EP0927445B1 - Electrical apparatus, particularly a surge arrester and a display system for the state of the apparatus in a central evaluation device - Google Patents
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- EP0927445B1 EP0927445B1 EP97934404A EP97934404A EP0927445B1 EP 0927445 B1 EP0927445 B1 EP 0927445B1 EP 97934404 A EP97934404 A EP 97934404A EP 97934404 A EP97934404 A EP 97934404A EP 0927445 B1 EP0927445 B1 EP 0927445B1
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T1/00—Details of spark gaps
- H01T1/12—Means structurally associated with spark gap for recording operation thereof
Definitions
- the invention is based on an electrical apparatus according to the Preamble of claim 1.
- the operating state of the apparatus is often connected to an optical fiber if necessary, several kilometers from the machine in a control room horizontal evaluation device and checked there.
- a surge arrester described in this prior art contains a holding part in thermal contact with a body of the surge arrester made of a memory alloy and a spring-loaded one mounted on the holding part Actuating rod and one connected to a measuring device Optical fiber.
- the body of the surge arrester heats up impermissibly high temperatures, the holding part is deformed and gives the Operating rod free.
- the actuating rod interrupts the optical fiber, which indicates at the location of the measuring device that the surge arrester works incorrectly.
- a medium or high voltage switching device described in EP-0 338 374 A2 has a variety of sensors based on what information is important about a switching device record the relevant physical quantities and send them to an optical fiber direct central evaluation device. Such information concerns, for example the continuous measurement of the size and voltage of the in the switching device conducted current or the density, pressure and temperature of an im Switching device of existing extinguishing gas. This information can also Position or the speed of those that can be brought into or out of engagement with one another Switch contacts or a break for the movement of the switch contacts required drive linkage include. For this purpose, sensors are preferred Position indicators, such as reflection light barriers or inductive proximity switches, intended.
- the information supplied to the central evaluation device is used for one Self-diagnosis of the switching device and allow in addition to constant control of the operating status also early detection of irregularities of the Switching device.
- DE-195 06 307 A1 describes a device for displaying the faulty state described a surge arrester.
- This device has one Switching element on which, when a fault current occurs, the two parts of a two-part metal housing carrying a display element Visualization of the display element and the formation of a fault current accepting galvanic connection moves against each other.
- This device can only on site in a plant, but not from one central evaluation device can be monitored.
- the object of the invention is to achieve this to create an electrical apparatus of the type mentioned at the beginning, which not only expresses a faulty state which is expressed in a fault current reports to a central evaluation device, but rather this fault current switches off at the same time and then identified in a simple and safe manner, can be removed and replaced.
- the electrical apparatus according to the invention is characterized in that the The fault current has already been reported in the central evaluation device interrupted and the defective apparatus by forming an optical Display element is marked. The faulty apparatus can then go on site be identified quickly. Because the optical fiber can be plugged into this device connected, the apparatus can be removed quickly and by an error-free one Apparatus to be replaced.
- the electrical apparatus according to the invention in Cable run of the optical waveguide in series with at least one other a portion of the optical fiber as a sensor-containing electrical apparatus connected. It can then be identified with only one optical fiber in the control room become faulty in a group of electrical apparatuses is working. Is the moving part of each of the electrical devices with one Display element equipped, so it can be easily determined on site which one Device from the group of devices is malfunctioning.
- These are preferably electrical apparatus one phase of a multi-phase power network assigned, d. H. locally closely adjacent in a plant or in a field arranged.
- Such a system for displaying the state of an electrical Devices in a control room located away from the device can also be used Realize extremely simple means, can easily in retrospect existing high or medium voltage systems or fields are installed and is also characterized by great reliability.
- TR denotes a transformer which feeds high voltage into a three-phase high-voltage line having three conductors R, S, T.
- One of three surge arresters A R , A S , A T is suspended from each of the three phase conductors R, S, T.
- the surge arresters are each electrically connected to one of the phase conductors R, S, T by one of two power connections and are each fastened to a grounded holder G designed as a scaffold using a support insulator I.
- the second of the two current connections of each of the surge arresters A R , A S , A T is electrically connected to the grounded holder G via a grounding cable E.
- An optical waveguide L is guided by a central evaluation device AW through the surge arrester A T A S and pass to the surge arrester A R.
- the evaluation device AW is housed in a control room typically up to several kilometers away from the surge arresters and contains a light source LQ, for example a laser diode, which continuously feeds a light signal into the optical waveguide L during operation of the surge arresters, and a light signal which detects the fed-in light signal after passing through the surge arresters Receiver FW, for example a photo resistor.
- the receiver acts on a warning element containing, for example, a green and a red control lamp KG and KR.
- the optical waveguide L can be in the form of a loop, one end with the light source LQ and the other end is in active connection with the receiver FW.
- the conductor L can but also in the form of a stub, one of which End is in operative connection with the light source LQ, and their other end is finished with a reflector.
- Each of the surge arresters contains a sensor designed as a section LA of the optical waveguide L.
- This sensor is in each case part of a device 3 provided in each of the surge arresters, with which a faulty state of the associated surge arrester, for example a fault current flowing through the surge arrester, can be made optically visible on site.
- the surge arrester A R which is furthest away in the series connection of the surge arresters from the central evaluation device AW can contain a reflection light barrier fed by the light source LQ via the optical waveguide L and fed via the optical waveguide L into the receiver FW instead of an optical waveguide section LA.
- FIGS. 2 to 5 show two embodiments of the display device 3.
- the embodiment of the display device 3 shown in FIGS. 2 and 3 is usually provided in all three surge arresters. It has a potential-carrying part 2 which is electrically conductively connected to an earthable power connection of the surge arrester A R , A S , A T.
