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Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst einen Kurzschlussanzeiger mit Anschlüssen für mindestens einen induktiven Messwertgeber, der einem auf ein Auftreten eines Kurzschlussstromes zu überwachenden elektrischen Leiter zugeordnet ist, und mit einer Auswerteeinheit zur Kurzschlusserkennung durch Erkennung einer durch einen in dem Leiter auftretenden Kurzschlussstrom in dem Messwertgeber induzierten Spannung.
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Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein neuartiges Verfahren zum Identifizieren eines induktiven Messwertgebers.
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Einleitend sei bemerkt, dass der Begriff ”Kurzschlussanzeiger” auch einen Erdschluss umfassen kann. Dies bedeutet, dass es sich genauer gesagt um einen ”Kurz- und/oder Erdschlussanzeiger” handeln kann. Zudem wird der Kurzschlussanzeiger bevorzugt für elektrische Mittelspannungsanlagen verwendet.
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Ein solcher Kurzschlussanzeiger ist beispielsweise in der
DE 44 08 709 C2 beschrieben, wobei für jeden Phasenleiter eines Drehstromnetzes ein Messwertgeber vorgesehen ist. Die Messwertgeber bestehen jeweils aus einem Joch mit aufgebrachter Spule und arbeiten als Strom-/Spannungswandler. Das Joch umschließt den Phasenleiter, um diesen auf einen Kurzschlussstrom zu überwachen, der dann in der Spule eine Spannung induziert.
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Im praktischen Einsatz gibt es heute zahlreiche verschiedene Typen von Messwertgebern, die sich bezüglich ihrer Strom-/Spannungskennlinien voneinander unterscheiden. Dies führt zu dem Problem, dass im Falle eines Wechsels des eigentlichen Kurzschlussanzeigers, beispielsweise nach einem Defekt oder bei einer routinemäßigen Erneuerung, nur ein individuell an den am jeweiligen Einsatzort vorhandenen Messwertgeber-Typ angepasster Kurzschlussanzeiger-Typ verwendet werden kann, damit der Kurzschlussanzeiger ein korrektes Ansprechverhalten bekommt. Ein Wechsel auch der Messwertgeber wird in aller Regel nicht in Frage kommen, weil dazu die jeweilige Mittelspannungsanlage abgeschaltet werden müsste, um die die Phasenleiter umschließenden Messwertgeber austauschen zu können. Diese Problematik hat zur Folge, dass im Grunde ebenso viele verschiedene Kurzschlussanzeiger-Typen konzipiert und bereitgestellt werden müssen, wie es auch unterschiedliche Typen von Messwertgebern gibt. Besonders problematisch ist dabei, dass vor einem Austausch des Kurzschlussanzeigers zumeist noch gar nicht bekannt ist, welcher Typ von Messwertgebern an dem jeweiligen Einsatzort überhaupt vorhanden ist, so dass häufig der Monteur sogar mehrmals den jeweiligen Montageort aufsuchen muss.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zur Vermeidung der geschilderten Probleme einen Kurzschlussanzeiger der genannten Art so zu verbessern und dazu ein Verfahren derart anzugeben, dass der Kurzschlussanzeiger in einer einzigen Ausführungsform universell mit verschiedenen Messwertgeber-Typen einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies einerseits durch einen Kurzschlussanzeiger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und andererseits durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen enthalten.
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Demnach weist der Kurzschlussanzeiger erfindungsgemäß Einstellmittel zum Abgleichen der Auswerteeinheit auf eine bestimmte typ-spezifische Messwertgeber-Signalkennlinie aus einer Mehrzahl von gespeicherten Signalkennlinien auf. Als Einstellmittel kann beispielsweise mindestens ein so genannter DIP-Schalter vorgesehen sein, mit dem manuell eine bestimmte Signalkennlinie vorgegeben werden kann. In bevorzugter Ausgestaltung sind allerdings die Einstellmittel zum automatischen Abgleichen der Auswerteeinheit ausgelegt. Hierzu weisen die Einstellmittel eine neuartige Prüfeinrichtung zum automatischen Identifizieren des jeweiligen Messwertgebers bezüglich seiner typ-spezifischen Signalkennlinie auf. Die Einstellmittel sind bevorzugt integrierter Bestandteil des Kurzschlussanzeigers, können aber grundsätzlich auch in Form eines separaten, über elektrische Verbindungen anschließbaren Zusatzgerätes ausgeführt sein.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist die Prüfeinrichtung einen gemeinsam mit dem Messwertgeber einen Schwingkreis, insbesondere Reihenschwingkreis, bildenden Messkondensator sowie Mittel zur Ermittlung einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf. Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass die jeweilige Resonanzfrequenz ein eindeutiges Kriterium für den jeweiligen Messwertgeber-Typ ist.
