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Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ein System zur Fehlerstrom-Überwachung von Freileitungen in elektrischen Energie-Versorgungsnetzen, mit mindestens einer Gruppe von mehreren, insbesondere drei Fehlerstromanzeigern für jeweils einen Phasenleiter der Freileitung, wobei jeder Fehlerstromanzeiger Mittel zur Stromerfassung und zur Erkennung eines in dem jeweiligen Phasenleiter auftretenden Fehlerstroms und zur Ausgabe von Meldedaten sowie ein Funkmodul zur Daten-Funkübertragung an eine entfernt liegende Leitstelle über eine Fernfunkverbindung aufweist, wobei jeder Fehlerstromanzeiger ein zusätzliches Low-Power-Funkmodul zur Datenübertragung zwischen den Fehlerstromanzeigern der Gruppe über Kurzstrecken-Funkverbindungen aufweist, wobei jeweils nur einer der Fehlerstromanzeiger die Daten aller Fehlerstromanzeiger der Gruppe gemeinsam über sein Funkmodul und seine Fernfunkverbindung an die Leitstelle sendet.
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Es ist bekannt, Freileitungen zur elektrischen Energie-Übertragung in Energie-Versorgungsnetzen auf die jeweilige Stromhöhe und das Auftreten von Fehlerströmen zu überwachen, die durch Kurzschlüsse oder Erdschlüsse hervorgerufen werden können. Üblicherweise besteht eine Freileitung in dreiphasigen Versorgungsnetzen aus drei Phasenleitern, so dass in aller Regel drei einzelne Fehlerstromanzeiger als eine Gruppe nahe beieinander an jeweils einem der Phasenleiter befestigt werden. Jeder Fehlerstromanzeiger weist eine Einrichtung zur sensorischen Stromüberwachung und zur Erkennung eines in dem jeweiligen Phasenleiter auftretenden Fehlerstroms sowie zur Ausgabe von Meldedaten auf. Hierbei ist es weiterhin bekannt, dass die einzelnen Fehlerstromanzeiger regelmäßig, beispielsweise alle zehn bis fünfzehn Minuten, die jeweils aktuell erfassten Zustandsdaten über ein integriertes Funkmodul und eine Fernfunkverbindung an eine geografisch entfernt liegende Leitstelle überträgt. Diese Datenübertragung ist wegen der erforderlichen hohen Funk-Sendeleistung mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Daher müssen die Fehlerstromanzeiger mit großen und leistungsfähigen lokalen Energiespeichern (Batterien, Akkumulatoren) ausgestattet werden, um eine ausreichend lange Betriebszeit bzw. große Wartungsabstände zu erreichen.
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Es sind auch solche Systeme im Einsatz, bei denen in der näheren Umgebung der an der Freileitung angeordneten Fehlerstromanzeiger, beispielsweise an einem der nächsten Freileitungsmasten, eine Zwischenleitstelle vorgesehen ist, wobei die Zwischenleitstelle die Meldesignale der Fehlerstromanzeiger empfängt und gemeinsam über eine Fernfunkverbindung an die eigentliche Leitstelle übermittelt. Dadurch kann zwar die Sendeleistung der einzelnen Funkmodule der Fehlerstromanzeiger reduziert werden, jedoch führen die Zwischenleitstelle und deren lokale Energieversorgung zu zusätzlichen Geräte- und Wartungskosten.
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Aus der
US 7 518 529 B2 ist eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung von Freileitungen bekannt. Diese Überwachungseinrichtung weist drei separate Messsensoren auf, welche jeweils auf einer Freileitung direkt montiert werden. Hierbei weist jeder Messsensor jeweils Mittel zum Messen der elektrischen Eigenschaften, Mittel zum Kommunizieren mit mindestens einem anderen Messsensor und/oder Mittel zum Kommunizieren mit einem Leitstellencomputer auf. Insbesondere wird diese Überwachungseinrichtung mit Strom direkt von der Leitung versorgt, indem die Betriebsleistung aus dem Magnetfeld der Freileitung genutzt wird oder die Betriebsleistung aus dem elektrischen Feld der der Freileitung bezogen wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System der beschriebenen, gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass mit kostengünstigen Mitteln lange Betriebszeiten und große Wartungsabstände und dadurch insgesamt eine verbesserte Wirtschaftlichkeit mit geringen Betriebskosten erreicht werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies mit einem System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie auch in der anschließenden Beschreibung enthalten.