- the display device 3 also contains a two-part metal housing 4 made of a material that conducts electricity well, such as aluminum or an aluminum alloy, which is fastened to a switching element 5 of the display device 3.
- the switching element 5 comprises a cylinder-symmetrical, gas-tight formed insulating material housing 6 made of a brittle material, such as a highly filled polymer based on an epoxy, and two cylindrically symmetrical, led into the insulating material housing and in each case at one of the ends of the insulating material housing 6 held electrodes 7, 8.
- the two electrodes 7, 8 are standing one above the other on the axis of the insulating material housing 6 arranged and form at mutually facing free ends, of which the electrode 7 is designed as a tip Isolierstoffgepuruse 6 spark gap 9.
- the each other facing end sections of the electrodes 7, 8 are connected to the power connections one connected in parallel to the spark gap 9 and preferably designed as a fuse or PTC thermistor Resistor 10 connected.
- the resistor 10 is dimensioned in such a way that it is still held by the surge arrester 1 High current surge value, for example of 100 kA 4/10 ⁇ s can, and that when loaded above a predetermined Period, for example 0.1 ms, with one above one predetermined limit value, for example 20 A, its electrical conductivity, such as by melting or through a PTC transition, suddenly reduced.
- a predetermined Period for example 0.1 ms
- one above one predetermined limit value for example 20 A
- its electrical conductivity such as by melting or through a PTC transition
- the metal housing 4 is of two different diameters having shells 12, 13 formed, each with their bottoms are held at opposite ends of the switching element 5.
- the shell 12 having the larger diameter takes the the smaller diameter shell 13.
- the shell 12 has an opening in its bottom through which a galvanic part 2 of the surge arrester connected and an external thread connection of the Electrode 7 is guided.
- the shell 12 is not by means of a designated nut firmly with the upper end of the switching element 5 connected.
- the shell 12 carries at least one ins Contact element 14 directed inside the shell, which is ring-shaped is formed and has an inner cone.
- This contact element 14 is provided with an internal thread, which with a External thread of the shell 12 cooperates.
- the Shell 12 blow-out openings 15 for compressed gas. These blowouts can be restrained with a solid part inside the case Provide filters and be designed so that escaping compressed gas is guided in a predetermined direction.
- the shell 13 also has an opening in its bottom, through which an external thread has an earth potential laid connection of the electrode 8 is guided.
- the shell 13 is by means of an unspecified nut firmly with the lower end of the switching element 5 connected.
- the shell 13 carries on her from the shell 12 covered outside, for example as Color coating formed display element 16.
- the shell 13 is flared like a cone and is in the area of the shell edge on the outside as an electrical contact element 17 formed which on the inner cone of the annular contact element 14 is adjusted.
- the inside of the metal case 4 is by one from the bottom of the shell 13 to the edge of the shell 12 guided cover 18 completed.
- the optical waveguide L is with its section LA inside of the metal housing 4 out.
- the shell 12 two diametrically arranged bushings for the optical waveguide section LA on which the optical waveguide section LA, to the shell 13 provided inside the metal housing to lead.
- In the shell 13 are two through openings for the Optical fiber section LA provided.
- On the outside of the Shell 12 are two connecting parts of two fiber optic connectors 19, 20 attached.
- the optical fiber section LA becomes practically straight forward from the fiber optic connectors 19 through the shells 12 and 13 inside the Led metal housing 4, covers half the circumference of the Isolierstoffgeophuse 6 on the shortest route and will be practically again straight through the shells 13 and 12 to the fiber optic connector 20 led.
- a continuously emitted in the evaluation AW of the control room by the light source LQ signal is first passed through a cooperating part of the optical waveguide L to the surge arrester A T, passes through the optical fiber connector 19, the optical waveguide section LA, the optical fiber connector 20 and the thereto connecting part of the optical waveguide L to the surge arrester A S , from there in a corresponding manner to the surge arrester A R and via an adjoining part of the optical waveguide L guided as a loop to the receiver FW of the evaluation device AW.
- the surge arresters A R , A S , A T work correctly. This can be indicated, for example, by activating the green control lamp KG.
- the pressurized gas that forms suddenly blows up the brittle insulating material housing 6 then drives the electrode 8 and the rigidly connected to it Shell 13 down to the state shown in Fig.3 Display device 3 is reached.
- the compressed gas is through the Blow-out openings from the inside of the shells 12 and 13 enclosed metal housing 4 ejected.
- resulting splinters are from Metal housing 4 retained in the interior of the housing.
- the Optical waveguide section LA destroyed and the Light source LQ led light signal to the receiver FW interrupted. Instead of the green KG, the red one now lights up Control lamp KR lights up and signals in the control room that one of the three surge arresters is defective.
- one of both ends of the section LA is connected to a connecting part of the plug connection 19.
- the other end of LA is closed by a reflector 21.
- the reflector 21 does not necessarily have to be attached to the shell 12, but can alternatively also be attached to a region of the outer surface of the shell 13 facing the plug connection 19.
- the section LA can then be omitted and the reflector 21 is then part of a reflection light barrier.
- Such a surge arrester is executed in the series circuit of three surge arrester A R, A S, A T away from the central evaluation device AW furthest surge A R.
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Apparat nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention is based on an electrical apparatus according to the Preamble of claim 1.
