-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Spannungsprüfgerät zur kapazitiven Ankoppelung über mindestens
eine Koppelelektrode an unter Spannung stehende Teile von Anlagen
im Mittelspannungsbereich, insbesondere nach der IEC-Norm IEC 61243-5 (früher: E DIN
IEC 78/183/CDV) bzw. VDE 0682 Teil 415, mit mindestens einem Anzeigegerät zum Verarbeiten
eines über
die Koppelelektrode kapazitiv ausgekoppelten Signals und Anzeige
eines bestimmten Spannungszustandes, wobei das Anzeigegerät zusammen
mit einer die Funktion des Anzeigegerätes überwachenden und eventuelle
Funktionsstörungen signalisierenden
Eigenprüfeinrichtung
in einem gemeinsamen Gehäuse
integriert angeordnet ist.
-
Bei
dem anzuzeigenden Spannungszustand handelt es sich insbesondere
um einen rein qualitativen Spannungszustand, d. h. ob Betriebsspannung anliegt
oder nicht. Alternativ oder zusätzlich
kann auch eine Überprüfung auf
Phasengleichheit vorgesehen sein.
-
Ein
Spannungsprüfgerät der beschriebenen, gattungsgemäßen Art
ist durch die
DE 37
12 783 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt bei einer
solchen Prüfvorrichtung
eine integrierte Eigenprüfvorrichtung,
bei der es sich um eine „aktive" Vorrichtung handelt,
indem an eine zusätzliche,
der eigentlichen Koppelelektrode (Messelektrode) benachbarte Prüfelektrode
ein spezielles, niedervoltiges und hochfrequentes Prüfsignal
angelegt wird. Dadurch wird an der eigentlichen Messelektrode ein
Prüfsignal
hervorgerufen, und zwar zusätzlich
zu dem eigentlichen Messsignal für
das Anzeigegerät.
-
Es
sind weiterhin Spannungsanzeigesysteme bekannt, die für jede Phase
einzeln aus mit einer zugehörigen
Koppelelektrode verbundenen Beschaltungselementen bestehen, über die
einem nach außen
geführten
Messpunkt eine Messspannung zugeführt wird. An den Messpunkten
können
dann als selbstständige
Module Spannungsanzeiger angeschlossen werden. Sollen nun an den
Messpunkten bestimmte andere Messungen, z. B. Phasenvergleichsmessungen,
durchgeführt
werden, so muss das jeweilige Spannungsanzeigemodul entfernt werden,
damit die Messpunkte zum Anschluss anderer Geräte, z. B. eines Phasenmessgerätes, frei
werden. Ferner ist bei derartigen Spannungsprüfsystemen grundsätzlich eine
regelmäßige Überprüfung der Funktionsfähigkeit
der Messpunkte und der Anzeigegeräte notwendig. Hier ist es bislang
nur mit recht großem
(Zeit-)Aufwand möglich,
eine entsprechende Funktionsüberwachung
durchzuführen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches,
kompaktes und messtechnisch vielseitiges Spannungsprüfgerät zu schaffen, mit
dem sich der Aufwand für
die Spannungsanzeige sowie auch für die Funktionsüberprüfung deutlich
reduziert.
-
Erfindungsgemäß wird dies
gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 dadurch erreicht, dass die Eigenprüfeinrichtung zur permanenten Überwachung des über die
Koppelelektrode ausgekoppelten Signals ständig (nur) mit der Koppelelektrode
verbunden oder zu verbinden ist. Dies bedeutet, dass erfindungsgemäß nur das
eigentliche Messsignal der Koppelelektrode permanent überwacht
wird; es handelt sich folglich um eine „passive" Überwachung,
indem die Eigenprüfeinrichtung
nur mit der Koppelelektrode verbunden bzw. zu verbinden ist; eine
zusätzliche
Prüfelektrode
wird nicht benötigt.
-
In
bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gerätes für Messungen in Dreiphasen-Anlagen
sind in dem gemeinsamen Gehäuse drei
mit jeweils einer von drei den Phasen zugeordneten Koppelelektroden
verbindbare Anzeigegeräte integriert,
wobei die Eigenprüfeinrichtung
vorteilhafterweise die Funktion bezüglich aller drei Phasen gemeinsam
permanent überwacht.
Hierzu kann die Eigenprüfeinrichtung
jeweils über
eine von drei Entkoppelungsimpedanzen mit den Koppelektroden verbindbar
sein, wobei zwischen den Entkoppelungsimpedanzen und der Eigenprüfeinrichtung
erfindungsgemäß eine Drehstrom-Gleich richterbrücke angeordnet
ist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine ständige gemeinsame Funktionsüberwachung
bezüglich aller
drei Phasen ermöglicht,
wobei die erforderliche Versorgungsspannung über die Koppelelektrode aus dem
Netz gewonnen werden kann.
