Dokumentenidentifikation |
DE10030669A1 10.01.2002 |
Titel |
Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers in der Ableitstrombahn eines Hochspannungs-Überspannungsableiters |
Anmelder |
Siemens AG, 80333 München, DE |
Erfinder |
Hinrichsen, Volker, Dr.Ing., 10961 Berlin, DE; Steinfeld, Kai, Dr.-Ing., 10553 Berlin, DE |
DE-Anmeldedatum |
23.06.2000 |
DE-Aktenzeichen |
10030669 |
Offenlegungstag |
10.01.2002 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
10.01.2002 |
IPC-Hauptklasse |
H01T 4/02
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IPC-Nebenklasse |
H01T 1/12
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Zusammenfassung |
Zum Erfassen eines Fehlers eines Hochspannungs-Überspannungsableiters ist eine Vorrichtung vorgesehen, die bei einem auftretenden Fehler einen Antrieb (6) auslöst. Die Auslösung dieses Antriebes (6) erfolgt durch eine elektrisches Signal, wobei das elektrische Signal in Abhängigkeit von einem in der Ableitstrombahn des Hochspannungs-Überspannungsableiters fließenden Stromes erzeugt ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Hochspannungs-Überspannungsableiter-Trennvorrichtung oder als Ausfallsignalisierungsvorrichtung für Hochspannungs-Überspannungsableiter ausgebildet sein.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen
eines Fehlers in der Ableitstrombahn eines Hochspannungs-
Überspannungsableiters mit einem Antriebskräfte durch ein
expandierendes Gas erzeugenden, bei einem auftretenden Fehler
auslösbaren Antrieb.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der PCT-
Anmeldung WO 97/10631 bekannt. Die bekannte Vorrichtung wird
eingesetzt, um einen Ableitstrom eines fehlerhaften
Hochspannungs-Überspannungsableiters zu unterbrechen. Der
Hochspannungs-Überspannungsableiter weist Varistorelemente auf.
Die Vorrichtung weist eine Ableitstrombahn, eine elektrisch
parallel dazu angeordnete Elektrodenanordnung sowie einen
Antrieb auf. Als Antrieb wird eine thermisch zündbare
Explosivladung verwendet.
Aufgrund der konstruktiven Auslegung von der
Elektrodenanordnung und der Ableitstrombahn der Vorrichtung, kommutiert ein
entsprechend großer Ableitstrom sowohl bei einem regulären
Ableitvorgang als auch bei einem Fehler in der
Ableitstrombahn des Hochspannungs-Überspannungsableiters unter Bildung
eines Lichtbogens auf die Elektrodenanordnung.
Die dabei innerhalb der Vorrichtung erzeugte thermische
Energie soll den Antrieb nur bei Vorliegen eines Fehlers im
Überspannungs-Hochspannungsableiter auslösen. Die Auslösung
ist im wesentlichen von dem Betrag sowie der Zeitdauer des
fließenden Ableitstromes abhängig. Die wesentlichen
Zündkriterien, wie z. B. der Zündstrom und der Zündverzug sind kaum
definiert einstellbar. Das kann zu nicht erwünschten
Fehlauslösungen des Antriebes bei regulären Ableitvorgängen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers in der Ableitstrombahn
eines Hochspannungs-Überspannungsableiters mit einem
verbesserten Ansprechverhalten auszubilden, um Fehlauslösungen zu
vermeiden.
Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Antrieb von
einem elektrischen Signal gesteuert ist, das in Abhängigkeit
von einem in der Ableitstrombahn fließenden Strom erzeugt
ist.
Die Erzeugung des Auslösesignals in Abhängigkeit von dem in
der Ableitstrombahn fließenden Strom ermöglicht eine
zuverlässige Auslösung des Antriebes. Durch die abhängige
Erzeugung ist eine sehr genaue Unterscheidung zwischen Ableitstrom
und Fehlerstrom gegeben. Das elektrische Signal ist gut
erfassbar und verarbeitbar.
Weiterhin kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass
die Ableitstrombahn die Primärwicklung in einem induktiven
Wandler bildet, dessen Sekundärwicklung das elektrische
Signal abgibt.
Die Ableitstrombahn kann von dem Wandler gut umfasst werden,
so dass eine kompakte Bauform ermöglicht wird. Besonders
vorteilhaft stellt sich eine ringförmige Ausbildung des Wandlers
dar. Die Nutzung der Ableitstrombahn als Primärwicklung ist
eine konstruktiv einfache Lösung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der
Wandler einen ferromagnetischem Kern aufweist.
Der ferromagnetische Kern bündelt die Feldlinien des
magnetischen Feldes und verbessert das Übertragungsverhalten des
Wandlers. Besonders günstig stellt sich eine ringförmige
Ausbildung des ferromagnetischen Kerns dar. Der ferromagnetische
Kern kann die Sekundärwicklung mechanisch tragen. Die
magnetischen Kenngrößen des ferromagnetischen Kernes, wie
Permeabilität und Sättigungsinduktion unterstützen eine genauere
Einstellung der Auslösekriterien.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Antrieb
eine Hochspannungs-Überspannungsableiter-Trennvorrichtung
steuert.
