专利名称：用于检测开关装置的位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种对在外壳封装的开关设备内的开关装置的位置进行检测的方法以及涉及为此而设有一个装置的开关设备。
高压或中压开关设备通常要求对所使用的开关装置必须有位置显示。在金属外壳封装的开关设备中这是有困难的，因为从外面看不见开关的位置。为了检测一个位置，例如必须使用从外壳引出的机械式机构或带传感器尤其是触点的导线连接的检测机构。
这些机构非常复杂并只是针对要检测的具体信息。此外，位置信息往往还必须转换和处理成电信号，因此导致布线和信号处理方面的费用支出。
由德国实用新型9420199已知一种金属外壳封装的高压开关设备，在设备的其中一个气体室内装有一表面波元件(OFW)。此OFW用于指示气体成分，它们是由电弧作用在包含在外壳内的熄弧气体上形成的，或用于检测压力波。其中，在外壳的外侧设有一天线，天线用于与一处理装置实施无线的信息传输。
由论文“用于技术革新的声表面波技术-Akustische Oberflaechenwellen-Technologie fuer Innovationen-”(Siemens-Zeitschrift Spezial,FuE,1994年春季)原则上已知OFW传感器在高压技术中的应用。其中也已规定在容器内固定OFW传感器和将其天线固定在外面。
本发明的目的是提供一种检测开关设备中一个开关装置的位置的简便方案。
本发明的目的是通过一种检测在封装的开关设备内一个开关装置位置的方法来实现的，按此方法a)其中从开关装置的第一个开关位置出发向外壳内腔内发射第一个发射信号，b)接收和储存形成的第一个反射信号，c)向外壳(5)内腔(4)内发射第二个发射信号并接收和必要时储存第二个反射信号，以及d)当两个反射信号彼此偏离时产生一个用于开关装置新的开关位置的通报信号。
以此方式可以实现一种无线的位置检测，它在开关装置上无需任何检测机构或传感器，因此也不需要任何布线方面的费用支出或昂贵的电位分断装置。
发射信号可以是光波、声波或电磁波类型的发射信号。为此可使用例如红外线或高频信号，它们便于适应具体的使用情况。
有利的是步骤a)和b)对于开关装置的不同开关状态或开关位置重复进行并储存相应的第一个反射信号，将在步骤c)中检测到的第二个反射信号与储存的第一个反射信号比较，并在与第一个反射信号之一一致时产生一个针对该开关位置的相应的通报信号。由此可以实现有选择地检测有关的开关状态。为每一个开关位置配置一个象回波信号一样的反映该开关位置特征的信号一样的图像信号，此信号被加以分析处理。
此外，当第二个反射信号与储存的信号之一有偏差时，产生一个故障信号或故障告警。以此方式也可对未存储的或不清楚的开关位置或可能不清楚的信号进行分析。
发射信号最好能同时用作至少一个传感器，尤其是表面波传感器(OFW)的调用信号，由此形成多种功能的有利组合。在这种情况下必要时可使用同一个硬件。作为替换形式，此发射信号也可以用作信息传输用的信号。因此同时可以与一个可能远距离的收发站进行数据通信。
有利的是，当通过生成的通报信号发出一个用于在内腔中的开关设备部件或开关装置的保护装置(例如远距离保护或汇流排防护装置)的触发信号时，发出一个报警信号。以此方式，当存在特殊的临界工作状况时可以发出信号，与此同时可对有关保护装置触发的准确性或功能加以检查。必要时还可借助于一个模糊元件实施加权判定。
按本发明的另一个解决方案，在于一种具有至少一个装在外壳内腔中的开关装置以及一个位置检测装置的外壳封装的开关设备，该位置检测装置包括一个对准内腔的收发装置，其中，从开关装置的第一个开关位置出发，收发装置向内腔中发出第一个发射信号并接收和储存一个形成的第一个反射信号；收发装置发出第二个发射信号并接收和必要时储存第二个反射信号；以及，将这两个反射信号输入一比较器，当这两个反射信号之间存在偏差时比较器产生一个用于新的开关状态的通报信号。
本新方案允许用低的费用实现位置检测。在开关设备内不需要任何传感器、电缆或别的检测装置。检测在外壳内腔的一个地点进行。当然按意义可以监控内腔内部的多个开关装置。