-
Durch
die Erfindung entfällt
zunächst
der bisherige Aufwand für
die früheren
Stecksysteme und die Gehäuse
der einzelnen Module. Es kann auf einfache und komfortable Weise
eine ständige
Spannungsprüfung
und -anzeige sowie gleichzeitig auch eine ständige gemeinsame Funktionsüberwachung, insbesondere Überwachung
der geforderten Schnittstellenbedingungen, wie auf eventuelle, z.
B. alterungsbedingte Impedanzänderungen
des Meßsystems,
erfolgen. Dennoch können
gleichzeitig auch nahezu beliebige Zusatzmessungen vorgenommen werden,
indem zweckmäßigerweise
zusätzliche Meßpunkte
für eine
normgerechte Schnittstelle vorgesehen sind, die von geräteeigenen
Steckverbinderteilen gebildet werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zudem eine integrierte,
insbesondere elektronische oder manuelle Schalteinrichtung zum wahlweisen
Zuschalten von mindestens einer Parallelimpedanz zwecks Anpassung
an unterschiedliche Netzspannungen vorgesehen. Dabei ist von Vorteil, daß aufgrund
der bevorzugt vorgesehenen Drehstrom-Gleichrichterbrücke nur eine Parallelimpedanz erforderlich
ist, indem diese auf alle drei Phasen gemeinsam wirkt. Alternativ,
insbesondere aber zusätzlich
dazu, kann eine integrierte Signaleinrichtung zur Erzeugung eines
Fernmeldesignals über
den jeweils vorliegenden Spannungszustand vorgesehen sein. Hierzu
sind weitere Steckverbinderelemente vorgesehen, an denen das Fernmeldesignal
abgreifbar ist.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der
folgenden Beschreibung enthalten.
-
Anhand
von in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen
soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
-
1 ein
vereinfachtes Schaltbild eines erfindungsgemäßen Spannungsprüfgerätes in einer ersten
(Minimal-)Ausführung
zur Anwendung in Dreiphasen-Anlagen,
-
2 ein
Schaltbild analog zu 1, jedoch mit einem zusätzlichen
Ausgestaltungsmerkmal,
-
3 ein
weiteres Schaltbild analog zu 1 mit einer
weiteren Ausführungsvariante,
-
4 eine
weitere alternative Schaltungsvariante des Spannungsprüfgerätes,
-
5 noch
ein Schaltbild analog zu 1 in einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung und
-
6 eine
Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Spannungsprüfgerätes in einer
bevorzugten Realisierung des gemeinsamen Gehäuses.
-
In
den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets
mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der
Regel jeweils nur einmal beschrieben.
-
Ein
erfindungsgemäßes Spannungsprüfgerät 1 ist
für Spannungsprüfungen in
Wechselstrom- bzw. Drehstromanlagen im Mittelspannungsbereich (1
kV bis 52 kV, insbesondere 10 bis 30 kV, in der Regel bei einer
Frequenz von 16% Hz bis 60 Hz) vorgesehen. Es sind diesbezüglich die
eingangs bereits genannten Normen IEC 61243-5 und VDE 0682 Teil 415
zu beachten. Das Spannungsprüfgerät 1 arbeitet nach
dem Niederohm-System (NO bzw. LR für "low resistance", eventuell LRM für "niederohmig modifiziert").
-
Das
Spannungsprüfgerät 1 besitzt
für seine einzelnen
Komponenten ein gemeinsames, kompaktes Gehäuse 2 (vgl. auch 6),
welches in den 1 bis 5 jeweils
durch eine Strichpunktlinien-Umrahmung angedeutet ist. Das Gehäuse 2 enthält zunächst vorzugsweise
drei Spannungs-Anzeigegeräte 3, 4, 5,
die den drei Phasen L1, L2, L3 einer Drehstromanlage zugeordnet
sind. Jedes Anzeigegerät 3, 4, 5 besitzt
ein optisches Signalelement 6, 7, 8,
wozu insbesondere LED mit einer bestimmten Farbe, beispielsweise
rot, vorgesehen sind.
-
Aus
jeder Phase L1, L2, L3 wird über
eine Koppelelektrode 10, 11, 12 kapazitiv
ein Signal ausgekoppelt und dem Spannungsprüfgerät 1 zugeführt. Hierzu
können
die Koppelelektroden 10, 11, 12 über Verbindungsleitungen 14 an
dem Gerät 1 angeschlossen
werden, wozu vorteilhafterweise geräteeigene Verbinderelemente 16, 17, 18 mit
entsprechenden Gegenstücken
der Verbindungsleitungen 14 verbunden, insbesondere steckverbunden,
werden können.