Elektrische Apparate, wie insbesondere Überspannungsableiter, sind während ihres oft viele Jahre zählenden Einsatzes in Hochspannungsanlagen und Mittelspannungsfeldern grossen Belastungen unterworfen. Daher weisen solche Apparate häufig Vorrichtungen zur Anzeige eines fehlerhaften Zustands, etwa eines durch den Apparat fliessenden Fehlerstroms, auf. Ein Beobachter kann dann vor Ort ohne den Einsatz von Hilfsmitteln den fehlerhaften Zustand des Apparates erkennen und rechtzeitig dessen Auswechslung veranlassen.Electrical devices, such as surge arresters in particular, are during their often used for many years in high voltage systems and Medium voltage fields are subject to high loads. Therefore, such Apparatus often devices for indicating a faulty condition, such as one fault current flowing through the apparatus. An observer can then spot recognize the faulty condition of the apparatus without the use of aids and arrange for its replacement in good time.
Signale über den fehlerhaften Zustand oder über irgendeinen beliebigen Betriebszustand des Apparates werden häufig mit Lichtwellenleitem an eine gegebenenfalls mehrere Kilometer vom Apparat entfernt in einer Schaltwarte liegende zentrale Auswertevorrichtung geführt und dort überprüft.Signals about the faulty condition or about any one The operating state of the apparatus is often connected to an optical fiber if necessary, several kilometers from the machine in a control room horizontal evaluation device and checked there.
Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von elektrischen Apparaten Bezug, wie er in Patent Abstracts of Japan, vol. 095, no. 002, 31. März, 1995 & JP-A-06 325 909 A angegeben ist Ein in diesem Stand der Technik beschriebener Überspannungsableiter enthält ein mit einem Körper des Überspannungsableiters in Wärmekontakt stehendes Halteteil aus einer Gedächtnislegierung sowie eine am Halteteil gelagerte, federbelastete Betätigungsstange und einen mit einer Messvorrichtung verbundenen Lichtwellenleiter. Erwärmt sich der Körper des Überspannungsableiters auf unzulässig hohe Temperaturen, so wird das Halteteil deformiert und gibt die Betätigungsstange frei. Die Betätigungsstange unterbricht den Lichtwellenleiter, wodurch am Orte des Messgerätes angezeigt wird, dass der Überspannungsableiter fehlerhaft arbeitet.The invention relates to a prior art of electrical apparatus, as described in Patent Abstracts of Japan, vol. 095, no. 002, March 31, 1995 & JP-A-06 325 909 A. A surge arrester described in this prior art contains a holding part in thermal contact with a body of the surge arrester made of a memory alloy and a spring-loaded one mounted on the holding part Actuating rod and one connected to a measuring device Optical fiber. The body of the surge arrester heats up impermissibly high temperatures, the holding part is deformed and gives the Operating rod free. The actuating rod interrupts the optical fiber, which indicates at the location of the measuring device that the surge arrester works incorrectly.
Ein in EP-0 338 374 A2 beschriebenes Mittel- oder Hochspannungsschaltgerät weist eine Vielzahl von Sensoren auf, welche Informationen über wichtige ein Schaltgerät betreffende physikalische Grössen erfassen und über Lichtwellenleiter an eine zentrale Auswertevorrichtung leiten. Solche Informationen betreffen beispielsweise die kontinuierliche Messung der Grösse und der Spannung des im Schaltgerät geführten Stroms oder der Dichte, des Druck und der Temperatur eines im Schaltgerät vorhandenen Löschgases. Diese Informationen können aber auch die Stellung oder die Geschwindigkeit der miteinander in oder ausser Eingriff bringbaren Schaltkontakte oder einen Bruch des für die Bewegung der Schaltkontakte erforderlichen Antriebsgestänges umfassen. Hierzu sind als Sensoren vorzugsweise Stellungsmelder, wie Reflexionslichtschranken oder induktive Näherungsschalter, vorgesehen.A medium or high voltage switching device described in EP-0 338 374 A2 has a variety of sensors based on what information is important about a switching device record the relevant physical quantities and send them to an optical fiber direct central evaluation device. Such information concerns, for example the continuous measurement of the size and voltage of the in the switching device conducted current or the density, pressure and temperature of an im Switching device of existing extinguishing gas. This information can also Position or the speed of those that can be brought into or out of engagement with one another Switch contacts or a break for the movement of the switch contacts required drive linkage include. For this purpose, sensors are preferred Position indicators, such as reflection light barriers or inductive proximity switches, intended.
Die an die zentrale Auswertevorrichtung geführten Informationen dienen einer Selbstdiagnose des Schaltgerätes und erlauben neben einer beständigen Kontrolle des Betriebszustandes auch ein frühzeitiges Erkennen von Unregelmässigkeiten des Schaltgerätes.The information supplied to the central evaluation device is used for one Self-diagnosis of the switching device and allow in addition to constant control of the operating status also early detection of irregularities of the Switching device.
In DE-195 06 307 A1 ist eine Vorrichtung zur Anzeige des fehlerhaften Zustands eines Überspannungsableiters beschrieben. Diese Vorrichtung weist ein Schaltelement auf, welches beim Auftreten eines Fehlerstroms die beiden Teile eines ein Anzeigeelement tragenden, zweiteiliges Metallgehäuses unter Sichtbarmachung des Anzeigeelementes und unter Bildung einer den Fehlerstrom übernehmenden galvanischen Verbindung gegeneinander verschiebt.DE-195 06 307 A1 describes a device for displaying the faulty state described a surge arrester. This device has one Switching element on which, when a fault current occurs, the two parts of a two-part metal housing carrying a display element Visualization of the display element and the formation of a fault current accepting galvanic connection moves against each other.
