DE10107357C2 - Signaleinrichtung zur Anzeige des Ansprechens eines Überspannungsableiters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signaleinrichtung mit ei­ nem Expansionsantrieb zur Anzeige des Ansprechens eines in eine Ableitstrombahn eingefügten Überspannungsableiters.

Eine derartige Signaleinrichtung ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 729 209 B1 bekannt. Die be­ kannte Signaleinrichtung ist zur Anzeige eines fehlerhaften Zustandes eines Überspannungsableiters vorgesehen. Die dor­ tige Signaleinrichtung wird in eine zwischen einem Hoch- oder Mittelspannungsnetz und dem Erdpotential verlaufende Ableit­ strombahn geschaltet. Der Überspannungsableiter wirkt dabei im Wesentlichen als spannungsabhängiger Widerstand, dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit der Spannung verän­ derbar ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 45 889 A1 ist eine Funkenstreckenanordnung bekannt, in welcher zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogenüberschlag erfolgt. Die bei einem Lichtbogenüberschlag auftretenden Gase sind durch ver­ schiedene Kammern und Kanäle aus dem Bereich der Elektroden abführbar.

Weiterhin ist in der Patentschrift DE 693 00 752 T2 eine Vorrichtung zur Erfassung und Signalisierung eines Leck­ stromes beschrieben. Der dortige Leckstrom wird unter Nutzung des transformatorischen Prinzips einer Begrenzerschaltung zu­ geführt.

Nach einem Durchschlag des Überspannungsableiters weist die­ ser nur einen unzureichend geringen elektrischen Widerstand auf. Dieser Fehlerfall soll möglichst leicht von außen er­ kennbar sein. Aus diesem Grund ist die bekannte Signalein­ richtung in die Ableitstrombahn eingefügt. Die Signaleinrich­ tung weist ein Schaltelement auf. Das Schaltelement weist ei­ nen abgeschlossenen Raum auf, in welchem eine Sprengstoffla­ dung untergebracht ist. Bei dem Auftreten eines Fehlerstro­ mes, der im Innern des Schaltelementes über einen Widerstand fließt, wird aufgrund seiner thermischen Wirkung und eines auftretenden Lichtbogens die Sprengstoffladung gezündet. Die Sprengstoffladung bewirkt im Innern des Schaltelementes eine Druckerhöhung, durch welche das Gehäuse des Schaltelementes explosionsartig zerstört wird. Aufgrund der Schwerkraft fällt ein Teil des Gehäuses herab. An diesem Teil des Gehäuses ist ein Anzeigeelement angeordnet. Dieses Anzeigeelement weist die Form einer konischen Schale auf. Konzentrisch um die ko­ nische Schale erstreckt sich eine weitere Schale, an welcher Kontaktelemente angeordnet sind. Durch die Kontaktelemente wird das Anzeigeelement aufgefangen. Die Kontaktelemente hal­ ten die konische Schale fest und kontaktieren diese. Über die weitere Schale sowie die konische Schale ist nunmehr nach er­ folgter Auftrennung der Ableitstrombahn durch das Schaltele­ ment die Ableitstrombahn wieder durchgehend elektrisch lei­ tend.

Durch die Anordnung des Schaltelementes als Teil der Ableit­ strombahn ist mit dem Schalten des Schaltelementes immer eine kurzzeitige Unterbrechung der Ableitstrombahn verbunden. Auch die vorgeschlagene Lösung hinsichtlich des Wiedereinschaltens der Ableitstrombahn mit dem Auffangen des konischen Anzeige­ elementes stellt eine unzuverlässige fehleranfällige Kon­ taktierungseinrichtung dar. Es kann nicht ausgeschlossen wer­ den, dass Bruchstücke des Gehäuses des Schaltelementes zwi­ schen das Kontaktelement und die konische Schale fallen und so den Widerstand der Ableitstrombahn in undefinierter Weise erhöhen. Die gleiche Wirkung haben auch Verschmutzungen, die sich an den Kontaktflächen während des Betriebes der Signal­ einrichtung ablagern. Zusätzlich muss dafür Sorge getragen werden, dass die Ableitstrombahn im Bereich der Signalein­ richtung ausreichend flexibel ausgeführt ist, um das Heraus­ fallen des Anzeigeelementes zu ermöglichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signaleinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine zuverlässige Ansprechanzeige erfolgt, ohne die Ab­ leitstrombahn unterbrechen zu müssen.

