DE202010016782U1

DE202010016782U1 - Spannungsanzeigevorrichtung

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Publication number: DE202010016782U1
Application number: DE202010016782U
Authority: DE
Original assignee: Kries Energietechnik & Co KG GmbH; Kries-Energietechnik & Cokg GmbH
Current assignee: Kries Energietechnik & Co KG GmbH; Kries-Energietechnik & Cokg GmbH
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2020-12-21

Abstract

Spannungsanzeigevorrichtung, die zur Spannungsanzeige bei einer kapazitiven Spannungsprüfschaltung eingerichtet ist, welche das Vorhandensein einer elektrischen Nennspannung an einem hoch- oder mittelspannungsführenden Bauteil über eine kapazitiv an das Bauteil ankoppelbare Koppelelektrode (C1) prüft, wobei die Spannungsanzeigevorrichtung eingangsseitig an eine Messbeschaltung (C2) ankoppelbar ist, die mit der Koppelelektrode einen Spannungsteiler eines diesen enthaltenden Koppelteils bildet und eine Eingangsspannung für die Spannungsanzeigevorrichtung bereitstellt, und wobei die Spannungsanzeigevorrichtung mindestens drei Anzeigestufen aufweist, von denen eine erste Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem ersten vorgebbaren Schwellwert liegt, eine zweite Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem zweiten vorgebbaren Schwellwert liegt, der höher als der erste Schwellwert ist, und eine dritte Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem dritten vorgebbaren Schwellwert liegt, der höher als der zweite Schwellwert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsanzeigevorrichtung, die zur Spannungsanzeige bei einer kapazitiven Spannungsprüfschaltung eingerichtet ist, welche das Vorhandensein einer elektrischen Nennspannung an einem hoch- oder mittelspannungsführenden Bauteil über eine kapazitiv an das Bauteil ankoppelbare Koppelelektrode prüft, wobei die Spannungsprüfanzeigeschaltung eingangsseitig an eine Messbeschaltung ankoppelbar ist, die mit der Koppelelektrode einen Spannungsteiler eines diesen enthaltenden Koppelteils bildet.
Derartige Spannungsanzeigevorrichtungen sind insbesondere für Spannungsprüfsysteme, die das Vorhandensein einer Nennspannung an Bauteilen von Hoch- oder Mittelspannungsanlagen prüfen, in verschiedenen Ausprägungen gebräuchlich. Dabei sind in vielen Ländern auch einschlägige Normen bei der Auslegung solcher Spannungsprüfsysteme und Spannungsanzeigevorrichtungen zu beachten, wie beispielsweise in Deutschland die Norm VDE 0682 Teil 415 bzw. IEC 61243-5.
Ein entsprechendes Prüfgerät zur Anzeige des Vorhandenseins der elektrischen Spannung in Hoch- oder Mittelspannungsanlagen oder -geräten ist in der Offenlegungsschrift DE 43 23 731 A1 offenbart. Das dortige Prüfgerät weist zwei in das Koppelteil integrierte parallele Messpfade auf, um nicht nur das erkannte Vorhandensein der Nennspannung im normalen, fehlerfreien Fall, sondern auch einen Warnhinweis in einer Situation anzeigen zu können, bei der zwar die Nennspannung am zu prüfenden Bauteil anliegt, das die Koppelelektrode und zusätzliche Schaltungselemente enthaltende Koppelteil aber z. B. aufgrund altersbedingter Änderungen nur noch ein schwächeres Signal abgibt. Dazu weist die dortige Anzeigevorrichtung zwei definierte Ansprechschwellen auf. Diese Schaltungsauslegung übernimmt damit auch die in der oben angegebenen Norm vorgeschriebene Wiederholungsprüfung zur Überwachung des Isolationswiderstands des Koppelteils und in gewissem Umfang eine Eigenprüffunktion für die Anzeigevorrichtung.
In Weiterentwicklungen, wie sie in den Offenlegungsschriften DE 197 51 654 A1 und DE 103 04 396 A1 offenbart sind, kann die Eigenfunktionsprüfung der Anzeigevorrichtung auch ohne Energie vom spannungsführenden Bauteil durchgeführt werden, wozu Hilfsenergie extern zugeführt oder durch einen Energiespeicher, insbesondere einen Speicherkondensator, bereitgestellt oder durch eine Bedienbetätigung eines Nutzers intern generiert wird.
