WO2012098096A2 - Verfahren zum betreiben eines schaltfeldes einer elektrischen schaltanlage - Google Patents

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temperature
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B3/00—Apparatus specially adapted for the manufacture, assembly, or maintenance of boards or switchgear
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a control panel of an electrical switchgear.
  • electrical components of the electrical switchgear are housed, such as circuit breakers or the like.
  • one or more sensors are assigned to such a switching field, which are used for measuring operating variables of the switching field.
  • the object of the invention is to provide a method for operating a switching field of an electrical switchgear, in which the dynamic thermal behavior of the switching field can be taken into account during operation.
  • the invention solves this problem by a method according to claim 1 and by an electrical switchgear according to claim 9.
  • a simulation model of the thermal behavior of the switching field is determined, and in each case at least two further operating variables are determined by the simulation model for a number of ambient temperatures.
  • at least one basic equation is provided which has at least one time-dependent term and a basic coefficient.
  • the basic coefficient is calculated with the aid of a compensation method (English: data fitting) as a function of the further operating variables determined by the simulation model.
  • a transfer function can be calculated in real time during the operation of the switching field, with which a forward-looking statement can also be made about the dynamic thermal behavior of the switching field. Based on the transfer function resulting from the basic equation, an optionally required influencing of the switching field can then be carried out. In this way, damage to the panel can be avoided.
  • the operating variables determined for the respective ambient temperatures are checked as to whether they are technically meaningful values.
  • a validity range for the simulation model is determined, in which only those determined operating variables are included, which yield technically meaningful values. In this way it is achieved that only technically meaningful values of the determined operating variables are used in the calculation of the basic coefficient.
  • the two further operating variables may be a component temperature of an electrical component of the switching field and a current.
  • the basic coefficient may be a temperature difference, which represents the temperature increase from an initial temperature of the electrical component to the component temperature.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of an electrical switchgear according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic flowchart of a method for operating the switchgear of FIG. 1
  • FIG. 3 shows an exemplary table for use in the method according to FIG.
  • An electrical switchgear consists of a plurality of panels.
  • the panels are electrically connected to each other via busbars.
  • different electrical components are housed, such as circuit breakers, isolator / earthing switch, fuses, power electronic components and the like.
  • branches from the busbars to electrical consumers are realized via these electrical components.
  • a single panel 10 of a switchgear is shown.
  • the panel 10 has a cabinet-shaped housing which is placed on a horizontal floor.
  • the panel 10 is divided into several housing parts, wherein individual housing parts may be formed as a gas-tight container.
  • the electrical components of the panel 10 are housed in the individual housing parts and containers.
  • a first temperature sensor 12 is assigned to an electrical component of the switching field 10.
  • the first temperature sensor 12 measures a component temperature TB, ie the temperature that has the associated electrical component of the switching field 10 due to their operation.
  • the first temperature sensor 12 can be arranged on a grounded component of the switching field 10, for example on a disconnector / earthing switch.
  • the first temperature sensor 12 may be formed, for example, as a thermocouple.
  • the first temperature sensor 12 may also be attached to a current-carrying component, for example to an electrical conductor.
  • the first temperature sensor 12 may be formed, for example, as an optical sensor element. If the switching field 10 has a gas-tight container in which, for example, a circuit breaker is accommodated, then the first temperature sensor 12 can be mounted, for example, on the surface of the gas container.
  • first temperature sensor 12 can also be arranged on other suitable components of the switching field 10. It is also understood that a plurality of such first temperature sensors 12 may be present, with which a plurality of component temperatures TB can be measured.
  • a second temperature sensor 14 is provided, which is arranged independently of the electrical components of the switching field 10.
  • the second temperature sensor 14 measures an ambient temperature TU, ie the temperature that is present in the vicinity of the electrical components of the switching field 10.
  • the second temperature sensor 14 may be located anywhere in the room or in the building in which the cubicle 10 is installed. However, the second temperature sensor 14 may also - be arranged within the switching field 10 - in deviation from the figure, in this case, independent of an electrical component, so for example on an outer wall of the housing of the panel 10. It is understood that a plurality of second Temperature sensors 14 may be present.
  • the switch panel 10 more sensors for measuring one or more operating variables of the same are assigned.
  • the operating variables to be measured may be, for example, currents and / or voltages or the like.
  • one of the mentioned operating variables is not actually measured, but is otherwise determined, for example with the aid of modeling, from other operating variables.
  • the component temperature TB and the ambient temperature TU are fed to a control unit 16. Likewise, the measured or otherwise determined operating variables are supplied to the control unit 16.
  • the control device 16 may be, for example, an electronic computing device that is programmed according to the following explanations.
  • the control unit 16 can be arranged completely independently of and outside of the switching field 10 within the switching field 10 or, as shown in the figure.
  • FIG. 2 shows a method for operating the electrical switchgear, in particular a method for operating the switchgear panel 10 of FIG. 1.
  • a simulation of the temporal thermal behavior of the switching field 10 is performed.
  • the simulation can be subdivided into sub-steps, for example in such a way that a static consideration of the thermal behavior of the switching field 10 is made first and only then is the temporal or dynamic thermal behavior taken into account.
  • the simulation is performed by a computing device, such as a personal computer. If appropriate, the simulation can be carried out with the aid of the control unit 16.
  • a simulation model of the thermal behavior of the switching field 10 as a function of time on the computing device.
  • a validation of the simulation model present on the computing device is carried out.
  • the operating variables of the switching field 10 may be currents, voltages, temperatures, durations or the like.
  • the determined actual measured values of the operating variables are compared with correspondingly associated values determined by the simulation model. Based on the deviations of the values determined by the simulation model from the actual measured values of the same operating variables, the simulation model can be corrected.
  • This validation can in turn be performed by a computing device or possibly also by the controller 16. To determine measured values, for example, the first and second temperature sensors 12, 14 can be used.
  • an optimized simulation model of the thermal behavior of the switching field 10 as a function of time then exists.
  • the second step 22 that is to say the validation of the simulation model for the thermal behavior of the switching field 10, may also be omitted.
  • one or more transfer functions are determined from the optimized simulation model of the thermal behavior of the cubicle 10.
  • a validity range for the optimized simulation model is determined in a first substep.
  • the starting point are those actually measured operating variables of the switching field 10, which have been determined during the operation of the switching field 10 for the purpose of validating the simulation model. These measured operating variables are assigned to the ambient temperature TU, which has also been measured in the aforementioned measurement of the operating variables.
