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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Isolator, sowie eine energietechnische Anlage mit einer Vorrichtung zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung.
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Stand der Technik
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In Elektroenergiesystemen, wie beispielsweise elektrischen Schaltanlagen, Umrichtern, etc. kommt einer zuverlässigen elektrischen Isolation eine große Bedeutung zu. Dabei kann es bei den eingesetzten technischen Isolatorsystemen durch Umwelteinflüsse zu einer Verschmutzung der Isolatoren kommen. In Abhängigkeit von den äußeren Umweltbedingungen kann durch diese Verschmutzung die Spannungsfestigkeit des Isolators herabgesetzt werden und es kann zu einem Fremdschichtüberschlag an dem Isolator kommen. Dieser Fremdschichtüberschlag an dem Isolator kann gegebenenfalls schwere Schäden an dem Isolatorsystem oder der gesamten Anlage führen. Während bei Wechselspannungen aufgrund der regelmäßigen Nulldurchgänge noch ein Erlöschen des Lichtbogens möglich ist, führt eine in jüngster Zeit zunehmend favorisierte Gleichspannungsbelastung von Isolatorsystemen zu zusätzlichen Problemen, da hierbei ein einmal gezündeter Lichtbogen bis zum Ansprechen einer Schutzschaltung nicht mehr verlöscht.
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In der Hochspannungstechnik werden bevorzugt Isolatoren mit einer hydrophoben Oberfläche eingesetzt. Im Außenbereich können sich dabei solche Isolatoren bei entsprechender Witterung, wie beispielsweise Regen, selbst reinigen. Im Innenbereich dagegen ist eine regelmäßige manuelle Reinigung der Isolatoren erforderlich, um den sich ablagernden Schmutz zu entfernen und somit einem möglichen Fremdschichtüberschlag vorzubeugen. Wird dabei das Reinigungsintervall nicht optimal gewählt, oder schreitet die Verschmutzung schneller voran als erwartet, so steigt die Gefahr eines Fremdschichtüberschlags und einer damit verbundenen Beschädigung der Anlage.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2004 018 578 A1 offenbart beispielsweise die Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergeräts. Hierzu wird die elektrische Leitfähigkeit einer Verschmutzung ermittelt und daraus auf den Grad der Verschmutzung geschlossen. Nachteilig hierbei ist, dass die elektrische Leitfähigkeit einer Verschmutzung sehr stark von der relativen Feuchtigkeit abhängt. Daher kann bei einer ausschließlichen Betrachtung der elektrischen Leitfähigkeit auch eine sehr starke Verschmutzung so lange nicht zuverlässig bemerkt werden, wie die relative Feuchtigkeit gering ist. Bei einem plötzlichen Anstieg der Feuchtigkeit, beispielsweise aufgrund des Ausfalls einer Klimatisierung oder eines raschen Luftaustausches nach Öffnen einer Türe, steigt dabei die elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung sehr rasch an. Dies führt zu einer sehr geringen Vorwarnzeit, bevor ein möglicher Fremdschichtüberschlag auftreten kann.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einer zuverlässigen Detektion des Grades einer Verschmutzung auf einer Oberfläche, insbesondere der Oberfläche eines Isolatorsystems.
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Offenbarung der Erfindung
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Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche, mit einem resistiven Sensor, der dazu ausgelegt, eine elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung zu ermitteln und ein erstes Signal bereitzustellen, das von der ermittelten Leitfähigkeit der Verschmutzung abhängig ist; einem kapazitiven Sensor, der dazu ausgelegt ist, ein zweites Signal bereitzustellen, das von einer Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche abhängig ist; und einer Auswerteeinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Alarmsignal auszugeben, wenn das zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung korrespondierende erste Signal einen ersten Grenzwert überschreitet und/oder das zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierende zweite Signal einen zweiten Grenzwert überschreitet.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche, mit den Schritten des Bereitstellens eines resistiven Sensors und eines kapazitiven Sensors; des Bestimmens einer zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung auf der Oberfläche korrespondierenden ersten Größe durch den resistiven Sensor; des Bestimmens einer zu der Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche korrespondierenden zweiten Größe durch den kapazitiven Sensor; und des Ausgebens eines Alarmsignals, wenn die zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung korrespondierende erste Größe einen ersten Grenzwert überschreitet und/oder die zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierende zweite Größe einen zweiten Grenzwert überschreitet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht nur elektrisch leitfähiger Schmutz auf einem Isolator eine Gefahrenquelle darstellt, sondern dass auch trockener, elektrisch nicht leitfähiger Schmutz eine potentielle Gefahrenquelle darstellen kann. Bei einem Anstieg der Feuchtigkeit in der Umgebung von ursprünglich trockenem und daher zunächst elektrisch isolierendem Schmutz sinkt die Spannungsfestigkeit des Isolatorsystems und es steigt die Gefahr des Versagens der Isolation.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, das bei der Beurteilung des Verschmutzungsgrades auch trockene und noch nicht elektrisch leitfähige Verschmutzungen mit einbezieht. Hierzu schafft die vorliegende Erfindung ein Messsystem, das neben der elektrischen Leitfähigkeit einer Verschmutzung ein besonderes Augenmerk auf die Schichtdicke einer Verschmutzung auf einer Oberfläche richtet. Diese Schichtdicke wird durch die Variation der von der Verschmutzung abhängigen Kapazität eines kapazitiven Sensors überwacht und ausgewertet.
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Durch eine kapazitive Messung können selbst Rückschlüsse auf die Schichtdicke von sehr trockenem und daher elektrisch nicht leitfähigem Schmutz getroffen werden, da die relative Dielektrizitätskonstante von dem Schmutz, der sich auf der Oberfläche ablagert, in der Regel deutlich größer als eins ist. Auf diese Weise kann auch bei sehr trockenen Umgebungsbedingungen, bei denen der sich ablagernde Schmutz nicht oder nur sehr wenig elektrisch leitfähig ist, eine sich allmählich bildende Verschmutzung zuverlässig erkannt werden. In diesem Fall kann eine zunehmende Verschmutzung bereits detektiert werden, bevor es zu einer Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit und zu einem möglichen Versagen der Isolation kommt. Daher kann die Vorwarnzeit für ein mögliches Versagen der Isolationsfähigkeit deutlich erhöht werden.
