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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Drehstromleitungen, insbesondere mit derartigen Drehstromleitungen, die drei Phasenleiter und einen Nullleiter aufweisen.
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Typischerweise werden Abzweigverbinder an Niederspannungskabel im spannungsführenden Zustand installiert. Um den Verbinder, der beispielsweise ringförmig ausgeführt sein kann, korrekt zu platzieren, ist es notwendig, zumindest die Position des Nullleiters, der als auch Neutralleiter bezeichnet wird, zu kennen. Bei bekannten Abzweigmuffen wird hierzu üblicherweise die äußere Kabelisolation entfernt und es wird optisch überprüft, welche der Adern zum Nullleiter gehört. Nachteilig ist an dieser Lösung, dass nach dem Anbringen des Abzweigverbinders die Verbindung durch entsprechende Muffen in Wickeltechnik, Gießtechnik, Wärmeschrumpftechnik oder das Anbringen von Halbschalen wieder versiegelt werden muss.
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Insbesondere bei der Verwendung von Klemmschneidverbindern für die Abzweigmuffe ist es besonders nachteilig, wenn der äußere Kabelmantel vor dem Schließen der elektrischen Verbindung entfernt werden muss, um die genaue Position des Nullleiters herauszufinden.
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Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht daher darin, in einer ungeschirmten Niederspannungs-Drehstromleitung, die vier Adern mit drei Phasen und einem Nullleiter führt, die Position des Nullleiters zu bestimmen, ohne den äußeren Kabelmantel entfernen zu müssen. Eine solche Drehstromleitung wird nachfolgend auch als Drehstromkabel bezeichnet.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass bei Drehstromkabeln, die keine äußere elektrische Abschirmung tragen, in der Nähe des Kabels die elektrischen Felder, die durch die spannungsführenden Adern verursacht werden, erfasst werden können. Insbesondere schlägt die vorliegende Erfindung eine kapazitive Sensoranordnung zum Erfassen der Position des Nullleiters vor.
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Die Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens eine erste Messelektrode auf, die so am Umfang der Drehstromleitung angebracht werden kann, dass sie mindestens 50% des Umfangs überdeckt. Weiterhin ist eine zweite Messelektrode vorgesehen, die so an den Umfang der Drehstromleitung angebracht wird, dass sie weniger als 50% des Umfangs überdeckt. Die erste und die zweite Messelektrode sind für die Messung um die Mittelachse der Drehstromleitung drehbar und dabei in ihrer Lage mit Bezug aufeinander fixiert. Eine Erfassungseinheit dient zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Spannungsdifferenz dann minimal wird, wenn die zweite, kleinere Messelektrode sich in dem Umfangsbereich befindet, der unmittelbar über dem Nullleiter ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die erste Messelektrode eine zylindersegmentförmige Form und ihr Querschnitt kann beispielsweise einen Umfang von bis zu 270 Winkelgrad abdecken. Dabei muss die Elektrode nicht zwangsläufig eine rechteckförmig abgewickelte Fläche besitzen, sondern kann auch trapezförmig gestaltet sein, um der Verdrillung der Kabel entlang der Längsachse der Drehstromleitung folgen zu können. Diese spezielle Ausgestaltung der Elektrode entspricht der Raumform eines Teils eines Kreiszylinders mit schräg geteiltem Mantel. Selbstverständlich können aber auch beliebige andere Begrenzungen der Abwicklung vorgenommen werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung deckt der Querschnitt der ersten Messelektrode quer zur Längsachse des Drehstromkabels einen Umfangswinkel von maximal 360° ab, während der Querschnitt der zweiten Messelektrode einen Umfangswinkel von maximal 180° abdeckt. Die Elektroden können bei entsprechender Größe vorzugsweise auf gleicher Höhe des Kabels angebracht sein. Eine in axialer Richtung des Kabels versetzte Anordnung ist aber ebenfalls möglich. Die größte Empfindlichkeit der Sensoren ist dann gegeben, wenn die erste Elektrode ungefähr 270 Winkelgrad und die zweite ungefähr 60–90 Winkelgrad abdeckt, und beide Elektroden sich auf gleicher Höhe des Kabels befinden. Da in einer Dreiphasen-Vierleiter-Drehstromleitung jedes der vier Kabel ein 90°-Segment des Querschnitts einnimmt, kann mit dieser Anordnung eine besonders exakte kapazitive Bestimmung der Lage des Nullleiters erreicht werden. Selbstverständlich ist auf eine ausreichende elektrische Isolation zwischen den beiden Elektroden zueinander zu achten.