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Die Prüfeinrichtung weist Speichermittel zum tabellarischen Speichern von diversen Signalkennlinien bestimmter, marktüblicher Typen von Messwertgebern jeweils zusammen mit der zugehörigen, zuvor werksseitig ermittelten Resonanzfrequenz auf. Weiterhin sind Abgleichmittel zum Abgleich der Auswerteeinheit durch Auswahl der jeweiligen Signalkennlinie aus den Speichermitteln an Hand der jeweils aktuell ermittelten Resonanzfrequenz des Schwingkreises vorgesehen.
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Nach alledem betrifft die Erfindung zusätzlich auch ein neuartiges Verfahren zum automatischen Prüfen und Erkennen eines in einer elektrischen Anlage zur Kurzschlusserkennung vorgesehenen, einem auf einen Kurzschlussstrom zu überwachenden elektrischen Leiter zugeordneten, induktiven Messwertgebers bezüglich seiner typ-spezifischen Signalkennlinie, wobei zumindest einmalig ein Prüfsignal über den Messwertgeber gegeben und ein resultierendes, von dem Messwertgeber zurückkommendes Antwortsignal zur Erfassung einer typ-spezifischen Charakteristik ausgewertet wird, und wobei eine Kurzschluss-Auswerteeinheit automatisch an Hand der jeweils erfassten Charakteristik auf die typ-spezifische Signalkennlinie abgeglichen wird. Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass das Prüfsignal in Form einer Prüfspannung mit sich über die Zeit insbesondere schrittweise innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes verändernder Frequenz über einen gemeinsam mit dem Messwertgeber einen Schwingkreis bildenden Messkondensator auf den Messwertgeber gegeben wird, wobei als typ-spezifische Charakteristik des Messwertgebers die Resonanzfrequenz des Schwingkreises ermittelt wird. Der Abgleich der Auswerteeinheit erfolgt dann an Hand von zuvor werkseitig in Speichermitteln tabellarisch jeweils mit einer zugehörigen Resonanzfrequenz abgespeicherten Signalkennlinien von gängigen Messwertgeber-Typen.
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An Hand der Zeichnung und eines darin veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im Folgenden genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Kurzschlussanzeigers,
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2 ein Spannungsdiagramm eines Prüf-Antwortsignals des Messwertgebers,
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3 ein Ersatzschaltbild eines Messwertgebers und
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4 ein weiter vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Messwertgebers zusammen mit den wesentlichen Bestandteilen einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung.
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Ein erfindungsgemäßer Kurzschlussanzeiger 1 dient zur Erfassung und Anzeige von Kurz- und/oder Erdschlüssen, und zwar insbesondere in Mittelspannungsanlagen (Schaltanlagen) im Spannungsbereich von 1 kV bis etwa 60 kV, zum Teil aber auch unter 1 kV. Der Kurzschlussanzeiger 1 weist elektrische Anschlüsse 2, 3 für mindestens einen Messwertgeber 4 auf, bei dreiphasigen Drehstromanlagen sind – abweichend von der vereinfachten Darstellung in 1 – natürlich drei mal zwei Anschlüsse für drei Messwertgeber 4 vorgesehen, die den einzelnen Phasenleitern 6 zugeordnet sind. Der/jeder Messwertgeber 4 ist als induktiver Strom-/Spannungswandler ausgebildet und besteht aus einem den jeweiligen Phasenleiter 6 umschließenden Joch 4.1 und einer Spule 4.2, die an den Anschlüssen 2, 3 des Kurzschlussanzeigers 1 anzuschließen ist. Der Kurzschlussanzeiger 1 weist eine Auswerteeinheit 8 zur Kurzschlusserkennung an Hand einer Spannung UK auf, die durch einen in dem Leiter 6 auftretenden Kurzschlussstrom in dem Messwertgeber 4 bzw. der Spule 4.2 entsprechend einer typ-spezifischen Signalkennlinie (Strom-/Spannungskennlinie) induziert wird. Die Auswerteeinheit 8 weist einen Gleichrichter 10 und bevorzugt einen nachgeschalteten Microcontroller (μC) 12 auf, es kann aber auch ein diskreter Aufbau vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit 8 wirkt mit einer – in der Zeichnung nicht dargestellten – Anzeigeeinrichtung zusammen, um den erfassten Kurz-/Erdschluss insbesondere optisch zu signalisieren.
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Wie zur Erläuterung in 3 veranschaulicht ist, kann der Messwertgeber 4 durch ein Ersatzschaltbild, bestehend aus einer Reihenschaltung mit einer Spannungsquelle U, einer Induktivität L und einem Widerstand R beschrieben werden. Die Spannungsquelle U liefert eine dem jeweiligen Strom i in dem Leiter 6 proportionale Spannung U = f(i). Für eine gegenüber der Netzfrequenz von 50 Hz wesentlich höhere Frequenz stellt die Spannungsquelle einen Kurzschluss dar und kann deshalb – wie in 4 dargestellt – außer Acht gelassen werden.