  • the same operating variables are determined with the aid of the simulation model for a first changed ambient temperature TU1.
  • the same operating variables of the switching field 10 are determined with the aid of the simulation model for a second changed ambient temperature TU2, and so on.
  • This test can be carried out automatically by setting limit values for the individual operating variables and then by checking whether these limit values have been complied with or exceeded. This check can be performed by a computing device or possibly also by the controller 16. However, the test can also be carried out by an operator of the electrical switchgear 10 in such a way that the operating variables ascertained by the simulation model are tested in each case with regard to their technical plausibility. It is understood that other tests and combinations thereof can be carried out.
  • a temperature difference Td which represents only the temperature increase from an initial temperature Ta of the component, ie the component temperature TB before the application of the respective current, to the finally determined component temperature TB.
  • FIG. 3 shows a table which represents the example explained above.
  • the ambient temperatures mentioned are plotted and in the horizontal these currents are applied.
  • a value for the determined temperature difference Td is then entered for each pair of operating variables ambient temperature and current. The value inscribed in the individual fields thus indicates by how many degrees the temperature of the component underlying the simulation model changes, if the associated ambient temperature is present and the associated current flows.
  • one or more basic equations for the transfer function (s) are now specified.
  • the basic equations contain one or more parameters and then the parameters of these basic equations are determined.
  • T (t) Ta + Td * (1-k * e -t / ⁇ )
  • the temperature difference Td can be determined, for example, as follows:
  • Td a + b ⁇ TU + c ⁇ TU 2
  • the parameters a, b, c can be determined, for example, with the help of the table of FIG. It is understood that other types of compilations can be used in a corresponding manner for the determination of the parameters a, b, c.
  • methods of the so-called data fitting can then be used, for example methods for regression calculation, e.g. the method of least squares.
  • the first sub-step is used. As has been explained, in this first sub-step a validity range for the optimized simulation model is determined. As part of this determination, the measured operating variables of the switching field 10 are calculated for a number of different ambient temperatures TUi.
  • the basic equation has a time-dependent term and a basic coefficient.
  • the time-dependent term is realized by the e-function and the temperature difference Td represents the basic coefficient.
  • the basic coefficient is then calculated as explained by way of example with the aid of a compensation method as a function of the further operating variables determined by the simulation model.
  • this equation for the time-dependent temperature T (t) is converted into the associated transfer function (s).
  • Such a transfer function is generally a mathematical relationship that relates at least two or more operating variables of the switching field 10 to one another. Such a transfer function thus characterizes the thermal behavior of the switching field 10 by the selected operating variables.
  • a transfer function is a mathematical equation that links together at least two or more operating variables of the switching field 10.
  • the combination of the operating variables is carried out in particular via mathematical functions and parameters, the latter may be constant or dependent on operating variables of the switching field 10.
  • One value is specified for one of the operating variables of the transfer function, and a value is determined for the other operating variable (s), which is directed into the future.
  • the one, predetermined value can be determined by means of a measurement and for the other / n operating size / n can be determined using the transfer function, a maximum allowable value, which may not be exceeded.
  • the transfer function is constructed in such a way that, for a specific state of the switching field 10, the result of the transfer function is as similar as possible to a result of a corresponding combination of the corresponding operating variables in the optimized simulation model.
  • the parameters of the transfer function are selected such that the result of the transfer function for the specific state of the switching field 10 is a result that corresponds to a result of a corresponding combination of the corresponding operating variables in the optimized simulation model.
  • a specific value I can be specified for a current I flowing within the switching field 10, and it can then be determined by means of a first transfer function how long, ie for which maximum time duration t max this particular value I geg of the current I may be present or allowed to flow without causing damage to the panel 10.
  • the thermal behavior of the switching field 10 is taken into account by the transfer function. In particular, it is considered that damage occurs at the switching field 10 when the component temperature TB exceeds a limit temperature Tgrenz.
  • This propositionheng can be solved, for example, in terms of t max , that the value for t max is always increased.
  • the value for t max with which the equation reaches the limit temperature T limit as accurately as possible, then represents the sought maximum time duration t max .
  • a specific value t can be given for a time duration for the flow of a current I within the switching field 10, and it can then be determined with the aid of a second transfer function, which maximum value I max of this Strom I may be present in future or may flow without causing damage to the panel 10.
  • the thermal behavior of the switching field 10 is taken into account by the transfer function.
  • T (tgeg) Ta + Td * (1-k * e -tgeg / ⁇ )
  • the equation is based on a first value for the current I, for example, the nominal value for the current I.
  • this equation can be "solved" with regard to the maximum permissible current I max so that the respective underlying value for the current I is always further increased.
  • the value for the current I, with which the equation is fulfilled as accurately as possible, then represents the sought maximum current I max .
  • T1 (t) T1a + T1d * (1-k11 * e -t / ⁇ 1 -k12 * e -t / ⁇ 2 )
  • T2 (t) T2a + T2d * (1-k21 * e -t / ⁇ 2 -k22 * e -t / ⁇ 2 )
  • T1 (t), T2 (t) time-dependent temperatures
  • T1a, T2a outlet temperatures
  • T1d, T2d temperature differences
  • a fourth step 24 illustrates the operation of the panel 10.
  • the transfer function (s) is / are calculated once or more than once, always for the current state of the panel 10. Based on the results / s of the transfer function / s then the further operation of the panel 10 can be influenced in general. The latter influencing of the switching field 10 is shown in FIG. 2 by an arrow 26.
  • the result of the first transfer function represents a value, as explained above , for how long, ie for which maximum time duration t max , is the predetermined current I in within of the switching field 10 may be present or allowed to flow without causing damage to the panel 10.
  • the first transfer function it is thus possible to monitor whether the said maximum time duration t max is exceeded during further operation of the switching field 10 or not. If the maximum time duration t max is exceeded, then, for example, the current I flowing within the switching field 10 can be switched off. Damage to the panel 10 can thus be avoided in a forward-looking manner with the aid of the transfer function.
  • the second transfer function calculated during the operation for the current state of the switching field 10 thus provides - as explained - the result of the second transfer function to the maximum value I max of the inside of the switch box 10 flowing current I represents the t during the time period geg may be present or flow, without causing damage to the panel 10.