Jedes Anzeigegerät 3, 4, 5 ist
einerseits – insbesondere über eine
Entkoppelungsimpedanz 20, 21, 22 – mit dem
zugehörigen,
der entsprechenden Phase L1 oder L2 oder L3 zugeordneten Verbinderelement 16, 17, 18 sowie
andererseits mit Erdpotential verbunden.
-
Zweckmäßigerweise
ist zudem jedes zum Anschluß der
zugehörigen
Koppelelektrode 10, 11, 12 bzw. der Verbindungsleitung 14 vorgesehene
Verbinderelement 16, 17, 18 – wiederum
inbesondere über
eine Entkoppeldungsimpedanz 24, 25, 26 – mit einem
als Meßpunkt
vorgesehenen, geräteeigenen Verbinderelement 28, 29, 30 verbunden.
Jedem dieser Verbinderelemente 28, 29, 30 ist
ein zweites, mit Erdpotential verbundenes Verbinderelement 32, 33, 34 zugeordnet.
Somit sind praktisch jeweils zweipolige Teil-Schnittstellen gebildet.
Hierbei sind die Entkoppelungsimpedanzen 24 bis 26 derart
ausgelegt, daß an
den Meßpunkten
eine Meßspannung
für eine normgerechte
Schnittstelle zur Verfügung
steht.
-
Erfindungsgemäß ist nun
weiterhin in dem gemeinsamen Gehäuse 2 eine
Eigenprüfeinrichtung 36 untergebracht,
die vorteilhafterweise ständig
die Funktion aller drei Anzeigegeräte 3 bis 5 gemeinsam überwacht
und eventuelle Funktionsstörungen
mit einem optischen Signalelement 38 signalisiert. Als
Signalelement 38 ist bevorzugt eine LED, insbesondere mit
einer sich von den Spannungsanzeige-Signalelementen 6 bis 8 unterscheidenden
Farbe, z. B. gelb, vorgesehen.
-
Die
Eigenprüfeinrichtung 36 ist
erfindungsgemäß über eine
Drehstrom-Gleichrichterbrücke 40 – sowie
insbesondere über
Entkoppelungsimpedanzen 42, 43, 44 – mit den
zum Anschluß der
Koppelelektroden 10 bis 12 dienenden Verbinderelementen 16 bis 18 verbunden.
-
Es
sei erwähnt,
daß eine
für die
geräteeigenen
Funktionen erforderliche Betriebsspannung bevorzugt über die
Koppelelektroden 10, 11, 12 gewonnen
wird. Alternativ oder zusätzlich
kann auch ein interner Energiespeicher, insbeson dere eine Batterie, und/oder
eine externe Versorgungseinrichtung vorgesehen sein.
-
Was
nun die in 2 veranschaulichte Ausführungsform
betrifft, so ist dabei bevorzugt eine integrierte, insbesondere
elektronische oder manuelle Schalteinrichtung 48 vorgesehen,
mittels der wahlweise mindestens eine Parallelimpedanz 50 zwecks Anpassung
an unterschiedliche Netzspannungen zugeschaltet werden kann. Hierzu
dient ein Kontaktelement 52. Die Schalteinrichtung 48 ist
in Parallelschaltung zu der Eigenprüfeinrichtung 36 angeordnet.
Die Parallelimpedanz 50 ist ebenfalls parallel zur Eigenprüfeinrichtung 36 bzw.
an die Gleichrichterbrücke 40 zuschaltbar,
so daß sie
auf alle drei Phasen zugleich wirkt.
-
Bei
der Ausführungsform
nach 3 ist eine integrierte Signaleinrichtung 54 zur
Erzeugung mindestens eines Fernmeldesignals über den jeweils vorliegenden
Spannungszustand vorgesehen. Die Signaleinrichtung 54 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
in Parallelschaltung mit der Eigenprüfeinrichtung 36 gekoppelt
und weist vorzugsweise eine eigene interne (Batterie-)Spannungsversorgung
auf. Das erzeugte Fernmeldesignal ist zweckmäßigerweise an geräteeigenen
Verbinderelementen 56, 57 abgreifbar. Die Signalerzeugung
erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel über ein
Kontaktelement 58, beispielsweise einen Relaiskontakt.