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Physikalisch basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass am Ort des Nullleiters die Felder der drei Phasenleiter sich zu jedem Zeitpunkt zu Null addieren.
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Eine oder beide Messelektroden können beispielsweise aus Metall oder aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Kunststoff hergestellt werden. Metallische Elektroden können aus einem Metallblech, einer Folie oder einer auf einem Träger aufgebrachten Metallisierung bestehen. Im Falle eines elektrisch leitenden Kunststoffs können z. B. leitfähige Schäume verwendet werden, wie sie für den Schutz von elektrostatisch gefährdeten Bauelementen eingesetzt werden. Die Verwendung derartiger Schäume bietet den Vorteil einer verbesserten Einstellung des Messbereichs, einer leichteren Herstellbarkeit und reduzierten Wartung des Detektors. Weiterhin kann, um eine erhöhte Flexibilität der zu untersuchenden Kabeldurchmesser sicherzustellen, der leitfähige Kunststoff auch elastisch, beispielsweise aus Silikonkautschuk, sein.
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Für eine einfache Bedienbarkeit besitzt die Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse, das die Messelektroden in Bezug aufeinander und in Bezug auf das Drehstromkabel fixiert.
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Um zu erlauben, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung an einem Kabel angebracht wird, das an zwei Enden fixiert ist, kann das Gehäuse insbesondere teilbar ausgeführt sein, so dass es durch Zusammenfügen so montiert werden kann, dass es das Drehstromkabel umschließt. Dadurch kann die Verwendung für eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Messzyklen sichergestellt werden.
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Um an einen größeren Bereich von Durchmessern der Drehstromkabel angepasst werden zu können, kann das Gehäuse aus elastisch verformbarem Kunststoff, beispielsweise aus Silikonkautschuk, hergestellt sein. Die Messelektroden können dann durch einen Bereich erhöhter elektrischer Leitfähigkeit in dem Kunststoffmaterial eingebettet sein. Selbstverständlich können die Elektroden aber auch durch entsprechende Metallisierungen ausgebildet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann anstelle der einzelnen ersten Elektrode mit einem Umfang von ca. 270° auch vorgesehen sein, drei einzelne Elektroden mit einem Abdeckungsbereich von ca. 60°–90° vorzusehen, die elektrisch voneinander getrennt sind und von der Erfassungseinheit so abgefragt werden, dass auch die Phasensequenz der Phasenleiter ermittelt werden kann. Zur Detektion des Nullleiters werden die drei Spannungen, die von den drei Teilelektroden geliefert werden, addiert und es wird die Differenzspannung zur zweiten Elektrode gebildet. Auch in diesem Fall ist die gemessene Differenzspannung dann am geringsten, wenn die zweite Elektrode sich in der räumlichen Nähe zum Nullleiter befindet. Dabei kann die Identifikation der Phasensequenz dadurch erreicht werden, dass die Spannungssignale von zwei Phasen bei jedem Nulldurchgang des dritten Phasensignals ausgewertet werden.
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Um die Signalqualität zu verbessern, können außerdem die Spannungen, die an den Elektroden abgegriffen werden, mit einer Filtervorrichtung auf den 60 bzw. 50 Hz-Anteil beschränkt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann die Sensoranordnung die Position des Nullleiters auch dann erfassen, wenn die Drehstromleitung keine Spannung führt, weil die entsprechenden Wechselspannungen abgeschaltet sind. In diesem Fall werden von der Sensoranordnung Indikatorsignale ausgekoppelt, die ebenfalls zu einer messbaren Spannungsdifferenz zwischen erster und zweiter Messelektrode führen und die minimal ist, wenn die zweite Messelektrode sich in dem Umfangsbereich über dem Nullleiter befindet. Die in die Drehstromleitung eingespeisten Wechselspannungen oder -ströme können sowohl sinusförmigen wie auch rechteck- oder impulsförmigen Verlauf haben. Dabei wird die elektronische Auswertung an die spezielle Form des Indikatorsignals angepasst, um dieses in möglichst effizienter Art und Weise auszukoppeln. Weiterhin können digitale Signalprozessoren (DSP) vorgesehen werden, um die gemessenen Signale zu filtern, sodass Interferenzen, welche in die Leitung eingekoppelt werden, herausgefiltert werden können.