  • the second transfer function After the second transfer function has been calculated, it is thus possible to monitor whether the said maximum current I max is exceeded during further operation of the switching field 10 or not. If the maximum current I max is exceeded during the time period t geg , then, for example, the current I flowing within the switching field 10 can be switched off. Damage to the panel 10 can thus be avoided in a forward-looking manner with the aid of the transfer function.
  • the calculation of the transfer function (s) is performed by a computing device.
  • this calculation can be performed by the controller 16.
  • the calculation of the individual transfer functions can be carried out, for example, at equidistant time intervals.
  • the calculation of a single transfer function requires only a very small amount of time for the computing device.
  • the calculation of a single transfer function can therefore be performed in real time.
  • the result of the transfer function is calculated by the computing device so quickly that an optionally required influencing of the switching field 10 due to the determined result of the transfer function can be carried out in such a timely manner that any damage to the switching field 10 is avoided in any case.
  • this means that the transfer function is calculated so quickly that a reaction resulting from the result of the transfer function still achieves its desired effect in each case.
  • the determination of the simulation model for the thermal behavior of the switching field 10 is therefore carried out in particular before the actual operation of the switching field 10. If applicable, the same applies to the validation of the simulation model. Likewise, the determination of the basic function (s), in particular of the respective parameters, is carried out before the actual operation of the switching field 10. During operation, only the transfer function (s) for the respective current state of the switching field 10 is / are determined in real time, and possible influences of the switching field 10 are / are based only on this transfer function (s).
  • each individual transfer function covers a certain aspect of the thermal behavior of the cubicle 10, so that each of these aspects can be monitored by the associated transfer function. If, in one or more of the transfer functions, it is determined that damage is to be expected from the switch panel 10, then the switch panel 10 can be influenced before the damage occurs so that the damage does not even occur.
  • the method described above for operating an electrical switchgear can also be used very generally for the purpose of describing the state of the electrical switchgear.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltfelds (10) einer elektrischen Schaltanlage beschrieben. Das Schaltfeld (10) weist eine Mehrzahl elektrischer Komponenten auf, insbesondere Leistungsschalter, Trenner/Erder-Schalter oder dergleichen. Es sind Sensoren zur Messung von Betriebsgrößen vorhanden, insbesondere zur Messung von Strömen, Spannungen, Temperaturen, Zeitdauern oder dergleichen. Es wird ein Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds (10) ermittelt. Es werden von dem Simulationsmodell für eine Anzahl von Umgebungstemperaturen jeweils mindestens zwei weitere Betriebsgrößen ermittelt. Es wird mindestens eine Grundgleichung vorgegeben, die mindestens einen zeitabhängigen Term und einen Grundkoeffizienten aufweist. Der Grundkoeffizient wird mit Hilfe eines Ausgleichsverfahrens (englisch: data fitting) in Abhängigkeit von den von dem Simulationsmodell ermittelten weiteren Betriebsgrößen berechnet.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Schaltfelds einer elektrischen Schaltanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltfelds einer elektrischen Schaltanlage.
In einem derartigen Schaltfeld sind elektrische Komponenten der elektrischen Schaltanlage untergebracht, beispielsweise Leistungsschalter oder dergleichen. Weiterhin sind einem derartigen Schaltfeld ein oder mehrere Sensoren zugeordnet, die zur Messung von Betriebsgrößen des Schaltfelds verwendet werden.
Es ist bekannt, für ein derartiges Schaltfeld ein Simulationsmodell für das thermische Verhalten desselben zu erstellen. Es ist dabei möglich, dass das Simulationsmodell nur das statische thermische Verhalten des Schaltfelds betrifft, oder dass auch das dynamische thermische Verhalten des Schaltfelds in dem Simulationsmodell berücksichtigt ist.
Weiterhin ist bekannt, dass ein derartiges Simulationsmodell gegebenenfalls dazu verwendet werden kann, den Betrieb des Schaltfelds zu überwachen. Hierzu ist es aber erforderlich, dass die Berechnung des Simulationsmodells möglichst schnell erfolgt, so dass die Ergebnisse der Berechnungen des Simulationsmodells in Echtzeit zur Bewertung und Beeinflussung des Schaltfelds herangezogen werden können. Dieses Erfordernis ist für dynamische Simulationsmodelle zumeist nicht erfüllbar, so dass das dynamische thermische Verhalten des Schaltfelds im Betrieb desselben zumeist nicht berücksichtigt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltfelds einer elektrischen Schaltanlage zu schaffen, bei dem das dynamische thermische Verhalten des Schaltfelds im Betrieb berücksichtigt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie durch eine elektrische Schaltanlage nach dem Anspruch 9.
Erfindungsgemäß wird ein Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds ermittelt, und es werden von dem Simulationsmodell für eine Anzahl von Umgebungstemperaturen jeweils mindestens zwei weitere Betriebsgrößen ermittelt. Auf dieser Grundlage wird mindestens eine Grundgleichung vorgegeben, die mindestens einen zeitabhängigen Term und einen Grundkoeffizienten aufweist. Der Grundkoeffizient wird mit Hilfe eines Ausgleichsverfahrens (englisch: data fitting) in Abhängigkeit von den von dem Simulationsmodell ermittelten weiteren Betriebsgrößen berechnet.
Mit Hilfe der nunmehr zur Verfügung stehenden Grundgleichung kann während des Betriebs des Schaltfelds in Echtzeit eine Transferfunktion berechnet werden, mit der eine vorausschauende Aussage auch über das dynamische thermische Verhalten des Schaltfelds gemacht werden kann. Anhand der aus der Grundgleichung resultierenden Transferfunktion kann dann eine gegebenenfalls erforderliche Beeinflussung des Schaltfelds vorgenommen werden. Auf diese Weise kann ein Schaden an dem Schaltfeld vermieden werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung werden die für die jeweiligen Umgebungstemperaturen ermittelten Betriebsgrößen dahingehend überprüft, ob es sich um technisch sinnvolle Werte handelt. Vorzugsweise wird ein Gültigkeitsbereich für das Simulationsmodell ermittelt, in dem nur diejenigen ermittelten Betriebsgrößen enthalten sind, die technisch sinnvolle Werte ergeben. Auf diese Weise wird erreicht, dass nur technisch sinnvolle Werte der ermittelten Betriebsgrößen bei der Berechnung des Grundkoeffizienten verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei den beiden weiteren Betriebsgrößen um eine Bauteiltemperatur einer elektrischen Komponente des Schaltfelds sowie um einen Strom handeln. Weiterhin kann es sich bei dem Grundkoeffizienten um eine Temperaturdifferenz handeln, die die Temperaturerhöhung von einer Ausgangstemperatur der elektrischen Komponente zu der Bauteiltemperatur darstellt.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in drei Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltanlage, Figur 2 zeigt einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben der Schaltanlage der Figur 1, und Figur 3 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei dem Verfahren nach der Figur 2.