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Auf diese Weise kann somit die Gefahr einer Beschädigung der elektrischen Anlage aufgrund eines Fremdschichtüberschlags deutlich verringert werden. Darüber hinaus kann aufgrund präziseren Überwachung der mit dem Verschmutzungsgrad einhergehenden Spanungsfestigkeit auch ein bisher erforderlicher Sicherheitsabschlag für die Wartungsintervalle, d.h. die Zeit bis zur nächsten Reinigung der Isolatoren, verringert werden. Somit wird die Verfügbarkeit der elektrischen Anlage.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Erfassen eines Grades einer Verschmutzung auf einer Oberfläche ferner einen Überschlagsensor. Der Überschlagsensor ist dazu ausgelegt, zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche eine Spannung bereitzustellen. Ferner ist der Überschlagsensor dazu ausgelegt, einen elektrischen Überschlag zwischen den zwei Punkten auf der Oberfläche zu detektieren, nachdem die Spannung zwischen den zwei Punkten auf der Oberfläche bereitgestellt worden ist.
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Durch einen derartigen Überschlagsensor können bereits Überschläge provoziert werden, bevor es an dem Isolatorsystem der elektrischen Anlage selbst zu elektrischen Überschlägen kommt, die an der Anlage schwere Schäden verursachen könnten. Eine Detektion eines Überschlags an einem derartigen Überschlagsensor ist ein Hinweis darauf, dass die Verschmutzung an dem Isolatorsystem bereits so weit vorangeschritten ist, dass ein möglicher Fremdschichtüberschlag an dem Isolatorsystem unmittelbar bevorsteht. Daher kann die Detektion eines Überschlags an dem Überschlagsensor als zusätzlicher Parameter bei der Auswertung des Grades der Verschmutzung an der Oberfläche mit einbezogen werden. Vorzugsweise weist der Überschlagsensor dabei zwischen den beiden Punkten, an denen die Spannung bereitgestellt wird, eine definierte Struktur auf. Diese definierte Struktur kann beispielsweise der Struktur des zu überwachenden Isolatorsystems nachgebildet sein. Alternativ kann die Struktur auch beispielsweise ein möglichst homogenes elektrisches Feld generieren, oder vorgegebene, bestimmte elektrische Feldeigenschaften erzeugen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Überschlagsensor dazu ausgelegt, eine maximale Stromstärke bei einem elektrischen Überschlag zwischen den beiden Punkten auf eine vorbestimmte maximale Stromstärke zu begrenzen.
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Durch eine derartige Begrenzung der maximalen Stromstärke während eines am Überschlagsensor provozierten elektrischen Überschlags kann die während des Überschlags umgesetzte elektrische Energie begrenzt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass es während eines Überschlags am Überschlagsensor zu keiner übermäßigen Beschädigung kommt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner einen Feuchtesensor. Der Feuchtesensor ist dazu ausgelegt, eine Feuchtigkeit der Verschmutzung auf der Oberfläche und/oder eine Feuchtigkeit in der Umgebungsluft der Verschmutzung zu detektieren. Die Auswerteeinheit der Vorrichtung ist dabei dazu ausgelegt, den ersten Grenzwert und/oder den zweiten Grenzwert in Abhängigkeit der detektierten Feuchtigkeit anzupassen.
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Durch das Miteinbeziehen der Feuchtigkeit in der Umgebung der Verschmutzung bzw. in der Verschmutzung selbst kann die Abhängigkeit der Spannungsfestigkeit der Verschmutzung von der relativen Feuchtigkeit mit berücksichtigt werden. So kann beispielsweise bei einer sehr geringen Feuchtigkeit bereits eine entsprechend geringere elektrische Leitfähigkeit zu der Ausgabe eines Alarmsignals führen, während bei größerer Feuchtigkeit der Grenzwert der elektrischen Leitfähigkeit heraufgesetzt wird. Entsprechend kann auch eine von der Feuchtigkeit abhängige Dielektrizitätskonstante bei der Bestimmung der Schichtdicke der Verschmutzung mit einbezogen werden und das Auslösen eines Alarms entsprechend angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner einen Teilentladungssensor. Der Teilentladungssensor ist dazu ausgelegt, eine Teilentladung in der Verschmutzung auf der Oberfläche zu detektieren. Die Auswerteeinheit ist dabei dazu ausgelegt, den ersten Grenzwert und/oder den zweiten Grenzwert in Abhängigkeit der detektierten Teilentladung anzupassen.
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Durch die zusätzliche Berücksichtigung von eventuell auftretenden Teilentladungsprozessen in einer Verschmutzung auf der Oberfläche können darüber hinaus gegebenenfalls noch zusätzliche Informationen über die Eigenschaften bzw. die Intensität der Verschmutzung auf der Oberfläche gezogen werden. Diese können insbesondere durch Anpassung der Grenzwerte für das Auslösen eines Alarmsignals mit in den Auswerteprozess einbezogen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind mindestens der resistive Sensor und der kapazitive Sensor auf einem gemeinsamen Trägermaterial angeordnet.
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Auf diese Weise ist eine besonders kompakte, einfache und preisgünstige Realisierung der Vorrichtung zur Erfassung des Verschmutzungsgrades möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Trägermaterial ein Platinenmaterial. Vorzugsweise umfasst das Trägermaterial ein Platinenmaterial auf einer mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatte. Derartiges Platinenmaterial ist unter anderem unter der Bezeichnung FR4 bekannt.