Bei einem Einsatz der Vorrichtung in Hochspannungs-
Überspannungsableiter-Trennvorrichtungen ist mit geringen
Kosten eine wesentliche Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit
erzielbar. Derartige Vorrichtungen können problemlos
nachgerüstet werden.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Antrieb eine
Ausfallsignalisierungsvorrichtung für
Hochspannungs-Überspannungsableiter steuert.
Durch die Verwendung einer derartigen Vorrichtung können
Ausfallsignalisierungsvorrichtungen sehr kompakt mit einer
großen Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung
gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum
Erfassen eines Fehlers in der Ableitstrombahn eines
Hochspannungs-Überspannungsableiters in einem
Ausführungsbeispiel als Hochspannungs-
Überspannungsableiter-Trennvorrichtung, die
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer
Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers in der
Ableitstrombahn eines Hochspannungs-Überspannungsableiters in
einem Ausführungsbeispiel als
Ausfallsignalisierungsvorrichtung, die
Fig. 3 zeigt eine Ausfallsignalisierungsvorrichtung mit
einem auslösenden Antrieb und die
Fig. 4 zeigt eine ausgelöste
Ausfallsignalisierungsvorrichtung.
Funktionsgleiche Bauteile sind in sämtlichen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen. In der Fig. 1 ist eine
Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers in der Ableitstrombahn
eines Hochspannungs-Überspannungsableiters dargestellt, die
als Hochspannungs-Überspannungsableiter-Trennvorrichtung
ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist einen ersten elektrisch
leitenden Körper 1 sowie einen zweiten elektrischen Körper 2
auf. Der erste elektrisch leitende Körper 1 weist eine erste
Gewindebohrung 3 zur Kontaktierung der Vorrichtung mit einen
Hochspannungs-Überspannungsableiter auf. Weiterhin weist der
zweite elektrisch leitende Körper 2 einen Gewindebolzen 4 zur
Kontaktierung der Vorrichtung mit einem Erdpotential auf. Der
erste und der zweite elektrisch leitende Körper 1, 2 sind
elektrisch leitend miteinander verbunden. Der elektrische
Gleichstromwiderstand zwischen der Gewindebohrung 3 und dem
Gewindebolzen 4 ist verhältnismäßig gering, beispielsweise
kleiner 10 m Ω. Der erste und der zweite elektrisch leitende
Körper 1, 2 bilden einen Teil der Ableitstrombahn des
Hochspannungs-Überspannungsableiters. Der erste elektrisch
leitende Körper 1 weist eine Sackbohrung 5 zur Aufnahme eines
als Antrieb 6 wirkenden, elektrisch auslösbaren Gasgenerators
auf. Derartige Gasgeneratoren sind beispielsweise von den im
Fahrzeugbau eingesetzten aufblasbaren Luftsäcken bekannt. Der
zweite elektrisch leitende Körper 2 ist so mit dem ersten
elektrisch leitenden Körper 1 verbunden, dass die Sackbohrung
5 zur Aufnahme des Gasgenerators verschlossen ist. Um den
ersten elektrisch leitenden Körper 1 ist ein feromagnetischer
Ringkern 7 angeordnet. Dieser ferromagnetischer Ringkern 7
trägt eine Sekundärwicklung 8. Diese Sekundärwicklung 8 ist
an eine Auslöseeinheit des Gasgenerators angeschlossen. Die
Primärwicklung ist durch den ersten und den zweiten
elektrisch leitenden Körper 1, 2 gebildet. Die Vorrichtung ist
von einem Gehäuse 11 umgeben.
Die an einem Hochspannungs-Überspannungsableiter mit
Varistorelementen auftretenden sehr kleinen Leckströme können über
den ersten und zweiten elektrisch leitenden Körper 1, 2 zu
dem Erdpotential abfließen. Bei einem Ableitvorgang des
Hochspannungs-Überspannungsableiters wird der dabei
auftretende Ableitstrom ebenfalls über den ersten und zweiten
elektrisch leitenden Körper 1, 2 gegen das Erdpotential
abgeleitet. Die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen
Ringkernes, wie z. B. Sättigungsinduktion, Permeabilität und
Frequenzverhalten des ferromagnetischen Ringkerns 7 sind so
bemessen, dass die durch den nur kurz andauernden (z. B.
einige ms) Ableitstrom in der Sekundärwicklung 8 hervorgerufene
Spannung nicht ausreicht, den Gasgenerator zu zünden. Bei dem
Auftreten eines Fehlers, beispielsweise einem Durchschlag
eines Varistorelementes, fließt durch den ersten und den
zweiten elektrisch leitenden Körper 1, 2 ein länger anhaltender
Fehlerstrom (z. B. >100 ms), so dass die Dauer der durch den
Fehlerstrom in der Sekundärwicklung 8 hervorgerufene Spannung
ausreicht, um den Gasgenerator zu zünden. Im Innern der
Sackbohrung 5 des ersten elektrisch leitenden Körpers 1, welche
durch den zweiten elektrisch leitenden Körper 2 abgeschlossen
ist, kommt es zu einer derartigen Druckerhöhung, dass der
zweite elektrisch leitende Körper 2 von dem ersten elektrisch
leitenden Körper 1 abgetrennt wird. Durch eine entsprechende
Ausbildung des ferromagnetischen Ringkerns 7 und der
Sekundärwicklung 8 ist eine hochselektive Auslösung des
Gasgenerators sichergestellt. Die selektive Auslösung wird weiterhin
durch die unterschiedlichen zeitlichen Verläufe der
Ableitströme und der Fehlerströme begünstigt.
