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Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für einen Überspannungsableiter und insbesondere eine Kombination eines Ansprechzählers/Impulszählers und eines Leckstrommessgerätes.
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Überspannungsableiter für höhere Spannungen sind heutzutage aus einer Reihenschaltung mit einer Vielzahl von Varistoren aufgebaut. Diese Überspannungsableiter werden über viele Jahre in Hochspannungsanlagen betrieben. Sie unterliegen dabei Alterungsprozessen, zum Teil aufgrund von Umwelteinflüssen, zum Teil aufgrund von Ableiterereignissen, wie dem Ansprechen des Überspannungsableiters auf eine Überspannung.
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Anders gesagt, im Verlauf der Betriebszeit des Überspannungsableiters können sich folgende Probleme ergeben:
Häufige Stoßstrombelastung mit hoher Amplitude oder energiereiche Entladungsvorgänge führen zu irreversiblen Veränderungen der Varistor-Kennlinie (Degradation). Dadurch steigt der Steuer- oder Leckstrom des Überspannungsableiters an. Der Leckstrom ist der Strom, der bei der dauernd anliegenden betriebsfrequenten Spannung durch den Überspannungsableiter fließt. Der Scheitelwert des Leckstroms liegt üblicherweise, je nach verwendeten Varistoren, im Bereich von 0,5 mA bis 2 mA.
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Eine Veränderung der Spannungsverteilung, die durch äußere Verschmutzung des Überspannungsableitergehäuses verursacht wird, kann zu erhöhter Verlustleistung im Metalloxid-Varistor-Stapel führen.
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Eine Konsequenz des erhöhten Steuer- oder Leckstroms/der erhöhten Verlustleistung infolge solcher Betriebsbedingungen ist eine Temperaturerhöhung der Varistoren. Der negative Temperatur-Koeffizient der Metalloxid-Varistoren verstärkt diesen Vorgang. Aus diesen Gründen ist es zweckmäßig, den Zustand der Überspannungsableiter während des Betriebs bewerten zu können. Als Bewertungskriterium dienen hierzu einmal der Steuer- oder Leckstrom selbst, zum anderen aber auch ein Zählwert für die Ansprechereignisse.
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Zu diesem Zweck werden Überspannungsableiter in Hochspannungsnetzen meist nicht direkt geerdet, sondern es werden Geräte, wie ein Ansprechzähler, eine Kontroll-Funkenstrecken oder Leckstrommessgeräte mit dem Überspannungsableiter in Reihe geschaltet. Die Erdung des Überspannungsableiters erfolgt über die Überwachungsvorrichtung.
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Ein Ansprechzähler ist ein elektromechanisches oder elektronisches Zählwerk zur Erfassung von Ansprechereignisse. Das Leckstrommessgerät ist ein Messgerät, das den Leckstrom in ein Messsignal umwandelt und beispielsweise in Form beispielsweise eines Zeigersignals augibt.
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Einzelheiten hierzu sind der Veröffentlichung „Metalloxid-Ableiter in Hochspannungsnetzen", Grundlagen, von Volker Hinrichsen und Reinhard Göhler, 3. Auflage, September 2011, http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-transmission/high-voltage-products/surge-arresters-and-limiters/aboutus/Ableiterhandbuch Auflage_3_de.pdf zu entnehmen.
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Insbesondere für den Ansprechzähler verwenden die Überwachungsvorrichtungen oft eine Funkenstrecke, die in Reihe mit dem Überspannungsableiter geschaltet ist. Hierbei tritt das Problem auf, dass die Funkenstrecke selbst von Umwelteinflüssen, wie etwa Feuchtigkeit oder Verschmutzung stark abhängig ist. Ein weiteres Problem ist, dass die Funkenstrecke, bei wiederholtem Auslösen, ebenfalls altert, sodass sich ihre Eigenschaften mit der Zeit ändern.
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Angesichts der oben beschriebenen Problematik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungsvorrichtung für einen Überspannungsableiter bereitzustellen, die den Überspannungsableiter zuverlässig und dauerhaft überwachen kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Überwachungsvorrichtung für einen Überspannungsableiter mit einer Messeinrichtung zur Messung eines Steuer- oder Leckstroms durch den Überspannungableiter und/oder zur Messung von Spannungsimpulsen, einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines Messergebnisses der Messeinrichtung, und einem Gasableiter, der ausgestaltet ist, um zwischen einem Erdungsanschluss des Überspannungsableiters und Erde verbunden zu sein, wobei die Messeinrichtung parallel zu dem Gasableiter geschaltet ist.
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Vorzugsweise weist die Messeinrichtung einen Gleichrichter auf.
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Weiter bevorzugt weist die Messeinrichtung einen Stromteiler auf, um einen Teil des Steuer- oder Leckstroms zu der Anzeigeeinrichtung und einen Teil zur Masse/Erde zu leiten.