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Als Indikatorsignale kommen auch kodierte Signale in Frage, die den Vorteil haben, dass sie zu einer verbesserten Verlässlichkeit der Detektion führen. Entsprechend der Kodierung der Signale wird in der Erfassungseinheit der Sensoranordnung beispielsweise mit Hilfe eines Mikroprozessors eine Dekodierung der Messsignale vorgenommen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann in den Nullleiter ein Signal eingebracht werden, indem eine Vielzahl von Stromimpulsen injiziert wird, die eine wiederkehrende und definierte Pulssequenz darstellen. Dieses Einspeisen geschieht an einem Ort, an dem der Nullleiter zugänglich ist, und da der Nullleiter typischerweise an beiden Enden des Kabels mit Masse geerdet ist, kann die Erde als Rückführpfad für den Impulsstrom verwendet werden. Dieses transiente Signal kann durch die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung detektiert werden. Filtervorrichtungen können wiederum verwendet werden, um nur den gesuchten HF-Anteil passieren zu lassen. Die gemessene Pulssequenz wird erfindungsgemäß verstärkt und beispielsweise über einen Lautsprecher abgespielt oder von einem Mikroprozessor detektiert und weiter verarbeitet.
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Um insbesondere beim Einbringen eines Dorns, der den Metallleiter kontaktiert, eine verbesserte Genauigkeit zu erreichen, kann, wenn mit Hilfe des erfindungsgemäßen Feldsensors der Nullleiter detektiert ist, ein induktiver Näherungsschalter verwendet werden, um die exakte Position des Metallleiters zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann mindestens ein induktiver Näherungsschalter vorgesehen sein. Dieser Sensor wird über dem Nullleiter positioniert und seine Sensitivität wird dann angepasst, um verlässlich ein ON-Signal auszugeben. Anschließend wird dieser Sensor um den Umfang des Kabels so lange bewegt, bis der Schalter zu der Position „OFF” wechselt. Dieselbe Vorgehensweise wird dann in die andere Umfangsrichtung durchgeführt und der Mittelpunkt des Metallleiters befindet sich dann in der Mitte zwischen den beiden Extrempositionen. Weiter verbessert werden kann dieser Vorgang durch das Vorsehen von zwei Sensoren, die um 45° bis 90° voneinander versetzt angeordnet sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen für sich genommen eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit hoher Empfindlichkeit;
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2 einen schematischen Schnitt durch ein Drehstromkabel mit den Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit zwei induktiven Näherungssensoren zum Lokalisieren der Leitermitte des Nullleiters;
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4 ein Beispiel für eine Messschaltung zum Detektieren der Position eines Nullleiters mit Hilfe der in 1 gezeigten Elektrodenanordnung;
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5 ein Beispiel einer Messschaltung zum Ermitteln der Phasenfolge im Hilfe einer dreigeteilten ersten Messelektrode.
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6 eine schematische Darstellung einer Messelektrodenanordnung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform;
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7 eine schematische Darstellung einer Messelektrodenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit hoher Empfindlichkeit und zur Ermittlung der Phasenfolge;
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8 eine schematische Darstellung einer alternativen Messelektrodenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Messelektrodenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 1 näher erläutert.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Sensoreinheit 100 gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine erste Elektrode 102 und mindestens eine zweite Elektrode 104. Wie dies mit zusätzlichem Bezug auf die Schnittdarstellung der 2 deutlich wird, können die erste und die zweite Messelektrode 102 bzw. 104 so an einer Drehstromleitung montiert werden, dass sie um eine Längsachse der Drehstromleitung herum drehbar sind. Der Doppelpfeil 106 symbolisiert die Drehbarkeit in beide Richtungen. Wenn der Leiter, der in 2 mit dem Bezugszeichen 108 gekennzeichnet ist, der Nullleiter ist und die übrigen drei Leiter gemäß einer üblichen Drehstromleitung mit den um 120 elektrische Grad versetzten Spannungen beaufschlagt sind, stellt die in 2 gezeigte Position der Messelektroden 102, 104 den Fall dar, in dem die geringste Differenzspannung zwischen den beiden Elektroden abgegriffen wird.