有利的是收发装置同时设计为传感器尤其是表面波传感器的调用装置和/或设计为在外壳内部用于信息传输的收发站。因此具有允许开关设备更好工作的新的多重功能。
术语“开关装置”和“封闭的开关设备”在这里指的是那些可机械式开关或改变和装在一外壳、盒、锅炉内的电气装置或构件。内腔可以充注一种气体或别的绝缘介质。属于此的例如是外壳封闭的断路器或功率开关、SF6型带有步进开关的绝缘变压器、外壳封闭的开关机构或在一锅炉内的联锁装置。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例、其他优点和细节。
图1为本发明开关设备的纵剖面图。
首先一般性地说明带监控装置的开关设备，其中使用了借助于高频的信息传输。不言而喻，所说明的监控装置也可以用于开关设备内部的其他功能，例如按雷达原理无传感器地检测开关位置，或也可执行附加的控制任务，或纯粹用于信息传输。
附图示出一个外壳封闭和气体绝缘的开关设备1，例如由按上述德国实用新型9420199的现有技术已知的那种开关设备。此开关设备1适用于高压或中压。在这里，开关设备也可理解为是一种外壳封闭式波导管。
在此开关设备1的局部纵剖面图中，示出一个具有一开关装置3，尤其是一断路器或一断路单元的分路。一作为电导体的汇流排在外壳5内的中央延伸。有关开关装置3的详细情况和它的功能可参阅上述实用新型。
在开关设备1外壳5的内腔4中设有一些作为传感器的表面波传感器(OFW)，用于执行完全不同的任务，例如OFW 7a用于温度检测，OFW 7b用于电流检测，OFW 7c用于气体识别以及OFW 7d用于位置识别。其中还可设想有用于完成其它功能或任务的，例如用于光识别、压力检测等的别的OFW。
每个OFW作为接收和发射装置具有至少一个天线9，用于信息传输，尤其用于询问。其中信息传输均从OFW 7a至7d向一个对所有OFW 7a至7d有效的中央发射和接收天线进行，后者在下面称之为天线元件11。
在这里，天线、发射和接收天线、天线元件或接收和发射装置，指的是那些辐射和接收元件，即，它们可以辐射和/或接收电磁波或光波，例如无线电天线、超声波或光的发射和接收元件(例如红外线元件)，沿发射和接收方向还可以包括一个分配器。图1所示结构例如涉及无线电信息传输。
天线元件11通过适用的导线13例如同轴电缆，必要时经一匹配元件作为中间连接，与一控制与监视装置(下面称为监控装置15)相连。后者包括发射和接收部分17和另一个没有进一步示出的信号处理装置，它在必要时可以包括一个带存储装置的处理器。
发射和接收部分17或至少它的一些元件原则上也可以分散布置在天线元件11附近，所以在监控装置15与天线元件11之间只发生小功率的数据交换。发射功率因而分散产生。
还可以设想，天线元件11与一分散的装置用导线连接或无线地直接与总线19连接。此监控装置15包括发射和接收部分17及与之相连的天线元件11一起，在本发明思想的范畴内也可称为收发报机或收发两用机。
监控装置15例如可以是在开关设备内的一个中央单元，或也可以是一个涉及分路或涉及仪表的装置，它通过另一个数据连接装置例如通过总线19与一个上级中央单元21在数据通信技术上连接起来。此中央单元21可以是一个邻近的控制中心，它再通过适当的接口22与一个上级网络控制站连接。
当然，中央单元21至少包括恰当的操作和显示装置，例如键盘和显示屏，用于开关设备1的运行。通过合适的未进一步示出的接口，还可以将一个便携式仪器例如手提式计算机或膝上电脑，为了操纵或用于其他的输入和输出，连接在图1所示系统的不同地点，例如连接在总线19或监控装置15上。
所表示的数据连接可以采取任意形式，例如设计为导线或光缆形式的有线连接，或设计为无线连接，例如无线电波、声波或光学连接。
在本实施例中，外壳5内部的天线元件11设在一个开口处。此开口由一法兰23构成，它用一个锁闭件25，例如一盖和一压紧环27来锁闭。当然可以设置这里没有进一步示出的按照现有技术用于法兰连接的螺钉连接装置。
