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Die Erfindung betrifft eine Temperaturmessanordnung für eine Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Zudem betrifft die Erfindung eine Schaltanlage nach Anspruch 8.
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Die Überwachung der Temperatur in Nieder-, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen ist für einen sicheren Betrieb der Schaltanlage unabdingbar. Dabei ist die Überwachung der Wärmeentwicklung in den Komponenten der Schaltanlage, beispielsweise aus internen Werksnormen der Betreiber oder versicherungsrelevanten Aspekten, vorgegeben. Eine unkontrollierte Erwärmung innerhalb der Schaltanlage erhöht u. a. die Wahrscheinlichkeit für interne Kurzschlüsse oder eine Zunahme des Kontaktwiderstands zwischen den Komponenten der Schaltanlage. Dies kann wiederum zum Ausfall der gesamten Schaltanlage führen.
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Niederspannungsschaltanlagen, die üblicherweise in geschlossenen Schaltschränken untergebracht werden, sind aus wenigstens einem Schaltfeld aufgebaut, in dem sich Sammelschienen, in Einschübe integrierte Schalt-, Steuer- und Regelgeräte sowie Verteilerschienen befinden. Die Verteilerschienen verteilen den Strom von den Sammelschienen zu den Einschüben und werden auch als Stromschienen bezeichnet. Die Komponenten der Schaltanlage sind über Anschlussleitungen miteinander verbunden bzw. an das Verteilsystem des Versorgungsnetzes angeschlossen. An den Einschüben sind Kontaktelemente vorgesehen, welche eine Verbindung zu den Verteilerschienen herstellen. Die die mechanische Verbindung, insbesondere zwischen den Sammelschienen und den Verteilerschienen, erfolgt typischerweise mittels Schraubverbindungen.
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Insbesondere an den Kontaktstellen, bedingt durch hohe Stromdichten, kann es, oft unbemerkt, zu einer nicht vernachlässigbaren Wärmeentwicklung innerhalb der Schaltanlage kommen, die zu Kabelbrände und einer Zerstörung der Anlage führen können.
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Lokale Überhitzungen in den Schaltanlagen werden mittel der Verwendung von Wärmebildkameras erkannt, deren Aufnahmen u. a. Anschlussleitungen, Isolatoren und Sammelschienen-Verbindungen umfassen.
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Nachteilig an der Temperaturüberwachung mittels Wärmebildkameras ist, dass diese im Netzbetrieb mit vernünftigem Aufwand nicht möglich ist, da die Schaltanlagen dazu geöffnet werden müssen. Auch ist dieses Überwachungsverfahren dadurch begrenzt, dass die einzelnen Komponenten oft nur eine geringe Fläche aufweisen, die jeweils vom Kameraobjektiv fokussierbar ist.
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Da der Einsatz der Wärmebildkameras aus Kostengründen oft auch nur wenige Male im Jahr durchgeführt wird und auch nur auf einzelne Bereiche der Schaltanlage beschränkt sowie auf sich ändernde Umweltbedingungen anzupassen ist, kann eine aussagefähige und umfassende Beurteilung der Wärmeentwicklung innerhalb der Schaltanlage zu jedem beliebigen Zeitpunkt nicht erfolgen. Weiterhin lassen sich auf die Ergebnisse der Temperaturüberwachung nur ungenau darstellen und sind oftmals stark interpretationsbedürftig.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit die Temperatur im Inneren von Schaltanlagen durch in die Schaltanlage integrierte Infrarot-Sensoren zu überwachen, welche kontinuierlich Messwerte vom zu überwachendem Bereich liefern. Der Einsatz einer Vielzahl von Infrarot-Sensoren ist mit einem hohen messtechnischen Aufwand verbunden, so dass dieses Messverfahren in Niederspannungsschaltanlagen nicht serienmäßig verwendet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Temperaturmessanordnung für eine Schaltanlage, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage, zu schaffen, mit der auf einfache Weise die Temperatur innerhalb einer Schaltanlage in einfacher Weise messbar ist und dabei eine aussagefähige und umfassende Beurteilung der Wärmeentwicklung innerhalb einer Schaltanlage, zu jedem beliebigen Zeitpunkt möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperaturmessanordnung für eine Schaltanlage, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage gemäß den Merkmalen des Anspruches 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Temperaturmessanordnung für eine Schaltanlage umfasst wenigstens ein Schaltfeld, dessen Komponenten, insbesondere Sammelschienen, Verteilerschienen, Steuer-, Schalt- und Regelgeräte, für eine mechanische Verbindung zur Anordnung in der Schaltanlage lösbare Verbindungselemente aufweisen.