Diese Vorrichtung kann lediglich vor Ort in einer Anlage, nicht jedoch von einer zentralen Auswertevorrichtung aus überwacht werden. This device can only on site in a plant, but not from one central evaluation device can be monitored.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Apparat der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einen sich in einem Fehlerstrom äussernden, fehlerhaften Zustand nicht nur an eine zentrale Auswertevorrichtung meldet, sondern der diesen Fehlerstrom zugleich ausschaltet und danach in einfacher und sicherer Weise identifiziert, ausgebaut und ersetzt werden kann.The object of the invention is to achieve this to create an electrical apparatus of the type mentioned at the beginning, which not only expresses a faulty state which is expressed in a fault current reports to a central evaluation device, but rather this fault current switches off at the same time and then identified in a simple and safe manner, can be removed and replaced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Apparat, gemäß Anspruch 1.This object is achieved by an electrical apparatus, according to Claim 1.
Der elektrische Apparat nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Meldung des Fehlers in der zentralen Auswertevorrichtung der Fehlerstrom bereits unterbrochen und der fehlerbehaftete Apparat durch Bildung eines optischen Anzeigeelementes markiert wird. Vor Orte kann der fehlerbehaftete Apparat dann rasch identifiziert werden. Da der Lichtwellenleiter steckbar mit diesem Apparat verbunden ist, kann der Apparat rasch ausgebaut und durch einen fehlerfreien Apparat ersetzt werden.The electrical apparatus according to the invention is characterized in that the The fault current has already been reported in the central evaluation device interrupted and the defective apparatus by forming an optical Display element is marked. The faulty apparatus can then go on site be identified quickly. Because the optical fiber can be plugged into this device connected, the apparatus can be removed quickly and by an error-free one Apparatus to be replaced.
In äusserst vorteilhafter Weise wird der elektrische Apparat nach der Erfindung im Leitungszug des Lichtwellenleiters in Reihe mit mindestens einem weiteren ebenfalls einen Abschnitt des Lichtwellenleiters als Sensor enthaltenden elektrischen Apparat geschaltet. Es kann dann mit nur einem Lichtwellenleiter in der Schaltwarte erkannt werden, ob in einer Gruppe von elektrischen Apparaten einer der Apparate fehlerhaft arbeitet. Ist das bewegliche Teil jedes der elektrischen Apparate mit einem Anzeigeelement ausgerüstet, so kann vor Ort leicht festgestellt werden, welcher Apparat aus der Gruppe der Apparate fehlerhaft arbeitet. Vorzugsweise sind diese elektrischen Apparate jeweils einer Phase eines Mehrphasenstromnetzes zugeordnet, d. h. lokal eng benachbart in einer Anlage oder in einem Feld angeordnet. Ein derartiges System zur Anzeige des Zustandes eines elektrischen Apparates in einer von Apparat entfernt angeordneten Schaltwarte lässt sich mit äusserst einfachen Mitteln realisieren, kann ohne weiteres nachträglich in bestehende Hoch- oder Mittelspannungsanlagen bzw. -felder eingebaut werden und zeichnet sich zudem durch grosse Zuverlässigkeit aus. In an extremely advantageous manner, the electrical apparatus according to the invention in Cable run of the optical waveguide in series with at least one other a portion of the optical fiber as a sensor-containing electrical apparatus connected. It can then be identified with only one optical fiber in the control room become faulty in a group of electrical apparatuses is working. Is the moving part of each of the electrical devices with one Display element equipped, so it can be easily determined on site which one Device from the group of devices is malfunctioning. These are preferably electrical apparatus one phase of a multi-phase power network assigned, d. H. locally closely adjacent in a plant or in a field arranged. Such a system for displaying the state of an electrical Devices in a control room located away from the device can also be used Realize extremely simple means, can easily in retrospect existing high or medium voltage systems or fields are installed and is also characterized by great reliability.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- Fig.1
- eine dreiphasige Hochspannungsleitung, bei der jeder Leiter mit einem als Überspannungsableiter ausgeführten elektrischen Apparat nach der Erfindung elektrisch leitend verbunden ist und der Zustand dieser Apparate über einen Lichtwellenleiter in einer von der Leitung entfernt angeordneten zentralen Auswertevorrichtung überprüft wird,
- Fig.2
- eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine im wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildete und in einen Stromanschluss eines der Überspannungsableiter gemäss Fig.1 eingebaute Anzeigevorrichtung mit einem als Abschnitt des Lichtwellenleiters ausgebildeten und beim Auftreten eines Fehlerstroms durch ein bewegliches Teil der Anzeigevorrichtung zerstörbaren Sensor vor dem Ansprechen,
- Fig.3
- die Anzeigevorrichtung gemäss Fig.2 nach dem Ansprechen,
- Fig.4
- eine geringfügig abgeänderte Ausführungsform der Anzeigevorrichtung gemäss Fig.2 vor dem Ansprechen, und
- Fig.5
- die Anzeigevorrichtung gemäss Fig.4 nach dem Ansprechen.
- Fig.1
- a three-phase high-voltage line, in which each conductor is electrically conductively connected to an electrical apparatus designed as a surge arrester according to the invention, and the state of these apparatuses is checked via an optical waveguide in a central evaluation device arranged away from the line,
- Fig.2
- 1 shows a top view of an axially guided section through an essentially cylindrical-symmetrical design and built into a power connection of one of the surge arresters according to FIG. 1 with a sensor designed as a section of the optical waveguide and which can be destroyed if a fault current occurs through a movable part of the display device before the response,
- Figure 3
- the display device according to Figure 2 after the response,
- Figure 4
- a slightly modified embodiment of the display device according to Figure 2 before the response, and
- Figure 5
- the display device according to Figure 4 after the response.