Eine elektrische Schaltanlage besteht aus einer Mehrzahl von Schaltfeldern. Die Schaltfelder sind über Sammelschienen elektrisch miteinander verbunden. In den einzelnen Schaltfeldern sind unterschiedliche elektrische Komponenten untergebracht, beispielsweise Leistungsschalter, Trenner/Erder-Schalter, Sicherungen, leistungselektronische Bauteile und dergleichen. Über diese elektrischen Komponenten werden unter anderem Abzweigungen von den Sammelschienen zu elektrischen Verbrauchern realisiert.
In der Figur 1 ist ein einzelnes Schaltfeld 10 einer Schaltanlage dargestellt. Das Schaltfeld 10 weist ein schrankförmiges Gehäuse auf, das auf einem horizontalen Boden aufgestellt ist. Das Schaltfeld 10 ist in mehrere Gehäuseteile aufgeteilt, wobei einzelne Gehäuseteile als gasdichte Behälter ausgebildet sein können. Die elektrischen Komponenten des Schaltfelds 10 sind in den einzelnen Gehäuseteilen und Behältern untergebracht.
Ein erster Temperatursensor 12 ist einer elektrischen Komponente des Schaltfelds 10 zugeordnet. Der erste Temperatursensor 12 misst eine Bauteiltemperatur TB, also diejenige Temperatur, die die zugeordnete elektrische Komponente des Schaltfelds 10 aufgrund ihres Betriebs aufweist.
Der erste Temperatursensor 12 kann an einer geerdeten Komponente des Schaltfelds 10 angeordnet sein, beispielsweise an einem Trenner/Erder-Schalter. In diesem Fall kann der erste Temperatursensor 12 beispielsweis als Thermoelement ausgebildet sein. Der erste Temperatursensor 12 kann aber auch an einer stromführenden Komponente angebracht sein, beispielsweise an einem elektrischen Leiter. In diesem Fall kann der erste Temperatursensor 12 beispielsweise als optisches Sensorelement ausgebildet sein. Weist das Schaltfeld 10 einen gasdichten Behälter auf, in dem beispielsweise ein Leistungsschalter untergebracht ist, so kann der erste Temperatursensor 12 beispielsweise an der Oberfläche des Gasbehälters angebracht sein.
Es versteht sich, dass der erste Temperatursensor 12 auch an anderen geeigneten Komponenten des Schaltfelds 10 angeordnet sein kann. Ebenfalls versteht es sich, dass mehrere derartige erste Temperatursensoren 12 vorhanden sein können, mit denen mehrere Bauteiltemperaturen TB messbar sind.
Weiterhin ist ein zweiter Temperatursensor 14 vorhanden, der unabhängig von den elektrischen Komponenten des Schaltfelds 10 angeordnet ist. Der zweite Temperatursensor 14 misst eine Umgebungstemperatur TU, also diejenige Temperatur, die in der Umgebung der elektrischen Komponenten des Schaltfelds 10 vorhanden ist.
Der zweite Temperatursensor 14 kann irgendwo in dem Raum oder in dem Gebäude angeordnet sein, in dem das Schaltfeld 10 aufgestellt ist. Der zweite Temperatursensor 14 kann jedoch auch – abweichend von der Figur - innerhalb des Schaltfelds 10 angeordnet sein, und zwar in diesem Fall unabhängig von einer elektrischen Komponente, also beispielsweise an einer Außenwand des Gehäuses des Schaltfelds 10. Es versteht sich, dass auch mehrere zweite Temperatursensoren 14 vorhanden sein können.
In nicht-dargestellter Weise sind dem Schaltfeld 10 weitere Sensoren zur Messung von einer oder mehreren Betriebsgrößen desselben zugeordnet. Bei den zu messenden Betriebsgrößen kann es sich beispielsweise um Ströme und/oder Spannungen oder dergleichen handeln. Alternativ ist es auch möglich, dass eine der genannten Betriebsgrößen nicht tatsächlich gemessen wird, sondern auf sonstige Weise, beispielsweise mit Hilfe von Modellierungen, aus anderen Betriebsgrößen ermittelt wird.
Die Bauteiltemperatur TB und die Umgebungstemperatur TU sind einem Steuergerät 16 zugeführt. Ebenso sind die gemessenen oder anderweitig ermittelten Betriebsgrößen dem Steuergerät 16 zugeführt. Bei dem Steuergerät 16 kann es sich beispielsweise um ein elektronisches Rechengerät handeln, das entsprechend den nachfolgenden Erläuterungen programmiert ist. Das Steuergerät 16 kann innerhalb des Schaltfelds 10 oder – wie in der Figur dargestellt - völlig unabhängig und außerhalb von dem Schaltfeld 10 angeordnet sein.
In der Figur 2 ist ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Schaltanlage dargestellt, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben des Schaltfelds 10 der Figur 1.
In einem ersten Schritt 21 wird eine Simulation des zeitlichen thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 durchgeführt. Hierzu können beispielsweise die folgenden Verfahren einzeln oder in Kombination verwendet werden: ein Wärmenetzwerk-Modell (z.B. TNM = thermal network method) und/oder ein zwei- oder dreidimensionales Strömungsmechanik-Modell (z.B. CFD = computational fluid dynamics) und/oder ein Modell nach der Methode der finiten Elemente (FEM = finite elements method) und/oder ein Modell nach der Randelement-Methode (BEM = boundary element method). Die Simulation kann in Unterschritte aufgeteilt sein, beispielsweise derart, dass zuerst eine statische Betrachtung des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 vorgenommen wird und erst danach das zeitliche bzw. dynamische thermische Verhalten berücksichtigt wird. Die Simulation wird von einem Rechengerät, beispielsweise einem Personalcomputer durchgeführt. Gegebenenfalls kann die Simulation mit Hilfe des Steuergeräts 16 durchgeführt werden. Als Ergebnis des ersten Schritts 21 liegt dann ein Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 in Abhängigkeit von der Zeit auf dem Rechengerät vor.