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Durch die Anordnung von resistiven Sensor und kapazitiven Sensor, sowie gegebenenfalls darüber hinaus auch weiteren Sensoren, wie beispielsweise dem Überschlagsensor auf einem gemeinsamen Trägermaterial und insbesondere einem Platinenmaterial wie zum Beispiel FR4 kann eine günstige und dabei zuverlässige Erfassung des Verschmutzungspfades erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche ferner einen Schritt zum Anpassen des ersten Grenzwerts in Abhängigkeit von der zu der Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche korrespondierenden zweiten Größe.
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Hierdurch ist es möglich, bei ansteigender Schichtdicke und damit einhergehender entsprechender Variation der detektierten Kapazität durch den kapazitiven Sensor die Empfindlichkeit für das Auslösen eines Alarms aufgrund der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit des Schmutzes anzupassen. Insbesondere kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass bei erhöhten Schichtdicken des Schmutzes die Gefahr für einen Fremdschichtüberschlag steigt. Daher sollte in diesem Fall die Sensibilität der Auswertung für die elektrische Leitfähigkeit gesteigert sollte.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Klassifizieren der Art der Verschmutzung auf der Oberfläche. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Anpassen des ersten Grenzwerts und/oder des zweiten Grenzwerts unter Verwendung der Klassifizierung der Art der Verschmutzung.
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Durch diese Klassifizierung des Schmutzes können bei der Auswertung der elektrischen Leitfähigkeit, sowie der Auswertung der Variation der Kapazität während der Verschmutzung die unterschiedlichen Materialeigenschaften der verschiedenen Schmutzarten berücksichtigt werden. Ist die Art der Verschmutzung bekannt, kann diese Kenntnis in den Auswerteprozess für den Grad der Verschmutzung mit einbezogen werden. Beispielsweise kann ein Klassifizierung der Verschmutzungsart zwischen Kohlestaub aus Kohlekraftwerken, einem Salznebel aufgrund eines erhöhten Salzgehaltes in der Nähe von der Küste, einer Verschmutzung mit einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise aufgrund von metallischen Partikeln in der Nähe von Industrieanlagen und weiteren Schmutzarten unterscheiden. Darüber hinaus kann auch zwischen elektrisch leitfähigen Partikeln und volumenleitfähigem Schmutz unterschieden werden. Je nach Art des Schmutzes können dabei die von den resistiven bzw. kapazitiven Sensoren ausgegebenen Größen bei gleicher Schichtdicke verschieden sein. Dies kann durch eine entsprechende Kompensation bei einer bekannten Schmutzart kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Berechnen einer Prognose für einen Wartungszeitpunkt. Die Prognose für den Wartungszeitpunkt kann dabei unter Verwendung der zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung auf der Oberfläche korrespondierenden ersten Größe und der zu der Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche korrespondierenden zweiten Größe berechnet werden.
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Auf diese Weise kann einem Benutzer eine entsprechend der detektierten Verschmutzung dynamisch angepasste Prognose für den Zeitpunkt einer erforderlichen Reinigung des Isolationssystems gegeben werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ausgeben eines Hinweissignals. Das Hinweissignal wird dann ausgegeben, wenn die zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung korrespondierenden ersten Größe und/oder die zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierende zweiten Größe vorbestimmte weitere Grenzwerte überschreiten.
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Auf diese Weise ist eine mehrstufige Signalisierung des Grads der Verschmutzung auf der Oberfläche möglich. Insbesondere kann dabei beispielsweise bei Überschreiten einer ersten Schwelle einem Benutzer zunächst ein Bedarf für eine Wartung, insbesondere eine Reinigung des zu überwachenden Isolationssystems gegeben werden. Bei einem späteren Überschreiten von anderen Grenzwerten, kann dann ein unmittelbares Bevorstehen des Versagens der Isolationsfähigkeit des Isolatorsystems signalisiert werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein rasches Abschalten der elektrischen Anlage angezeigt sein. Hierzu kann beispielsweise der Benutzer durch ein entsprechendes Alarmsignal dazu veranlasst werden, manuell die elektrische Anlage möglichst rasch abzuschalten. Alternativ ist auch ein automatisches Abschalten der elektrischen Anlage nach Ausgeben des Alarmsignals möglich.
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Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus auch einen elektrischen Isolator mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche des Isolators.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch eine elektrische Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Anlage, die darüber hinaus einen Spannungsumrichter, eine elektrische Schaltanlage, eine Solar- oder Windkraftanlage oder Komponenten zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung umfasst.