In einer Weiterentwicklung, wie sie in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2004 010 521 U1 offenbart ist, kann die Anzeigevorrichtung als separates Gerät an das Koppelteil angekoppelt werden und enthält eine sekundäre kapazitive Messbeschaltung parallel zur üblichen kapazitiven Messbeschaltung des Koppelteils. Dadurch soll die Anzeigevorrichtung auch für z. B. wegen Isolationsverlust nicht mehr normkonforme hochohmige Systeme (sogenannte HR-Systeme) verwendet werden können, insbesondere für sogenannte niederohmige LRM-Systeme.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2009 005 966 U1 offenbart eine Weiterentwicklung der an das Koppelteil anschließbaren Spannungsanzeigevorrichtung der DE 20 2004 010 521 U1 dergestalt, dass für die sekundäre Messbeschaltung in der Anzeigevorrichtung variabel zwischen mehreren verschiedenen Messkapazitätswerten gewählt werden kann, um die richtige Dimensionierung dieser sekundären Messkapazität auch dann zu finden, wenn die hierfür relevanten Einflussparameter des Koppelteils nicht alle bekannt sind. Wenn die sekundäre Messkapazität zu groß ist, kann fälschlich eine Anzeige wie bei z. B. aufgrund Isolationsverlust nicht mehr ordnungsgemäßem Koppelteil erscheinen, obwohl das Koppelteil ein ordnungsgemäßes, normgerechtes Ausgangssignal liefert, oder das Vorhandensein der Nennspannung wird fälschlich gar nicht mehr angezeigt. Wenn andererseits der sekundäre Messkapazitätswert zu klein ist, kann die Anzeige fälschlich auf ein ordnungsgemäßes Koppelteil schließen lassen, obwohl dessen Messbeschaltung z. B. durch Isolationsverlust kein normgerechtes Ausgangssignal mehr liefert. Zur Lösung dieser Dimensionierungsaufgabe wird dort vorgeschlagen, in der Anzeigevorrichtung parallel zur sekundären Messkapazität eine zusätzlich zuschaltbare Kapazität vorzusehen. Ein normgerechter Wert für die sekundäre Messkapazität wird dann dadurch gefunden, dass nach Zuschaltung dieser Zusatzkapazität eine Mindestsignal-Anzeigestufe erlöschen und eine Prüfsignal-Anzeigestufe bestehen bleiben muss, wobei auch die dortige Anzeige zwei durch entsprechende Ansprechschwellen definierte, parallele Anzeigestufen bzw. Messpfade zum Anzeigen eines Prüfsignals bezüglich Anliegen der Nennspannung und eines Mindestsignals bezüglich ordnungsgemäßem Koppelteil aufweist.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Spannungsanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die hinsichtlich ihrer Anzeigefunktion gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik weiter verbessert ist und insbesondere auch ermöglicht, Isolationsverluste der Koppelelektrode zu erkennen und/oder bei vorhandener sekundärer Messbeschaltung deren Dimensionierung ohne zusätzliche Referenzkomponenten bzw. Schaltungsbauteile vornehmen zu können.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Spannungsanzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Spannungsanzeigevorrichtung weist mindestens drei Anzeigestufen auf, von denen eine erste Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung der Spannungsanzeigevorrichtung auf oder über einem ersten vorgebbaren Spannungsschwellwert liegt, eine zweite Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem zweiten vorgebbaren Spannungsschwellwert liegt, der höher als der erste Spannungsschwellwert ist, und eine dritte Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem dritten vorgebbaren Spannungsschwellwert liegt, der höher als der zweite Spannungsschwellwert ist.
Verglichen mit dem oben erwähnten Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Spannungsanzeigevorrichtung zusätzlich die dritte Anzeigestufe auf. Mit dieser ermöglicht die erfindungsgemäße Spannungsanzeigevorrichtung beispielsweise das Erkennen eines übermäßig hohen Isolationsverlustes der Koppelelektrode und/oder das Erkennen eines zu kleinen Kapazitätswertes bei der Dimensionierung der sekundären Messkapazität, wenn eine solche in der Anzeigevorrichtung vorgesehen ist. Eine zusätzlich zuschaltbare Kapazität oder irgendwelche anderen zusätzlichen Schaltungskomponenten sind daher für diese Dimensionierungsaufgabe oder zur Überprüfung der Dimensionierung dieser sekundären Messkapazität bei der erfindungsgemäßen Spannungsanzeigevorrichtung nicht erforderlich.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 weist die Spannungsanzeigevorrichtung die schon erwähnte, dimensionierbare sekundäre Messkapazität auf. Deren Dimensionierung erfolgt z. B. durch Auswahl einer von mehreren verfügbaren Kapazitäten unterschiedlicher Kapazitätswerte unter alleiniger Benutzung der Anzeigestufen bei Ankopplung des Koppelteils an das die Nennspannung führende Bauteil. Vom Koppelteil ist dazu bekannt oder vorab verifiziert, dass es ordnungsgemäß, fehlerfrei arbeitet. Wenn in diesem Fall höchstens die erste Anzeigestufe aktiviert ist, während die beiden anderen Anzeigestufen deaktiviert bleiben, weist dies auf einen zu großen Kapazitätswert der sekundären Messkapazität hin. Wenn andererseits alle drei Anzeigestufen aktiviert sind, weist dies auf einen zu kleinen sekundären Messkapazitätswert hin. Ein richtiger sekundärer Messkapazitätswert im normgemäßen Bereich ist demgemäß gefunden, wenn die erste und zweite Anzeigestufe aktiviert sind, die dritte Anzeigestufe hingegen nicht aktiviert ist. Damit erleichtert die erfindungsgemäße Spannungsanzeigevorrichtung die Dimensionierung der sekundären Messkapazität und die Überprüfung dieser Dimensionierung beträchtlich.
In einer weiteren Ausgestaltung ist gemäß Anspruch 3 die sekundäre Messkapazität so gewählt, dass sie mindestens das Zehnfache der Kapazität der Koppelelektrode beträgt. Dies beugt dem Auftreten von unerwünscht hohen Eingangsspannungen für die Spannungsanzeigevorrichtung und dem Entstehen von Leckströmen gegen Masse im Koppelteil vor.