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Bei einer Ausführungsform ist eine Anzeigeeinrichtung 5 ein Zeigermessinstrument mit einem Zeigerausschlag proportional zu dem Messergebnis des Steuer- oder Leckstroms der Messeinrichtung.
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Außerdem ist die Messvorrichtung ausgestaltet, um den Steuer- oder Leckstrom zu einem Messergebnis der Messeinrichtung umzuwandeln, welches sich zum Steuer- oder Leckstrom nichtlinear verhält.
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Schließlich kann die Anzeigeeinrichtung ein Zählwerk zur digitalen Anzeige von durch die Messeinrichtung gezählter Spannungsimpulse sein.
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Auch ist es bevorzugt, dass Überwachungsvorrichtung einen potentialfreien Kommunikationsanschluss aufweist, um das/die Messergebnisse nach außen zu übertragen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren zeigt:
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1 ein Funktionsblockschaltbild der Überwachungsvorrichtung der Erfindung;
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2 ein Schaltbild des Ansprechzählers; und
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3 ein Schaltbild des Leckstrommesgeräts.
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1 zeigt ein Funktionsblockschaltbild einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für einen Überspannungsableiter.
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In 1 ist ein Gasableiter 2 zwischen Erde bzw. Masse und dem Erdanschluss eines nicht dargestellten Überspannungsableiters geschaltet.
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Parallel zu dem Gasableiter 2 ist sowohl eine Messeinrichtung 4 wie auch eine Anzeigeeinrichtung 5 geschaltet.
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Der Gasableiter 2 ist beispielsweise ein 2-Elektroden-Ableiter in einem keramischen Gehäuse, in dem ein Gas, vorzugsweise ein Edelgas, eingeschlossen ist. Derartige Gasableiter 2 haben beispielsweise eine statische Ansprechspannung von 600 V bis 1300 V, wobei die Toleranz bei ±20% liegt. Typische Werte für die dynamische Ansprechspannung liegen zwischen 1500 V und 2000 V.
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Der gezeigte Gasableiter 2 hat im nicht gezündeten Zustand einen Isolationswiderstand von größer 1 GΩ, während seine Kapazität im Bereich von 7 pF liegt. Der maximale Ableiterstrom liegt im Bereich von 140 kA.
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Gasableiter 2 des oben beschriebenen Typs können problemlos im einem Temperaturbereich von –40°C bis +90°C eingesetzt werden.
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Der Gasableiter 2 schützt sowohl die Messeinrichtung 4 als auch die Anzeigeneinrichtung 5 im Fall einer Überspannung.
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Im Normalbetrieb ist der Gas ableiter 2 nicht leitfähig, wenn auch der Überspannungsableiter selbst nicht leitend ist. In diesem Zustand wird der Steuer- oder Leckstrom des Ableiters über die Messeinrichtung 4 geleitet. Leitet der Überspannungsableiter einen Überspannungsimpuls ab, so wird auch der Gasableiter 2 leitend. Er führt dann den Ableiterstrom nach Erde oder Masse ab und schützt dabei die Messeinrichtung vor der Überspannung.
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Die Messeinrichtung 4 wandelt den Steuer- oder Leckstrom zu einem Ausgangsstrom um, welcher sich zum Steuerstrom nicht linear verhält. Auf diese Art kann ein großer Wertebereich angezeigt werden. Hierzu wird der Steuer- oder Leckstrom durch die Messeinrichtung 4 aufgeteilt, wobei ein Teil des Steuer- oder Legstroms direkt zur Erde/Masse abgeführt wird, und wobei der andere Teil als Ausgangssignal zur Verfügung steht. Das Ausgangssignal oder Meßsignal wird mit einer Anzeigeeinrichtung 5 angezeigt. Auch hier wird letztlich der durch die Anzeigeeinrichtung 5 fließende Strom gegen Erde abgeführt.
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Die Messeinrichtung 4 umfasst bei der bevorzugten Ausführungsform zwei Einheiten, nämlich einen Ansprechzähler und ein Steuer- oder Leckstrommessgerät. 2 zeigt detailliert eine beispielhafte Ausgestaltung des Ansprechzählers.
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Der in 3 gezeigte Ansprechzähler ist über einen nicht dargestellten Impulstransformator mit dem Erdanschluss des Überspannungsableiters verbunden. Zum Schutz des Ansprechzählers ist ein Überspannungsschutz 9 zwischen den beiden Eingangsanschlüssen 17 des Ansprechzählers geschaltet. Ein erster Gleichrichter 11, der aus einer Diodenschaltung aufgebaut ist, richtet im Fall eines Ansprechens des Überspannungsableiters, bei dem ein Spannungsimpuls im Impulstransformator erzeugt wird, diesen gleich. Ein Kondensator 13, der zwischen zwei Anschlüssen des Gleichrichters geschaltet ist, speicherte die in dem Überspannungsimpuls enthaltene Energie, und liefert sie in einer geeigneten Zeitspanne an die ausgangsseitigen Anschlüsse 15, sodass dies zu einem Hochzählen eines nicht gezeigt Zählwerts in der Anzeigeeinrichtung 5 führt.