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Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Dabei zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Isolators mit einer Verschmutzung;
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2: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds einer Vorrichtung zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3: eine schematische Darstellung eines resistiven Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4: eine schematische Darstellung eines kapazitiven Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5: eine schematische Darstellung eines Überschlagsensors, wie er einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt;
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6: eine schematische Darstellung eines Überschlagsensors, wie er einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt;
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7: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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8: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren, wie es einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Isolators 2. Ein solcher elektrischer Isolator besitzt in der Regel eine hohe mechanische Belastbarkeit bei nur sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit. Isolatoren werden beispielsweise überall dort eingesetzt, wo freiliegende elektrische Leiter befestigt, gehalten oder geführt werden müssen, ohne dass es hierbei zu einem Stromfluss durch das Befestigungselement kommen darf. Bei dem hier dargestellten elektrischen Isolator 2 kann beispielsweise an dem oberen Bereich 2-1 ein elektrischer Leiter befestigt werden, während der untere Bereich 2-2 mit einem Bezugspotential verbunden ist. Elektrische Isolatoren findet man zum Beispiel an Freileitungsmasten, Umspannwerken, als Durchführungsisolatoren an Leistungstransformatoren bzw. zur Durchführung einer Freileitung in ein Gebäude. Darüber hinaus sind Isolatoren beispielsweise auch bei Solar- oder Windkraftanlagen oder bei Komponenten zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), wie zum Beispiel in HGÜ-Ventilhallen zu finden. Die elektrischen Isolatoren 2 bestehen dabei vorzugsweise aus Stoffen mit einer möglichst geringen elektrischen Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Porzellan, Glas, Steatit, spezielle Keramiken, insbesondere Keramiken mit einem hohen Aluminiumoxidanteil oder Kunststoffe, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe. Im Außenbereich kann durch eine hydrophobe Oberfläche der elektrischen Isolatoren bei entsprechender Witterung eine regelmäßige Selbstreinigung der Isolatoroberfläche erreicht werden. Im Innenbereich dagegen müssen die sich an der Oberfläche der Isolatoren 2 ablagernden Verschmutzungen 3 regelmäßig von einem Benutzer manuell entfernt werden. Andernfalls besteht bei zunehmender Verschmutzung an der Oberfläche des Isolators 2 die Gefahr, dass die Spannungsfestigkeit an der Oberfläche des Isolators 2 sinkt und es zu einem Überschlag kommen kann. Daher müssen die Reinigungsintervalle ausreichend kurz gewählt werden, damit die Spannungsfestigkeit des Isolators 2 während des Betriebs sichergestellt ist. Dennoch kann es aufgrund von ungünstigen Rahmenbedingungen, wie beispielsweise einer unerwartet hohen Luftfeuchtigkeit oder einer überraschend starken Verschmutzung der Umgebungsluft, beispielsweise aufgrund des Ausfalls einer Filteranlage oder ähnlichem, zu einer frühzeitigen starken Verschmutzung der Oberfläche des Isolators 2 kommen. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass es an dem Isolator bereits vor der nächsten Reinigung zu einem Überschlag und gegebenenfalls einer Beschädigung der entsprechenden elektrischen Anlage kommen kann.
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Um daher auch bei schwankenden Umgebungsbedingungen oder bei einer unerwarteten Veränderung der Umweltbedingungen, wie schwankender Luftfeuchtigkeit, stärkerer Verschmutzung der Umgebungsluft oder ähnlichem dennoch rechtzeitig einen Benutzer auf die Gefahr eines Spannungsüberschlags aufgrund der Verschmutzung an der Oberfläche des Isolators 2 hinweisen zu können, ist bei dem Isolator 2, oder in der Nähe des Isolators eine Vorrichtung 1 zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung angeordnet. Hierdurch kann die Zunahme der Verschmutzung 3 auf dieser Vorrichtung 1, die mit der Verschmutzung auf der Oberfläche des Isolators 2 korreliert, überwacht werden und bei einer entsprechend starken Verschmutzung ein Alarmsignal ausgegeben werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds für eine Vorrichtung 1 zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei mindestens einen resistiven Sensor 11 und einen kapazitiven Sensor 12. Darüber hinaus kann die Vorrichtung 1 zum Erfassen des Grads einer Verschmutzung noch zusätzlich einen Überschlagsensor 13, einen Temperatur- und/oder Feuchtesensor 14, sowie einen Teilentladungssensor 15 umfassen. Die von den Sensoren 11–15 gelieferten Ausgangssignale werden einer Auswerteeinheit 20 zugeführt. Die Auswerteeinheit 20 analysiert die Ausgangssignale der Sensoren 11–15, bestimmt daraus den Grad der Verschmutzung auf der Oberfläche der Sensoren und gibt bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes ein Alarmsignal durch die Vorrichtung 30 aus.
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Im Folgenden wird die Funktion der Vorrichtung 1 zum Erfassen des Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche näher beschrieben. Der resistive Sensor 11 ermittelt hierbei eine elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung auf der Oberfläche des resistiven Sensors 11. Beispielsweise kann hierzu zwischen zwei voneinander elektrisch isoliert angeordneten Elektroden eine elektrische Spannung angelegt werden. Daraufhin kann ein sich zwischen diesen beiden Elektroden einstellender elektrischer Strom gemessen werden. Aus dem Verhältnis zwischen gemessenem Strom und angelegter elektrischer Spannung kann daraufhin die elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung ermittelt werden. Daraufhin kann durch den resistiven Sensor 11 ein Signal ausgegeben werden, das zu der ermittelten elektrischen Leitfähigkeit korrespondiert.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform für einen resistiven Sensor 11. Der resistive Sensor 11 dieser Ausführungsform umfasst dabei zwei voneinander elektrisch isolierte, fingerförmige Elektroden 11-1 und 11-2. Die beiden fingerförmigen Elektroden 11-1 und 11-2 greifen dabei kammartig ineinander. Die Elektrodenstrukturen sind dabei zunächst voneinander elektrische isoliert angeordnet. Nachdem sich auf dieser Elektrodenstruktur 11-1, 11-2 nach und nach eine Verschmutzung ablagert, kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Elektroden 11-1 und 11-2 die elektrische Leitfähigkeit dieser Verschmutzung auf die oben beschriebene Weise ermittelt werden. Die in 3 dargestellten vier fingerförmigen Elektroden sind dabei nur beispielhaft zu verstehen. Eine davon abweichende Anzahl Elektrodenelementen, oder eine vollständig andere Konfiguration des resistiven Sensors ist darüber hinaus ebenso möglich.