In den Fig. 2, 3 und 4 ist die Ausbildung der Vorrichtung
zur Erfassung eines Fehlers in der Ableitstrombahn eines
Hochspannungs-Überspannungsableiters als
Ausfallsignalisierungsvorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst
wiederum einen ersten elektrisch leitenden Körper 1 sowie einen
zweiten elektrisch leitenden Körper 2. Der erste elektrisch
leitende Körper 1 weist eine Gewindebohrung 3 zum Anschluss
der Vorrichtung an einen Hochspannungs-Überspannungsableiter
auf. Der zweite elektrisch leitende Körper 2 weist einen
Gewindebolzen 4 zum Anschluss der Vorrichtung an ein
Erdpotential auf. Der erste und der zweite elektrisch leitende Körper
1, 2 sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Der
elektrische Gleichstromwiderstand zwischen der Gewindebohrung
3 und dem Gewindebolzen 4 ist verhältnismäßig gering,
beispielsweise kleiner 10 m Ω. Der erste elektrisch leitende
Körper 1 weist eine Sackbohrung 5 zur Aufnahme eines als
Antrieb 6 wirkenden, elektrisch auslösbaren Gasgenerators auf.
Der zweite elektrisch leitende Körper 2 weist ebenfalls eine
Sackbohrung 9 auf, welche die Sackbohrung 5 des ersten
elektrisch leitenden Körpers 1 weiterbildet. Zusätzlich sind
Öffnungen 10a, 10b vorgesehen, welche die Sackbohrung 9 im
zweiten elektrisch leitenden Körper 2 radial nach außen
erweitern. Um den ersten elektrisch leitenden Körper 1 ist ein
eine Sekundärwicklung 8 tragender ferromagnetischer Ringkern 7
angeordnet. Der erste und der zweite elektrisch leitende
Körper 1, 2 wirken als Primärwicklung. Die Sekundärwicklung 8
ist elektrisch an eine Auslöseeinheit des Gasgenerators
ausgeschlossen. Die Vorrichtung ist von einem mehrteiligen
Gehäuse 11 umgeben. Innerhalb des Gehäuses 11 sind Signalfahnen
12a, 12b, 12c angeordnet. Das mehrteilige Gehäuse 11 deckt
die Öffnungen 10a, 10b der Sackbohrung 9 des zweiten
elektrisch leitenden Körpers 2 ab.
Die Auslösung des Gasgenerators erfolgt ebenso wie am
Beispiel der Fig. 1 beschrieben. Bei dem Auftreten eines
Fehlers in der Ableitstrombahn eines
Hochspannungs-Überspannungsableiters fließt durch den ersten und zweiten elektrisch
leitenden Körper 1, 2 ein derartiger Strom, so dass in der
Sekundärwicklung 8 eine Spannung von ausreichender Dauer
induziert wird, die eine Zündung des Gasgenerators bewirkt. Der
Gasgenerator erzeugt in dem ihn umgebenden abgeschlossenen
Raum einen erhöhten Gasdruck, welcher so groß wird, dass
Teile des mehrteiligen Gehäuse 11 abgestoßen werden und das Gas
sich über die Öffnungen 10a, 10b entspannt. Dadurch werden
die innerhalb des Gehäuses 11 angeordneten Signalbänder 12a,
12b, 12c freigegeben und entfaltet. Der fehlerhafte
Hochspannungs-Überspannungsableiter ist dadurch leicht zu
identifizieren. Die Ableitstrombahn des
Hochspannungs-Überspannungsableiters wird nicht unterbrochen.
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Anspruch[de] |
- 1. Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers in der
Ableitstrombahn eines Hochspannungs-Überspannungsableiters mit einem
Antriebskräfte durch ein expandierendes Gas erzeugenden, bei
einem auftretenden Fehler auslösbaren Antrieb (6),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb (6) von einem elektrischen Signal gesteuert
ist, das in Abhängigkeit von einem in der Ableitstrombahn
fließenden Strom erzeugt ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ableitstrombahn die Primärwicklung in einem
induktiven Wandler bildet, dessen Sekundärwicklung (8) das
elektrische Signal abgibt.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wandler einen feromagnetischen Kern (7) aufweist.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb (6) eine
Hochspannungs-Überspannungsableiter-Trennvorrichtung steuert.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb (6) eine Ausfallsignalisierungsvorrichtung
für Hochspannungs-Überspannungsableiter steuert.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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