DE19651829A1 - Spannungsprüfsystem für Hochspannungs-Anlagenteile über 1000 Volt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsprüfsystem zur Feststellung der Span­ nungsfreiheit von Hochspannungs-Anlagenteilen über 1000 Volt, insbesondere bei Hochspannungs-Schaltanlagen, Hochspannungs-Leitungen und Hochspannungs-Ka­ beln ohne metallische Abschirmung.

Spannungsfreiheit ist die Voraussetzung zum Erden freigeschalteter Anlagenteile und damit zum Arbeiten in einer Hochspannungs-Anlage oder an einer Hochspannungs-Lei­ tung bzw. einem Hochspannungs-Kabel. Es sind mehrere Systeme allgemein be­ kannt die Spannungsfreiheit einer Schaltanlage oder blanker spannungsführender Anlagenteile festzustellen.

Spannungsprüfer sind elektrisch isolierte, lange, unhandliche Betätigungsstangen, de­ ren Arbeitskopf ein Anzeigegerät ist, mit dem festgestellt werden kann, ob Anlagenteile unter Betriebsspannung stehen oder nicht. Derartige Betätigungsstangen setzen die freie Zugänglichkeit der auf Spannungsfreiheit zu überprüfenden Teile voraus und sind teuer. Die Spannungsüberprüfung ist aufwendig und nicht ungefährlich.

Kapazitiv gekoppelte Spannungsanzeige- und Meldesysteme bestehen aus einem Gießharz-Teilerstützer mit einer kapazitiven Koppelelektrode, einer Koaxialverbindung sowie einem Auswertegerät. Derartige kapazitive Spannungsprüfer müssen fest in je­ dem Feld einer Schaltanlage bzw. in jedem Raum installiert werden, was einen großen Aufwand bedingt. Insbesondere bei feuchten Betriebsbedingungen ist die Arbeitsweise von kapazitiven Spannungsprüfern nicht in jedem Fall zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannungsprüfsystem für Hochspan­ nungs-Anlagenteile über 1000 Volt der eingangs genannten Art anzugeben, das das gefahrlose Prüfen jeder beliebigen Schaltanlage, einer Leitung oder eines Kabels mit einer Spannung über 1000 Volt auf Spannungsfreiheit mit einfachen Mitteln ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspru­ ches 1 gemäß einer ersten Ausführungsvariante dadurch gelöst, daß eine Prüfeinrich­ tung mit einem Sensor mit Elektronikeinheit zur Erfassung eines elektrischen Feldes, mit einer Anzeigeeinheit zur Spannungsanzeige und mit einer diese Baukomponenten versorgenden Spannungsquelle vorgesehen ist und daß eine Funktionsüberprüfung dieser Prüfeinrichtung mittels einer separaten Überwachungseinheit erfolgt, welche eine Felderzeugungseinheit aufweist, wobei die auf den Sensor der Prüfeinrichtung einwirkende Feldstärke des von der Felderzeugungseinheit produzierten elektrischen Feldes einen geringeren Wert aufweist als die bei vorgegebenem Abstand von einem unter Spannung stehenden Hochspannungs-Anlagenteil auftretende Feldstärke.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspru­ ches 6 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante dadurch gelöst, daß eine mittels ei­ ner Befestigung an einem Hochspannungs-Anlagenteil montierte Prüfeinrichtung mit einem Sensor mit Elektronikeinheit zur Erfassung eines elektrischen Feldes vorgese­ hen ist und daß die Spannungsversorgung dieser Prüfeinrichtung mittels einer separa­ ten Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit erfolgt, welche eine Spannungsquelle und eine Anzeigeeinheit zur Spannungsanzeige enthält und über eine relativ lange Leitung mit der Prüfeinrichtung verbindbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es nicht notwendig ist, aufwendige Baukomponenten, wie Wandler oder kapazitive Abgriffe fest innerhalb einer Anlage zu installieren. Gemäß der ersten Ausführungsvariante ist überhaupt kein fester Einbau von Baukomponenten erforderlich. Gemäß der zweiten Ausführungsvariante ist lediglich der feste Einbau von relativ preisgünstigen, kleinen und wartungsfreien Baukomponenten erforderlich. Des weiteren ist es vorteilhaft zum Prüfen nicht notwendig, spannungsführende Leiter oder Teile direkt zu kontaktieren, was immer gewisse Gefahren für den Bedienenden birgt.