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Durch den kapazitiven Sensor 12 kann ferner ein Signal bereitgestellt werden, das von einer Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche des kapazitiven Sensors 12 abhängig ist. Dabei macht man sich die Eigenschaft zunutze, dass die sich ablagernden Verschmutzungen eine Dielektrizitätskonstante besitzen, die in der Regel signifikant größer ist als die Dielektrizitätskonstante von Luft. Hierzu weist der kapazitive Sensor 12 zwei voneinander elektrisch isoliert angeordnete Elektroden auf. Diese Elektroden sind darüber hinaus auch gegenüber der Umgebung, insbesondere gegenüber der Oberfläche, auf der sich eine Verschmutzung ablagern kann, elektrisch isoliert. Solange sich auf dem kapazitiven Sensor 12 noch keine Verschmutzung abgelagert hat, wird die Kapazität des kapazitiven Sensors 12 somit im Wesentlichen durch die Dielektrizitätskonstante der Luft bestimmt, die die Elektroden des kapazitiven Sensors umgibt. Lagert sich nach und nach über den Elektroden des kapazitiven Sensors 12 eine Verschmutzung ab, so steigt aufgrund der im Vergleich zu Luft wesentlich größeren Dielektrizitätskonstante der Verschmutzung auch die Kapazität der Elektrodenanordnung des kapazitiven Sensors 12. Somit kann aus der Zunahme der Kapazität an dem kapazitiven Sensor 12 auf die Schichtdicke der Verschmutzung über den Elektroden geschlossen werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Elektrodenanordnung für einen kapazitiven Sensor 12. Der kapazitive Sensor 12 dieser Ausführungsform umfasst dabei zwei fingerförmige Elektroden 12-1 und 12-2, die kammartig ineinander ragen. Die beiden Elektroden 12-1 und 12-2 sind dabei auf einem elektrisch isolierenden Substrat angeordnet und somit gegeneinander ebenfalls elektrisch isoliert. Darüber hinaus ist die Elektrodenanordnung des kapazitiven Sensors 12 auch gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert, so dass selbst bei der Ablagerung einer Verschmutzung auf der Elektrodenanordnung 12-1, 12-2 durch die Verschmutzung keine elektrische Verbindung zwischen den beiden Elektroden 12-1 und 12-2 verursacht wird. Die in 4 dargestellten vier fingerförmigen Elektroden sind dabei nur beispielhaft zu verstehen. Eine davon abweichende Anzahl Elektrodenelementen, oder eine vollständig andere Konfiguration des kapazitiven Sensors ist darüber hinaus ebenso möglich.
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Der Überschlagsensor 13 ist dazu ausgelegt, einen kontrollierten Spannungsüberschlag hervorzurufen, sobald die Spannungsfestigkeit an dem Überschlagssensor 13 eine vorgegebene Spannungsfestigkeit unterschreitet. Dabei wird der Überschlagsensor 13 derart konfiguriert, dass der kontrollierte Spannungsüberschlag bereits erfolgt, bevor aufgrund der Verschmutzung an dem Isolator 2 eines erforderliche Spannungsfestigkeit nicht mehr aufrechterhalten werden kann und die Wahrscheinlichkeit für einen Fremdschichtüberschlag sich daher deutlich erhöht. Hierzu kann der Überschlagsensor 13 eine definierte Struktur aufweisen. Durch eine derart definierte Struktur können zwischen den zwei Punkten des Überschlagsensors 13 die Verhältnisse der elektrischen Feldstärke eingestellt werden. Beispielsweise kann hierdurch eine möglichst homogene elektrische Feldstärke im gesamten Bereich des Überschlagsensors 13 erreicht werden. Eine definierte und aus der Literatur bekannte elektrische Feldstärke kann beispielsweise durch zwei runde, das heißt kreisförmig bzw. kugelförmige Elektroden erreicht werden. Hierdurch ergibt sich dann ein deterministisches Überschlagsverhalten. Alternativ ist es auch möglich, die Struktur des Überschlagsensors 13 derart auszuführen, dass sie identische, oder zumindest möglichst ähnliche elektrische Feldstärkeverhältnisse erzeugt, wie diese an dem zu überwachenden elektrischen Isolator 2 vorhanden sind. Auf diese Weise können dann beispielsweise auch lokale Feldstärkeerhöhungen, wie sie an dem Isolator 2 auftreten, ebenfalls nachgebildet und mit berücksichtigt werden.
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Zwischen den beiden Elektroden des Überschlagsensors 13, zwischen denen ein möglicher elektrischer Überschlag detektiert werden soll, wird dabei durch den Überschlagsensor 13 eine vorgegebene elektrische Spannung angelegt. Lagert sich daraufhin zwischen diesen beiden Elektroden nach und nach eine Verschmutzung ab, so sinkt die Spannungsfestigkeit zwischen den beiden Elektroden. Unterschreitet die Spannungsfestigkeit zwischen den beiden Elektroden die zwischen den Elektroden anliegende elektrische Spannung, so kommt es zu einem elektrischen Überschlag. Dieser elektrische Überschlag kann durch den Überschlagsensor 13 detektiert werden. Sobald der Überschlagsensor 13 einen entsprechenden elektrischen Überschlag detektiert, gibt er ein Signal aus, das von der Auswerteeinheit 20 empfangen und weiter verarbeitet wird. Die Auswerteeinheit 20 kann in diesem Fall beispielsweise ein Alarmsignal ausgeben, das einen Benutzer darauf hinweist, dass ein Überschlag an dem elektrischen Isolator 2 unmittelbar bevorsteht. Zur Vermeidung einer Beschädigung des Überschlagsensors 13 kann dabei der maximale elektrische Strom, der im Falle eines Überschlags zwischen den beiden Elektroden des Überschlagsensors 13 fließt, auf einen vorgegebenen Maximalstrom begrenzt werden. Hierdurch wird auch die elektrische Energie, die zwischen den beiden Elektroden im Falle eines Überschlags umgesetzt wird, begrenzt und somit eine Beschädigung des Überschlagsensors 13 vermieden oder zumindest weitestgehend reduziert.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform für einen Überschlagsensor 13. Der Überschlagsensor 13 umfasst dabei eine Stromquelle 13-1, einen parallel zu der Spannungsquelle 13 angeordneten Widerstand 13-2, sowie die beiden Elektroden 13-3, zwischen denen ein möglicher Überschlag erfolgen soll. Alternativ zu der Stromquelle 13-1 mit dem Parallelwiderstand 13-2 kann auch eine Spannungsquelle mit einem Serienwiderstand eingesetzte werden. Zur Anpassung der elektrischen Feldstärkeverhältnisse zwischen den beiden Elektroden 13-3 kann die Spannung, die von der Stromquelle 13-1 ausgegeben wird, angepasst werden.