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. In Fig.1 bezeichnet TR einen Transformator, welcher Hochspannung in eine drei Leiter R, S, T aufweisende dreiphasige Hochspannungsleitung einspeist. An jedem der drei Phasenleiter R, S, T ist einer von drei Überspannungsableitern AR, AS, AT aufgehängt. Die Überspannungsableiter sind jeweils mit einem von zwei Stromanschlüsse mit einem der Phasenleiter R, S, T galvanisch verbunden und sind jeweils mit Hilfe eines Stützisolators I an einer als Gerüst ausgebildeten, geerdeten Halterung G befestigt. Der zweite der beiden Stromanschlüsse jedes der Überspannungsableiter AR, AS, AT ist über ein Erdungskabel E mit der geerdeten Halterung G galvanisch verbunden.In all figures, the same reference symbols also designate parts with the same effect. In FIG. 1, TR denotes a transformer which feeds high voltage into a three-phase high-voltage line having three conductors R, S, T. One of three surge arresters A R , A S , A T is suspended from each of the three phase conductors R, S, T. The surge arresters are each electrically connected to one of the phase conductors R, S, T by one of two power connections and are each fastened to a grounded holder G designed as a scaffold using a support insulator I. The second of the two current connections of each of the surge arresters A R , A S , A T is electrically connected to the grounded holder G via a grounding cable E.
Ein Lichtwellenleiter L ist von einer zentralen Auswertevorrichtung AW durch die Überspannungsableiter AT und AS hindurch an den Überspannungsableiter AR geführt. Die Auswertevorrichtung AW ist in einer typischerweise bis zu mehrere Kilometer von den Überspannungsableitern entfernten Schaltwarte untergebracht und enthält eine bei Betrieb der Überspannungsableiter kontinuierlich ein Lichtsignal in den Lichtwellenleiter L einspeisendes Lichtquelle LQ, beispielsweise eine Laserdiode, sowie eine das eingespeiste Lichtsignal nach Durchtritt durch die Überspannungsableiter detektierenden Empfänger FW, beispielsweise einen Fotowiderstand. Der Empfänger wirkt auf ein beispielsweise eine grüne und eine rote Kontrollampe KG und KR enthaltendes Warnelement.An optical waveguide L is guided by a central evaluation device AW through the surge arrester A T A S and pass to the surge arrester A R. The evaluation device AW is housed in a control room typically up to several kilometers away from the surge arresters and contains a light source LQ, for example a laser diode, which continuously feeds a light signal into the optical waveguide L during operation of the surge arresters, and a light signal which detects the fed-in light signal after passing through the surge arresters Receiver FW, for example a photo resistor. The receiver acts on a warning element containing, for example, a green and a red control lamp KG and KR.
Der Lichtwellenleiter L kann in Form einer Schleife geführt sein, deren eines Ende mit der Lichtquelle LQ und deren anderes Ende mit dem Empfänger FW in Wirkverbindung steht. Der Leiter L kann aber auch in Form einer Stichleitung ausgeführt sein, deren eines Ende mit der Lichtquelle LQ in Wirkverbindung steht, und deren anderes Ende mit einem Reflektor abgeschlossen ist.The optical waveguide L can be in the form of a loop, one end with the light source LQ and the other end is in active connection with the receiver FW. The conductor L can but also in the form of a stub, one of which End is in operative connection with the light source LQ, and their other end is finished with a reflector.
Jeder der Überspannungsableiter enthält einen als Abschnitt LA
des Lichtwellenleiter L ausgebildeten Sensor. Dieser Sensor ist
jeweils Teil einer in jedem der Überspannungsableiter vorgesehenen
Vorrichtung 3 mit der ein fehlerhafter Zustand des zugeordneten
Überspannungsableiters, etwa ein durch den Überspannungsableiter
fliessender Fehlerstrom, vor Ort optisch sichtbar gemacht
werden kann. Der in der Reihenschaltung der Überspannungsableiter
von der zentralen Auswertevorrichtung AW am weitesten entfernt
liegende Überspannungsableiter AR kann anstelle eines Lichtwellenleiterabschnitts
LA eine von der Lichtquelle LQ über den
Lichtwellenleiter L gespeiste und über den Lichtwellenleiter L in
den Empfänger FW speisende Reflexionslichtschranke enthalten.Each of the surge arresters contains a sensor designed as a section LA of the optical waveguide L. This sensor is in each case part of a
In den Figuren 2 bis 5 sind zwei Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung
3 dargestellt. Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte
Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 3 ist üblicherweise in
allen drei Überspannungsableitern vorgesehen. Sie weist ein mit
einem erdbaren Stromanschluss des Überspannungsableiter AR, AS,
AT elektrisch leitend verbundenes potentialführendes Teil 2 auf.
