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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
IPC-Nebenklasse H01T 1/12   
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.

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.


Anspruch[de]
  1. 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. 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. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler einen feromagnetischen Kern (7) aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) eine Hochspannungs-Überspannungsableiter-Trennvorrichtung steuert.
  5. 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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