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Das Verdrehen der Elektroden zum Lokalisieren des Nulleiters 108 kann dabei sowohl manuell durch den Benutzer erfolgen, wie auch automatisiert durch einen entsprechenden Aktor erfolgen. Beispielsweise kann hierzu ein miniaturisierter Elektromotor für einen Ringantrieb eingesetzt werden.
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Wie in 1 gezeigt, erfasst eine Erfassungseinheit 110 die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 102 und 104. Verdreht man nun die ringförmig angeordneten Elektroden um die Mittelachse der Drehstromleitung herum, so wird die Symmetrie der eingekoppelten Spannungen gestört und die messbare Differenzspannung zwischen der ersten Messelektrode 102 und der zweiten Messelektrode 104 steigt an. Während im Symmetriefall die eingekoppelten Spannungen durch die drei Phasenleiter 112, 114, 116 sich zu jedem Zeitpunkt zu Null addieren und über dem Nullleiter keine Spannung eingekoppelt wird, werden im Fall, dass sich die zweite Elektrode 104 nicht unmittelbar über dem Nullleiter 108 befindet, sowohl in die erste wie auch in die zweite Messelektrode Spannungen eingekoppelt, die zu einer signifikanten messbaren Spannungsdifferenz führen.
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Wie in 1 dargestellt, kann die Erfassungseinheit 110 Mittel zum Anzeigen der erfassten Spannungsdifferenz und/oder zur automatischen Auswertung der erfassten Spannungsdifferenz zur Bestimmung der Position des Nullleiters beinhalten oder diese kann auch mit einem geeigneten Gerät 118, wie beispielsweise einem Computer, einer Steuerung oder einem PDA drahtlos oder schnurgebunden verbunden sein.
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Wesentlich für das Funktionieren der erfindungsgemäßen elektrischen Felddetektion an einer Drehstromleitung ist die Tatsache, dass die Drehstromleitung 120 keine metallische Abschirmung besitzt. Nur dann ist ein Einkoppeln des elektrischen Feldes in von außen angelegte Elektroden möglich. Da aber derartige nicht konzentrische Vierleiter-Niederspannungskabel vor allem in Deutschland in der Regel keine Schirmung besitzen, kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung in einem weiten Bereich von Kabeln eingesetzt werden. Grundsätzlich kann selbstverständlich auch das magnetische Feld in der Nähe der einzelnen Leiter, wie es durch die fließenden Lastströme verursacht wird, gemessen werden, um den Nullleiter zu lokalisieren. Da aber normalerweise vor Ort vollkommen unbekannte Lastbedingungen vorliegen, besteht der Nachteil, dass eine solche Messung des magnetischen Feldes, beispielsweise mittels eine Hallsensors, nicht zu einer ausreichenden Genauigkeit führt. Allerdings kann die Verwendung eines oder mehrerer induktiver Näherungssensoren zusätzlich zu der kapazitiven Lokalisierung des Nullleiters verwendet werden, um die exakte Lage des metallischen Leiters in dem Drehstromkabel festzulegen.