In einer anderweitigen Ausgestaltung werden gemäß Anspruch 4 zur Dimensionierung der sekundären Messkapazität eine Mehrzahl diskreter Kapazitäten zur Auswahl bereitgestellt, von denen sich bei größenmäßiger Sortierung der jeweils nächst höhere Kapazitätswert vom vorangegangenen entsprechend einer halben Schrittweite zwischen dem zweiten und dritten Spannungsschwellwert unterscheidet. Dies gewährleistet, dass immer mindestens ein Kapazitätswert für die sekundäre Messkapazität derart gefunden werden kann, dass bei ordnungsgemäßem Spannungsprüfbetrieb die Eingangsspannung im Bereich zwischen dem zweiten und dritten Spannungsschwellwert liegt, wobei das ordnungsgemäße Anzeigen der anliegenden Nennspannung am zu prüfenden Bauteil darin besteht, dass die erste und die zweite Anzeigestufe aktiviert sind, während die dritte Anzeigestufe deaktiviert ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Spannungsanzeigevorrichtung so ausgelegt, dass durch Erreichen oder Überschreiten des ersten Spannungsschwellwertes signalisiert wird, dass am zu prüfenden spannungsführenden Bauteil Nennspannung anliegt, insbesondere mindestens zu einem vorgebbaren Prozentsatz von beispielsweise 10%, dass bei anliegender Nennspannung ein Isolationsverlust an der Koppelteil-Messbeschaltung signalisiert wird, wenn die Eingangsspannung zwischen dem ersten und zweiten Spannungsschwellwert liegt, eine ordnungsgemäße Funktion des Koppelteils signalisiert wird, wenn die Eingangsspannung zwischen dem zweiten und dritten Spannungsschwellwert liegt, und ein Isolationsverlust der Koppelelektrode signalisiert wird, wenn die Eingangsspannung den dritten Spannungsschwellwert erreicht oder überschreitet. Dadurch ist die Anzeigefunktionalität gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik erweitert.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist der zweite Spannungsschwellwert so gewählt, dass der erste Spannungsschwellwert 45% × √3 des zweiten Schwellwertes beträgt. Alternativ oder zusätzlich ist der dritte Spannungsschwellwert so gewählt, dass der erste Spannungsschwellwert 10% × √3 hiervon beträgt. Diese Abstufung entspricht Vorgaben in der oben zitierten Norm.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 weist die Spannungsanzeigevorrichtung zusätzlich eine Eigenprüfschaltung auf, die ohne externe Hilfsenergie auskommt und eine Eigenprüfung der Spannungsanzeigevorrichtung allein gespeist durch die Energie ermöglicht, die ein Benutzer durch eine geeignete Bedienbetätigung erzeugt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
1 ein Schaltbild eines Spannungsprüfsystems mit üblichem Koppelteil und einer an das Koppelteil anschließbaren Spannungsanzeigevorrichtung mit drei Anzeigestufen,
2 eine schematische Darstellung der durch die drei Anzeigestufen realisierbaren Anzeigefunktionen der Spannungsanzeigevorrichtung von 1 und
3 ein detaillierteres Schaltbild einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung der Spannungsanzeigevorrichtung.
Das in 1 gezeigte Spannungsprüfsystem ist zur Prüfung des Vorhandenseins einer elektrischen Nennspannung an einem hoch- oder mittelspannungsführenden Bauteil 1 eingerichtet. Dazu weist es ein Koppelteil 2 herkömmlichen Aufbaus auf, das eine Koppelelektrode C1 beinhaltet, über die das Koppelteil 2 kapazitiv an das zu prüfende spannungsführende Bauteil 1 ankoppelbar ist. Das Koppelteil 2 weist außer dem eine Messbeschaltung auf, die im gezeigten Beispiel durch eine Messkapazität C2 gebildet ist, die mit der Koppelelektrode C1 einen kapazitiven Spannungsteiler zwischen Masse und der Spannung auf dem zu prüfenden Bauteil bildet. Vorzugsweise ist das Spannungsprüfsystem als dreiphasiges Prüfsystem realisiert, wobei der Einfachkeit und Übersichtlichkeit halber in 1 nur die Anordnung für einen Leiter L1 von den dann drei Leitern gezeigt ist. Die Anordnung für die beiden anderen Leiter ergibt sich in üblicher, dem Fachmann bekannter Weise und bedarf hier keiner näheren Erläuterung.
Die beiden Anschlussseiten der Messkapazität C2 sind zu je einem Ausgang des Koppelteils 2 geführt, so dass die beiden Ausgänge eine Schnittstelle 3 bilden, an der das von der Messkapazität C2 bereitgestellte Messsignal abgegriffen werden kann. Parallel zur Messkapazität C2 ist zwischen die Ausgangsleitungen des Koppelteils 2 ein spannungsbegrenzendes Sollbruchelement 4 eingeschleift.