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Der gezeigte Ansprechzähler weist darüber hinaus einen potenzialfreien Kommunikationsanschluss 19 auf. Dies ist eine mögliche Ausgestaltung, um das Ansprechen des Überspannungsableiters nach außen zu kommunizieren. Andere Kommunikationsanschlüsse sind ebenfalls denkbar, beispielsweise für eine drahtlose Übertragung, oder für ein Lichtwellenleiter.
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Die Anzeigeeinrichtung 5 weist ein Zählwerk zur digitalen Anzeige von durch die Messeinrichtung 4 gezählten Spannungsimpulsen auf.
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Darüber hinaus weist die Messeinrichtung 4 auch ein Leckstrommessgerät auf, wie es in 3 gezeigt ist.
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Bei den Leckstrommessgeräte sind die beiden Eingangsanschlüsse 21 mit jeweiligen Seiten des Gas Ableiters 2 verbunden. Ein zweiter Gleichrichter 23 ist mit dem Überspannungsableiter-seitigen Anschluss über einen zweiten Widerstand 25 verbunden. Auch hier ist der Gleichrichter 23 durch eine Diodenschaltung aufgebaut.
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Ein Anschluss des Gleichrichters 23 ist über einen ersten Schalter 35 und einen ersten Skalierungs-Wiederstand 27 mit einem Ausgangsanschluss 39 des Leckstrommeßgeräts verbunden. Parallel zu diesem ersten Skalierungs-Widerstand 27 ist eine Schaltung aus einem zweiten Schalter 37 und einem zweiten Skalierungs-Wiederstand 29 aufgebaut, die ebenfalls zwischen dem Anschlussdes zweiten Gleichrichters 23 und dem Ausgabeanschluss 39 des Leckstrommessgerät geschaltet ist.
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Ein anderer Anschluss des Gleichrichters 23 ist mit dem anderen Ausgabeanschluss 39 des Leckstrommessgeräts verbunden. Dieser Ausgang 39 ist auch über einen weiteren Widerstand 31 und eine Zenerdiode 23 mit den Schaltern 35 und 37 verbunden.
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Die Schalter 35 und 37 können geschaltet werden, um unterschiedliche Widerstände zwischen den Gleichrichter 23 und dem Ausgangsanschluss 39 des Leckstrommessgeräts einzustellen. Auf diese Art können Leckströme in verschiedenen Messbereichen ausgewertet werden.
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Der Widerstand 31 ist so dimensioniert, dass bei dem zu erwartenden Leckstrom die Zenerdioden in Sperrrichtung betrieben wird. Auf diese Art wird ein Teil des Leckstroms zurück zu dem Gleichrichter 23 und von diesem zur Erde geleitet. Insoweit funktioniert das Leckstrommessgerät als Stromteiler, das einen Teil des Leckstroms zur Masse abführt.
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Die Anzeigeeinrichtung 5 weist ein Zeigermessinstrument auf, wobei ein Zeigerausschlag proportional zu dem Messergebnis des Steuer- oder Leckstroms der Messeinrichtung 4 anzeigt. Das Messergebnis selber ist bei der gezeigten Schaltung nicht proportional dem Steuer- oder Leckstrom, was wiederum einen großen nichtlinearen Anzeigebereich ermöglicht.
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Die Erfindung wurde vorangehen anhand der beiliegenden Figuren und einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Einzelheiten dieser Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, anstelle von zwei Schaltern 35/37 und Widerständen 27/29 eine größere Anzahl von drei oder mehr vorzusehen.
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Der in 1 gezeigte Gasableiter bietet den großen Vorteil gegenüber einer einfachen Funkenstrecke, dass er nicht aufgrund von Umwelteinflüssen, wie Luftfeuchtigkeit oder Verschmutzung, beeinflusst wird. Auf diese Art kann ein wesentlich zuverlässigere Betrieb der Überwachungsvorrichtung gewährleistet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1588442 U1 [0009]
- DE 29501323 U1 [0009]
- DE 10245658 B3 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Metalloxid-Ableiter in Hochspannungsnetzen”, Grundlagen, von Volker Hinrichsen und Reinhard Göhler, 3. Auflage, September 2011, http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-transmission/high-voltage-products/surge-arresters-and-limiters/aboutus/Ableiterhandbuch Auflage_3_de.pdf [0008]