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3 zeigt eine Anordnung, bei der ein Drehstromkabel 120 mit zwei um 90° versetzten Näherungsschaltern abgetastet wird, um die genaue Lage des Mittelpunkts des Nullleiters 108 herauszufinden. Wie in 3 dargestellt, ist der Näherungsschalter 122 ebenfalls in Richtung 106 um die Drehstromleitung 120 beweglich angeordnet. Um die Mitte des Nullleiters 108 zu lokalisieren, wird der Sensor 122 zunächst direkt über dem mit Hilfe der kapazitiven Messung lokalisierten Neutralleiter 108 positioniert und dann seine Sensitivität so eingestellt, dass der Sensor 122 einen verlässlichen Einschaltzustand („ON”) annimmt. Der Sensor 122 wird anschließend entlang des Umfangs in beide Richtungen 106 (wie in der Figur dargestellt) bewegt, bis der Schalter in die ausgeschaltete Stellung („OFF”) umschaltet. Der Mittelpunkt des Nullleiters befindet sich in der Mitte zwischen den beiden in 3 dargestellten Positionen. Man kann diesen Prozess noch verbessern, indem man anstelle eines einzelnen Näherungsschalters 122 zwei Sensoren verwendet, die 45° oder 90° versetzt zueinander angeordnet sind.
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Die Messelektroden 102 und 104 sind in den Figuren selbstverständlich nur schematisch dargestellt. Insbesondere können sie im Vergleich zu der Aderdicke wesentlich dünner sein, indem sie beispielsweise als Metallfolien oder Metallisierungsschichten hergestellt sind. Weiterhin werden für die technische Anwendung die Elektroden üblicherweise auf einem geeigneten Träger oder innerhalb eines geeigneten Gehäuses angeordnet. Wie bereits erwähnt, können auch elektrisch leitende Kunststoffe, wie elektrisch leitende Schäume oder elektrisch leitende Silikonkautschuke, für die Herstellung der Elektroden eingesetzt werden.
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Insbesondere bei Verwendung von Silikonkautschuk bietet sich der Vorteil, dass durch dessen Elastizität ein wesentlich weiterer Anwendungsbereich bezüglich der Kabeldicke abgedeckt werden kann.
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In 1 ist weiterhin gezeigt, dass die Elektroden 102 und 104 in ihrer Abwicklung rechteckförmige Gestalt haben, d. h. die Begrenzungslinien, die entlang der Längsachse des Kabels verlaufen, stehen senkrecht auf die Querschnittsfläche. Für die Lokalisierung des Nullleiters in Drehstromleitungen, bei denen die Kabel verdrillt sind, kann es aber vorteilhaft sein, die Elektroden in ihrer Abwicklung trapezförmig auszugestalten, damit durch die unter einem anderen Winkel als 90° auf den Querschnitt auftreffende Begrenzungslinie die Elektrode dem Verlauf des verdrillten Nullleiters folgen kann. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Sensoranordnung 100 wesentlich verbessert. Die Elektroden können selbstverständlich sowohl an eine Verdrillung in Uhrzeigerrichtung wie auch entgegen dem Uhrzeigersinn angepasst sein. Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein in den Figuren nicht dargestelltes Gehäuse so ausgeführt sein, dass die Elektroden je nach Anwendungsfall austauschbar sind. Somit können gerade Drehstromleitungen ebenso wie verdrillte Leitungen mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung vermessen werden.
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Ähnlich wie bei kontaktlosen Strommessvorrichtungen kann auch das Gehäuse der erfindungsgemäßen Sensoranordnung aufklappbar ausgeführt sein, um eine Montage an einer Drehstromleitung auch dann zu ermöglichen, wenn beide Seiten des Kabels fest verbunden bleiben und ein Aufschieben nicht möglich ist. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die erste Elektrode 102 so zu teilen, dass die beiden Teilelektroden elektrisch leitend miteinander verbunden bleiben.
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4 zeigt als Beispiel eine Auswerteschaltung, die in der Erfassungseinheit 110 verwendet werden könnte, um mit Hilfe der Anordnung gemäß 1 und 2 den Nullleiter in einem nicht konzentrischen Vierleiter-Drehstromkabel zu lokalisieren. Gegebenenfalls würde auch ein Multimeter die Funktion des Auswertegeräts 110 übernehmen können. Wie in 4 dargestellt, sind über die gemeinsame erste Messelektrode 102 die Kapazitäten C1, C2 und C3 zu den jeweiligen Phasenleitern auf einen gemeinsamen Punkt N1 zusammengefasst. Die Einkopplung zum Nullleiter über die zweite Elektrode an den Punkt N2 ist durch die Kapazität C4 symbolisiert. Nach einer entsprechenden Filterung durch das RC-Glied C5 und R1 erfolgt eine Verstärkung des Differenzsignals mit Hilfe der Verstärkerschaltung mit den beiden Operationsverstärkern TL082CD. Die Ausgangsspannung U2B wird an die durch die Dioden D7 bis D10 gebildete Brücke angelegt und die Diagonalspannung U1 stellt ein Maß für die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N2 dar und kann beispielsweise durch eine Flüssigkristallanzeige dargestellt werden. Selbstverständlich können aber auch einfache LEDs oder akustische Signale verwendet werden.