Weiter umfasst das in 1 dargestellte Spannungsprüfsystem eine erfindungsgemäße Spannungsanzeigevorrichtung 5, die mit zwei Eingangsanschlüssen 6 an die Schnittstelle 3 des Koppelteils 2 anschließbar ist. Die beiden Eingänge 6 sind zu einer Auswerteschaltung 7 geführt, wobei die Spannungsanzeigevorrichtung 5 zudem eine in ihrem Kapazitätswert variabel wählbare Sekundärkapazität C3 aufweist, die vor der Auswerteschaltung 7 zwischen die beiden Eingänge bzw. Eingangsleitungen 6 eingeschleift ist.
Die Auswerteschaltung 7 ist dreistufig ausgelegt, d. h. es sind drei Ansprechschwellen durch Vorgabe entsprechender Spannungsschwellwerte implementiert, mit denen eine von der Ausgangsschnittstelle 3 des Koppelteils 2 gelieferte Eingangsspannung Ue für die Spannungsanzeigevorrichtung 5 verglichen wird. Abhängig vom Vergleichsresultat steuert die Auswerteschaltung 7 einen Anzeigeteil der Spannungsanzeigevorrichtung 5 an, der im gezeigten Beispiel drei separate Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 umfasst.
Die Spannungsanzeigevorrichtung 5 weist außerdem eine Eigenprüfschaltung auf, die Eigenprüfvorgänge für die Spannungsanzeigevorrichtung 5 auch in Situationen ermöglicht, in denen keine Energie vom zu prüfenden spannungsführenden Bauteil 1 zur Verfügung steht, sei es, dass an dem Bauteil 1 gerade keine Spannung anliegt oder das Koppelteil 2 nicht an dieses angekoppelt ist oder die Spannungsanzeigevorrichtung 5 nicht an das Koppelteil 2 angeschlossen ist. Durch Ausbleiben, d. h. Nichterscheinen, einer Anzeigeinformation während der Anzeigenprüfung durch die Eigenprüfschaltung kann ein Anzeigendefekt eindeutig von einer Anzeige eines Fehlerzustands unterschieden werden, auch bei anstehender Nennspannung. Hierfür wird immer eine genügend große Energie von der Eigenprüfschaltung eingekoppelt, die zur Aktivierung aller Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 ausreicht, unabhängig von dem am Eingang 6 der Spannungsanzeigevorrichtung 5 anstehenden Signal. Die zur Durchführung von Eigenprüfvorgängen notwendige Energie wird von der Eigenprüfschaltung selbst bereitgestellt, speziell dadurch, dass die Eigenprüfschaltung eine Bedienschnittstelle 9, die an der Spannungsanzeigevorrichtung 5 angeordnet ist, und eine Energiewandlereinheit umfasst, die bei Betätigung der Bedienschnittstelle 9 durch einen Benutzer 10 an der Bedienschnittstelle 9 anfallende, typischerweise mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, mit der dann der Eigenprüfvorgang durchgeführt wird. Die Bedienschnittstelle 9 repräsentiert dabei in 1 stellvertretend die gesamte Eigenprüfschaltung, die auch im übrigen von einem herkömmlichen Aufbau ist, was folglich hier keiner näheren Erläuterungen bedarf. Insbesondere kann es sich bei der Eigenprüfschaltung beispielsweise um eine solche handeln, wie sie in der oben erwähnten DE 103 04 396 A1 beschrieben ist. Mit der Eigenprüfschaltung 9 können insbesondere die Auswerteschaltung 7 und der Anzeigeteil mit den drei Anzeigeelementen 8.1, 8.2, 8.3 auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden.
Die dreistufige Anzeigefunktionalität der Spannungsanzeigevorrichtung 5 beinhaltet durch entsprechende Realisierung der Auswerteschaltung 7 die Vorgabe eines ersten Spannungsschwellwertes S1, eines gegenüber diesem höheren zweiten Spannungsschwellwertes S2 und eines gegenüber diesem höheren dritten Schwellwertes S3, wie sie in 2 schematisch und nicht maßstäblich mit von unten nach oben zunehmender Spannung U wiedergegeben sind. Wie in 2 weiter gezeigt, teilen die drei Spannungsschwellwerte S1, S2, S3 den Wertebereich für die Eingangsspannung Ue in vier Teilbereiche auf, einen ersten Bereich I unterhalb des ersten Schwellwertes S1, einen zweiten Bereich II zwischen dem ersten und zweiten Schwellwert S1, und S2, einen dritten Bereich III zwischen dem zweiten und dritten Schwellwert S2 und S3 und einen vierten Bereich IV über dem dritten Schwellwert S3.
Die Auswerteschaltung 7 ist so ausgelegt, dass sie ein erstes Anzeigeelement, z. B. das in 1 unterste Anzeigeelement 8.1, aktiviert, sobald die Eingangsspannung Ue den ersten Schwellwert S1 erreicht oder überschreitet. Weiter aktiviert sie ein zweites Anzeigeelement, z. B. das in 1 mittlere Anzeigeelement 8.2, sobald die Eingangsspannung Ue den zweiten Schwellwert S2 erreicht oder überschreitet. Schließlich aktiviert die Auswerteschaltung 7 auch das letzte Anzeigeelement, z. B. in 1 das oberste Anzeigeelement 8.3, sobald die Eingangsspannung Ue den dritten Schwellwert S3 erreicht oder überschreitet. In 2 sind die Anzeigezustände der drei Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 für das soeben geschilderte Beispiel symbolisch wiedergegeben, wobei ein leerer Kreis ein deaktiviertes Anzeigeelement und ein Kreis mit Kreuz ein aktiviertes Anzeigeelement repräsentiert.