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Erfindungsgemäß sind nun zusätzliche Einstellmittel insbesondere in Form einer Prüfeinrichtung 14 vorgesehen, die zur bevorzugt automatischen Prüfung und Erkennung (Identifizierung) des jeweiligen Messwertgebers 4 bezüglich seiner typ-spezifischen Signalkennlinie sowie zum automatischen Abgleichen der Auswerteeinheit 8 auf den jeweils erkannten Messwertgeber 4 konzipiert ist. Dazu weist die Prüfeinrichtung 14 einen gemeinsam mit dem Messwertgeber 4 einen Schwingkreis, insbesondere Reihenschwingkreis, bildenden Messkondensator CE sowie Mittel zur Ermittlung einer Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises auf. Weiterhin sind Speichermittel (in der Zeichnung nicht gesondert erkennbar) zum werkseitigen Speichern von diversen Signalkennlinien bestimmter, marktüblicher Typen von Messwertgebern 4 jeweils zusammen mit der zugehörigen, ebenfalls zuvor werkseitig ermittelten Resonanzfrequenz f0 vorgesehen sowie ferner zugehörige Abgleichmittel zum Abgleich der Auswerteeinheit 8 durch Auswahl der jeweiligen Signalkennlinie aus den Speichermitteln an Hand der jeweils aktuell ermittelten Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises.
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Die Prüfeinrichtung 14 weist einen Prüfsignalgenerator 16 auf, der in einem automatisch oder manuell zu initiierenden Prüfvorgang den Messwertgeber 4 bzw. dessen Spule 4.2 über den Messkondensator CE (Einkoppelkondensator) mit einer Prüfspannung mit sich über die Zeit t insbesondere schrittweise verändernder Frequenz f beaufschlagt. Die Prüfeinrichtung 14 wertet dann ein resultierendes, vorzugsweise über einen Auskoppelkondensator CA ausgekoppeltes und über einen Gleichrichter 18 gleichgerichtetes Spannungssignal U= zur Bestimmung der Resonanzfrequenz f0 aus, und zwar an Hand eines bei dieser Frequenz auftretenden Maximalwertes Umax des Spannungssignals; siehe hierzu das Diagramm in 2.
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Somit wird die Messfrequenz f in einem definierten Frequenzbereich verändert und zu jedem Zeitpunkt die Spannung U= gemessen. Diese steigt bis zu einer bestimmten Frequenz an und fällt dann wieder ab. Bei der maximalen Spannung Umax entspricht die Frequenz der Resonanzfrequenz f0 des Schwingkreises. Da der Messkondensator CE als Bestandteil der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 14 hinsichtlich seiner Auslegung bekannt und stets derselbe ist, kann die jeweilige Resonanzfrequenz f0 als eindeutiges Auswahlkriterium für die typ-spezifische Charakteristik des jeweiligen Messwertgebers 4 und daher für einen Abgleich der Auswerteeinheit 8 dienen, indem an Hand der Resonanzfrequenz f0 aus einer zuvor werkseitig tabellenartig abgespeicherten Liste die jeweils zugehörige Signalkennlinie entnommen und der Auswerteeinheit 8 vorgegeben wird.
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Der Prüfsignalgenerator 16 (insbesondere Sinusgenerator) kann bevorzugt als Synthesizerbaustein, grundsätzlich aber auch als Digital-Analogwandler ausgeführt sein. Die Prüfeinrichtung 14 weist zur Auswertung des Spannungssignals U= einen Analog-/Digitalwandler auf.
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Bei der in 1 dargestellten, bevorzugten Ausführung ist der Microcontroller 12 so konzipiert, dass in ihm die wesentlichen Auswertefunktionen der Auswerteeinheit 8 sowie auch der Prüfeinrichtung 14 implementiert sind. Der Microcontroller 12 kann auch über einen Steueranschluss S den Prüfsignalgenerator 16 steuern (1). Alternativ liegt aber auch eine Ausgestaltung mit diskreten Bauteilen im Rahmen der Erfindung.
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Die Erfindung führt zu wesentlichen Vorteilen. So kann der mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 14 ausgestattete Kurzschlussanzeiger 1 als universelles Austauschgerät mit beliebigen Messwertgebern 4 betrieben werden, unabhängig davon, welcher Messwertgeber-Typ am jeweiligen Einsatzort vorhanden ist. Bei oder nach Installation des Kurzschlussanzeigers 1 wird – beispielsweise manuell durch den Monteur – einmalig der automatische Abgleichvorgang initiiert. Dieser Vorgang läuft dann in der zuvor beschriebenen Weise automatisch ab. Der Kurzschlussanzeiger 1 bzw. die Prüfeinrichtung 14 stellt dann automatisch für die Auswerteeinheit 8 die jeweils passende Kennlinie des Messwertgebers 4 ein. Dies reduziert den Bereitstellungsaufwand erheblich, weil unterschiedliche Kurzschlussanzeiger-Typen nicht mehr erforderlich sind. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass die Identifizierung des Messwertgebers 4 unabhängig vom jeweiligen Betriebsstrom des Leiters 6 ist und deshalb auch im Betriebszustand der Anlage erfolgen kann.