Die Anzeigevorrichtung 3 enthält ferner ein zweiteiliges Metallgehäuse
4 aus einem elektrischen Strom gut leitenden Material,
wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welches an
einem Schaltelement 5 der Anzeigevorrichtung 3 befestigt ist.FIGS. 2 to 5 show two embodiments of the
Das Schaltelement 5 umfasst ein zylindersymmetrisches, gasdicht
ausgebildetes Isolierstoffgehäuse 6 aus einem spröden Material,
wie etwa einem hochgefüllten Polymer auf der Basis eines Epoxids,
und zwei zylindersymmetrische, ins Isolierstoffgehäuse geführte
und jeweils an einem der Enden des Isolierstoffgehäuses 6
gehaltene Elektroden 7, 8. Die beiden Elektroden 7, 8 sind
übereinanderstehend auf der Achse des Isolierstoffgehäuses 6
angeordnet und bilden an einander zugewandten freien Enden, von
denen das der Elektrode 7 als Spitze ausgebildet ist, eine im
Isolierstoffgehäuse 6 befindliche Funkenstrecke 9. Die einander
zugewandten Endabschnitte der Elektroden 7, 8 sind mit den Stromanschlüssen
eines parallel zur Funkenstrecke 9 geschalteten und
vorzugsweise als Schmelzsicherung oder Kaltleiter ausgebildeten
Widerstands 10 verbunden. Der Widerstand 10 ist derart bemessen,
dass er einen vom Überspannungsableiter 1 noch gehaltenen
Hochstromstosswert, beispielsweise von 100 kA 4/10 µs, führen
kann, und dass sich bei Belastung über einen vorgegebenen
Zeitraum, von beispielsweise 0,1 ms, mit einem oberhalb eines
vorgegebenen Grenzwertes liegenden Strom, von beispielsweise 20
A, seine elektrische Leitfähigkeit, etwa durch Schmelzen oder
durch einen PTC-Übergang, schlagartig verringert. Im Inneren des
Isolierstoffgehäuses 6 unweit der Funkenstrecke 9 ist eine
Sprengstoffladung 11 angebracht, deren Menge so bemessen ist,
dass bei Zündung der Ladung das Isolierstoffgehäuse 6 in
mindestens zwei voneinander weggeführte und jeweils eine der
beiden Elektroden 7, 8 haltende Teile aufsprengbar ist.The switching
Das Metallgehäuse 4 ist von zwei unterschiedliche Durchmesser
aufweisenden Schalen 12, 13 gebildet, die mit ihren Böden jeweils
an entgegengesetzten Enden des Schaltelementes 5 gehalten sind. The
Die den grösseren Durchmesser aufweisende Schale 12 nimmt die
den kleineren Durchmesser aufweisende Schale 13 auf. Die Schale
12 weist in ihrem Boden eine Öffnung auf, durch die ein mit dem
potentialführenden Teil 2 des Überspannungsableiters galvanisch
verbundener und ein Aussengewinde aufweisender Anschluss der
Elektrode 7 geführt ist. Die Schale 12 ist mittels einer nicht
bezeichneten Mutter fest mit dem oberen Ende des Schaltelementes
5 verbunden. An ihrem Rand trägt die Schale 12 mindestens ein ins
Schaleninnere gerichtetes Kontaktelement 14, welches ringförmig
ausgebildet ist und einen Innenkonus aufweist. Dieses Kontaktelement
14 ist mit einem Innengewinde versehen, welches mit einem
Aussengewinde der Schale 12 zusammenwirkt. Ferner weist die
Schale 12 Ausblasöffnungen 15 für Druckgas auf. Diese Ausblasöffnungen
können mit einem feste Teile im Gehäuseinneren zurückhaltenden
Filter versehen und so ausgebildet werden, dass
austretendes Druckgas in eine vorbestimmte Richtung geführt wird.The
Die Schale 13 weist in ihrem Boden ebenfalls eine Öffnung auf,
durch die ein ein Aussengewinde aufweisender und an Erdpotential
gelegter Anschluss der Elektrode 8 geführt ist. Die Schale 13 ist
mittels einer nicht bezeichneten Mutter fest mit dem unteren Ende
des Schaltelementes 5 verbunden. Die Schale 13 trägt auf ihrer
von der Schale 12 abgedeckten Aussenseite ein beispielsweise als
Farbbeschichtung ausgebildetes Anzeigeelement 16. Die Schale 13
ist konusartig aufgeweitet und ist im Bereich des Schalenrandes
auf ihrer Aussenseite als elektrisches Kontaktelement 17
ausgebildet, welches an den Innenkonus des ringförmigen Kontaktelements
14 angepasst ist. Das Innere des Metallgehäuses 4 ist
durch eine vom Boden der Schale 13 an den Rand der Schale 12
geführte Abdeckung 18 abgeschlossen.The
Der Lichtwellenleiter L ist mit seinem Abschnitt LA ins Innere
des Metallgehäuse 4 geführt. Zu diesem Zweck weist die Schale 12
zwei diametral angeordnete Durchführungen für den Lichtwellenleiterabschnitt
LA auf, welche den Lichtwellenleiterabschnitt LA,
an die im Inneren des Metallgehäuses vorgesehene Schale 13
führen. In der Schale 13 sind zwei Durchführungsöffnungen für den
Lichtwellenleiterabschnitt LA vorgesehen. An der Aussenseite der
Schale 12 sind zwei Verbindungsteile zweier Lichtwellenleiter-Steckverbindungen
19, 20 angebracht. Der Lichtwellenleiterabschnitt
LA wird praktisch geradlinig von der Lichtwellenleiter-Steckverbindungen
19 durch die Schalen 12 und 13 ins Innere des
Metallgehäuses 4 geführt, umfasst den halben Umfang des
Isolierstoffgehäuse 6 auf kürzestem Weg und wird praktisch wieder
geradlinig durch die Schalen 13 und 12 an die Lichtwellenleiter-Steckverbindung
20 geführt.The optical waveguide L is with its section LA inside
of the
Die Wirkungsweise eines mit einer solchen Anzeigevorrichtung 3
versehenen Überspannungsableiters ist wie folgt:
Ein in der Auswertevorrichtung AW der Schaltwarte von der Lichtquelle