因此，天线元件11位于外壳5内部，从而为向OFW 7a至7d顺利地传输信息创造了最好的条件。因为天线元件11似乎是位于一个接管内部，并没有伸入内腔4，所以这里避免了电或场技术方面的问题。此外，此天线元件11与一个反正可从外壳5拆卸下来的构件构成一个结构部件，所以便于接近或也可事后配备。
OFW 7a至7d部分装在外壳5上，部分装在母线汇流排6上，装在开关装置3的运动部分上或装在第一支座28上或其后面，必要时装在一个隔离的气室内。必要时可将多个具有不同功能的传感器集中布置在一个地点并有一公共的天线。还有可能一个传感器含有多种测量功能。有利的是这些传感器可按信用卡的类型和尺寸设计，卡的主要部分构成天线。
对于整个监控功能重要的是，在外壳5内部存在可靠的无线电通信或数据传输。为此，支座28用介电材料制造，所以在天线元件11与在支座28后面的OFW 7c之间的高频传输也不受影响。在另一些传输方法中相应地规定支座的材料(例如在光传输中用玻璃)。
法兰23或用于连接而必要的开口可例如是现成的维护孔、充气接管、树脂浇注孔、观察孔或端部法兰的一部分。因此，在这里作为范例说明的实施形式按意义可使用于在开关设备上各种可能的孔，例如也可使用于所示的端部法兰29。也可以使用一个专门设置的开口。
还可设想将天线元件11装在外壳5外面，并经由一介电窗口向内腔4内发送信号。为此，例如在两个外壳段连接法兰的区域内提供一个充填接管作为孔口，天线元件必要时设计为鞭状天线而浇注在此口中。
在将另一个未进一步详细示出的带有一相应的控制装置的天线设置在另一支座39后面的气室中时，也可以把外壳5的内腔4作为传输空腔，由此有可能实现受保护的长距离数据传输，这种可能性优先存在于波导管中。可以设想同时结合进行传感器询问。
带有监控装置15和发射与接收部分17的发射和接收天线11，作为收发装置可具有另一项功能或作为替换的功能也就是说此收发装置可用于开关装置3的位置检测。这种位置检测进行如下首先由发射和接收天线11向外壳5的内腔4内发射第一个发射信号。这可以是一个用于位置检测的专用信号，或如前面已提及的那样是表面波传感器的调用信号。必要时可以发射与OFW 7a至7d不同的频率，从而可以更好地选择性检测。也许还可以设想一种交替地用于每种功能的多路工作方式。
发射出的发射信号在外壳5内腔4内传播、被反射、以及在发射和接收天线11上产生第一个合成的反射信号，它被接收并储存在收发报机内。
下一步向内腔4内输出第二个发射信号以及接收和储存生成的第二个反射信号。
接着这两个反射信号互相比较。若存在偏差，则可认为此偏差是由于在内腔4中发生机械变化而造成的。
因为在正常工作条件下机械变化只能由机械运动部件尤其是开关装置3引起，所以此偏差可作为开关装置3的开关状态或开关位置变化的标志。然后产生一个针对新开关状态的相应的通报信号。发射信号可以是光波、声波或电磁波类型的发射信号。这当然也适用于上面已说明的OFW 7a至7d的询问技术。
在分析处理反射信号时也许只需储存和比较一个频率段、一个时间段或一种规定的频谱，这种分析处理能反映该内腔4的特征。
在有多个可能的开关状态或在内腔中设置多个开关装置的情况下，相宜地应将最大数量的机械开关状态就象指纹、回波图形或信号图形(对开关状态所有组合可能性分别对应有反射信号)一样储存在监控装置15的存储器内。通过将当前确定的第二个反射信号与已储存的进行比较，可以确定各开关位置或设备状态，而无需以机械或光学的方式接近外壳内部4的装置。在这种情况下发射和接收天线11只需要一个安装位置。也许还可以设想设置分成两部分的发射和接收天线或设置一个附加的接收天线，从而能更好地分析处理反射信号和/或应答信号。
一种针对规定的开关状态储存的图像模式或反射信号，必要时可用作判定所接收的其他反射信号的基准信号。若在接收的第二个反射信号与储存的第一个反射信号之间存在偏差(也就是不一致)，则显然处于一个与规定的开关状态不一致的设备状态。在这种情况下产生一个干扰信号或故障告警。
此外，若随着由所述装置产生一通报信号，同时又发出一个对负责保护有关开关设备部件的保护仪器的触发信号，则产生一个报警信号。在这种情况下可以认为在机械变化与电气故障之间存在联系。