In einem zweiten Schritt 22 wird eine Validierung des auf dem Rechengerät vorliegenden Simulationsmodells durchgeführt. Hierzu werden Messungen von Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 während dessen Betrieb durchgeführt. Bei den Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 kann es sich um Ströme, Spannungen, Temperaturen, Zeitdauern oder dergleichen handeln. Die ermittelten tatsächlichen Messwerte der Betriebsgrößen werden mit entsprechend zugehörigen, von dem Simulationsmodell ermittelten Werten verglichen. Anhand der Abweichungen der von dem Simulationsmodell ermittelten Werte von den tatsächlichen Messwerten derselben Betriebsgrößen kann das Simulationsmodell korrigiert werden. Diese Validierung kann wiederum von einem Rechengerät oder gegebenenfalls auch von dem Steuergerät 16 durchgeführt werden. Zur Ermittlung von Messwerten können beispielsweise der erste und der zweite Temperatursensor 12, 14 verwendet werden. Als Ergebnis des zweiten Schrittes 22 liegt dann ein optimiertes Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 in Abhängigkeit von der Zeit vor.
Es wird darauf hingewiesen, dass der zweite Schritt 22, also die Validierung des Simulationsmodells für das thermische Verhalten des Schaltfelds 10 gegebenenfalls auch entfallen kann.
In einem dritten Schritt 23 werden aus dem optimierten Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 eine oder mehrere Transferfunktion/en ermittelt.
Hierzu wird in einem ersten Unterschritt ein Gültigkeitsbereich für das optimierte Simulationsmodell ermittelt.
Ausgangspunkt sind dabei diejenigen tatsächlich gemessenen Betriebsgrößen des Schaltfelds 10, die zum Zwecke der Validierung des Simulationsmodells während des Betriebs des Schaltfelds 10 ermittelt worden sind. Diese gemessenen Betriebsgrößen werden dabei derjenigen Umgebungstemperatur TU zugeordnet, die bei der vorgenannten Messung der Betriebsgrößen ebenfalls gemessen worden ist.
Nunmehr werden dieselben Betriebsgrößen mit Hilfe des Simulationsmodells für eine erste geänderte Umgebungstemperatur TU1 ermittelt. Danach werden wiederum dieselben Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 mit Hilfe des Simulationsmodells für eine zweite geänderte Umgebungstemperatur TU2 ermittelt, und so weiter. Beispielsweise können die genannten Betriebsgrößen von dem Simulationsmodell für Umgebungstemperaturen ermittelt werden, die äquidistante Abstände zueinander haben, beispielsweise für die Umgebungstemperaturen TUi = -200C, -100C, 00C, 100C, 200C, 300C, 400C, 500C.
Danach werden die für die jeweiligen Umgebungstemperaturen ermittelten Betriebsgrößen dahingehend überprüft, ob es sich dabei um technisch sinnvolle Werte handelt.
Diese Prüfung kann automatisch durchgeführt werden, indem für die einzelnen Betriebsgrößen jeweils Grenzwerte vorgegeben werden, und indem dann geprüft wird, ob diese Grenzwerte eingehalten oder überschritten sind. Diese Überprüfung kann von einem Rechengerät oder gegebenenfalls auch von dem Steuergerät 16 ausgeführt werden. Die Prüfung kann aber auch von einer Bedienperson der elektrischen Schaltanlage 10 derart vorgenommen werden, dass die von dem Simulationsmodell ermittelten Betriebsgrößen jeweils hinsichtlich ihrer technischen Plausibilität geprüft werden. Es versteht sich, dass auch andere Prüfungen und auch Kombinationen davon durchgeführt werden können.
Überschreiten irgendwelche Betriebsgrößen die vorgegebenen Grenzwerte oder sind irgendwelche Betriebsgrößen nicht plausibel, so wird die jeweils zugehörige Umgebungstemperatur aus dem Gültigkeitsbereich des Simulationsmodells gestrichen. Es verbleiben damit nur diejenigen Umgebungstemperaturen und die für diese Umgebungstemperaturen ermittelten Betriebsgrößen im Gültigkeitsbereich des Simulationsmodells, die technisch sinnvolle Werte ergeben.
Diejenigen Umgebungstemperaturen und zugehörigen Betriebsgrößen des Schaltfelds 10, die innerhalb des Gültigkeitsbereiches des Simulationsmodells liegen, werden nunmehr geeignet zusammengestellt.
Dies wird nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert. Es wird dabei angenommen, dass der Gültigkeitsbereich des Simulationsmodells die Umgebungstemperaturen -200C, -100C, 00C, 100C, 200C, 300C, 400C, 500C umfasst, und dass für jede dieser Umgebungstemperaturen von dem Simulationsmodell jeweils mehrere Ströme vorgegeben worden sind, und zwar 500A, 1000A, 1500A, 2000A, 2500A, 3000A. Für diese Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 ist von dem Simulationsmodell jeweils eine Bauteiltemperatur TB ermittelt worden.
Danach ist aus dieser Bauteiltemperatur TB jeweils eine Temperaturdifferenz Td ermittelt worden, die nur die Temperaturerhöhung von einer Ausgangstemperatur Ta des Bauteils, also der Bauteiltemperatur TB vor der Beaufschlagung mit dem jeweiligen Strom, zu der letztlich ermittelten Bauteiltemperatur TB darstellt.
In der Figur 3 ist eine Tabelle gezeigt, die das vorstehend erläuterte Beispiel repräsentiert. In der Vertikalen sind die genannten Umgebungstemperaturen aufgetragen und in der Horizontalen sind die genannten Ströme aufgetragen. In die einzelnen Felder der Tabelle ist dann für jedes Paar der Betriebsgrößen Umgebungstemperatur und Strom jeweils ein Wert für die ermittelte Temperaturdifferenz Td eingetragen. Der in den einzelnen Feldern eingeschriebene Wert gibt also an, um wie viel Grad sich die Temperatur des dem Simulationsmodell zugrundeliegende Bauteils verändert, wenn die zugehörige Umgebungstemperatur vorhanden ist und der zugehörige Strom fließt.
