WO1999050865A1 - Hochspannungsgerät, insbesondere überspannungsableiter - Google Patents

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WO1999050865A1
WO1999050865A1 PCT/DE1999/001005 DE9901005W WO9950865A1 WO 1999050865 A1 WO1999050865 A1 WO 1999050865A1 DE 9901005 W DE9901005 W DE 9901005W WO 9950865 A1 WO9950865 A1 WO 9950865A1
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infrared
infrared transmitter
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Inventor
Volker Hinrichsen
Matthias Schubert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/048—Checking overvoltage diverters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals
    • H02H1/0069—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals by means of light or heat rays

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage device with a component (4) which is at least partially at high-voltage potential and a housing (1) surrounding it at a distance, and with a measuring device for measuring and / or monitoring a physical variable by means of a sensor (9) in the region of Component (4) and with a transmission device (12, 13) for the transmission of measurement data to earth potential, the transmission device (12, 13) having an infrared transmitter (12) in the region of the component (4) and an infrared receiver (13).
  • a high-voltage device with a transmission device is known, for example, from French patent application No. 77 13143, publication number 2 388 391.
  • a device for detecting a measured variable is provided with a light-sensitive sensor and a transmission line for transmitting data detected by the sensor to the exterior of the housing.
  • the known system uses optical data transmission in order to overcome potential differences.
  • a straight link or an optical fiber can communicate with the sensor.
  • the present invention has for its object to provide a high-voltage device of the type mentioned, in which the transmission device is as simple and inexpensive as possible and is versatile in use with high operational reliability.
  • the high-voltage device is a surge arrester with a stack of metal oxide resistors and that the infrared transmitter is arranged within the cylindrical outer contour of the stack, and that the sensor and / or the infrared transmitter with energy derived from the leakage current of the surge arrester is operated.
  • Infrared transmitters and infrared receivers are known on the one hand as functionally reliable components and are produced in large numbers at low cost, in particular because of their use in the household sector.
  • an infrared transmission system has the advantage that the signals emitted by a transmitter in the area of the component are often reflected in the interior of the housing, and signals that are reflected multiple times are still registered with great certainty by the infrared receiver. An optically straight connection between transmitter and receiver in the infrared range is therefore not necessary for secure data transmission.
  • the installation position of the infrared transmitter with respect to the receiver does not have to be maintained with particularly high accuracy 3
  • the infrared receiver can thus be arranged at a location in the interior of the housing that is, on the one hand, dielectrically harmless and, on the other hand, lies in the area of a data line leading to the exterior of the housing.
  • the sensitivity to errors in mechanical movements of the high-voltage device is also very low.
  • the energy requirement for the infrared transmitter is also low, so that it can be operated easily by means of the leakage current of the drain.
  • a current transformer can be provided in the stack of MO leakage resistors, the secondary side of which feeds the transmitter.
  • secure data transmission is relatively insensitive to the arrangement and orientation of the infrared transmitter, so that it can be arranged in the case of a surge arrester within the outer contour of the stack of arrester resistors and, most simply, can be directed towards the inner wall of the housing for data communication with the infrared receiver to ensure.
  • An advantageous embodiment of the invention provides, as disposed ß the infrared receiver at the erdpotential Indeeden flange of the surge arrester.
  • the infrared receiver can then be arranged, for example, on the flange cover before the flange is closed and fastened together with it.
  • the flange then has a feedthrough for data lines, via which the signals coming from the infrared transmitter can be passed to the exterior of the housing.
  • the invention can also be advantageously configured in that the sensor is a temperature sensor.
  • the infrared transmitter works in the pulse modulation process or comparable digital transmission process.
  • This data transmission method is largely independent of fluctuations in the energy supply of the infrared transmitter.
  • the senor and the infrared transmitter are arranged in a housing which is inserted into the stack and the walls of which conduct the arrester current.
  • Such housings are generally used as fillers for length compensation.
  • the senor and the infrared transmitter are inserted in the stack of discharge resistors in a particularly interference-free and dielectric-safe manner, without impairing the function of the surge arrester.
  • Carrying device is also to be used in electrical high-voltage switchgear, such as circuit breakers or disconnectors, in order to transmit data relating to the switching position or the temperature or other measured variables safely.
  • the figure shows schematically the structure of a surge arrester in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows schematically in a longitudinal section an overvoltage arrester for high voltage with a housing 1 which is made of porcelain but can also consist of a plastic composite material and which is provided with circumferential shielding ribs for extending the leakage current.