Das erfindungsgemäße Spannungsprüfsystem hat den Vorteil, daß beispielsweise bei jeder Schaltanlage völlig unabhängig vom Fabrikat und der Bauform eine zuverlässige Überprüfung der Spannungsfreiheit möglich ist, ohne dabei in Gefahr bringende Nähe der spannungsführenden Teile eindringen zu müssen. Selbst bei völlig gasdicht ge­ kapselten SF₆-isolierten Schaltanlagen kann festgestellt werden, ob in bestimmten Be­ reichen Spannung vorhanden ist oder nicht. Das gleiche gilt für Mittelspannungskabel. Bei metallisch geschirmten Hochspannungskabeln kann die Spannungsfreiheit bei­ spielsweise am Kabelendverschluß geprüft werden. Mit dem Einsatz des vorgeschla­ genen Spannungsprüfsystems sind erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar, insbe­ sondere bei Schaltanlagen. Des weiteren ist es problemlos möglich, das Spannungs­ prüfsystem auch bei bereits bestehenden Anlagen, Freileitungen, Kabeln etc. nachzu­ rüsten und einzusetzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1, 2, 3 das Spannungsprüfsystem gemäß der ersten Ausführungsvariante,

Fig. 4 das Spannungsprüfsystem gemäß der zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 5 eine Alternative zur zweiten Ausführungsvariante.

In den Fig. 1 bis 3 ist das Spannungsprüfsystem gemäß der ersten Ausführungsvari­ ante dargestellt. Die erste Ausführungsvariante ist als tragbares Gerät konzipiert, be­ nötigt keinerlei fest innerhalb einer Anlage zu installierende Baukomponenten und be­ steht aus zwei getrennten Baueinheiten, einer Prüfeinrichtung 1 und einer Überwa­ chungseinheit 6.

Die Prüfeinrichtung 1 ist vorzugsweise stabförmig ausgebildet, wobei sich an einem Ende des Stabes ein Sensor 2 zur Erfassung eines elektrischen Feldes und ebenfalls im vorderen Bereich eine Anzeigeeinheit 3 zur Signalisierung einer Spannung - bei­ spielsweise eine Leuchtdiode oder ein akustischer Signalerzeuger - befinden. Dieser äußere Aufbau dieser Prüfeinrichtung 1 geht aus Fig. 1 hervor.

Am anderen Ende der Prüfeinrichtung 1 befindet sich eine Abschlußkappe 24 (schraubbar), die alternativ so ausgeführt ist, daß sie auf eine handelsübliche Prüf- oder Schaltstange mittels Gewinde oder Bajonettverbindung geschraubt/gesteckt wer­ den kann, um bei großen Anlagen die Prüfeinrichtung 1 in die erforderliche Nähe der spannungsführenden Leiter zu bringen. In Fig. 2 ist beispielhaft eine Abschlußkappe 25 mit Gewinde und in Fig. 3 eine Abschlußkappe 26 mit Bajonettverbindung gezeigt.

Der interne schaltungstechnische Aufbau der Prüfeinrichtung 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Zentrale Baueinheit ist eine Elektronikeinheit 4, welche von einer Spannungsquelle 5 gespeist wird und an die der Sensor 2 zur Erfassung eines elektrischen Feldes sowie die Anzeigeeinheit 3 - hier eine Leuchtdiode - angeschlossen sind.

Der äußere Aufbau der Überwachungseinheit 6 geht aus Fig. 1 hervor. Wie zu erken­ nen ist, weist die Überwachungseinheit 6 eine Ausnehmung 7 auf, in die der Sensor 2 der Prüfeinrichtung 1 einführbar ist. Eine Anzeigeeinheit 8 - hier eine Glimmlampe - dient zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Überwachungseinheit 6. Steckkon­ takte 11 ermöglichen das Einstecken der Überwachungseinheit 6 in eine übliche 220 Volt-Steckdose und damit die Spannungsversorgung der Überwachungseinheit 6.

Der interne schaltungstechnische Aufbau der Überwachungseinheit 6 ist in Fig. 2 dar­ gestellt. Wie zu erkennen ist, liegt zwischen den Steckkontakten 11 die Serienschal­ tung eines Widerstandes 10, einer Felderzeugungseinheit 9 und der Anzeigeeinheit 8.