Die Schwellwerte S1, S2, S3 können auf für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Werte festgelegt werden. Für eine der Norm VDE 0682 Teil 415 bzw. IEC 61243-5 entsprechende Auslegung der Spannungsanzeigevorrichtung 5 wird beispielsweise der erste Schwellwert S1 gleich der normgemäßen Mindestansprechspannung gewählt, die an der Ausgangsschnittstelle 3 des Koppelteils 2 mindestens anliegt, wenn das Koppelteil 2 an das spannungsführende Bauteil 1 angekoppelt ist und nur zwischen 10% und 45% der Nennspannung an dem Bauteil 1 anliegt oder die Koppelteil-Ausgangsspannung z. B. wegen eines altersbedingten Isolationsverlustes an der Messbeschaltung C2 nicht mehr ihren Normalwert erreicht, wie er bei fehlerfreiem Koppelteil 2 vorliegt. Dies entspricht der Anzeige des Spannungsprüfsignals bei den zweistufigen Anzeigen im eingangs erwähnten Stand der Technik.
Der zweite Spannungsschwellwert S2 wird entsprechend der besagten Norm z. B. so gewählt, dass der erste Spannungsschwellwert S1 im einphasigen Fall √3 × 45% des zweiten Schwellwertes S2 beträgt, d. h. S1 = √3 × 45% × S2. Der zweite Schwellwert S2 repräsentiert dann die minimale Sekundärspannung, d. h. Koppelteil-Ausgangsspannung bzw. Eingangsspannung Ue der Spannungsanzeigevorrichtung 5, bei noch ordnungsgemäß arbeitendem Koppelteil 2 und am zu prüfenden Bauteil 1 anliegender Nennspannung. Der zweite Schwellwert S2 korrespondiert folglich mit dem sogenannten Mindestanzeigesignal bei den zweistufigen Anzeigen des eingangs erwähnten Standes der Technik.
Um die weitere Bedingung der besagten Norm zu erfüllen, dass dem Benutzer ein Überschreiten eines zu einer Primärspannung von 10% korrespondierenden Maximalwertes der Sekundärspannung angezeigt wird, kann der dritte Schwellwert S3 so gewählt werden, dass der erste Schwellwert S1 √3 × 10% hiervon beträgt, d. h. S1 = √3 × 10% × S3.
Bei dieser vorteilhaften, normgemäßen Wahl der drei Schwellwerte S1, S2, S3 ergibt sich folgende Anzeigefunktionalität. Wenn die Eingangsspannung Ue unter dem ersten Schwellwert S1 und damit im ersten Bereich I bleibt, signalisiert dies, dass eine Spannung kleiner 10% der Nennspannung am zu prüfenden Bauteil 1 anliegt bzw. das Koppelteil 2 nicht daran angekoppelt ist oder die Spannungsanzeigevorrichtung 5 nicht an das Koppelteil 2 angeschlossen ist. In diesem Fall bleiben alle drei Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 deaktiviert. Wenn die gemessene Eingangsspannung Ue im zweiten Bereich II zwischen dem ersten Schwellwert S1 und dem zweiten Schwellwert S2 liegt, signalisiert dies, dass eine Spannung zwischen 10% und 45% der Nennspannung am zu prüfenden Bauteil 1 anliegt oder bei erwarteter Nennspannung das Koppelteil 2 nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet, insbesondere aufgrund eines übermäßigen Isolationsverlustes an der Messbeschaltung C2, und nur noch ein verringertes Ausgangssignal liefert. In diesem Fall ist nur das zum ersten Schwellwert S1 gehörige, in 1 z. B. unterste Anzeigeelement 8.1 aktiviert.
Wenn die Eingangsspannung Ue im dritten Bereich III zwischen dem zweiten Schwellwert S2 und dem dritten Schwellwert S3 liegt, signalisiert dies den Normalfall, bei dem Nennspannung am zu prüfenden Bauteil 1 anliegt und das Koppelteil 2 ordnungsgemäß arbeitet. Dies wird dadurch angezeigt, dass die zum ersten und zweiten Schwellwert S1, S2 gehörigen Anzeigeelemente, z. B. die beiden in 1 unteren Anzeigeelemente 8.1, 8.2, aktiviert sind, während das dritte Anzeigeelement, z. B. das Anzeigeelement 8.3, deaktiviert bleibt. Wenn die Eingangsspannung Ue über dem dritten Schwellwert S3 im vierten Bereich IV liegt, signalisiert dies eine zu hohe Koppelteil-Ausgangsspannung bei am zu prüfenden Bauteil 1 anliegender Nennspannung. Dies kann insbesondere durch einen übermäßigen Isolationsverlust der Koppelelektrode C1 oder eine falsche Dimensionierung der sekundären Messkapazität C3 verursacht sein. Diese Situation wird von der Spannungsanzeigevorrichtung 5 dadurch angezeigt, dass alle drei Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 aktiviert sind.