Die Aufgabe wird bei einer Signaleinrichtung der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Expan­ sionsantrieb eine Relativbewegung einer Kolben-Zylinder-An­ ordnung bewirkt und die Kolben-Zylinder-Anordnung außerhalb der Ableitstrombahn angeordnet ist.

Durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung wird ein definiertes Ansprechen der Signaleinrichtung bewirkt. Die Kolben-Zylinder-Anordnung kann dabei beliebig außerhalb der Ableitstrombahn angeordnet sein. Die Einbaulage der Signal­ einrichtung kann frei gewählt werden, beispielsweise waage­ recht, senkrecht oder eine beliebige andere Winkellage. Als Antrieb ist weiterhin ein Expansionsantrieb vorgesehen. Der­ artige Expansionsantriebe können beispielsweise Antriebe sein, die in Abhängigkeit der Änderung einer physikalischen Größe eine Volumenänderung bewirken. Insbesondere sind als Expansionsantriebe Vorrichtungen geeignet, die ein expandie­ rendes Gasvolumen erzeugen. Da die Signaleinrichtung zu kei­ nem Zeitpunkt die Ableitstrombahn unterbricht, besteht die Möglichkeit, diese so zu justieren, dass sie einen betriebs­ mäßigen Ableitvorgang anzeigt oder auch nur den Ausfall eines Überspannungsableiters. An die mechanische Ausbildung der Ab­ leitstrombahn stellt die Signalisierungseinrichtung keinerlei besondere Anforderungen. Sie kann in der Nähe des Leiterzuges der Ableitstrombahn leicht angeordnet werden.

Außerdem kann es vorteilhafter vorgesehen sein, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung die äußere Gestalt der Signaleinrichtung veränderbar ist.

Wird die äußere Gestalt der Signaleinrichtung durch die Rela­ tivbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung verändert, ist es in einfacher Weise möglich, durch eine Sichtprüfung ein An­ sprechen des Überspannungsableiters zu erkennen.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass durch die Re­ lativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung eine optische Meldevorrichtung betätigbar, insbesondere ein Signalbolzen ausstoßbar ist.

Das Ausstoßen einer optischen Meldevorrichtung ist in beson­ derer Weise sehr leicht auch aus größeren Entfernungen er­ kennbar. Ausstoßbare Meldevorrichtungen sind beispielsweise Signalbänder oder insbesondere Signalbolzen. Signalbolzen ha­ ben den Vorteil, dass sie sehr gut erkennbar sind und auch über einen langen Zeitraum das Ansprechen zuverlässig signa­ lisieren sowie eine sehr kompakte Bauweise für die Signalein­ richtung ermöglichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-An­ ordnung ein elektrischer Schaltkontakt betätigbar ist.

Neben der Forderung nach einer optischen Signalisierung ange­ sprochener Überspannungsableiter ist es wünschenwert, dass das Ansprechen auch elektrisch signalisiert wird. Die Grund­ lage für eine derartige elektrische Anzeige ist, dass ein elektrischer Schalter oder Kontakt betätigt wird. Durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung ergeben sich gute Voraussetzungen zur mechanischen Betätigung eines elektrischen Schalters. Zum Betätigen des Schalters kann derselbe Expansionsantrieb genutzt werden wie zum Betätigen der Kolben-Zylinder-Anordnung. Somit ist ein elektrisches Schalten eines derartigen Meldeschalters in sehr einfacher Weise realisierbar. Zusätzliche Kosten treten nicht auf.

Es ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass der Kolben und/oder der Zylinder selbst einen Schaltkontakt darstellt.

Ist der Kolben und/oder der Zylinder selbst ein Schaltkon­ takt, so ist dadurch eine äußerst kompakte Bauweise der Sig­ naleinrichtung erzielbar. Auf einen zusätzlichen elektrischen Schalter kann verzichtet werden, wodurch die Signaleinrich­ tung nochmals kostengünstiger gestaltet sein kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher be­ schrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Signalein­ richtung,

Fig. 2 eine Kolben-Zylinder-Anordnung vor der Auslö­ sung,

Fig. 3 eine Kolben-Zylinder-Anordnung nach der Auslö­ sung und die

Fig. 4 einen Oberflächenwellensensor zur drahtlosen Übertragung der Ansprechsignale.

Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Signalisierungs­ einrichtung weist einen eine Vielzahl von Leiterwindungen 2 tragendenden kreisringförmigen ferromagnetischen Kern 1 auf, welcher koaxial um eine Ableitstrombahn 3 angeordnet ist. Der in der Fig. 1 dargestellte Abschnitt 3a der Ableitstrombahn 3 ist Teil der zwischen einem Leiter 19 eines Elektroenergie­ versorgungsnetzes und einem Erdpotential 20 ausgebildeten Ab­ leitstrombahn 3. Der Überspannungsableiter 21 lässt in Abhän­ gigkeit des Wertes der Spannung im Elektroenergieversorgungs­ netz einen Stromfluß über die Ableitstrombahn 3 zum Erdpoten­ tial 20 zu oder blockiert einen derartigen Stromfluß nahezu vollständig.

Die Enden der elektrischen Leiterwindungen 2 sind an einen Gasgenerator 4 angeschlossen. Dieser Gasgenerator 4 bewirkt in Abhängigkeit der an den Enden der Leiterwindungen 2 anste­ henden elektrischen Spannung eine Gasexpansion. Die Signal­ einrichtung weist ein Isoliergehäuse 5 auf. An dem Isolierge­ häuse 5 ist ein Zylinder 6 angeordnet. Der Zylinder 6 besteht aus isolierendem Material. Innerhalb des Zylinders 6 ist ein bewegbarer Kolben 7 angeordnet. Der Kolben 7 besteht aus ei­ nem elektrisch leitenden Material. Die Kolben-Zylinder-Anord­ nung 6, 7 ist konzentrisch um den Gasgenerator 4 angeordnet. Am Kolbenboden ist ein Signalisierungsbolzen 8 angeordnet und zwar so, dass er vor einer Auslösung durch den Zylinder 6 ab­ gedeckt wird und erst nach einer Auslösung sichtbar ist. Dazu weist der Zylinder 6 an seinem Boden eine Durchtrittsöffnung für den Signalbolzen 8 auf. Außerdem sind am Umfang des Zy­ linders Abströmöffnungen 9a, b angeordnet. Derartige Abström­ öffnungen 9c, d weist auch der Kolben 7 auf.

Die Fig. 2 zeigt ein Detail der Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 vor einer Auslösung. Die Abströmöffnungen 9a, b, c, d von Kolben 7 und Zylinder 6 sind dabei so angeordnet, dass sie im nicht ausgelösten Zustand zueinander versetzt angeordnet sind und so ein um den Gasgenerator 4 sich erstreckender abge­ schlossener Raum 10 entsteht. Am Umfang des Zylinders 6 ist ein erstes Paar Kontaktflächen 11a, b angeordnet. Diese beiden Kontaktflächen 11a, b sind im nicht ausgelösten Zustand durch den elektrisch leitenden Kolben 7 miteinander elektrisch lei­ tend verbunden. Weiterhin ist ein zweites Paar Kontaktflächen 12a, b vorgesehen, welches derart am Umfang des Zylinders 6 angeordnet ist, dass im nicht ausgelösten Zustand keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Kontakt­ flächen 12a, b besteht. Durch das Fließen eines Ableitstromes durch die Ableitstrombahn 3 wird in den Leiterwindungen 2 eine Spannung induziert, welche den als Expansionsantrieb wirkenden Gasgenerator 4 auslöst. Durch die Anzahl von Lei­ terwindungen kann das Ansprechverhalten der Signaleinrichtung eingestellt werden.

