DE102022120036A1

DE102022120036A1 - Erdungs- und Kurzschließvorrichtung mit Stoßstromüberwachung

Info

Publication number: DE102022120036A1
Application number: DE102022120036.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Gondolf; Timo Horn; Matthias Beermann; Hendrik Benzenberg
Original assignee: Dipl Ing H Horstmann GmbH
Current assignee: Dipl Ing H Horstmann GmbH
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2042-08-10
Also published as: DE102022120036B4

Abstract

Erdungs- und Kurzschließvorrichtung, sogenannte EKV, zum Kurzschließen und Erden einer Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsanlage, umfassend ein erstes Leiterseil zum Anschließen der EKV an einen Leiter der Nieder- oder Mittel- oder Hochspannungsanlage, und einen Erdleiter zum Anschließen der EKV an einen Erdanschlusspunkt e, wobei das erste Leiterseil mit dem Erdleiter elektrisch leitend verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die EKV einen Stoßstromanzeiger zur Anzeige eines durch das Leiterseil geflossenen Stoßstroms umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Erdungs- und Kurzschließvorrichtung mit einem Stoßstromanzeigemittel.
Verteilnetze für elektrische Energie sind typischerweise Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetze mit Leitern, die im produktiven Betrieb eine Spannung von mehr als 1000 Volt führen. Diese Netze und die zugehörigen Anlagen, nachstehend kurz als Stromversorgungsnetz bezeichnet, sind für eine störungsfreie Energieübertragung jedoch regelmäßig zu warten. Dazu sind diese spannungsfrei zu schalten und spannungsfrei zu halten, sodass an den sonst spannungsführenden Elementen der Anlage gefahrlos gearbeitet werden kann. Nach dem Abschalten der Spannung sind die Stromversorgungsnetze oder deren Elemente vor der Durchführung der Wartungsarbeiten gegen ein unbeabsichtigtes Einschalten zu sichern. In einem weiteren Schritt zur Wahrung der Arbeitssicherheit sind die Leiter noch kurz zu schließen, bei mehreren Leitern des Stromversorgungsnetzes also miteinander zu verbinden und mit Erdpotential zu verbinden, sodass im Falle eines unbeabsichtigten Einschaltens eine Kurz- oder Erdschlusssicherung sofort greift und das Stromversorgungsnetz wieder spannungsfrei ist.
Zum Kurzschließen und für die Verbindung mit Erdpotential werden Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen verwendet, im Fachjargon und nachfolgend als EKV abgekürzt. Die Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen werden dabei mit allen Leitern der Anlage und mit einem Sternpunkt oder Erdpotential verbunden. Die EKV weist dazu mehrere Leiter auf, die mit den kurz zu schließenden Leitern der Anlage verbunden werden, typischerweise mit einer auf den Leiter zu schraubenden Klemme. Neben diesen Leitern, die jeweils mit einem Leiter der Anlage verbunden werden, umfasst die EKV einen weiteren Leiter zur Verbindung mit dem Erdpotential. Alle Leiter der EKV sind in einem sogenannten Verbindungsstück miteinander leitend verbunden. Bei mehreren Leitern der Anlage sind diese dann untereinander kurzgeschlossen und jeder Leiter ist mit dem Stern- bzw. Erdpotential verbunden. Typischerweise ist bei einem solchen Erdungsvorgang der Sternpunkt der Anlage, sofern vorhanden, mit dem Erdpotential verbunden.
Derartige Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen sind für große Ströme ausgelegt, sodass bei einem unbeabsichtigten Wiedereinschalten eines Netzes ein großer Kurz- oder Erdschlussstrom durch die Leiter der EKV fließen und eine entsprechende Sicherung auslösen kann.
Typischerweise ist eine EKV geprüft einen Strom bis zu einem Maximalwert durchzuleiten. Vorrichtungen, die einen Kurzschlussstrom geleitet haben, sollen nach DIN EN 61230 bzw. VDE0683-100:2009-7 Anhang C nicht mehr verwendet werden, bis mittels einer gründlichen Untersuchung und Berechnung gezeigt wurde, dass die EKV nicht beeinträchtigt ist.
Vor jeder Benutzung ist ein Benutzer jeweils zu einer Sichtprüfung bezüglich möglicher Beschädigungen von Anschlüssen oder Klemmen, Verbindungen, Leiterseilhüllen einer EKV angehalten.
In der Praxis hat sich mehrfach gezeigt, dass eine EKV jedoch durch das Durchleiten eines hohen Stroms beschädigt werden kann, auch wenn die Stromstärke dabei deutlich unterhalb des geprüften Maximalwerts liegt. Die dabei fließenden Ströme, typischerweise von 10 Kiloampere und mehr, lösen zwar typischerweise eine Fehlerschutzschaltung oder Sicherung aus, sodass die Dauer des Stromflusses sehr kurz und der Strom ein Stromstoß ist, können aber dennoch die EKV beschädigen.
Die große Stromstärke bewirkt dabei durch das entstehende große Magnetfeld eine große mechanische Belastung insbesondere der Anschlussstücke sowie des Verbindungsstücks, auch Herzstück genannt, in welchem die Leiterseile der EKV zusammengeführt sind. Diese Beschädigungen sind nicht immer sichtbar und damit im Rahmen einer Sichtprüfung vor einer Verwendung entsprechend nicht erkennbar.
Damit besteht die Aufgabe eine verbesserte Erdungs- und Kurzschließvorrichtung bereit zu stellen, die im Rahmen der vorgeschriebenen Sichtprüfung ein Hilfsmittel für die Erkennung einer vorausgegangenen starken Belastung ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Erdungs- und Kurzschließvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung erlaubt die Anzeige, dass wenigstens ein Stromstoß durch eine erfindungsgemäße Erdungs- und Kurzschließvorrichtung geflossen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Die Figuren sind dabei nur schematisch und nicht maßstabsgetreu.
Es zeigen