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Die Verbindungselemente sind stirn- oder endseitig mit Temperaturmesselementen ausgestattet, welche auf einem elektrisch isolierenden Trägerteil des jeweiligen Verbindungselements angeordnet sind. Das elektrisch isolierende Trägerteil ist lösbar auf dem Verbindungselement stirn- oder endseitig aufgebracht und die Temperaturmesselemente bestimmen die Temperatur innerhalb zumindest eines Teils der Schaltanlage, in welchem sich das jeweilige Verbindungselement befindet, kontinuierlich.
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Die lösbaren Verbindungselemente sind bevorzugt als Schraubverbindungen ausgeführt, dessen jeweiliger Schraubenkopf zur elektrischen Isolation mit dem lösbaren als Kunststoffkappe ausgeführtem Trägerteil ausgestattet ist, auf dessen Außenseite das Temperaturmesselement, beispielsweise ein als kostengünstige PT100- oder PT100-Sensor ausgeführter Temperatursensor, angeordnet ist. Die Funktionsweise der PT-Temperatursensoren ist beispielsweise in der IEC 751/DIN EN 60751 beschrieben.
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Die Vorteile, welche sich aus dem Einsatz der Temperatursensoren auf den Köpfen der Verbindungselemente ergeben, beruhen insbesondere darauf, dass die Sensoren geringe Abmessungen, einen geschlossenen Aufbau, eine kurze Ansprechzeiten und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen.
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Durch die Verwendung der vorab genannten Temperatursensoren ist, insbesondere bei Wartungs- und Reparaturarbeiten innerhalb der Schaltanlage, ein einfacher Austausch der Temperaturmesselemente ohne eine Neukalibrierung der Sensoren gegeben. Dazu lassen sich die Kunststoffkappen mit den darauf befindlichen Sensoren von den Schraubköpfen in einfacher Weise entfernen.
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Dadurch, dass die verwendete Kunststoffkappe mit dem darauf angeordnetem Temperatursensor direkt auf dem Kopf bzw. der Stirnseite des Verbindungselementes angeordnet ist, wird eine sichere Isolation des Sensors zum Hauptstromkreis gewährleistet.
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Ist die Verbindung der, auch als Stromschienen, bekannten Verteilerschienen und Sammelschienen über entsprechende Schraubverbindungen gelöst, können die auf den Schraubköpfen angeordneten Temperaturmesselemente im Falle eines Kurzschlusses oder einer Fehlfunktion der Schaltanlage in vorteilhafter Weise eine Erwärmung in diesem Bereich der Schaltanlage frühzeitig und sicher detektieren und die Schaltanlage kann abgeschaltet werden, bevor eine Zerstörung ihrer Komponenten erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante ist das isolierende Trägerteil eine elektrisch isolierende abnehmbare Kunststoffkappe, welche in einfacher Weise automatisiert herstellbar ist und auf die Stirnseite des Verbindungselements aufsteckbar ist.
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Das Trägerteil mit dem darauf aufgebrachtem Temperaturmesselement kann am Verbindungselement, beispielsweise mittels einer Klippverbindung, einem Schnellverschluss oder einem Bügelverschluss angebracht sein. Auch kann das Trägerteil mittels einer Gewindeverbindung auf den Schraubenkopf der Schraubverbindung aufgeschraubt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Temperaturmessanordnung der Schaltanlage eine Vielzahl von Temperaturmesselementen, die so auf den Schraubenköpfen verteilt und gegebenenfalls zusammengeschaltet sind, so dass die Temperatur an mehreren Schaltanlagenelementen messbar ist und daraus Rückschlüsse auf die Erwärmung in zumindest einem Teil der Schaltanlage erfolgen kann. Dadurch wird die Verlässlichkeit und Genauigkeit der Temperaturbestimmung in der Schaltanlage verbessert.