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Beispielsweise ist hierzu eine variable Stromquelle 13-1 oder Spannungsquelle möglich. Alternativ ist es ebenso möglich, dass die Strom-/Spannungsquelle eine vorgegebene, feste Spannung ausgibt und die Anpassung der Feldstärkeverhältnisse zwischen den beiden Elektroden 13-3 durch eine Variation des Abstandes zwischen den beiden Elektroden 13-3 erfolgt. Beispielsweise können hierzu an dem Überschlagsensor 13 auch mehrere Elektrodenpaare 13-3 bereitgestellt werden, die jeweils unterschiedliche Elektrodenabstände aufweisen. Wie bereits zuvor erwähnt, ist die maximale Stromstärke, die im Falle eines Überschlags durch die Stromquelle 13-1 bereitgestellt werden kann, begrenzt, um eine mögliche Beschädigung der Elektroden 13-3 zu verhindern. Bei den Elektroden 13-3 kann es sich dabei, wie hier dargestellt, zum Beispiel um runde, kreisförmige Elektroden auf einem ebenen, elektrisch isolierenden Träger handeln. Alternative Strukturen sind darüber hinaus jedoch ebenso möglich.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Überschlagsensors 13. Der Überschlagsensor 13 entspricht dabei im Wesentlichen dem Überschlagsensor 13 aus 5. Darüber hinaus verfügt der Überschlagsensor 13 in diesem Ausführungsbeispiel zwischen den beiden Elektroden 13-3 über einen Sensor 13-4 zur Detektion eines Kriechstroms. Dieser Sensor 13-4 zur Detektion eines Kriechstroms umfasst beispielsweise zwei Anschlüsse, die zwischen den Elektroden 13-3 des Überschlagsensors 13 angeordnet sind. Der Sensor 13-4 zur Detektion des Kriechstroms erfasst dabei einen möglichen Stromfluss zwischen den Elektroden 13-3 und erkennt daraufhin eine verringerte Isolationsfähigkeit des Bereichs zwischen den beiden Elektroden 13-3. Auf diese Weise kann ein mögliches Versagen der Isolationsfähigkeit zwischen den beiden Elektroden 13-3 bereits erkannt werden, bevor es zu einem vollständigen elektrischen Durchschlag zwischen den beiden Elektroden 13-3 kommt. Auch in diesem Fall kann zum Schutz des Überschlagsensors 13 die maximale Stromstärke, die durch die Stromquelle 13-1 bereitgestellt wird, begrenzt werden.
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Als weitere Sensoren kann die Vorrichtung 1 zum Erfassen des Grads einer Verschmutzung darüber hinaus auch einen Sensor 14 zur Detektion von atmosphärischen Parametern, wie beispielsweise Feuchtigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeit, oder Temperatur, etc. umfassen. Durch das Einbeziehen dieser atmosphärischen Parameter können weitere Einflüsse der Spannungsfestigkeit der Verschmutzung mit berücksichtigt werden. So führt beispielsweise eine Zunahme der Feuchtigkeit zu einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung. Umgekehrt führt eine geringe Feuchtigkeit der Verschmutzung an dem resistive Sensor 11 auch bei relativ starker Verschmutzung nur zu einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Durch die Berücksichtigung der von dem atmosphärischen Sensor 14 detektierten Feuchtigkeit kann dieser Sachverhalt bei der Auswertung mit berücksichtigt werden.
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Ferner kann die Vorrichtung 1 zum Erfassen des Grads einer Verschmutzung zusätzlich auch einen Teilentladungssensor 15 umfassen. Dieser Teilentladungssensor 15 kann nach dem Anliegen definierter elektrischer Verhältnisse zwischen zwei Elektroden eine mögliche Teilentladung innerhalb eines sich auf dem Sensor abgelagerten Schmutzes detektieren und aus diesen Teilentladungen weitere zusätzliche Informationen über den Grad der Verschmutzung an die Auswerteeinheit 20 übertragen.
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Die Auswerteeinheit 20 empfängt alle von den Sensoren 11–15 bereitgestellten Signale und bestimmt daraus den Grad der Verschmutzung auf den jeweiligen Sensorflächen, sowie die damit einhergehende verbleibende Spannungsfestigkeit. Insbesondere kann die Auswerteeinheit 20 aus den Sensordaten somit Rückschlüsse auf die Spannungsfestigkeit eines in der unmittelbaren Nähe der Vorrichtung 1 zum Erfassen des Grads der Verschmutzung angeordneten elektrischen Isolators 2 bestimmen. Bereits durch Kombination der Ausgangssignale aus dem resistiven Sensor 11 und dem kapazitiven Sensor 12 kann dabei eine wesentlich zuverlässigere Aussage über den Grad der Verschmutzung getroffen werden, als dies mit einem einzigen Sensor, beispielsweise allein auf Basis eines resistiven Sensors 11 möglich wäre.