Die erwähnte, charakteristische, mindestens dreistufige Auslegung der Auswerteschaltung 7 und des von ihr angesteuerten Anzeigeteils ermöglicht nicht nur die oben beschriebene, vorteilhafte Prüfung auf das Vorhandensein der Nennspannung an einem hoch- oder mittelspannungsführenden Bauteil 1 über das kapazitive Koppelteil 2, sondern lässt sich zudem vorteilhaft dazu verwenden, die sekundäre Messkapazität C3 der Spannungsanzeigevorrichtung 5 zu dimensionieren und zu überprüfen, ohne dazu anderweitige Hilfselemente bzw. Referenzkomponenten zu benötigen.
Zur Durchführung dieser Dimensionierungsaufgabe, d. h. der Bestimmung eines normgerechten Kapazitätswertes für die variable sekundäre Messkapazität C3, wird lediglich vorausgesetzt, dass das Koppelteil 2 ordnungsgemäß arbeitet, d. h. dass es insbesondere keine normabweichenden Isolationsverluste der Koppelelektrode C1 und der Messbeschaltung C2 aufweist. Hingegen brauchen die genauen Kapazitätswerte der Koppelelektrode C1 und der Messbeschaltung C2 und demgemäß auch die genauen Spannungen und Ströme an der Koppelteil-Ausgangsschnittstelle 3 nicht bekannt sein bzw. messtechnisch erfasst werden.
Für die Dimensionierung der sekundären Messkapazität werden vorzugsweise eine gewisse Anzahl diskreter Kapazitäten mit unterschiedlichen Kapazitätswerten bereitgestellt, von denen dann ein geeigneter ausgewählt wird. Dafür wird zunächst eine beliebige erste Kapazität als die sekundäre Messkapazität C3 herangezogen und damit ein normaler Spannungsprüfvorgang durchgeführt, bei dem am zu prüfenden Bauteil 1 die Nennspannung anliegt, das Koppelteil 2 an das spannungsführende Bauteil 1 angekoppelt ist und die Spannungsanzeigevorrichtung 5 an das Koppelteil 2 angeschlossen ist. Wenn bei diesem normalen Spannungsprüfvorgang die Spannungsanzeigevorrichtung 5 anzeigt, dass die Eingangsspannung Ue im dritten Bereich III liegt, bedeutet dies bereits eine richtige Dimensionierung der sekundären Messkapazität C3, da die Eingangsspannung Ue, wie oben beschrieben, in eben diesem Bereich III liegen soll, wenn die Nennspannung am zu prüfenden Bauteil 1 anliegt und das Koppelteil 2 ordnungsgemäß arbeitet. Die Spannungsanzeigevorrichtung 5 signalisiert dies dadurch, dass die erste und die zweite Anzeigestufe aktiviert sind, während die dritte Anzeigestufe deaktiviert bleibt.
Wenn sich hingegen bei diesem Dimensionierungs-Spannungsprüfvorgang ergibt, dass außer der dritten Anzeigestufe auch die zweite Anzeigestufe deaktiviert bleibt, signalisiert dies eine zu geringe Eingangsspannung Ue. Im Rahmen der Dimensionierungsaufgabe bedeutet dies einen zu groß gewählten Kapazitätswert für die sekundäre Messkapazität C3. In einem nächsten Schritt wird folglich in diesem Fall eine andere Kapazität mit niedrigerem Kapazitätswert für die sekundäre Messkapazität C3 herangezogen.
Wenn hingegen bei dem Dimensionierungs-Spannungsprüfvorgang alle drei Anzeigestufen aktiviert sind, signalisiert dies eine zu hohe, im vierten Bereich IV von 2 liegende Eingangsspannung Ue, was bedeutet, dass die gewählte sekundäre Messkapazität C3 zu niedrig ist. In diesem Fall wird dann im nächsten Schritt ein höherer Kapazitätswert für die sekundäre Messkapazität C3 herangezogen.
Die verschiedenen Kapazitätswerte, zwischen denen die sekundäre Messkapazität C3 geeignet ausgewählt wird, bis der Dimensionierungs-Prüfvorgang die richtige Dimensionierung ergibt, bei welcher die Eingangsspannung Ue im dritten Bereich III von 2 liegt, können in einer effektiven Weise derart bereitgestellt werden, dass sich ein jeweils nächst höherer Kapazitätswert vom nächst niedrigeren Kapazitätswert um einen Differenzwert unterscheidet, welcher der halben Spannweite des dritten Bereichs III von 2 entspricht, d. h. der Hälfte des Abstands des dritten Schwellwertes S3 vom zweiten Schwellwert S2. Die Bereitstellung einer solchen Reihe möglicher Kapazitäten für die sekundäre Messkapazität hat zur Folge, dass mit Sicherheit immer ein Kapazitätswert gefunden werden kann, mit dem die sekundäre Messkapazität C3 richtig dimensioniert ist, d. h. die Eingangsspannung Ue im fehlerfreien Betrieb dann im dritten Bereich III liegt, ohne andererseits eine unnötig hohe Anzahl verschiedener Kapazitätswerte bereitstellen zu müssen.