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Auch kann vorgesehen sein, die Temperaturmesselemente bzw. deren Verschaltung jeweils redundant auszuführen, beispielsweise durch eine Anordnung von mehr als einem Messelement auf einem Verbindungselement oder der Zusammenschaltung von wenigstens zwei Messelementen, deren Verbindungselemente in einer räumlichen Nähe zueinander angeordnet sind, um so die Erwärmung in einem begrenzten, insbesondere thermisch kritischen, Teil der Schaltanlage zu bestimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperaturmessanordnung ist das elektrisch isolierende Trägerteil mit darauf angeordneten Temperatursensoren direkt auf den Komponenten, insbesondere den Verteiler- oder Sammelschienen, der Schaltanlage lösbar befestigt und die Temperaturmesselemente bestimmen die Temperatur innerhalb zumindest eines Teils der Schaltanlage, kontinuierlich.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Schaltanlage, insbesondere Niederspannungsschaltanlage, in welcher eine Temperaturmessanordnung integriert ist, welche wenigstens ein Schaltfeld umfasst, dessen Komponenten für eine mechanische Verbindung zur Anordnung in der Schaltanlage lösbare Verbindungselemente aufweisen und die Verbindungselemente stirn- oder endseitig mit Temperaturmesselementen ausgestattet sind, welche auf einem elektrisch isolierendem Trägerteil des jeweiligen Verbindungselementes angeordnet sind, das elektrisch isolierende Trägerteil lösbar auf dem Verbindungselement stirn- oder endseitig aufgebracht ist, und die Temperaturmesselemente die Temperatur innerhalb zumindest eines Teils der Schaltanlage, kontinuierlich bestimmen.
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Die Vorteile dieser Ausführungsform sind in den oben genannten Ausführungsformen der Temperaturmessanordnung erläutert.
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Anhand der in den folgenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und Vorteile näher beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 einen beispielhaften Ausschnitt der erfindungsgemäßen Temperaturmessanordnung in einer Schaltanlage,
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2 eine Draufsicht auf den vorab gezeigten beispielhaften Ausschnitt der erfindungsgemäßen Temperaturmessanordnung der Schaltanlage, und
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3 eine beispielhafte Verschaltung mehrerer Temperatursensoren.
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1 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Temperaturmessanordnung mit einer ersten und einer zweiten Verteilerschiene 4a, 4b einer Niederspannungsschaltanlage, welche mittels einem als Schraubverbindung 2 ausgeführtem Verbindungselement 2 lösbar miteinander verbunden sind.
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Auf dem Schraubenkopf 5 der Schraubverbindung 2 ist ein als Kunststoffkappe ausgeführtes elektrisch isolierendes Trägerteil 8 aufbracht, welches als Kunststoffkappe ausgeführt ist.
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Die Kunststoffkappe 8 ist lösbar mit dem Schraubenkopf 5 verbunden und mit einem Temperatursensor 6 versehen, der an der Außenseite der Kunststoffkappe 8 befestigt ist und über zwei Anschlussleitungen zur Verbindung mit einer Verarbeitungseinheit oder Auswerteeinheit ausgestattet ist. Die Kunststoffkappe 8 kann kraft- oder formschlüssig mit dem Schraubenkopf 5 verbunden, bevorzugt aufgesteckt, aufgeklipst, aufgeschraubt oder mit dem Kunststoffteil verklebt sein. Auch kann eine im Schraubenkopf 5 befindliche Nut oder Ausnehmung dazu vorgesehen sein, das Trägerteil 8 für eine stabile Befestigung mit dem Schraubenkopf 5 einzuklemmen.
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In einer Ausgestaltung der Kunststoffkappe 8 kann diese an ihrer mit dem Schraubenkopf 5 verbindbaren Seite mit einer Haftschicht versehen sein, die mehrmalige Verbindung und Entfernung der Kappe 8 vom Schraubenkopf 5 ermöglicht. Diese Verbindungsmöglichkeit ist auch unter der Bezeichnung Adhäsionsverschluss bekannt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Verbindung zwischen der Kunststoffkappe 8 und dem Schraubenkopf 5 als Klettverbindung ausgeführt sein, wodurch eine reversible, also beliebig lösbare Verbindung, herstellbar ist. Dazu sind der Schraubenkopf 5 und die Innenseite der Kunststoffkappe 8 mit einem Klettmaterial beschichtet.
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Die Verarbeitungseinheit kann eine Temperaturüberwachungseinheit sein, welche eine Überschreitung eines vorab definierten Temperaturwertes anzeigt, beispielsweise mittels eines Leuchtmittels.
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Die in der erfindungsgemäßen Temperaturmessanordnung verwendeten Temperatursensoren 6 sind bevorzugt als PT-100-Sensoren oder PT1000 Sensoren ausgeführt.