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Die elektrische Leitfähigkeit einer Verschmutzung hängt von zahlreichen Parametern ab. So steigt die elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung beispielsweise mit zunehmender Feuchtigkeit. Das heißt, die Spannungsfestigkeit eines verschmutzten Isolators nimmt mit zunehmender Feuchtigkeit ab. Würde der Grad einer Verschmutzung daher ausschließlich auf Basis eines resistiven Sensors 11 bestimmt werden, so besteht die Gefahr, dass bei einer Zunahme der Feuchtigkeit, beispielsweise bei Ausfall einer Klimatisierung oder beim Öffnen einer Türe, die Spannungsfestigkeit rasch abnimmt und somit keine ausreichende Vorwarnzeit für das mögliche Versagen der Isolationsfähigkeit vorhanden ist. Durch die zusätzliche Auswertung der Ausgangssignale des kapazitiven Sensors 12 kann dagegen auch bei relativ geringer Feuchtigkeit eine verlässliche Aussage über die Schichtdicke einer Verschmutzung getroffen werden. Durch die Kombination dieser zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierenden Größe des kapazitiven Sensors 12 mit dem Signal des resistiven Sensors 11 kann somit auch bei Verschmutzungen mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit der Grad der Verschmutzung zuverlässig bestimmt werden. Insbesondere können in der Auswerteeinheit 20 die Grenzwerte für das Erreichen einer kritischen Verschmutzungssituation in Abhängigkeit der Sensorsignale angepasst werden. So kann beispielsweise der Grenzwert für eine kritische elektrische Leitfähigkeit einen resistiven Sensor 11 abgesenkt werden, wenn der kapazitive Sensor 12 eine große Schichtdicke der Verschmutzung detektiert. Darüber hinaus können beispielsweise auch weitere atmosphärische Parameter, wie Feuchtigkeit, Temperatur, Druck, etc. aus dem atmosphärischen Sensor 14 dazu genutzt werden, um die Grenzwerte des resistiven Sensors 11 bzw. des kapazitiven Sensors 12 für das Auslesen eines Alarms anzupassen. Somit können beispielsweise auch Variationen der Dielektrizitätskonstante der Verschmutzungen aufgrund schwankender Feuchtigkeit, Temperatur etc. mit in die Bestimmung der Schichtdicke der Verschmutzung über dem kapazitiven Sensor 12 einbezogen werden. Weitere Kombinationen und Anpassungen der Grenzwerte für das Auslösen eines Alarms basierend auf den erfassten Sensorparametern sind ebenso möglich.
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Vorzugsweise erfolgt die Signalisierung des erfassten Grades der Verschmutzung der Auswerteeinheit 20 der Vorrichtung 1 in mehreren Stufen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 20 zunächst bei Überschreiten von ersten Grenzwerten für die elektrische Leitfähigkeit und/oder für die Kapazität des kapazitiven Sensors 12 zunächst ein Hinweissignal ausgeben. Dieses Hinweissignal kann beispielsweise einen Benutzer auffordern, die zu überwachende elektrische Anlage und insbesondere das Isolationssystem der elektrischen Anlage möglichst zeitnah zu reinigen und dabei die Verschmutzungen auf der Oberfläche des Isolatorsystems zu entfernen. Hierzu kann die Auswerteeinheit 20 beispielsweise mittels einer geeigneten optischen oder akustischen Hinweisvorrichtung 30 ein geeignetes Signal ausgeben. Alternativ ist auch die Ausgabe eines Datensignals über ein Kommunikationsnetzwerk 40 möglich.
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Schreitet die durch die Vorrichtung 1 erfasste Verschmutzung weiter voran, so kann die Auswerteeinheit 30 beim Überschreiten weiterer Grenzwerte für die elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung und/oder für die durch den kapazitiven Sensor 12 überwachte Kapazität ein Alarmsignal ausgeben. Dieses Alarmsignal kann einem Benutzer beispielsweise einen Hinweis darauf geben, dass ein Versagen der Isolationsfähigkeit des Isolationssystems der elektrischen Anlage unmittelbar bevorsteht. Ein Benutzer kann durch dieses Alarmsignal beispielsweise dazu aufgefordert werden, die entsprechende elektrische Anlage möglichst rasch abzuschalten. Alternativ kann durch die Auswerteeinheit 20 auch eine automatische Abschaltung der zu überwachenden elektrischen Anlage erfolgen, um mögliche Beschädigungen durch Spannungsüberschlage am Isolationssystem zu vermeiden. Darüber hinaus kann können auch noch weitere Grenzwerte vorgegeben werden, um eine noch detailliertere Abstufung für den Grad der Verschmutzung zu signalisieren.
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Neben der Auswertung des resistiven Sensors 11 und des kapazitiven Sensors 12, kann insbesondere auch der Überschlagsensor 13 zur Detektion eines unmittelbar bevorstehenden Überschlags genutzt werden. Je nach Ausgestaltung und Dimensionierung des Überschlagsensors 13 kann dieser Überschlagsensor 13 darüber hinaus auch bereits für die Erzeugung des Hinweissignals genutzt werden. Auch die Ausgabesignale des atmosphärischen Sensors 14, sowie des Teilentladungssensors 15 können für die Bestimmung des Grads der Verschmutzung sowie das Überschreiten der Schwellwerte für das Hinweissignal bzw. das Alarmsignal genutzt werden.
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Ist die Art der Verschmutzung bekannt, so kann diese Information darüber hinaus ebenso mit in den Auswerteprozess einbezogen werden. So können beispielsweise die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Schmutzarten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann bei der Auswertung des Grads der Verschmutzung zwischen volumenleitfähigem Schmutz und Schmutzpartikeln unterschieden werden. Während volumenleitfähiger Schmutz in der Regel beispielsweise zu einem kontinuierlichen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit mit zunehmender Schmutzdicke führt, so können elektrisch leitfähige Partikel zu einem eher schlagartigen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit ab einer gewissen Verschmutzung führen. Darüber hinaus weisen unterschiedliche Schmutzarten auch unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten auf, die bei der Bestimmung der Schichtdicke durch den kapazitiven Sensor 12 ebenfalls mit berücksichtigt werden können. Auch die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Schmutzarten aufgrund schwankender atmosphärischer Parameter, wie beispielsweise Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit können bei bekannten Schmutzarten mit in den Auswerteprozess einbezogen werden. Auf diese Weise kann die Bestimmung des Grads der Verschmutzung auf einer Oberfläche zusätzlich verbessert werden. Insbesondere kann die zu erwartende Art der Verschmutzung durch die Vorrichtung 1 zum Erfassen des Grads der Verschmutzung klassifiziert werden und basierend auf dieser Klassifizierung dann der Grenzwert für eine Benachrichtigung des Benutzers angepasst werden.