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Wenn man anstelle der einteiligen ersten Elektrode 102 drei voneinander getrennte Teilelektroden, die etwa 60°–90° des Umfangs der Drehstromleitung 120 abdecken, ersetzt, kann auch die Phasensequenz der übrigen Leiter 112, 114 und 116 ermittelt werden. 5 zeigt eine entsprechende Schaltung, bei der die einzelnen Kapazitäten C1, C2 und C3 nicht mehr auf einen gemeinsamen Punkt gelegt sind, sondern jeweils separat verstärkt und anschließend summiert werden. Mit Hilfe dieser Summation kann wiederum die Position des Nullleiters ermittelt werden. Dabei sind hier zwei LEDs zur entsprechenden Anzeige der Position des Nullleiters vorgesehen.
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Um die Phasensequenz an den Kapazitäten C1, C2 und C3 zu ermitteln, können die Spannungssignale von jeweils zwei Phasen bei dem Nulldurchgang des dritten Phasensignals ausgewertet werden. Um die Signalqualität zu verbessern, können noch Filter für die 50 Hz (bzw. in den USA 60 Hz) Störsignale vorgesehen werden.
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Die in 4 und 5 gezeigten Schaltungen benötigen außer den Betriebsspannungen für die Operationsverstärker keine weiteren Signalgeneratoren, da sie auf den elektrischen Feldern der Drehstromleitung zur Signalerzeugung basieren. Im Fall, dass die zu untersuchende Niederspannungsleitung abgeschaltet ist, müssen zusätzliche elektrische Signale, beispielsweise Wechselspannungen oder -ströme oder Impulse in die einzelnen Leiter des Kabels eingespeist werden, um diese zu kennzeichnen. Dann kann die Lokalisierung der Position des Nullleiters wiederum in ähnlicher Weise wie oben beschrieben erfolgen. Allerdings sind dann die entsprechenden Schaltungen für die Erfassungseinheit 110 an die jeweiligen verwendeten eingekoppelten Anregungssignale anzupassen. Beispielsweise werden digitale Signalprozessoren verwendet, um die Signale so zu filtern, dass Interferenzen, die in die Niederspannungsleitung eingekoppelt werden, herausgefiltert werden können.
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Wie bereits erwähnt, können auch kodierte Signale verwendet werden, um die Messung in ihrer Zuverlässigkeit zu verbessern. Dann sind in der Erfassungseinheit 110 noch weitere elektronische Schaltkreise und auch Mikroprozessoren zum Dekodieren der Signale erforderlich. Dies kann gegebenenfalls auch in einer externen Erfassungseinheit 118 erfolgen.
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Beispielsweise kann ein Signal in den Nullleiter 108 eingekoppelt werden, indem eine Vielzahl von Stromimpulsen eingespeist wird, die eine wiederkehrende und definierte Pulssequenz darstellen. Hierzu muss der Nullleiter an einer von außen zugänglichen Stelle mit den Impulsen beaufschlagt werden. Da der Nullleiter normalerweise an beiden Enden des Kabels mit Erde verbunden ist, kann diese als Rückleitung für den Impulsstrom verwendet werden. Das transiente Signal kann mit Hilfe der oben beschriebenen Elektrodenanordndung wie auch unter Verwendung von Hallsensoren über das magnetische Feld gemessen werden. Filteranordnungen werden benützt, um nur den entsprechenden Hochfrequenzanteil des Signals betrachten zu können. Die Pulssequenz kann nach dem Filtern verstärkt werden und kann dann entweder über einen Lautsprecher ausgegeben werden oder mit Hilfe eines Mikroprozessors in der Erfassungseinheit 110 ausgewertet werden.