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In der 2 ist eine Draufsicht auf den vorab gezeigten beispielhaften Ausschnitt der erfindungsgemäßen Temperaturmessanordnung der Schaltanlage gezeigt, wobei die beiden Verteilerschienen 4a, 4b mittels zwei Schraubverbindungen 2 zusammengefügt sind.
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Das isolierende Trägerteil 8 ist hier als rechteckförmiges Kunststoffteil ausgebildet, welches auf die zwei Schraubverbindungen 2 aufgebracht ist. Das Kunststoffteil 8 kann jedoch in jeder beliebigen geometrischen Form ausgestaltet sein, beispielsweise als eine Quadrat- oder Kreisform.
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Durch die Anordnung des Kunststoffteiles 8 auf den beiden Schraubenköpfen 5 überdeckt es diese, bildet damit eine elektrische Isolierung zwischen den Schraubenköpfen 5 und den auf dem Kunststoffteil 8 angeordneten Temperatursensoren 6. Diese Ausführung des Trägerteiles 8 erweist sich, insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Schraubverbindungen 2 in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind.
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In vorteilhafter Weise können auf dem Kunststoffteil 8 mehrere Temperatursensoren 6 angeordnet sein, wodurch die Genauigkeit der Temperaturmessung in diesem Schaltanlagenteil deutlich verbesserbar ist.
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Gemäß einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform kann die Temperaturmessanordnung mit den entsprechendem isolierendem Trägerteil 8 und dem darauf angeordneten Temperatursensoren 6 auch direkt auf den Verteiler- oder Sammelschienen der Schaltanlage befestigt sein.
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3 zeigt eine beispielhafte Verschaltung mehrerer Temperatursensoren 6 in hier 4-Leiter- Anschlusstechnik mit der Verarbeitungs- oder Auswerteeinheit 9, welche die mit den Temperatursensoren 6 ermittelten Temperaturwerte auswertet und/oder anzeigt.
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Alternativ kann auch eine in 2-Leiter-Anschlusstechnik oder eine 3-Leiter-Anschusstechnik vorgesehen sein.
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In der dargestellten 4-kanaligen Verschaltung der Temperatursensoren 6 ist jeder Sensor 6 mit einem Ausgangskanal ausgestattet, der jeweils einen Eingangskanal 10a, 10b, 10c, 10d für eine Verschaltung 12 an der Verarbeitungs- oder Auswerteeinheit 9 bildet. Die Verschaltung 12 ist durch die Zusammenfassung der Eingangskanäle 10a, 10b, 10c, 10d gebildet. Jeder der Temperatursensoren 6 ist an eine Ausgleichsleitung angeschlossen, welche an ihrem Ende eine Vergleichsstelle aufweist, durch welche die zugehörige Spannung ermittelbar ist. Zusätzlich ist mittels einer internen Temperaturmessung eine Kaltstellenkompensation durchführbar.
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Sind größere Entfernungen zwischen den Temperatursensoren 6 und einem Messumformer zu überbrücken, werden längere Zuleitungen verwendet, wodurch sich entsprechend der der Leitungswiderstand erhöht. Dies hat einen oft nicht vernachlässigbaren Einfluss auf den ermittelten Temperaturmesswert. Zur Kompensation wird die Temperaturmessung deshalb mittels Hilfe einer getrennten Zuführung des Messstroms ausgeführt. Bei der dargestellten 4-kanaligen Verschaltung kann die Messabweichung in vorteilhafter Weise durch den Widerstand seiner Anschlussdrähte eliminiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperaturmessanordnung
- 2
- Verbindungselement, Schraubverbindung
- 4a
- erste Verteilerschiene, Stromschiene
- 4b
- zweite Verteilerschiene, Stromschiene
- 5
- Schraubenkopf, Stirnseite des Verbindungselementes
- 6
- Temperaturmesselement, Temperatursensor, PT100, PT1000
- 8
- isolierendes Trägerteil, Kunststoffkappe, Kunststoffteil
- 9
- Verarbeitungseinheit, Temperaturüberwachungseinheit, Auswerteeinheit
- 10a
- erster Eingangskanal
- 10b
- zweiter Eingangskanal
- 10c
- dritter Eingangskanal
- 10d
- vierter Eingangskanal
- 12
- Verschaltung der Eingangskanäle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 751/DIN EN 60751 [0014]