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Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Fehlerstromanzeiger 2a, b, c aus einem eigenen, lokalen, nicht gesondert dargestellten Energiespeicher gespeist wird. Bei den Energiespeichern handelt es sich um Batterien oder Akkumulatoren. Die Fehlerstromanzeiger 2a, b, c vergleichen über ihre Steuermodule 8a, b, c und über die Kurzstrecken-Funkverbindungen 14a, b, c die Energiespeicher hinsichtlich noch vorhandener Restenergien, wobei erfindungsgemäß jeweils nur derjenige Fehlerstromanzeiger 2a, b oder c mit der momentan höchsten Restenergie seines Energiespeichers den Datenverkehr mit der Leitstelle 4 über die Fernfunkverbindung übernimmt. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird im Bereich der lokalen Energiespeicher der Fehlerstromanzeiger eine wesentliche Energie-Einsparung erreicht, weil für jede Datenübertragung an die Leitstelle nur noch ein Funkmodul zur Daten-Fernübertragung aktiviert werden muss. Der Datenverkehr zwischen den einzelnen Fehlerstromanzeigern kann ebenfalls sehr energiesparend über die Kurzstrecken-Funkverbindungen erfolgen.
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Als Low-Power-Funkmodule, d. h. Funkgeräte mit geringer Sendeleistung, abgekürzt LPD (Low Power Device), zum Teil auch Short Range Device (SRD), in Deutsch Kurzstreckenfunk, bezeichnet, kann bevorzugt der Bluetooth-Standard (Bluetooth = eingetragene Marke) oder eine andere geeignete WPAN-Verbindung eingesetzt werden (WPAN = Wireless Personal Area Network = Kurzstrecken-Funktechnik). Die Fernfunkverbindungen sind demgegenüber als WAN-Verbindungen ausgebildet (WAN = Wide Area Network = Weitverkehrsnetzwerk).
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Für eine intelligente Steuerung des Datenverkehrs weist jeder Fehlerstromanzeiger - als „Intelligenz“ - ein Steuermodul zur Ansteuerung seiner Funkmodule auf. Insofern handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Fehlerstromanzeigern um intelligente Geräte, in Englisch „Smart Fault Current Indicator“.
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Anhand der Zeichnung soll im Folgenden die Erfindung noch weitergehend erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Zeichnungsfigur in einer schematischen, blockschaltbildartigen Darstellung eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zur Fehlerstrom-Überwachung.
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Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels sowie auch unabhängig von den Merkmalskombinationen und Rückbeziehungen der Ansprüche eine erfinderische Bedeutung haben.
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Ein erfindungsgemäßes System dient zur Fehlerstrom-Überwachung von Freileitungen in elektrischen Energie-Versorgungsnetzen. In der Zeichnung sind die Freileitungen nicht dargestellt. Da übliche Versorgungsnetze dreiphasig ausgelegt sind und daher jede Freileitung aus drei Phasenleitern besteht, besteht das erfindungsgemäße System aus mindestens einer Gruppe von vorzugsweise drei Fehlerstromanzeigern 2a, 2b und 2c, die an jeweils einem Phasenleiter befestigt werden. Jeder Fehlerstromanzeiger enthält Mittel zur sensorischen Stromerfassung und zur Erkennung eines in dem jeweiligen Phasenleiter auftretenden Fehlerstroms und zur Ausgabe von Meldedaten. Die Einzelheiten zu dieser sensorischen Stromerfassung und Fehlerstrom-Erkennung sind Stand der Technik und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.
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Zur Funkübertragung von Daten an eine entfernt liegende Leitstelle 4 weist jeder Fehlerstromanzeiger 2a, 2b, 2c ein Funkmodul 6a, 6b, 6c auf. Weiterhin weist jeder Fehlerstromanzeiger 2a, 2b, 2c als Intelligenz ein Steuermodul 8a, 8b, 8c auf. Jedes dieser Steuermodule ist so ausgelegt, dass das zugehörige Funkmodul 6a, 6b bzw. 6c zur Datenübertragung zum Aufbau einer Fernfunkverbindung 10a, 10b bzw. 10c zu der Leitstelle 4 angesteuert werden kann.