LQ kontinuierlich abgegebenes Signal wird durch ein damit
zusammenwirkendes Teil des Lichtwellenleiters L zunächst zum
Überspannungsableiter AT geführt, gelangt über die Lichtwellenleiter-Steckverbindung
19, den Lichtwellenleiterabschnitt LA, die
Lichtwellenleiter-Steckverbindung 20 und das daran anschliessende
Teil des Lichtwellenleiters L zum Überspannungsableiter AS, von
dort in entsprechender Weise auch zum Überspannungsableiter AR
und über ein daran anschliessendes Teil des als Schleife
geführten Lichtwellenleiters L an den Empfänger FW der
Auswertevorrichtung AW. Solange das Lichtsignal am Empfänger FW
ankommt, arbeiten die Überspannungsabieiter AR, AS, AT
fehlerfrei. Dies kann beispielsweise durch Ansteuern der grünen
Kontrollampe KG angezeigt werden.A continuously emitted in the evaluation AW of the control room by the light source LQ signal is first passed through a cooperating part of the optical waveguide L to the surge arrester A T, passes through the
Weist der Überspannungsableiter oder in entsprechender Weise ein
anderer elektrischer Apparat, beispielsweise ein Isolator eines
Schalters oder eines Transformators, oder ein Isolator einer
Hochspannungsanlage, einen Defekt auf, so fliesst ein Fehlerstrom
im A- oder sogar kA-Bereich durch den als Stromsensor wirkenden
ohmschen Widerstand 10. Der Widerstand 10 wird stark erhitzt und
geht innerhalb weniger ms, etwa durch Schmelzen oder einen PTC-Übergang,
in einen hochohmigen Zustand über. Der Fehlerstrom
kommutiert nun unter Lichtbogenbildung in einen die Funkenstrecke
9 enthaltenden Strompfad. Die im Bereich der Funkenstrecke 9
angeordnete Sprengstoffladung 11 wird durch den sich bildenden
Lichtbogen gezündet. Das sich hierbei bildende Druckgas
zersprengt das spröde Isolierstoffgehäuse 6 schlagartig und
treibt dann die Elektrode 8 und die mit ihr starr verbundene
Schale 13 nach unten bis der in Fig.3 dargestellte Zustand der
Anzeigevorrichtung 3 erreicht ist. Das Druckgas wird durch die
Ausblasöffnungen aus dem Inneren des von den Schalen 12 und 13
umschlossenen Metallgehäuses 4 ausgestossen. Bei der Zerstörung
des Isolierstoffgehäuses 6 entstehende Splitter werden vom
Metallgehäuse 4 im Gehäuseinneren zurückgehalten.Instructs the surge arrester or in a corresponding manner
other electrical apparatus, for example an insulator
Switch or a transformer, or an isolator one
High-voltage system, a defect, so a fault current flows
in the A or even kA range due to that acting as a current sensor
Bei der nach unten ausgeführten Bewegung der Schale 13 wird der
Lichtwellenleiterabschnitt LA zerstört und dabei das von der
Lichtquelle LQ an den Empfänger FW geführte Lichtsignal
unterbrochen. Anstelle der grünen KG leuchtet nun die rote
Kontrollampe KR auf und signalisiert in der Schaltwarte, dass
einer der drei Überspannungsableiter defekt ist.During the downward movement of the
In dem in Fig.3 dargestellten Zustand haben sich die als Kontaktelement
17 ausgebildete konusartige Aufweitung der Schale 13 und
das ringartig ausgebildete Kontaktelement 14 der feststehenden
Schale 12 verklemmt. Der Fehlerstrom wird nun nicht mehr über die
Funkenstrecke 9 des Schaltelements 5 geführt, sondern fliesst nun
über die galvanisch mit der Elektrode 7 verbundene Schale 12, die
miteinander kontaktierten Kontaktelemente 14 und 17 und die
galvanisch mit der Elektrode 8 verbundene Schale 13 zur Erde ab.
Der das Anzeigeelement 14 tragende Abschnitt der Schale 12 ist
nun sichtbar geworden und signalisiert vor Ort einem Beobachter
den defekten Überspannungsableiter. Der defekte Überspannungsableiter
kann nun ausgebaut und durch einen neuen Ableiter
ersetzt werden. Hierbei wird der Lichtwellenleiterabschnitt LA
einfach an den Lichtwellenleiter L angesteckt.In the state shown in FIG. 3, they have been used as a
Bei der Ausführungsform des Überspannungsableiters nach den
Figuren 4 und 5 ist eines beider Enden des Abschnitts LA an ein
Verbindungsteil der Steckverbindung 19 angeschlossen. Das andere
Ende von LA ist durch einen Reflektor 21 abgeschlossen. Der
Reflektor 21 muss nicht notwendigerweise an der Schale 12
befestigt sein, sondern kann alternativ auch einem der Steckverbindung
19 zugewandeten Bereich der Aussenfläche der Schale 13
angebracht sein. Der Abschnitt LA kann dann entfallen und der
Reflektor 21 ist dann Teil einer Reflexionslichtschranke. Ein
derart ausgeführter Überspannungsableiter ist der in der Reihenschaltung
der drei Überspannungsableiter AR, AS, AT von der
zentralen Auswertevorrichtung AW am weitesten entfernt liegende
Überspannungsableiter AR.In the embodiment of the surge arrester according to FIGS. 4 and 5, one of both ends of the section LA is connected to a connecting part of the
Bei fehlerstromfreiem Betrieb der drei Ableiter wird das in der
Auswertevorrichtung AW der Schaltwarte von der Lichtquelle LQ
kontinuierlich abgegebene Signal durch die Ableiter AT und AS zum
Überspannungsableiter AR geführt. Nach Reflexion am Reflektor 21
gelangt das Signal zum Empfänger FW der Auswertevorrichtung AW.