Die verschiedenen Kapazitätswerte können beispielsweise austauschbar im Wechsel als sekundäre Messkapazität in die Spannungsanzeigevorrichtung 5 eingesetzt werden, oder sie werden alternativ sämtlich in die Spannungsanzeigevorrichtung 5 zusammen mit einem geeigneten Schaltmittel eingebaut, mit welchem dann jeweils eine dieser Kapazitäten als die sekundäre Messkapazität C3 in den betreffenden Stromkreis hineingeschaltet werden kann.
Darüber hinaus wird für die Dimensionierung der sekundären Messkapazität C3 vorzugsweise darauf geachtet, dass deren Kapazitätswert um mindestens das Zehnfache über dem Kapazitätswert der Koppelelektrode C1 liegt. Dies gewährleistet, dass keine zu großen Sekundärspannungen an der Ausgangsschnittstelle 3 des Koppelteils 2 auftreten und dem Entstehen von Leckströmen gegen Masse im Koppelteil 2 vorgebeugt wird. Denn die Spannungsanzeigevorrichtung 5 bleibt dadurch bezüglich ihrer Eingangsimpedanz immer wesentlich niederohmiger als die Koppelelektrode C1, was das Koppelteil 2 gegen Isolationsverlust schützt.
Schließlich ermöglicht die charakteristisch vorteilhafte Dimensionierung der sekundären Messkapazität C3 bei der erfindungsgemäßen Spannungsanzeigevorrichtung 5 bei Bedarf auch eine Nachjustierung der sekundären Messkapazität C3, um ein normabweichendes Verhalten des Koppelteils 2 zu kompensieren. Wenn beispielsweise ein merklicher Isolationsverlust der Koppelelektrode C1 auftritt und dadurch das normale Prüfanzeigesignal droht, vom zugehörigen Anzeigebereich III gemäß 2 in den Bereich IV abzudriften, kann dem durch Wahl einer höheren sekundären Messkapazität C3 entgegengewirkt werden. Umgekehrt kann dem Fall, dass aufgrund eines übermäßigen Isolationsverlustes der Koppelteil-Messbeschaltung C2 das normale Prüfsignal vom Normalbereich III in den Bereich II gemäß 2 abzudriften droht, dadurch entgegengewirkt werden, dass eine kleinere sekundäre Messkapazität C3 gewählt wird. In beiden Fällen lässt sich folglich durch geeignete Nachjustierung der sekundären Messkapazität C3 trotz eines erkannten nachträglichen Isolationsverlustes an der Koppelelektrode C1 oder der Koppelteil-Messkapazität C2 ein korrektes Anzeigeverhalten der Spannungsanzeigevorrichtung aufrechterhalten, bei dem das Anliegen der Nennspannung am spannungsführenden Bauteil dadurch angezeigt wird, dass das Eingangssignal Ue im Bereich III von 2 liegt, d. h. dass die erste und die zweite Anzeigestufe aktiviert sind und die dritte Anzeigestufe deaktiviert ist.
Für die konkrete schaltungstechnische Ausführung der Auswerteschaltung 7 stehen dem Fachmann verschiedene, ihm geläufige Möglichkeiten zur Verfügung, die daher hier keiner näheren Erläuterung bedürfen. Insbesondere kann er die bekannten zweistufigen Anzeigevorrichtungen aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik geeignet um die dritte Anzeigestufe erweitern, wozu ihm die obige Beschreibung alle notwendigen Informationen an die Hand gibt.
3 zeigt die Spannungsanzeigevorrichtung 5 mit einer möglichen schaltungstechnischen Ausführung der Auswerteschaltung 7. Wie daraus ersichtlich, sind die drei Anzeigestufen in diesem Fall von drei parallelen Anzeigepfaden gebildet, die jeweils ein Schwellwertbauelement 7.1, 7.2, 7.3 in Reihe zu je einem zugehörigen der drei Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 beinhalten. Die Schwellwertbauelemente 7.1, 7.2, 7.3 sind mit den benötigten Spannungsschwellwerten dimensioniert, wie sie oben erläutert wurden. Bei den Schwellwertbauelementen 7.1, 7.2, 7.3 kann es sich z. B. um entsprechende Zener-Dioden oder andere herkömmliche Spannungs- oder Stromschwellwertbauelemente handeln.
Weiter beinhaltet die Auswerteschaltung 7 in der Realisierung von 3 eine Koppelimpedanz 7.4 für die Eigenprüfvorrichtung 9, wobei die Koppelimpedanz 7.4 so dimensioniert ist, dass die von der Eigenprüfschaltung 9 generierte Energie unabhängig vom Signal, das an der Eingangsseite 6 der Spannungsanzeigevorrichtung anliegt, stets ausreicht, alle drei Anzeigeelemente 8.1, 8.2, 8.3 gegebenenfalls gleichzeitig zu aktivieren. Auf diese Weise können alle drei Anzeigestufen auf ordnungsgemäße Funktion mit Hilfe der Eigenprüfschaltung 9 auch in Zeiträumen geprüft werden, in denen der Spannungsanzeigevorrichtung 5 die hierfür erforderliche Energie nicht über ihren mit dem Koppelteil 2 koppelbaren Eingang 6 zugeführt wird, also auch in Zeiträumen, in denen am zu prüfenden Bauteil 1 keine Spannung anliegt oder das Koppelteil 2 nicht an das Bauteil 1 angekoppelt ist oder die Spannungsanzeigevorrichtung 5 nicht an das Koppelteil 2 angeschlossen ist.
