sind für Her ^¬ steller und Anwender nutzbar. Die Minimierung von Einkopp- lungsmöglichkeiten für elektromagnetische Störungen reduziert den Aufwand für Filterung und Abschirmung an elektronischen Leistungsschaltersteuerungen und senkt das Defektrisiko wäh ^¬ rend des Betriebs. Besonders durch die kompakte Bauweise der elektronischen Steuerung läßt sich die Schirmung gegenüber feldgebundenen elektromagnetischen Beeinflussungen gut reali ^¬ sieren. Ferner führen diese Vereinfachungen auch zu einer Re ^¬ duzierung der Herstellkosten für elektronische Leistungs ^¬ schaltersteuerungen. Neben den dargestellten Statusindikato ^¬ ren wird die Möglichkeit geschaffen, Zustandsindikatoren z.B. für Strom und Temperatur in die Leistungsschaltersteuerung einzubinden .