  • the housing 1 is provided with metallic end flanges 2, 3 which seal the interior of the housing, which is filled with a gas, for example SF 6 , in a gas-tight manner.
  • a gas for example SF 6
  • a stack 4 of bleeder resistors 5, 6, 7 is clamped and contacted between the metallic flanges 2 and 3.
  • the upper flange 2 is connected in a manner not shown to a high-voltage component, while the lower flange 3 is connected to the ground potential.
  • An annular gas-filled intermediate space is located between the arrester stack 4 and the housing 1.
  • the bleeder resistors 5,6,7 In the idle state, the bleeder resistors 5,6,7 have a high resistance due to their non-linear resistance characteristic and only let a small leakage current flow from the high voltage potential to the earth potential. This leakage current causes 6
  • a temperature sensor 9 is provided, which is shown enlarged in FIG. 2.
  • This sensor is arranged in a metallic housing 10, for example made of steel or aluminum, which is arranged between the bleeder resistors 6, 7 within the cylindrical outer contour of the stack 4 and which transmits the leakage current between the mentioned bleeder resistors 6, 7.
  • the temperature sensor 9 is fastened to the inner wall of the housing 10 and, with a good approximation, is at the temperature of the bleeder resistors 6, 7.
  • the sensor converts the detected temperature into an electrical variable, for example current or voltage, which is converted in an electronic circuit 11 into a signal which is, for example, pulse-width-modulated and is used to control the infrared diode 12.
  • the infrared diode 12 is arranged at an opening of the housing 10 and emits infrared signals to the inner wall of the housing 1.
  • infrared signals are reflected many times within the housing 1 and also reach the lower flange 3, where an infrared receiver 13 for receiving and converting the infrared signals into electrical signals is arranged.
  • the infrared receiver 13 is at the earth potential of the flange 3, and from there an electrical data line 14 leads to an evaluation device 15, in which the current temperature of the surge arrester is monitored.
  • Maintenance of the device may not have to be carried out at special intervals, but can only be initiated by means of a monitoring device if necessary.

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Abstract

Bei einem Hochspannungsgerät, insbesondere Überspannungsableiter mit einem wenigstens teilweise auf Hochspannungspotential liegenden Bauteil (4) und einem dieses mit Abstand umgebenden Gehäuse (1) sowie mit einer Meßeinrichtung zur Messung und/oder Überwachung einer physikalischen Größe mittels eines Sensors (9) im Bereich des Bauteils (4) und mit einer Übertragungseinrichtung (12, 13) zur Übertragung von Meßdaten zum Erdpotential, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Übertragungseinrichtung (12, 13) einen Infrarotsender (12) im Bereich des Bauteils (4) und einen Infrarotempfänger (13) aufweist.

Description

1
Beschreibung
Hcchspannungsgerät, insbesondere Uberspannungsableiter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungsgerät mit einem wenigstens teilweise auf Hochspannungspotential liegenden Bauteil (4) und einem dieses mit Abstand umgebenden Gehäuse (1) sowie mit einer Meßeinrichtung zur Messung und/oder Überwachung einer physikalischen Größe mittels eines Sensors (9) im Bereich des Bauteils (4) und mit einer Übertragungseinrichtung (12,13) zur Übertragung von Meßdaten zum Erdpotential, wobei die Übertragungseinrichtung (12,13) einen Infrarotsender (12) im Bereich des Bauteils (4) und einen Infrarotempfänger (13) aufweist.
Ein Hochspannungsgerät mit einer Übertragungseinrichtung ist beispielsweise aus der französischen Patentanmeldung Nr. 77 13143, Veröffentlichungsnummer 2 388 391 bekannt.
Bei dem bekannten Hochspannunsgerät ist eine Einrichtung zur Erfassung einer Meßgröße vorgesehen mit einem lichtempfindlichen Sensor und einer Übertragungsleitung zur Übermittlung von durch den Sensor erfaßten Daten zum Gehäuseäußeren. Bei der Übermittlung der zu überwachenden Daten, beispielsweise bezüglich der Schalterstellung eines Hochspannungsschalters, bedient sich die bekannte Anlage einer optischen Datenübertragung, um Potentialunterschiede zu überwinden.