Es versteht sich, dass für den Anzeigenteil, d. h. die drei Anzeigeelemente, jedwede herkömmliche Anzeigeelemente optischer, akustischer oder anderer Art einsetzbar sind, wie dies ebenfalls auch z. B. aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt ist. So können die drei Anzeigeelemente z. B. als optische Anzeigelämpchen oder Anzeigeflächen, als entsprechende Teile einer LCD-Anzeige etc. realisiert sein.
Es versteht sich weiter, dass in alternativen Ausführungsformen die erfindungsgemäße Spannungsanzeigevorrichtung auf Wunsch auch mehr als drei Anzeigestufen mit entsprechend mehr als drei Ansprechschwellen beinhalten kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4323731 A1 [0003]
DE 19751654 A1 [0004]
DE 10304396 A1 [0004, 0024]
DE 202004010521 U1 [0005, 0006]
DE 202009005966 U1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm VDE 0682 Teil 415 [0002]
IEC 61243-5 [0002]
Norm VDE 0682 Teil 415 [0027]
IEC 61243-5 [0027]

Claims

Spannungsanzeigevorrichtung, die zur Spannungsanzeige bei einer kapazitiven Spannungsprüfschaltung eingerichtet ist, welche das Vorhandensein einer elektrischen Nennspannung an einem hoch- oder mittelspannungsführenden Bauteil über eine kapazitiv an das Bauteil ankoppelbare Koppelelektrode (C1) prüft, wobei die Spannungsanzeigevorrichtung eingangsseitig an eine Messbeschaltung (C2) ankoppelbar ist, die mit der Koppelelektrode einen Spannungsteiler eines diesen enthaltenden Koppelteils bildet und eine Eingangsspannung für die Spannungsanzeigevorrichtung bereitstellt, und wobei die Spannungsanzeigevorrichtung mindestens drei Anzeigestufen aufweist, von denen eine erste Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem ersten vorgebbaren Schwellwert liegt, eine zweite Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem zweiten vorgebbaren Schwellwert liegt, der höher als der erste Schwellwert ist, und eine dritte Anzeigestufe aktiviert ist, wenn die Eingangsspannung auf oder über einem dritten vorgebbaren Schwellwert liegt, der höher als der zweite Schwellwert ist.
Spannungsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch eine einstellbare sekundäre Messkapazität (C3), die dadurch dimensioniert ist, dass bei anliegender Nennspannung am spannungsführenden Bauteil und ordnungsgemäß arbeitendem Koppelteil die erste und die zweite Anzeigestufe aktiviert und die dritte Anzeigestufe nicht aktiviert sind, während die sekundäre Messkapazität kleiner zu wählen ist, wenn mindestens die zweite und dritte Anzeigestufe nicht aktiviert sind, und größer zu wählen ist, wenn alle drei Anzeigestufen aktiviert sind.
Spannungsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Kapazitätswert der sekundären Messkapazität mindestens das Zehnfache des Kapazitätswertes der Koppelelektrode beträgt.
Spannungsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Messkapazität durch Wahl einer von mehreren diskreten Kapazitätswerten dimensioniert ist, von denen sich bei größenmäßiger Sortierung ein jeweils nächst höherer Kapazitätswert vom vorausgehenden Kapazitätswert um die halbe Breite des Abstands zwischen dem zweiten und dritten Schwellwert unterscheidet.
Spannungsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie dafür ausgelegt ist, das Anliegen wenigstens eines vorgebbaren Prozentsatzes der Nennspannung am spannungsführenden Bauteil zu signalisieren, wenn die Eingangsspannung auf oder über dem ersten Schwellwert liegt, einen Isolationsverlust der Koppelteil-Messbeschahtung zu signalisieren, wenn die Eingangsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert liegt, ein ordnungsgemäß arbeitendes Koppelteil zu signalisieren, wenn die Eingangsspannung zwischen dem zweiten und dritten Schwellwert liegt, und/oder einen Isolationsverlust der Koppelelektrode zu signalisieren, wenn die Eingangsspannung auf oder über dem dritten Schwellwert liegt.
Spannungsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert etwa √3 × 45% des zweiten Schwellwertes und/oder etwa √3 × 10% des dritten Schwellwertes beträgt.
Spannungsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter gekennzeichnet durch eine Eigenprüfschaltung, die zur Durchführung einer Eigenprüfung der Spannungsanzeigevorrichtung eingerichtet ist und ein Energieversorgungsmittel beinhaltet, das die zur Durchführung des Eigenprüfvorgangs nötige Energie aus einer Nutzerbetätigung einer Bedienschnittstelle generiert und eine diskriminierende Auswertung für die Zustände defekte Anzeige oder nicht vorhandene Anzeige sowohl bei anstehender als auch bei nicht anstehender Nennspannung ermöglicht, wobei die generierte Energie so bemessen ist, dass sie zur Aktivierung aller Anzeigestufen ausreicht.