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In den 6 bis 9 sind einige vorteilhafte Messelektrodenanordnungen dargestellt, die für die vorliegende erfindungsgemäße Sensoranordnung verwendet werden können.
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6 zeigt dabei eine Weiterentwicklung der Messelektroden 102, 104 entsprechend der 1 und 2, durch die eine besonders hohe Messempfindlichkeit erreicht werden kann. Insbesondere deckt die erste Elektrode 102 genau 270° des Querschnitts ab und die zweite Messelektrode 104 ist mit einem möglichst geringen Isolierabstand zu der ersten Messelektrode 102 angeordnet. Diese Elektrodenanordnung kann mit einer Schaltung wie beispielsweise der in 4 gezeigten ausgewertet werden.
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Will man zusätzlich noch die Phasenfolge der Spannungen an den Phasenleitern ermitteln, kann die in 7 gezeigte Messelektrodenanordnung beispielsweise zusammen mit der Erfassungsschaltung aus 5 eingesetzt werden. Wie bereits erwähnt, ist hierfür die erste Messelektrode durch drei getrennte und elektrisch voneinander isolierte Teilelektroden 102a, 102b und 102c gebildet.
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Unter Umständen muss aber die Empfindlichkeit auch gar nicht maximal sein und es kommt vielmehr auf eine einfache Herstellbarkeit und robuste Handhabbarkeit an. Für solche Anwendungsfälle können die in den 8 und 9 dargestellten Messelektrodenanordnungen vorteilhaft eingesetzt werden. Im Unterschied zu den bisher betrachteten Ausführungsbeispielen befinden sich bei diesen Anordnungen die erste und die zweite Messelektrode 102, 104 nicht in einem gemeinsamen axialen Bereich der Drehstromleitung, sondern sind in longitudinaler Richtung hintereinander angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsformen muss sich der insgesamt abdeckende Umfangswinkel der ersten 102 und zweiten 104 Messelektrode nicht zu 360° ergänzen, sondern kann auch größer sein.
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Wie in 8 gezeigt, kann die erste Messelektrode 102 auch durch eine umlaufend geschlossene rohrförmige Struktur gebildet sein. In diesem Fall müssen für die Messung nicht beide Elektroden verdreht werden, sondern nur die zweite Messelektroden 102.
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Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann eine ganz neue Generation von Niederspannungsabzweigverbindern verwendet werden, die an dem Kabel im Betrieb installiert werden können, ohne vorher den Kabelmantel entfernen zu müssen. Auf diese Weise können derartige Installationen wesentlich schneller durchgeführt werden, die Gesamtproduktionskosten können verringert werden und die Betriebszuverlässigkeit der Kabel nach dem Anbringen des Abzweigkontakts kann verbessert werden, weil keine nachträglichen Isolierungen hinzugefügt werden müssen.
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung weist im einfachsten Fall eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Spannungsdifferenz auf, die so ausgeführt ist, dass, das Ablesen und Interpretieren der gemessenen Spannungsdifferenz durch den Benutzer erfolgt. Die Erfassungseinheit kann jedoch auch so ausgeführt sein, dass die Auswertung der gemessenen Spannungsdifferenz durch die Erfassungseinheit automatisch erfolgt. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung auch so ausgeführt sein das neben der Messwerterfassung und -auswertung auch eine Drehung der Elektroden mittels geeigneter Aktoren automatisch durchführbar ist. Bezugszeichenliste:
| Bezugsziffer | Beschreibung |
| 100 | Sensoreinheit |
| 102, 102a–102c | erste Messelektrode |
| 104 | zweite Messelektrode |
| 106 | Drehrichtung um Mittelachse der Drehstromleitung |
| 108 | Nullleiter |
| 110 | Erfassungseinheit |
| 112 | Phasenleiter |
| 114 | Phasenleiter |
| 116 | Phasenleiter |
| 118 | Anzeigevorrichtung |
| 120 | Drehstromleitung |
| 122 | Näherungsschalter |
| N1, N2 | Messknoten |