Die Überwachungseinheit 6 dient der Eigenkontrolle des Spannungsprüfsystems. Nach Einstecken der Überwachungseinheit 6 in eine Steckdose leuchtet die Anzeigeeinheit 8 auf, wodurch der korrekte Betrieb angezeigt wird. Nach Einführung des Sensors 2 der Prüfeinrichtung 1 in die Ausnehmung 7 der Überwachungseinheit 6 reagiert die Elek­ tronikeinheit 4 mit Sensor 2 auf das von der Felderzeugungseinheit 9 erzeugte elektri­ sche Feld. Die Elektronik weist vorzugsweise eine Einstellmöglichkeit zur Empfindlich­ keitseinstellung auf. Als Felderzeugungseinheit 9 dient dabei vorzugsweise eine die Ausnehmung 7 umschließende Wicklung. Dabei ist es von Wichtigkeit, daß die auf den Sensor 2 der Prüfeinrichtung 1 einwirkende Feldstärke des von der Felderzeugungs­ einheit 9 produzierten elektrischen Feldes einen geringeren Wert aufweist, als die bei vorgegebenem Abstand von einem unter Spannung stehenden Hochspannungs-Anla­ genteil auftretende Feldstärke. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß das Spannungsprüfsystem ein unter Spannung stehendes Hochspannungs-Anlagenteil mit Sicherheit anzeigt. Durch das Aufleuchten der Anzeigeeinheit 3 wird die Betriebsbe­ reitschaft der Prüfeinrichtung signalisiert. Die Prüfeinrichtung 1 kann nun in die Nähe spannungsführender Teile gebracht werden und zeigt durch ein Leuchten und/oder ein akustisches Signal ein bestehendes elektrisches Feld an, das entweder durch eine spannungsführende Schaltanlage, ein Kabel oder auch eine Freileitung erzeugt wird.

In Fig. 4 ist das Spannungsprüfsystem gemäß der zweiten Ausführungsvariante dar­ gestellt. Diese zweite Ausführungsvariante weist zwei getrennte Baueinheiten auf, nämlich eine Prüfeinrichtung 12 und eine Spannungsversorgungseinheit 18. Die Prüf­ einrichtung 12 ist mittels einer Befestigung 13 fest am zu überprüfenden Hochspan­ nungs-Anlagenteil montiert - im Ausführungsbeispiel an einem Hochspannungskabel 23. Zentrale Baueinheit der Prüfeinrichtung 12 ist eine Elektronikeinheit 17, an welche ein Sensor 15 zur Erfassung eines elektrischen Feldes und eine Anzeigeeinheit 16 - beispielsweise eine Leuchtdiode oder ein akustischer Signalerzeuger - angeschlossen sind. Zur Spannungsversorgung der Elektronikeinheit 17 und damit der Prüfeinrichtung 12 sind extern zugängliche Steckkontakte 14 vorgesehen. Die separate Spannungs­ versorgungseinheit 18 weist eine Spannungsquelle 19 - beispielsweise einen Akkumu­ lator - auf, der über extern zugängliche Steckkontakte 22 mit den Steckkontakten 14 der Prüfeinrichtung 12 kontaktierbar ist. Zur Funktionskontrolle der Spannungsquelle 19 liegt dieser eine über einen Schalter 21 zuschaltbare Anzeigeeinheit 20 - beispiels­ weise eine Glühlampe - parallel.

Beim Spannungsprüfsystem gemäß der zweiten Ausführungsvariante ist es wesentlich, daß die Prüfeinrichtung 12 in einer Schaltanlage für Spannungen über 1000 Volt, in der Nähe eines Kabelendverschlusses eines geschirmten Kabels oder in der Nähe span­ nungsführender Teile, wie beispielsweise Transformatoren oder Freileitungen, fest in­ stalliert ist. Die Aktivierung der Prüfeinrichtung 12 erfolgt jedoch erst mit dem Ein­ stecken der Spannungsversorgungseinheit 18. Über die zuschaltbare Anzeigeeinheit 20 der Spannungsversorgungseinheit 18 wird vor dem Einstecken kontrolliert, ob die Hilfsspannung den erforderlichen Wert aufweist.