甚至有可能在外壳内部也存在一种要求切断至少开关设备一部分的故障。因而所产生的通报信号、报警信号和故障信号必要时也可起切断开关设备的作用。也可设想采用其它用于提高工作可靠性或用于故障诊断或故障定位的信号逻辑连接装置。此外也可以此方式富有成效地实现对保护触发的监控。也就是说可以在整个保护方案中实现逻辑运算或组合(Einbindung)。此外也可以按加权准则分析处理所产生的信号，使得即使在不利的工作条件下也能实现对故障的早期识别。同样还可以考虑一种自学习或神经元方法。
当然，本发明新思想的上述各项特征和设计可以在专业人士的业务范围内互相组合或与现有技术的特征组合，而不离开本发明思想的基本思路。利用上述装置可以监控在内腔中的多个开关装置。本发明新思想的本质在于，无需附加的传感器实现对机械状态的无线的中央监控，在此尤其可以与用于其他信息的无线式传感器询问相结合。这样一来，为实现两种功能只需要一个天线和必要时只需在外壳上有一个穿孔即可。
权利要求
1．一种用于检测在一外壳封装的开关设备(1)内的至少一个开关装置(3)的位置的方法，其中a)从开关装置(3)的第一个开关位置出发向外壳(5)的内腔(4)内发出第一个发射信号，b)接收和储存形成的第一个反射信号，c)向外壳(5)内腔(4)内发出第二个发射信号并接收和必要时储存形成的第二个反射信号，以及d)当两个反射信号彼此偏离时产生一个用于开关装置(3)新的开关位置的通报信号。
2．按照权利要求1所述的方法，其中，发射信号是一个光波、声波或电磁波类型的发射信号，尤其是一个高频信号。
3．按照权利要求1或2所述的方法，其中，步骤a)和b)对于开关装置(3)不同的开关位置重复进行并储存相应的第一个反射信号；以及，将在步骤c)中检测到的第二个反射信号与储存的第一个反射信号比较，并在与储存的反射信号之一一致时产生一个相应的针对该开关位置的通报信号。
4．按照权利要求3所述的方法，其中，当第二个反射信号与储存的第一个反射信号有偏差时产生一个故障信号。
5．按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，所述发射信号同时用作至少一个可无线询问的传感器的调用信号。
6．按照权利要求5所述的方法，其中，表面波传感器(7a至7d)用作传感器。
7．按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，发射信号同时用作信息传输信号。
8．按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，当随着生成的通报信号发出一个针对用于有关开关设备部分或开关装置(3)的保护装置的触发信号时，发出一个报警信号。
9．一种具有至少一个装在外壳(5)内腔(4)中的开关装置(3)和一个位置检测装置的外壳封装的开关设备，该位置检测装置具有一个对准内腔(4)的收发装置(11)，其中，从开关装置(3)的第一个开关位置出发，收发装置(11)向内腔(4)内发出第一个发射信号并接收和储存形成的第一个反射信号；收发装置(11)向内腔(4)内发出第二个发射信号并接收和必要时储存第二个反射信号；以及，将这两个反射信号输入一比较器，当两个反射信号之间存在偏差时由比较器产生一个用于新的开关状态的通报信号。
10．按照权利要求9所述的外壳封装的开关设备，其中，收发装置被设计成同时作为传感器尤其是表面波传感器(7a至7d)的调用装置，和/或在外壳内部用于信息传输的收发站。
全文摘要
一种用于检测开关装置的位置的方法,为了在外壳封装的开关设备(1)中能方便地检测开关装置的位置,本发明规定向外壳(5)的内腔(4)内发出一个发射信号。接收和储存所形成的反射信号。在重复一次这一过滤后,将所接收的两个反射信号互相比较。当它们之间有偏差时产生一个用于新的开关状态的通报信号。
文档编号H01H9/16GK1213463SQ97192896
公开日1999年4月7日 申请日期1997年1月20日 优先权日1996年1月31日
发明者彼得·鲍尔施米特, 奥特马·贝耶尔, 沃尔夫－埃克哈特·布尔斯特, 瓦伦丁·马戈里, 托马斯·奥斯特塔格, 伦哈德·赖因德尔, 格尔德·肖勒, 奥利弗·斯科泽斯尼, 迪特尔·洛伦茨 申请人:西门子公司