1 eine schematische Übersicht einer Erdungs- und Kurzschließvorrichtung;
2 ein Verbindungsstück in einem Ausschnitt einer schematisch dargestellten Erdungs- und Kurzschließvorrichtung mit einem irreversiblen Temperaturindikator;
3 ein Verbindungsstück in einem Ausschnitt einer schematisch dargestellten Erdungs- und Kurzschließvorrichtung mit einem irreversiblen Magnetfeldindikator.

1 zeigt eine Erdungs- und Kurzschließvorrichtung 1 zum elektrischen Verbinden von Leitern a, b, c eines Stromversorgungsnetzes mit Nieder- oder Mittel- oder Hochspannung, mit einem Leiter e, der mit dem Sternpunkt oder mit Erdpotential verbunden ist. Die 1 zeigt dazu drei Stromschienen a, b, c, die eine jeweilige Anschließstelle a1 bzw. b1 bzw. c1 aufweisen. Ebenso ist der weitere Leiter e eine Stromschiene mit einer Anschließstelle e1.
Die Erdungs- und Kurzschließvorrichtung 1 weist mindestens ein Leiterseil 2 zum elektrischen Anschließen an einen Leiter des Stromversorgungsnetzes auf, wobei ein typisches Stromversorgungsnetz drei stromführende Leiter a - c, sogenannte Phasen, umfasst. In einer alternativen Ausführungsform, die insbesondere für einphasige Stromversorgungsnetze verwendet wird, weist die EKV nur ein Leiterseil auf, welches gleichzeitig der Erdleiter 5 ist.
Die Leiterseile 2, 3, 4 sind dazu vorgesehen und eingerichtet, mit einer Anschließstelle eines Leiters a, b, c des Stromversorgungsnetzes verbunden zu werden. Entsprechend ist der Erdleiter 5 der EKV dazu vorgesehen und eingerichtet, mit dem Sternpunkt oder einem Leiter e mit Erdpotential verbunden zu werden. Dazu weisen sie an ihrem einen Ende eine entsprechende Vorrichtung auf, typischerweise eine Klemme, beispielsweise in Form einer sogenannten Phasenschraub- oder Phasenanschlussklemme 6, die mit einem Leiter a - c oder einem sogenannten Phasenfestpunkt an einem Leiter der elektrisch verbunden werden kann. Typischerweise sind die Klemmen so ausgestaltet, dass diese mit Hilfe einer sogenannten Erdungsstange d an dem Leiterseil oder Phasenfestpunkt des Stromversorgungsnetzes angebracht werden können. Die Erdungsstange kann dabei eine entsprechende herkömmliche Stange aus elektrisch isolierendem Material sein, welche ein Griffende aufweist und an ihrem davon entfernten Ende zur Bedienung einer Anschlussklemme 6 vorgesehen und eingerichtet ist.
Die Leiterseile 2 - 4 der EKV 1 sind in einem Verbindungsstück 7, welches auch als Herzstück EKV bezeichnet wird, elektrisch miteinander und mit dem Erdleiter 5 verbunden. Dementsprechend sind die Leiter a, b, c des Stromversorgungsnetzes untereinander kurzgeschlossen, wenn die Leiterseile 2 - 4 der EKV mit den Leitern a - c verbunden sind. Weiterhin sind die Leiterseile 2 - 4 der EKV mit Erdpotential verbunden, wenn der Erdleiter 5 der EKV mit Erdpotential 2 verbunden ist.
2 zeigt ein Verbindungsstück 7, in welchem die Leiterseile 2 - 4 mit dem Erdleiter 5 der EKV zusammengeführt und zusammengehalten sind. In einer Ausführungsform ist das Material des Verbindungsstücks elektrisch und thermisch gut leitend und bevorzugt aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium.
In einer Ausführungsform kann das Verbindungsstück eine Klemme sein, die insbesondere flach verpresst sein kann, wobei die beim Verpressen entstehenden Prägungen der Klemme so ausgebildet sind, dass eine geeignete Fläche für das Aufbringen des nachfolgend beschriebenen Thermoaufklebers auf dem Verbindungsstück erhalten bleibt.
In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann das Verbindungsstück auch aus zwei oder mehr Elementen gebildet sein, die mittels einer Schraubverbindung zusammengehalten werden und die Leiterseile 2 - 4 der EKV sowie den Erdleiter einklemmen und damit elektrisch miteinander verbinden.
Auf dem Verbinder 7 ist ein irreversibel anzeigender Temperaturindikator 8 platziert, welcher irreversibel die höchste erreichte Temperatur des Verbindungsstücks 7 anzeigt. Damit zeigt der Temperaturindikator 8 die höchste von dem Verbindungsstück in der Vergangenheit erreichte Temperatur und damit indirekt einen Stoßstrom irreversibel an.