Weist der Überspannungsableiter AR einen Defekt auf, so spricht
die Anzeigevorrichtung 3 an und unterbricht durch Zerstören des
Lichtwellenleiterabschnitts LA bzw. durch Verschieben der Schale
13 das von der Lichtquelle LQ zum Reflektor 21 und damit zum
Empfänger FW geführte Lichtsignal. When fault current-free operation of the three arresters continuously emitted in the evaluation AW of the control room by the light source LQ signal is passed through the arrester and A T A A R S to the surge arrester. After reflection on the
- AR, AS, AT A R , A S , A T
- ÜberspannungsableiterSurge arresters
- AWAW
- Auswertevorrichtungevaluation
- Ee
- Erdungskabelground wire
- FWFW
- Empfängerreceiver
- GG
- Halterungbracket
- II
- StützisolatorenPost insulators
- KG, KLKG, KL
- Kontrollampenwarning lights
- LL
- Lichtwellenleiteroptical fiber
- LALA
- LichtwellenleiterabschnittOptical waveguide section
- LQLQ
- Lichtquellelight source
- R, S, TR, S, T
- Phasenleiterphase conductor
- TRTR
- Transformatortransformer
- 22
- potentialführendes Teilpotential-carrying part
- 33
- Anzeigevorrichtungdisplay device
- 44
- Metallgehäusemetal housing
- 55
- Schaltelementswitching element
- 66
- IsolierstoffgehäuseInsulated
- 7, 87, 8
- Elektrodenelectrodes
- 99
- Funkenstreckeradio link
- 1010
- Widerstandresistance
- 1111
- Sprengstoffladungexplosive charge
- 12, 1312, 13
- SchalenPeel
- 1414
- Kontaktelementcontact element
- 1515
- Ausblasöffnungenexhaust openings
- 1616
- Anzeigeelementdisplay element
- 1717
- Kontaktelementcontact element
- 1818
- Abdeckungcover
- 19, 2019, 20
- Lichtwellenleiter-SteckverbindungenFiber optic connectors
- 2121
- Reflektorreflector
Claims (15)
- Electrical apparatus, in particular a surge voltage protector (AR, AS, AT), having an optical fibre section (LA), acting as a sensor, for detecting the position of a moveable part of the apparatus, and having connecting means for an optical fibre (L) for transmitting a signal, emitted by the optical fibre section (LA) given a change in position of the moveable part, to a central evaluation device (AW), in the case of which the optical fibre section (LA) is held in such a way that it is destroyed after the change in position of the moveable part, characterized in that the connecting means comprise a first optical fibre connector (19, 20), in that the optical fibre section (LA) is led to an optical display device (3) which is connected in an electrically conducting fashion to an earthable part of the electrical apparatus, in that the display device (3) has a two-part metal housing which supports an optical display element (16) and surrounds a switching element (5) and in that, upon the occurrence of a fault current conducted by the apparatus, a moveable first part, supporting the display element (16), of the metal housing (4) cooperates with the second part of the metal housing (4), thus making the display element (16) visible and forming an electrical connection which takes over the fault current.
- Electrical apparatus according to Claim 1, characterized in that one of the two ends of the optical fibre section (LA) is connected to a connecting part of the first optical fibre connector (19), and the other end is connected to a connecting part of a second optical fibre connector (20) or a reflector (21).
- Electrical apparatus according to Claim 2, characterized in that the connecting part, connected to the optical fibre section (LA), of the first and/or the second optical fibre connector (19, 20) and/or the reflector (21) are fastened to the electrical apparatus.
- Electrical apparatus according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the metal housing (4) is formed by two shells (12, 13) of different diameter, the bottoms of the two shells (12, 13) each being held at opposite ends of an insulating housing of the switching element (5), and the first shell (12), having the larger diameter, accommodating a second shell (13), which has the smaller diameter and supports the display element (16) on its outside.
- Electrical apparatus according to Claim 4, characterized in that the second shell (13) is widened like a cone, and in that the first shell (12) supports on its edge at least one contact element (14) which is directed into the shell interior and, upon displacement of the two shells (12, 13), makes contact with the conically widened part of the second shell (13), forming the electrical connection in so doing.
- Electrical apparatus according to one of Claims 4 or 5, characterized in that a spark gap (9) connected in an electrically conductive fashion to a non-isolated part (2) of the apparatus, and an explosive charge (11) are provided in the insulating housing (6) of the switching element (5).
- Electrical apparatus according to Claim 6, characterized in that an ohmic resistor (10) is connected in parallel with the spark gap (9).
- Electrical apparatus according to one of Claims 4 to 7, characterized in that the optical fibre section (LA) is led through the first shell (12) to the second shell (13) provided in the interior of the metal housing (4).
- System for displaying the state of the electrical apparatus (AR, AS, AT) according to one of Claims 1 to 8, having the central evaluation device (AW) and having the optical fibre (L), characterized in that the central evaluation device (AW) has a light source (LQ), which continuously feeds a light signal into the optical fibre (L) during operation of the electrical apparatus, as well as a receiver (MW) which detects the fed-in light signal after passage through the optical fibre section (LA) held on the electrical apparatus.
- System according to Claim 9, characterized in that the optical fibre (L) is constructed in the form of a loop whose one end is operationally connected to the light source (LQ) and whose other end is operationally connected to the receiver (FW).
- System according to Claim 9, characterized in that the optical fibre (LQ) is constructed in the form of a spur line whose one end is operationally connected to the light source (LQ) and whose other end is terminated by a reflector (21).
- System according to one of Claims 9 to 11, characterized in that in the cable run of the optical fibre (L) at least one further electrical apparatus (AS, AR) having a further section (LA) of the optical fibre (L) is connected in series with the electrical apparatus (AT).
- System according to Claim 12, characterized in that instead of an optical fibre section (LA), the apparatus (AR) furthest removed in the series circuit of the electrical apparatuses (AR, AS, AT) of the central evaluation device (AW) includes a reflected-light barrier which is fed by the light source (LQ) via the optical fibre (L) and feeds into the receiver (FW) via the optical fibre (L).
- System according to one of Claims 12 or 13, characterized in that the electrical apparatuses (AR, AS, AT) are in each case assigned a phase (R, S, T) of a multiphase network.
- System according to Claim 14, characterized in that each of the electrical apparatuses is suspended with a high-voltage terminal on an overhead conductor of the multiphase network and is fastened to a grounded holder (G) by means of a post insulator (I).
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