-
Die
Ausführung
nach 4 unterscheidet sich von den 1 bis 3 hauptsächlich dadurch, daß zur Eigenüberwachung
eine elektronische Logikeinheit 62 vorgeshen ist, die drei
jeweils mit den Signalen der Koppelelektroden 10, 11, 12 direkt
verbindbare Eingänge
a, b, c aufweist, die zudem über jeweils
einen Meßwiderstand 64, 65, 66 mit
Erdpotential verbunden sind. Hierbei wird die Versorgungsspannung
Uv von außen über Verbinderelemente zugeführt und
in einem integrierten Spannungswandler 68 in eine interne
Betriebsspannung umgewandelt, mit der die einzelnen Komponenten
versorgt werden. Die Logikeinheit 62 steuert das Signalelement 38 als Anzeigesignal
der Eigenüberwachung
an. Außerdem steuert
die Logikeinheit 62 vorzugsweise auch die bedarfsweise
Zuschaltung der (mindestens einen) Parallelimpedanz 50 über das
Kontaktelement 52 an die Drehstrom-Gleichrichterbrücke 40, über die
vorteilhafterweise die Parallelimpedanz auf alle Phasen gemeinsam
wirken kann. Schließlich
wird mittels der Logikeinheit 62 bevorzugt auch ein Fernmeldesignal über das
Kontaktelement 58 an den Verbinderelementen 56, 57 erzeugt.
Für diese
vielseitigen Funktionen ist die Logikeinheit 62 bevorzugt
mit einem Mikroprozessor ausgestattet, jedoch können in einer Minimalausführung auch
lediglich Spannungskomparatoren und bevorzugt die Ansteuerung für die Fernmeldung
vorgesehen sein.
-
Die
in 5 dargestellte Schaltungsvariante stellt eine
Alternative zu 3 bezüglich der Signaleinrichtung 54 zur
Erzeugung eines oder mehrerer Fernmeldesignale dar. Gemäß 5 erfolgt
die Ansteuerung der Signaleinrichtung 54 über das
bzw. jedes Anzeigegerät 3, 4, 5,
indem in Reihe zu der/jeder als Signalelement 6, 7, 8 dienenden
Leuchtdiode (LED) jeweils ein Optokoppler 70, 71, 72 mit
seiner Senderseite geschaltet ist. Dadurch werden an der Empfängerseite
der Oktokoppler 70, 71, 72 entsprechend
der Ansteuerung (Blinktakt) der LED 6, 7, 8 Signale
erzeugt, die mittels ODER-Verknüpfung
verbunden sind. Vorzugsweise bildet eine anschließende nachtriggerbare
Zeitstufe daraus ein Signal mit konstantem Spannungspegel, und zwar
vorteilhafterweise auch während
der Blinkpausen, die aufgrund der normgemäß geforderten Mindest-Blinkfrequenz und
möglicher
Phasenausfälle
immerhin bis zu maximal 1 Sekunde betragen können.
-
Der
besondere Vorteil dieser Ausführung nach 5 liegt
darin, daß durch
die Optokoppler 70, 71, 72 eine galvanische
Trennung zwischen der Signaleinrichtung 54 (mit zugehöriger Spannungsversorgung)
und Anzeigegerät 3, 4, 5 (mit
Koppelelektrode) erreicht wird. Dadurch können externe Spannungsversorgungen
beliebig geerdet werden. Eine galvanische Trennung von Signaleinrichtung 54 (dazu
gehört
eine integrierte Relaisspule) und (Relais-)Kontaktelement 58 ist
weiterhin vorhanden. Es sind zudem auch mehrere Fernmeldesignale
durch entsprechende Verknüpfungen
der Signale der Optokoppler möglich.
-
Wie
sich nun aus 6 ergibt, weist das gemeinsame
Gehäuse 2 bevorzugt
eine schmale, längliche
Bauform – insbesondere
mit einer Breite B von etwa 160 mm, einer Höhe H von etwa 15 mm und einer
Tiefe T von etwa 45 mm – auf.
Vorzugsweise bildet eine durch die Breite B und die Höhe H bestimmte Gehäusewandung 60 die
Frontseite des Gehäuses 2,
wobei in dieser Front-Gehäusewandung 60 jedenfalls
zumindest die Signalelemente 6, 7, 8 sowie 38 gut
sichtbar angeordnet sind. Zusätzlich
können
die beschriebenen Verbinderelemente (insbesondere Steckbuchsen)
und eventuell bestimmte Schaltelemente vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Die Verbindungsleitungen 14 der Koppelelektroden 10 bis 12 werden
bevorzugt auf der Gehäuse-Rückseite
angeschlossen. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die angegebenen
Maße des
Gehäuses 2 beschänkt, sondern
die Maße
können
in Anpassung an bestimmte Gegebenheiten im jeweiligen Anwendungsfall
von den genannten Werten abweichen.