In Fig. 5 ist eine Alternative zur zweiten Ausführungsvariante dargestellt. Dabei ist die Prüfeinrichtung 12′ mit einer relativ langen Leitung 33 mit vier Leitern 29, 30, 31, 32 versehen, an derem Ende sich Steckkontakte 14′ befinden. Die Prüfeinrichtung 12′ ist beispielsweise in einem Schaltfeld fest eingebaut. Eine Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit 27 kann bedarfsweise - d. h. zur Spannungsprüfung - über ihre Steck­ kontakte 22′ mit diesen Steckkontakten 14′ kontaktiert werden. Die Spannungsversor­ gungs- und Anzeigeeinheit 27 weist neben einer Spannungsquelle 19′ eine Anzeige­ einheit 16′ (vorzugsweise eine Leuchtdiode) und einen Umschalter 28 auf. Die Prüf­ einrichtung 12′ weist eine Elektronikeinheit 17′ mit einem daran angeschlossenen Sensor 15′ auf. Wie zu erkennen ist, befindet sich die Anzeigeeinheit im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 4 nicht mehr in der Prüfeinrichtung 12, sondern in der Span­ nungsversorgungs- und Anzeigeeinheit 27.

Nach dem Kontaktieren der Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit 27 und der Prüfeinrichtung 12′ ist der positive Pol der Spannungsquelle 19′ über den Leiter 30 mit dem positiven Anschluß der Elektronikeinheit 17′ verbunden. Die beiden Anschluß­ klemmen der Anzeigeeinheit 16′ sind über die Leiter 31, 32 mit den Signalanschlüssen der Elektronikeinheit 17′ verbunden, zwischen denen eine Spannung anliegt, sobald durch die Elektronikeinheit 15′ in Verbindung mit dem Sensor 15′ ein elektromagneti­ sches Feld detektiert wird.

Der Umschalter 28 weist drei unterschiedliche Schalterstellungen a, b, c auf. Zur Spannungsdetektion wird die Schalterstellung a eingelegt. In dieser Schalterstellung ist der negative Pol der Spannungsquelle 19′ über den Leiter 29 mit dem negativen An­ schluß der Elektronikeinheit 17′ verbunden. Dementsprechend ist die Elektronikeinheit 17′ in Betrieb und die Anzeigeeinheit 16′ wird mit Spannung beaufschlagt, sobald ein elektromagnetisches Feld detektiert ist.

In der Schalterstellung b ist der negative Pol der Spannungsquelle 19′ abgeschaltet und die Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit 27 ist außer Betrieb. In der Schalterstellung c wird geprüft, ob die Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit 27 korrekt mit der Prüfeinrichtung 12′ kontaktiert ist. Es ergibt sich ein Strompfad vom ne­ gativen Pol der Spannungsquelle 19′ über die Anzeigeeinheit 16′, die Leitung 32, die Elektronikeinheit 17′ und die Leitung 30 zum positiven Pol der Spannungsquelle 19′. Wenn die Steckkontakte 14′ und 22′ korrekt miteinander verbunden sind, signalisiert die Anzeigeeinheit 16′ den erfolgreichen Test in der Schalterstellung c. Anschließend kann die Schalterstellung a gewählt werden, um die eigentliche Spannungsprüfung durchzuführen.

Wie bereits aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist es bei der Anordnung gemäß Fig. 5 besonders vorteilhaft, daß eine relativ lange Leitung - entsprechend den vorgeschriebenen Schutzvorrichtungsabständen (beispielsweise 0,5 m im Bereich 3 bis 20 kV) und länger - zwischen der spannungserfassenden Einrichtung und der span­ nungsanzeigenden Einrichtung vorgesehen werden kann, ohne daß dies das Meßer­ gebnis in irgend einer Weise verfälschen würde. Die Leitungslänge kann beliebig lang sein und beispielsweise bis in die Schaltwarte reichen, wobei dabei selbstverständlich der Leitungsquerschnitt ausreichend groß zu bemessen ist. Dieser Vorteil ist bei be­ kannten kapazitiven Meßmethoden beispielsweise nicht gegeben. Derartige kapazitive Meßmethoden werden von den eingesetzten Leitungslängen beeinflußt und die Lei­ tungslängen sind von vornherein begrenzt. Des weiteren ist es auch vorteilhaft, daß als Leitung 33 keine Koaxialleitung herangezogen werden muß.