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei der vorstehend erläuterten Zusammenstellung gemäß der Figur 3 nur um ein Beispiel handelt, und dass deshalb auch andere Möglichkeiten der Zusammenstellung der von dem Simulationsmodell ermittelten und im Gültigkeitsbereich liegenden Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 denkbar sind. Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, die Betriebsgrößen in der Form eines dreiachsigen Kennfeld-Diagramms darzustellen.
In einem zweiten Unterschritt werden nunmehr eine oder mehrere Grundgleichungen für die Transferfunktion/en vorgegeben. Die Grundgleichungen enthalten ein oder mehrere Parameter und es werden dann die Parameter dieser Grundgleichungen ermittelt.
Als Beispiel wird eine einzige Grundgleichung wie folgt vorgegeben:
T(t) = Ta + Td·(1 - k·e-t/τ)
mit
t = Zeit,
T(t) = zeitabhängige Temperatur,
Ta = Ausgangstemperatur,
Td = Temperaturdifferenz,
k = Gewichtungskoeffizient
τ = Zeitkoeffizient.
Für diese Grundgleichung kann die Temperaturdifferenz Td beispielsweise wie folgt ermittelt werden:
Td = a + b·TU + c·TU2
mit a, b, c = Parameter.
Es versteht sich, dass auch Gleichungen höherer Ordnung oder andersartig aufgebaute Gleichungen dazu verwendet werden können, um die Temperaturdifferenz Td zu ermitteln.
Die Parameter a, b, c können beispielsweise mit Hilfe der Tabelle der Figur 3 ermittelt werden. Es versteht sich, dass in entsprechender Weise auch andersartige Zusammenstellungen für die Ermittlung der Parameter a, b, c herangezogen werden können. Zum Zwecke der Ermittlung der Parameter a, b, c können dann Verfahren der sogenannten Ausgleichsrechnung (englisch: data fitting) herangezogen werden, beispielsweise Verfahren zur Regressionsberechnung, z.B. das Verfahren der kleinsten Quadrate (englisch: method of least squares).
Zur Ermittlung des Gewichtskoeffizienten k und des Zeitkoeffizienten τ wird auf den ersten Unterschritt zurückgegriffen. Wie erläutert wurde, wird in diesem ersten Unterschritt ein Gültigkeitsbereich für das optimierte Simulationsmodell ermittelt. Im Rahmen dieser Ermittlung werden die gemessenen Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 für eine Anzahl unterschiedlicher Umgebungstemperaturen TUi berechnet.
Aus diesen berechneten Betriebsgrößen wird nunmehr eine bestimmte Umgebungstemperatur herausgegriffen und für diese Umgebungstemperatur wird der jeweilige zeitliche Verlauf der Differenztemperatur für unterschiedliche Ströme betrachtet. Aus den Unterschieden der zeitlichen Verläufe wird dann auf den Gewichtungskoeffizienten k und den Zeitkoeffizienten τ geschlossen.
Die ermittelten Werte für die Temperaturdifferenz Td, den Gewichtungskoeffizienten k und den Zeitkoeffizienten τ werden dann in die Grundgleichung eingesetzt. In dem vorliegenden ersten Beispiel steht damit eine Gleichung zur Berechnung der zeitabhängigen Temperatur T(t) zur Verfügung.
Allgemein weist die Grundgleichung einen zeitabhängigen Term und einen Grundkoeffizienten auf. In dem vorstehenden Beispiel ist der zeitabhängige Term durch die e-Funktion realisiert und die Temperaturdifferenz Td stellt den Grundkoeffizienten dar. Der Grundkoeffizient wird dann, wie beispielhaft erläutert, mit Hilfe eines Ausgleichsverfahrens in Abhängigkeit von den von dem Simulationsmodell ermittelten weiteren Betriebsgrößen berechnet.
In einem dritten Unterschritt wird diese Gleichung für die zeitabhängige Temperatur T(t) in die zugehörige/n Transferfunktion/en überführt.
Bei einer derartigen Transferfunktion handelt es sich ganz allgemein um einen mathematischen Zusammenhang, der mindestens zwei oder mehrere Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 miteinander in Beziehung setzt. Eine derartige Transferfunktion charakterisiert somit durch die gewählten Betriebsgrößen das thermische Verhalten des Schaltfelds 10.
Insbesondere handelt es sich bei einer Transferfunktion um eine mathematische Gleichung, die mindestens zwei oder mehrere Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 miteinander verknüpft. Die Verknüpfung der Betriebsgrößen erfolgt dabei insbesondere über mathematische Funktionen und Parameter, wobei letztere konstant oder von Betriebsgrößen des Schaltfelds 10 abhängig sein können.
Für eine der Betriebsgrößen der Transferfunktion wird dabei ein Wert vorgegeben und für die andere/n Betriebsgröße/n wird ein Wert ermittelt, der in die Zukunft gerichtet ist. Beispielsweise kann der eine, vorgegebene Wert mit Hilfe einer Messung ermittelt werden und für die andere/n Betriebsgröße/n kann mit Hilfe der Transferfunktion ein maximal zulässiger Wert ermittelt werden, der nicht überschritten werden darf.
Die Transferfunktion ist dabei derart aufgebaut, dass für einen bestimmten Zustand des Schaltfelds 10 das Ergebnis der Transferfunktion möglichst gleichartig ist zu einem Ergebnis einer entsprechenden Verknüpfung der entsprechenden Betriebsgrößen in dem optimierten Simulationsmodell. Dies bedeutet, dass die Parameter der Transferfunktion derart gewählt sind, dass sich bei der Transferfunktion für den bestimmten Zustand des Schaltfelds 10 ein Ergebnis ergibt, das einem Ergebnis einer entsprechenden Verknüpfung der entsprechenden Betriebsgrößen in dem optimierten Simulationsmodell entspricht.
Bei einem auf das Schaltfeld 10 der Figur 1 ausgerichteten Beispiel kann ein bestimmter Wert Igeg eines innerhalb des Schaltfelds 10 fließenden Stroms I vorgegeben werden, und es kann dann mit Hilfe einer ersten Transferfunktion ermittelt werden, wie lange, also für welche maximale Zeitdauer tmax dieser bestimmte Wert Igeg des Stroms I vorhanden sein darf bzw. fließen darf, ohne dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 entsteht. Bei der Ermittlung der maximalen Zeitdauer tmax wird von der Transferfunktion das thermische Verhalten des Schaltfelds 10 berücksichtigt. Insbesondere wird berücksichtigt, dass an dem Schaltfeld 10 ein Schaden entsteht, wenn die Bauteiltemperatur TB eine Grenztemperatur Tgrenz überschreitet.