Der Druck im Raum 10 um den Gasgenerator 4 wird schlagartig erhöht und dadurch der Kolben 7 relativ zu dem Zylinder 6 be­ wegt, wodurch der Raum 10 um den Gasgenerator 4 vergrößert wird. Der an dem Kolben 7 angeordnete Signalbolzen 8 wird da­ bei aus der Durchtrittsöffnung herausgestoßen und signali­ siert ein Ansprechen der Signaleinrichtung. Der Kolben 7 wird durch eine geeignete Vorrichtung nach einer erfolgten Auslö­ sung in seiner Endlage gehalten, beispielsweise durch eine Verklickung oder durch eine hohe Haftreibung. Der Signalbol­ zen 8 weist eine auffällige Farbgebung, beispielsweise Rot oder Gelb, auf. Zusätzlich können Bereiche des Signalbolzens 8 mit einer nachleuchtenden oder reflektierenden Beschichtung versehen sein, um auch bei Dunkelheit eine gute Erkennbarkeit zu gewährleisten. Mit dem Erreichen der Endlage des Kolbens 7 befinden sich die Abströmöffnungen 9a, b, c, d von Kolben 7 und Zylinder 6 in einer sich gegenseitig überdeckenden Position. Dadurch entsteht ein Gaskanal 13a, b, welcher den Raum 10 um den Gasgenerator 4 mit der Umwelt verbindet und so der im In­ nern anstehende Gasdruck nach außen entweichen kann. Bei die­ ser Relativbewegung von Kolben 7 und Zylinder 6 wird eben­ falls der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Paar Kon­ taktflächen 11a, b unterbrochen und zwischen dem zweiten Paar Kontaktflächen 12a, b eine elektrische Überbrückung durch den nunmehr in seiner Position verlagerten Kolben 7 hergestellt.

Der durch die Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 ausgebildete elektrische Schalter weist somit einen Öffnerkontakt und ei­ nen Schließerkontakt auf. Die in den Fig. 2 und 3 darge­ stellten Lampen 22, 23 stellen symbolisch Melde- /Auswerteeinrichtungen für den Öffner- und den Schließerkon­ takt dar.

Die Signaleinrichtung kann so konstruiert sein, dass nach ei­ ner Auslösung die Signaleinrichtung weiter verwendbar ist. Dazu kann vorgesehen sein, die Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 samt Gasgenerator 4 aus der Signaleinrichtung herauszutrennen und komplett zu ersetzen oder auch nur den Gasgenerator 4 zu erneuern.

In der Fig. 4 ist schematisch ein Oberflächenwellensensor dargestellt. Mit Hilfe dieses Oberflächenwellensensors ist es möglich, die Schaltzustände der Schaltkontakte der Signalein­ richtung drahtlos abzufragen. An dem oberflächenwellensensi­ tiven Substrat ist eine Antenne 14 zum Empfang von einge­ strahlten Wellen sowie zum Absenden der modulierten Wellen vorgesehen. Das Sensorsubstrat 15 weist mehrere Reflektoren auf, an welchen die auf dem Sensorsubstrat 15 wandernden Oberflächenwellen 16 reflektiert werden. Einige der Re­ flektoren 17, 18 sind modulierbar ausgeführt. Diese modulier­ baren Reflektoren 17, 18 sind durch die an der Kolben-Zylin­ der-Anordnung 6, 7 angeordneten Schaltkontakte schaltbar. In Abhängigkeit der Anzeige der Signaleinrichtung ist nunmehr das Übertragungsverhalten des Oberflächenwellensensors beein­ flussbar und somit kann eine Information über den Zustand der Signaleinrichtung zur Signalisierung des Ansprechens eines Überspannungsableiters leicht abgefragt werden.

Claims (5)

1. Signaleinrichtung mit einem Expansionsantrieb (4) zur An­ zeige des Ansprechens eines in eine Ableitstrombahn (3) eingefügten Überspannungsableiters, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsantrieb (4) eine Relativbewegung einer Kol­ ben-Zylinder-Anordnung (6, 7) bewirkt und die Kolben-Zy­ linder-Anordnung (6, 7) außerhalb der Ableitstrombahn (3) angeordnet ist.

2. Signaleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) die äußere Gestalt der Signaleinrichtung veränder­ bar ist.

3. Signaleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) eine optische Meldevorrichtung betätigbar, insbe­ sondere ein Signalbolzen (8) ausstoßbar ist.

4. Signaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) ein elektrischer Schaltkontakt betätigbar ist.

5. Signaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) und/oder der Zylinder (6) selbst einen Schalt­ kontakt darstellt.