Ein solcher Temperaturindikator kann dabei insbesondere ein Aufkleber sein, ein sogenannter irreversibler Temperaturaufkleber, der mit einem Farbumschlag die in der Vergangenheit erreichte höchste Temperatur irreversibel anzeigt. Herkömmliche Temperaturaufkleber können eine oder mehrere Schichten von wärmeempfindlichen Material umfassen, die typischerweise unter einer Schutzschicht angeordnet sind. Das wärmeempfindliche Material der Temperaturaufkleber verändert typischerweise die Farbe, wobei die Farbänderung irreversibel ist, und dokumentiert so die maximale Temperatur, die das Verbindungsstück in der Vergangenheit erreicht hat.
Der Temperaturindikator 8 kann in einer Ausführungsform auf dem Verbindungsstück 7 so angebracht sein, dass dieser nicht einfach entfernt und ersetzt werden kann. Beispielsweise kann der Verbinder 7 mit angeordnetem Temperaturindikator 8 mit einem transparenten Kunststoff umhüllt oder vergossen werden, sodass der Verbinder 7 zusammen mit dem Temperaturindikator 8 von einem durchsichtigen Gehäuse umgeben ist.
Fließt ein Stoßstrom zwischen den Leiterseilen 2 - 4 der EKV oder über den Erdleiter 5 der EKV, so bewirkt der Stoßstrom eine Erwärmung des Verbindungsstücks 7 und damit eine entsprechende Anzeige des Temperaturindikators 8, sofern die Stromstärke und -dauer eine ausreichende Erwärmung der EKV bewirkt haben. Die Schwellwerttemperatur des irreversiblen Temperaturindikators wird dabei so gewählt, dass diese im normalen Betrieb, also ohne einen relevanten Stoßstrom, nicht erreicht wird.
Auf diese Weise, d.h. durch einen entsprechenden Farbumschlag, zeigt der Temperaturindikator an, dass ein Stoßstrom durch die Erdungs- und Kurzschließvorrichtung geflossen ist, sodass der Temperaturindikator hier indirekt ein Stoßstromindikator ist.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Verbindungsstücks 7 mit einem Magnetfeldindikator 9, der ein aufgetretenes Magnetfeld vordefinierter Feldstärke irreversibel anzeigt und damit indirekt anzeigt, dass ein Stoßstrom durch die Erdungs- und Kurzschließvorrichtung geflossen ist. In einer Ausführungsform kann ein Magnetfeldinkator in herkömmlicher Weise in Form einer Folie ausgebildet sein, die mit einem irreversiblen Farbumschlag anzeigen, dass eine vordefinierte Auslösefeldstärke überschritten wurde. Ein Stromstoß, welcher durch ein Leiterseil 2 - 4 fließt, erzeugt in bekannter Weise ein um den stromführenden Leiter gerichtetes Magnetfeld, wobei die Stärke des Magnetfelds an einem Ort in bekannter Weise von der Stromstärke und der Entfernung zum stromführenden Leiter abhängt. Damit kann ein Magnetfeldindikator so ausgewählt werden, dass dieser das Erreichen einer vordefinierten und für die Erdungs- und Kurzschließvorrichtung relevanten Stromfluss irreversibel anzeigt.
In einer alternativen Ausführungsform kann ein Magnetfeldindikator ein durchsichtiges Röhrchens, beispielsweise eine Glasampulle, umfassen, in welchem ein ferromagnetisches Element so gelagert ist, dass dieses durch ein magnetisches Feld bei Überschreiten einer vordefinierten Auslösefeldstärke aus einer initialen Position herausbewegt wird und beispielsweise durch Zerschlagen des Röhrchens ein Überschreiten einer Auslösefeldstärke signalisiert. Optional kann dabei ein Farbstoff freigesetzt werden. Die Auslöseschwelle dieses Magnetfeldindikators kann dabei durch Auswahl der Festigkeit des Röhrchens in Verbindung mit dem ferromagnetischen Element festgelegt werden.
3 zeigt ein Verbindungsstück 7, in welchem der Erdleiter 5 mit den Leiterseilen 2 - 4 einer Erdungs- und Kurzschließvorrichtung zusammengeführt und elektrisch miteinander verbunden ist. Optional umfasst die Vorrichtung ein magnetisches Joch 10, welches bevorzugt auf dem Verbindungsstück 7 platziert ist. Weiterhin umfasst die Erdungs- und Kurzschlussvorrichtung mindestens einen Magnetfeldindikator, der bevorzugt auf dem Verbindungsstück 7 und ganz besonders bevorzugt auf einem Joch 10 angeordnet ist.
Sobald ein Strom durch die Erdungs- und Kurzschließvorrichtung fließt, der größer als der Auslösestrom des gewählten Magnetfeldindikators ist, zeigt der Magnetfeldindikator indirekt den Fluss des Stroms an und dient damit als Stoßstromanzeiger.
Bei Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen für die Erdung nur einer Phase kann die Vorrichtung ohne Verbindungsstück ausgebildet sein. In diesem Falle kann der Temperaturindikator an geeigneter Stelle auf dem Leiterseil beziehungsweise dem Erdleiter der Erdungs- und Kurzschließvorrichtung platziert sein.
Bezugszeichenliste