Auf der Grundlage der vorstehend erläuterten Gleichung für die zeitabhängige Temperatur T(t) ergibt sich in dem vorgenannten ersten Beispiel auf der Grundlage des bestimmten Werts Igeg des Stroms I folgendes:
T(tmax) = Ta + Td·(1 - k·e-tmax/τ) = Tgrenz
Dieser Zusammenheng kann beispielweise dadurch im Hinblick auf tmax gelöst werden, dass der Wert für tmax immer weiter erhöht wird. Derjenige Wert für tmax, mit dem die Gleichung möglichst genau die Grenztemperatur Tgrenz erreicht, stellt dann die gesuchte maximale Zeitdauer tmax dar.
Bei einem ebenfalls auf das Schaltfeld 10 der Figur ausgerichteten Beispiel kann ein bestimmter Wert tgeg einer Zeitdauer für das Fließen eines Stroms I innerhalb des Schaltfelds 10 vorgegeben werden, und es kann dann mit Hilfe einer zweiten Transferfunktion ermittelt werden, welcher maximale Wert Imax dieses Stroms I zukünftig vorhanden sein darf bzw. fließen darf, ohne dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 entsteht. Bei der Ermittlung des maximalen Stroms Imax wird von der Transferfunktion das thermische Verhalten des Schaltfelds 10 berücksichtigt.
Auf der Grundlage der vorstehend erläuterten Gleichung für die zeitabhängige Temperatur T(t) ergibt sich in dem vorgenannten zweiten Beispiel folgendes:
T(tgeg) = Ta + Td·(1 - k·e-tgeg/τ)
Die Gleichung basiert dabei auf einem ersten Wert für den Strom I, beispielsweise auf dem Nennwert für den Strom I.
Diese Gleichung kann beispielweise dadurch im Hinblick auf den maximal zulässigen Strom Imax „gelöst“ werden, dass der jeweils zugrundeliegende Wert für den Strom I immer weiter erhöht wird. Derjenige Wert für den Strom I, mit dem die Gleichung möglichst genau erfüllt wird, stellt dann den gesuchten maximalen Strom Imax dar.
Es versteht sich, dass in entsprechender Weise auch andere Transferfunktionen mit andersartigen Grundgleichungen und Parametern gebildet werden können. Die Ermittlung der Transferfunktion/en, insbesondere die Ermittlung der jeweiligen Parameter kann mit Hilfe eines Rechengeräts, gegebenenfalls mit Hilfe des Steuergeräts 16 ausgeführt werden.
Der zweite und dritte Unterschritt wurden vorstehend anhand eines Beispiels erläutert, nämlich anhand der einzigen Grundgleichung T(t) = Ta + Td·(1 - k·e-t/τ). Es ist nunmehr möglich, dass zwei oder mehrere Grundgleichungen vorhanden sind. Beispielsweise können die folgenden beiden Grundgleichungen vorhanden sein:
T1(t) = T1a + T1d·(1 – k11·e-t/τ1 - k12·e-t/τ2)
T2(t) = T2a + T2d·(1 – k21·e-t/τ2 – k22·e-t/τ2)
mit
t = Zeit,
T1(t), T2(t) = zeitabhängige Temperaturen,
T1a, T2a = Ausgangstemperaturen,
T1d, T2d = Temperaturdifferenzen,
k11, k12, k21, k22 = Gewichtungskoeffizienten,
τ1, τ2 = Zeitkoeffizienten.
Die Ermittlung der Koeffizienten erfolgt mit Hilfe von entsprechenden Tabellen, wie sie beispielhaft in der Figur 3 angegeben sind. Aus den entstehenden Gleichungen können dann entsprechende Transferfunktionen abgeleitet werden.
Als Ergebnis des dritten Schrittes 23 liegt somit zumindest eine Transferfunktion vor, die einen bestimmten Aspekt des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 betrifft und darstellt.
Ein vierter Schritt 24 stellt den Betrieb des Schaltfelds 10 dar. Während des Betriebs des Schaltfelds 10 wird/werden die Transferfunktion/en einmalig oder mehrfach oder fortlaufend berechnet, und zwar immer für den jeweils aktuellen Zustand des Schaltfelds 10. Anhand des/der Ergebnisse/s der Transferfunktion/en kann dann der weitere Betrieb des Schaltfelds 10 ganz allgemein beeinflusst werden. Die letztgenannte Beeinflussung des Schaltfelds 10 ist in der Figur 2 durch einen Pfeil 26 dargestellt.
Wird beispielsweise die erste Transferfunktion während des Betriebs für den aktuellen Zustand des Schaltfelds 10 berechnet, so stellt – wie erläutert wurde – das Ergebnis der ersten Transferfunktion einen Wert dar, wie lange, also für welche maximale Zeitdauer tmax, der vorgegebene Strom Igeg innerhalb des Schaltfelds 10 vorhanden sein darf bzw. fließen darf, ohne dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 entsteht. Nach der Berechnung der ersten Transferfunktion kann damit überwacht werden, ob im weiteren Betrieb des Schaltfelds 10 die genannte maximale Zeitdauer tmax überschritten wird oder nicht. Wird die maximale Zeitdauer tmax überschritten, so kann beispielsweise der innerhalb des Schaltfelds 10 fließende Strom I abgeschaltet werden. Ein Schaden an dem Schaltfeld 10 kann somit in vorausschauender Weise mit Hilfe der Transferfunktion vermieden werden.
Wird beispielsweise die zweite Transferfunktion während des Betriebs für den aktuellen Zustand des Schaltfelds 10 berechnet, so stellt – wie erläutert wurde – das Ergebnis der zweiten Transferfunktion den maximalen Wert Imax des innerhalb des Schaltfelds 10 fließenden Stroms I dar, der während der Zeitdauer tgeg vorhanden sein darf bzw. fließen darf, ohne dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 entsteht. Nach der Berechnung der zweiten Transferfunktion kann damit überwacht werden, ob im weiteren Betrieb des Schaltfelds 10 der genannte maximale Strom Imax überschritten wird oder nicht. Wird der maximale Strom Imax während der Zeitdauer tgeg überschritten, so kann beispielsweise der innerhalb des Schaltfelds 10 fließende Strom I abgeschaltet werden. Ein Schaden an dem Schaltfeld 10 kann somit in vorausschauender Weise mit Hilfe der Transferfunktion vermieden werden.