Die Anordnung nach Fig. 5 wird vorstehend beispielhaft stets als zweiteilige, zusam­ mensteckbare Einrichtung beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, die Spannungs­ versorgungs- und Anzeigeeinheit 27 über die Leitung 33 ohne Zwischenschaltung der Steckkontakte 14′, 22′ direkt an die Prüfeinrichtung 12 anzuschließen, womit auch die Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit 27 zur fest eingebauten Komponente wird. Diese Lösungsmöglichkeit ist komfortabler, jedoch kostenintensiver.

Claims (10)

1. Spannungsprüfsystem zur Feststellung der Spannungsfreiheit von Hochspan­ nungs-Anlagenteilen über 1000 Volt, insbesondere bei Hochspannungs-Schaltanlagen, Hochspannungs-Leitungen und Hochspannungs-Kabeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfeinrichtung (1) mit einem Sensor (2) mit Elektronikeinheit (4) zur Erfassung eines elektrischen Feldes, mit einer Anzeigeeinheit (3) zur Spannungsanzeige und mit einer diese Baukomponenten versorgenden Spannungsquelle (5) vorgesehen ist und daß eine Funktionsüberprüfung dieser Prüfeinrichtung (1) mittels einer separaten Überwachungseinheit (6) erfolgt, welche eine Felderzeugungseinheit (9) aufweist, wo­ bei die auf den Sensor (2) der Prüfeinrichtung (1) einwirkende Feldstärke des von der Felderzeugungseinheit (9) produzierten elektrischen Feldes einen geringeren Wert aufweist als die bei vorgegebenem Abstand von einem unter Spannung stehenden Hochspannungs-Anlagenteil auftretende Feldstärke.

2. Spannungsprüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (6) eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sensors (2) der Prüf­ einrichtung (1) aufweist.

3. Spannungsprüfsystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Überwachungseinheit (6) eine Anzeigeeinheit (8) zur Funktionskontrolle auf­ weist.

4. Spannungsprüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prüfeinrichtung (1) eine Abschlußkappe (25) mit Gewinde aufweist.

5. Spannungsprüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prüfeinrichtung (1) eine Abschlußkappe (26) mit Bajonettverbindung aufweist.

6. Spannungsprüfsystem zur Feststellung der Spannungsfreiheit von Hochspan­ nungs-Anlagenteilen über 1000 Volt, insbesondere bei Hochspannungs-Schaltanlagen und Kabeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittels einer Befestigung (13) an einem Hochspannungs-Anlagenteil montierte Prüfeinrichtung (12′) mit einem Sensor (15′) mit Elektronikeinheit (17′) zur Erfassung eines elektrischen Feldes vorgesehen ist und daß die Spannungsversorgung dieser Prüfeinrichtung (12′) mittels einer separaten Span­ nungsversorgungs- und Anzeigeeinheit (27) erfolgt, welche eine Spannungsquelle (19′) und eine Anzeigeeinheit (16′) zur Spannungsanzeige enthält und über eine rela­ tiv lange Leitung (33) mit der Prüfeinrichtung (12′) verbindbar ist.

7. Spannungsprüfsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (16′) der Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit (27) gleichzeitig zur Funktionskontrolle der Spannungsquelle (19′) dient.

8. Spannungsprüfsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs- und Anzeigeeinheit (27) einen Umschalter (28) aufweist, der in einer ersten Schalterstellung (a) die Spannungsquelle (19′) an die Prüfeinrichtung (12′) durchschaltet, der in einer zweiten Schalterstellung (b) die Leitungsführung von der Spannungsquelle (12′) zur Prüfeinrichtung (12′) unterbricht und der in einer dritten Schalterstellung (c) die Funktion der Spannungsquelle (19′) und der Leitung (33) te­ stet.

9. Spannungsprüfsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prüfeinrichtung (12′) über Steckkontakte (14′, 22′) mit der Leitung (33) kontaktierbar ist.

10. Spannungsprüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Anzeigeeinheit (3, 16′) zur Spannungsanzeige eines Hochspan­ nungs-Anlagenteils eine Leuchtdiode oder ein akustischer Signalerzeuger dient.