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Um eine möglichst rechtzeitige Reinigung der elektrischen Anlage und insbesondere des Isolationssystems zu gewährleisten, kann durch Auswertung des Grads der Verschmutzung eine Prognose für einen Wartungszeitpunkt, das heißt eine auszuführende Reinigung des Isolationssystems erstellt werden. Diese Prognose für den Wartungszeitpunkt kann unter Verwendung der von den Sensoren 11–15 erfassten Parameter dynamisch angepasst werden. Darüber hinaus kann neben einer Prognose für die nächste Reinigung des Isolationssystems durch die Auswertung des Grads der Verschmutzung auch auf weitere Fehlerquellen, wie beispielsweise ein defektes Filtersystem für die Luftfilter in einem Gebäude oder eine fehlerhafte Klimatisierung geschlossen werden. Stehen für diese zusätzlichen Komponenten keine separaten Kontrollvorrichtungen zur Verfügung, so kann aus einer unerwarteten Abweichung des Grads der Verschmutzung auch auf eine Fehlerfunktion der entsprechenden Komponenten geschlossen werden.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines kombinierten Sensors, wie er einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen des Grads einer Verschmutzung zugrunde liegt. Bei diesem kombinierten Sensor sind auf einer Trägervorrichtung 10 gemeinsam der resistive Sensor 11, der kapazitive Sensor 12 und gegebenenfalls auch der Überschlagsensor 13 angeordnet. Grundsätzlich sind auch weitere Sensoren auf dem gemeinsamen Trägermaterial 10 möglich. Bei diesem Trägermaterial 10 kann es sich beispielsweise um ein Platinenmaterial handeln. Als solches Platinenmaterial eignet sich zum Beispiel sehr gut eine mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatte. Derartiges Platinenmaterial ist auch unter der Bezeichnung FR4 bekannt. Alternative Trägermaterialien und insbesondere alternative Platinenmaterialien sind darüber hinaus ebenso möglich. Bei Platinenmaterialien kann dabei durch entsprechende Herstellungsprozesse wie beispielsweise Ätzen, besonders einfach die erforderliche Struktur der Sensoren 11, 12 und 13 hergestellt werden. Die Isolation des kapazitiven Sensors 12 gegen die sich ablagernde Verschmutzung kann dabei beispielsweise besonders einfach durch Auftragen eines sogenannten Lötstopplacks erreicht werden. Auf diese Weise kann die Sensorik für die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Erfassen eines Grads der Verschmutzung besonders einfach realisiert werden.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zum Erfassen eines Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche, die auch einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. In Schritt S1 werden zunächst mindestens ein resistiver Sensor 11 und ein kapazitiver Sensor 12 bereitgestellt. Ferner können auch ein Überschlagsensor 13, ein atmosphärischer Sensor 14 und/oder ein Teilentladungssensor 15 bereitgestellt werden.
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Ist die Art der Verschmutzung, die überwacht werden soll, bekannt, so kann in Schritt S2a die Art der Verschmutzung klassifiziert werden und daraufhin in Schritt S2b die Grenzwerte für das Auslösen eines Alarms unter Verwendung dieser Klassifizierung der Art der Verschmutzung angepasst werden.
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In Schritt S3 erfolgt daraufhin eine Bestimmung einer ersten Größe, die zur elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung auf der Oberfläche des resistiven Sensors korrespondiert. In Schritt S4 erfolgt ferner die Bestimmung einer zweiten Größe, die zur Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche des kapazitiven Sensors 12 korrespondiert.
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Daraufhin kann in Schritt S5 ein Grenzwert für die elektrische Leitfähigkeit, die durch den resistiven Sensor 11 bestimmt wurde, angepasst werden. die Anpassung erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Verschmutzung auf der Oberfläche des kapazitiven Sensors bzw. der in Abhängigkeit einer von dem kapazitiven Sensor ausgegebenen Größe.
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Daraufhin kann in Schritt S6 zunächst ein Hinweissignal ausgegeben werden, wenn die zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung korrespondierende Größe und/oder die zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierende Größe vorbestimmte Grenzwerte überschreiten.
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Schließlich kann in Schritt S7 ein Alarmsignal ausgegeben werden, wenn die zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung korrespondierende Größe einen ersten Grenzwert überschreitet und/oder die zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierende zweite Größe einen zweiten Grenzwert überschreitet.
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In Schritt S8 kann eine Prognose für einen Wartungszeitpunkt berechnet werden. Die Prognose für den Wartungszeitpunkt wird dabei unter Verwendung der zu der elektrischen Leitfähigkeit der Verschmutzung korrespondierenden Größe und/oder der zu der Schichtdicke der Verschmutzung korrespondierenden Größe berechnet.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Erfassung des Grads einer Verschmutzung auf einer Oberfläche. Hierzu wird die Verschmutzung der Oberfläche durch eine Mehrzahl von Sensoren überwacht. Ein resistiver Sensor bestimmt dabei die elektrische Leitfähigkeit der Verschmutzung auf der Oberfläche, und ein kapazitiver Sensor bestimmt basierend auf einer Variation der Kapazität die Schichtdicke der Verschmutzung. Die Auswertung weiterer Sensorsignale ist darüber hinaus ebenso möglich. Basierend auf den erfassten Sensorwerten kann das Erreichen einer kritischen Verschmutzung erkannt und dies einem Benutzer signalisiert werden. Somit kann die Verschmutzung eines elektrischen Isolatorsystems überwacht werden und ein bevorstehender Fremdschichtüberschlag an einem Isolator kann zuverlässig prognostiziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004018578 A1 [0004]