a, b, c: Leiter einer Nieder- oder Mittel- oder Hochspannungsanlage bzw. des Versorgungsnetzes
d: Erdungsstange
e: Leiter mit Sternpotential der Nieder- oder Mittel- oder Hochspannungsanlage oder Erdpotential
a1, b1, c1, e1: Anschließstelle der Leiterseile bzw. des Erdleiters der EKV
1: Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (EKV)
2: erstes Leiterseil der EKV
3: zweites Leiterseil der EKV
4: drittes Leiterseil der EKV
5: Erdleiter der EKV
6: Anschlussklemme, Anschlussstück
7: Verbindungsstück
8: Temperaturindikator
9: Magnetfeldindikator
10: Magnetisches Joch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 61230 [0005]

Claims

Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1), EKV, zum Kurzschließen und Erden einer Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsanlage, umfassend - ein erstes Leiterseil (2) zum Anschließen der EKV (1) an einen Leiter der Nieder- oder Mittel- oder Hochspannungsanlage, und - einen Erdleiter (5) zum Anschließen der EKV (1) an einen Erdanschlusspunkt e, wobei das erste Leiterseil (2) mit dem Erdleiter (5) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die EKV (1) einen Stoßstromanzeiger (8, 9) zur Anzeige eines durch das Leiterseil (2) geflossenen Stoßstroms umfasst.
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei EKV (1) drei Leiterseile (2, 3, 4) zum Anschließen der EKV (1) an drei Leiter der Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsanlage umfasst.
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die EKV (1) ein Verbindungsstück (7) umfasst, welches die drei Leiterseile (2, 3, 4) und den Erdleiter (5) elektrisch miteinander verbindet.
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stoßstromanzeiger (8, 9) einen Stromstoß optisch und irreversibel anzeigt.
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der Stoßstromanzeiger ein irreversibler Temperaturindikator (8) ist.
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Stoßstromanzeiger ein Magnetfeldindikator (9) ist.
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1) nach Anspruch 6 umfassend ein ferromagnetisches Joch (10).
Erdungs- und Kurzschließvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei der Magnetfeldindikator (9) auf dem ferromagnetischen Joch (10) platziert ist.