Der Nachteil einer solchen Lösung besteht darin, daß Signale einerseits nur über gerade Übertragungswege übermittelt werden können und daß andererseits zur Übermittlung zum Gehäuseäußeren entweder ein optisches Fenster oder ein Lichtwellenleiter im Gehäuse oder ein optoelektronischer Umsetzer an einer Stelle des Gehäuses vorgesehen werden muß, die über 2
eine gerade Verbindungsstrecke oder einen Lichtwellenleiter mit dem Sensor kommunizieren kann.
Aus der DE-AS 15 38 092 ist ein Hochspannungsgerät mit einer Übertragungseinrichtung bekannt, die eine Infrarotübertragungsstrecke aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochspannungsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Übertragungseinrichtung möglichst einfach und kostengünstig ausgestaltet und bei hoher Betriebssicherheit vielseitig einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hochspannungsgerät ein Überspannungsabieiter mit einem Stapel von Metalloxidableitwiderständen ist und daß der Infrarotsender innerhalb der zylindrischen Außenkontur des Stapels angeordnet ist, und daß der Sensor und/oder der Infrarotsender mit von dem Leckstrom des Überspannungsabieiters abgeleite- ter Energie betrieben wird.
Infrarotsender und Infrarotempfänger sind einerseits als funktionssichere Bauteile bekannt und werden insbesondere wegen ihrer Verwendung im Haushaltsbereich in großer Zahl ko- stengünstig hergestellt. Andererseits bietet ein Infrarotübertragungssystem den Vorteil, daß die von einem Sender im Bereich des Bauteils abgestrahlten Signale vielfach im Inneren des Gehäuses reflektiert werden und auch mehrfach reflektierte Signale von dem Infrarotempfänger noch mit großer Sicherheit registriert werden. Daher ist eine optisch gerade Verbindung zwischen Sender und Empfänger im Infrarotbereich für die sichere Datenübertragung nicht notwendig.
Auch die Einbaulage des Infrarotsenders in bezug auf den Emp- fänger muß nicht mit besonders hoher Genauigkeit eingehalten 3
werden. Der Infrarotempfänger kann somit an einer Stelle im Innenraum des Gehäuses angeordnet sein, die einerseits dielektrisch ungefährlich ist und andererseits im Bereich einer Durchführung einer Datenleitung zum Gehäuseäußeren liegt.
Auch die Fehlerempfindlichkeit bei mechanischen Bewegungen des Hochspannungsgerätes beispielsweise infolge von Erdbeben oder Vibrationen bei einem Schaltvorgang ist sehr gering.
Letztlich ist auch der Energiebedarf für den Infrarotsender gering, so daß er problemlos mittels des Leckstroms des Abieiters betrieben werden kann. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Stromwandler im Stapel von MO-Ableitwider- ständen vorgesehen sein, dessen Sekundärseite den Sender speist.
Wie oben geschildert, ist eine sichere Datenübertragung relativ unempfindlich gegenüber der Anordnung und Ausrichtung des Infrarotsenders, so daß dieser bei einem Überspannungsablei- ter innerhalb der Außenkontur des Stapels von Ableiterwiderständen angeordnet und am einfachsten auf die Gehäuseinnenwand gerichtet sein kann, um eine Datenkommunikation mit dem Infrarotempfänger zu gewährleisten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Infrarotempfänger an dem erdpotentialseitigen Flansch des Überspannungsabieiters angeordnet ist .
Der Infrarotempfänger kann dann vor dem Verschluß des Flansches beispielsweise an dem Flanschdeckel angeordnet werden und gemeinsam mit diesem befestigt werden . Der Flansch weist dann eine Durchführung für Datenleitungen auf, über die die von dem Infrarotsender kommenden Signale zum Gehäuseäußeren geleitet werden können . Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der Sensor ein Temperatursensor ist.
Insbesondere bei einem Überspannungsabieiter mit Metalloxidwiderständen fließt im Ruhefall ein Leckstrom, der langfristig den Abieiter aufheizt. Mit zunehmender Alterung der Metalloxidwiderstände vergrößert sich dieser Leckstrom, so daß sich langfristig auch die Temperatur des Widerstandsstapels erhöht. Daher kann es vorteilhaft sein, zur Überwachung der Alterung und zur Erfassung von Ableitvorgängen, die sich durch sprunghafte Temperaturänderungen äußern, laufend die Temperatur des Stapels zu überwachen und Daten bezüglich der Temperatur zum Gehäuseäußeren zu leiten.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Infrarotsender im Pulsmodulationsverfahren oder vergleichbaren digitalen Übertragungsverfahren arbeitet .