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Erfindungsgemäß weist nun jeder Fehlerstromanzeiger 2a, 2b, 2c ein zusätzliches Low-Power-Funkmodul 12a, 12b bzw. 12c auf, welches zur Datenübertragung zwischen den Fehlerstromanzeigern 2a, 2b, 2c der Gruppe ebenfalls von dem jeweils zugehörigen Steuermodul 8a, 8b bzw. 8c zum Aufbau jeweils einer Kurzstrecken-Funkverbindung 14a, 14b bzw. 14c ansteuerbar ist.
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Erfindungsgemäß kommunizieren alle zu der jeweiligen Gruppe gehörenden Fehlerstromanzeiger 2a, 2b, 2c untereinander über die Kurzstreckenverbindungen 14a, 14b, 14c. Dies bedeutet, dass jeder Fehlerstromanzeiger 2a, 2b, 2c seine zu übertragenden Daten zunächst an die Nachbar-Fehlerstromanzeiger sendet. Zur Fernübertragung an die entfernt liegende Leitstelle 4 sendet dann jeweils nur einer der Fehlerstromanzeiger 2a, 2b oder 2c nach einer definierten Zeit die Daten aller Fehlerstromanzeiger der Gruppe gemeinsam über sein Funkmodul 6a, 6b oder 6c und seine Fernfunkverbindung 10a, 10b oder 10c an die Leitstelle 4. In der Zeichnung ist beispielhaft der Fall dargestellt, dass die Datenübertragung an die Leitstelle 4 von dem dritten Fehlerstromanzeiger 2c über dessen Funkmodul 6c und die Fernfunkverbindung 10c erfolgt. Die übrigen zwei Fernfunkverbindungen 10a und 10b sind dabei inaktiv, was durch Strichpunktlinien angedeutet ist. Eine Datenübertragung an die Leitstelle 4 kann beispielsweise periodisch in bestimmten Zeitabständen erfolgen, z. B. alle zehn bis fünfzehn Minuten.
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In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Funkmodule 6a, b, c und auch die Low-Power-Funkmodule 12a, b, c für eine bidirektionale Datenübertragung ausgelegt. Eine erfolgreiche Datenübertragung an die Leitstelle 4 kann hierdurch von der Leitstelle 4 an den jeweils sendenden Fehlerstromanzeiger 2a, b oder c und von diesem über die Kurzstrecken-Funkverbindungen 14a, b oder c an die anderen Fehlerstromanzeiger der Gruppe zurückgemeldet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Steuermodule 8a, b, c so ausgelegt, dass jeder Fehlerstromanzeiger 2a, b, c auch - insbesondere für kritische, sicherheitsrelevante und/oder nicht bestätigte Daten - eine sofortige, direkte, von den anderen Fehlerstromanzeigern unabhängige Datenübermittlung an die Leitstelle 4 über sein Funkmodul 6a, b, c und die Fernfunkverbindung 10a, b, c durchführen kann.
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Zweckmäßig sind die Fernfunkverbindungen 10a, b, c als WAN-Verbindungen ausgebildet; WAN = Wide Area Network = Weitverkehrsnetzwerk. Hierfür kann jede geeignete WAN-Technologie eingesetzt werden.
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Die Kurzstrecken-Funkverbindungen 14a, b, c sind demgegenüber als WPAN-Verbindungen ausgebildet; WPAN = Wireless Personal Area Network = Kurzstrecken-Funktechnik. Auch hierfür kann jede geeignete WPAN-Technologie eingesetzt werden, insbesondere der Standard „Bluetooth“ (eingetragene Marke) gemäß IEEE 802.15, beispielsweise auch Bluetooth Low Energy.
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Indem sich erfindungsgemäß die Fehlerstromanzeiger 2a, 2b, 2c hinsichtlich der Daten-Fernübertragung an die Leitstelle 4 in Abhängigkeit vom Energiehaushalt ihrer Energiespeicher abwechseln, kann eine erhebliche Verlängerung der Betriebszeit und der Wartungsintervalle erreicht werden. Die Datenübertragung zwischen den Fehlerstromanzeigern 2a, b, c ist über die Low-Power-Funkmodule sehr energiesparend, wobei der Bauteil-Mehraufwand relativ gering ist, gemessen an der Einsparung von Betriebs- und Wartungskosten.