Die Berechnung der Transferfunktion/en wird von einem Rechengerät ausgeführt. Gegebenenfalls kann diese Berechnung von dem Steuergerät 16 durchgeführt werden. Die Berechnung der einzelnen Transferfunktionen kann beispielsweise in äquidistanten Zeitabständen vorgenommen werden.
Die Berechnung einer einzelnen Transferfunktion erfordert für das Rechengerät nur einen sehr geringen zeitlichen Aufwand. Die Berechnung einer einzelnen Transferfunktion kann daher in Echtzeit durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass das Ergebnis der Transferfunktion von dem Rechengerät so schnell berechnet wird, dass eine gegebenenfalls erforderliche Beeinflussung des Schaltfelds 10 aufgrund des ermittelten Ergebnisses der Transferfunktion noch so rechtzeitig vorgenommen werden kann, dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 in jedem Fall vermieden wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Transferfunktion so schnell berechnet wird, dass eine aus dem Ergebnis der Transferfunktion resultierende Reaktion in jedem Fall noch seine erwünschte Wirkung erzielt.
Würde man beispielsweise während des Betriebs des Schaltfelds 10 anstelle der Transferfunktion das Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 verwenden, so würde die Erstellung dieses Simulationsmodells einen wesentlich größeren zeitlichen Aufwand erfordern und könnte daher nicht in Echtzeit durchgeführt werden. Dies würde bedeuten, dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 bereits eintreten würde, bevor dieser Schaden mittels des Simulationsmodells erkannt werden könnte.
Die Ermittlung des Simulationsmodells für das thermische Verhalten des Schaltfelds 10 wird deshalb insbesondere vor dem eigentlichen Betrieb des Schaltfelds 10 durchgeführt. Entsprechendes gilt gegebenenfalls auch für die Validierung des Simulationsmodells. Ebenso wird die Ermittlung der Grundfunktion/en, insbesondere der jeweiligen Parameter vor dem eigentlichen Betrieb des Schaltfelds 10 vorgenommen. Im Betrieb wird/werden dann nur die Transferfunktion/en für den jeweils aktuellen Zustand des Schaltfelds 10 in Echtzeit ermittelt und mögliche Beeinflussungen des Schaltfelds 10 basieren nur auf dieser/diesen Transferfunktion/en.
Mit Hilfe der Transferfunktion/en ist es daher möglich, den Betrieb des Schaltfelds 10 zu überwachen. Jede einzelne Transferfunktion deckt dabei – wie erläutert wurde - einen bestimmten Aspekt des thermischen Verhaltens des Schaltfelds 10 ab, so dass jeder dieser Aspekte durch die zugehörige Transferfunktion überwacht werden kann. Wird bei einer oder mehreren der Transferfunktionen festgestellt, dass ein Schaden an dem Schaltfeld 10 zu erwarten ist, so kann das Schaltfeld 10 vor dem Eintreten des Schadens dahingehend beeinflusst werden, dass der Schaden erst gar nicht eintritt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltanlage kann ganz allgemein auch zum Zwecke der Zustandsbeschreibung der elektrischen Schaltanlage verwendet werden.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Verfahren in entsprechender Weise auch bei anderen elektrischen Einrichtungen zur Anwendung kommen kann, beispielsweise bei Transformatoren oder dergleichen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Schaltfelds (10) einer elektrischen Schaltanlage, wobei das Schaltfeld (10) eine Mehrzahl elektrischer Komponenten aufweist, insbesondere Leistungsschalter, Trenner/Erder-Schalter oder dergleichen, und wobei Sensoren zur Messung von Betriebsgrößen vorhanden sind, insbesondere zur Messung von Strömen, Spannungen, Temperaturen, Zeitdauern oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Simulationsmodell des thermischen Verhaltens des Schaltfelds (10) ermittelt wird (21), dass von dem Simulationsmodell für eine Anzahl von Umgebungstemperaturen (TUi) jeweils mindestens zwei weitere Betriebsgrößen ermittelt werden, dass mindestens eine Grundgleichung vorgegeben wird, dass die Grundgleichung mindestens einen zeitabhängigen Term und einen Grundkoeffizienten aufweist, und dass der Grundkoeffizient mit Hilfe eines Ausgleichsverfahrens (englisch: data fitting) in Abhängigkeit von den von dem Simulationsmodell ermittelten weiteren Betriebsgrößen berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grundgleichung mindestens einen Gewichtungskoeffizienten (k) und/oder mindestens einen Zeitkoeffizienten (τ) aufweist, und wobei der Gewichtungskoeffizient (k) und/oder der Zeitkoeffizient (τ) in Abhängigkeit von den von dem Simulationsmodell ermittelten weiteren Betriebsgrößen berechnet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei aus der Grundgleichung eine Transferfunktion abgeleitet wird, die die beiden weiteren Betriebsgrößen des Schaltfelds (10) miteinander in Beziehung setzt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für die jeweiligen Umgebungstemperaturen (TUi) ermittelten Betriebsgrößen dahingehend überprüft werden, ob es sich um technisch sinnvolle Werte handelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Gültigkeitsbereich für das Simulationsmodell ermittelt wird, in dem nur diejenigen ermittelten Betriebsgrößen enthalten sind, die technisch sinnvolle Werte ergeben.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei den beiden weiteren Betriebsgrößen um eine Bauteiltemperatur (TB) einer elektrischen Komponente des Schaltfelds (10) sowie um einen Strom (I) handelt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bauteiltemperatur (TB) an einer elektrischen Komponente des Schaltfelds (10) gemessen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei es sich bei dem Grundkoeffizienten um eine Temperaturdifferenz (Td) handelt, die die Temperaturerhöhung von einer Ausgangstemperatur (Ta) der elektrischen Komponente zu der Bauteiltemperatur (TB) darstellt.
  9. Elektrische Schaltanlage mit einem Schaltfeld (10), wobei das Schaltfeld (10) eine Mehrzahl elektrischer Komponenten aufweist, insbesondere Leistungsschalter, Trenner/Erder-Schalter oder dergleichen, und wobei Sensoren zur Messung von Betriebsgrößen vorhanden sind, insbesondere zur Messung von Strömen, Spannungen, Temperaturen, Zeitdauern oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (16) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche vorhanden ist.
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