Dieses Datenübertragungsverfahren ist weitgehend unabhängig von Schwankungen der Energieversorgung des Infrarotsenders .
Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Sensor und der Infrarotsender in einem Gehäuse angeordnet sind, das in den Stapel eingefügt ist und dessen Wände den Ableiterstrom führen . Solche Gehäuse sind als Füllstücke zum Längenausgleich allgemein üblich .
Auf diese Weise werden der Sensor und der Infrarotsender be- sonders störungsfrei und dielektrisch sicher in den Stapel von Ableitwiderständen eingefügt, ohne die Funktion des Überspannungsabieiters zu beeinträchtigen.
Die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung beschränken sich nicht auf Überspannungsabieiter, sondern die erfindungsgemäße Über- 5
tragungseinrichtung ist ebenso bei elektrischen Hochspannungsschaltgeräten, wie beispielsweise Leistungsschaltern oder Trennschaltern einzusetzen, um Daten betreffend die Schaltstellung oder die Temperatur oder andere Meßgrößen sicher zu übertragen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
Dabei zeigt die Figur schematisch den Aufbau eines Überspannungsabieiters in einem Längsschnitt.
Die Figur 1 zeigt schematisch in einem Längsschnitt einen Überspannungsabieiter für Hochspannung mit einem Gehäuse 1, das aus Porzellan besteht, jedoch ebenso aus einem Kunst- stoffverbundwerkstoff bestehen kann und das mit umlaufenden Schirmrippen zur Kriechwegstromverlängerung versehen ist. Das Gehäuse 1 ist mit metallischen Endflanschen 2,3 versehen, die das Gehäuseinnere, welches mit einem Gas, beispielsweise SF6 gefüllt ist, gasdicht abschließen.
Zwischen den metallischen Flanschen 2 und 3 ist ein Stapel 4 aus Ableitwiderständen 5,6,7 eingespannt und kontaktiert. Der obere Flansch 2 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Hochspannung führenden Bauteil verbunden, während der untere Flansch 3 mit dem Erdpotential verbunden ist. Zwischen dem Ableiterstapel 4 und dem Gehäuse 1 befindet sich ein ringförmiger gasgefüllter Zwischenraum.
Im Ruhezustand weisen die Ableitwiderstände 5,6,7 wegen ihrer nichtlinearen Widerstandskennlinie einen hohen Widerstand auf und lassen nur einen geringen Leckstrom vom Hochspannungs- potential zum Erdpotential fließen. Dieser Leckstrom bewirkt 6
jedoch schon eine gewisse auch vom Alterungszustand des Abieiters abhängige Erwärmung des Ableiterstapels 4. Um diese Erwärmung zu überwachen, ist ein Temperatursensor 9 vorgesehen, der in der Figur 2 vergrößert dargestellt ist. Dieser Sensor ist in einem metallischen Gehäuse 10, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium angeordnet, das zwischen den Ableitwiderständen 6,7 innerhalb der zylindrischen Außenkontur des Stapels 4 angeordnet ist und das den Leckstrom zwischen den genannten Ableitwiderständen 6,7 überträgt. Der Tempera- tursensor 9 ist an der Innenwand des Gehäuses 10 befestigt und befindet sich mit guter Näherung auf der Temperatur der Ableitwiderstände 6,7. Der Sensor setzt die erfaßte Temperatur in eine elektrische Größe, beispielsweise Strom oder Spannung um, die in einer elektronischen Schaltung 11 in ein Signal umgesetzt wird, welches beispielsweise pulsweiten o- duliert ist und zur Ansteuerung der Infrarotdiode 12 dient.
Die Infrarotdiode 12 ist an einer Öffnung des Gehäuses 10 angeordnet und strahlt zur Innenwand des Gehäuses 1 Infrarot- Signale ab.
Diese Infrarotsignale werden innerhalb des Gehäuses 1 vielfach reflektiert und gelangen unter anderem auch zum unteren Flansch 3, wo ein Infrarotempfänger 13 zum Empfang und zur Umsetzung der Infrarotsignale in elektrische Signale angeordnet ist. Der Infrarotempfänger 13 befindet sich auf Erdpotential des Flansches 3, und von dort aus führt eine elektrische Datenleitung 14 zu einer Auswerteeinrichtung 15, in der die aktuelle Temperatur des Überspannungsabieiters überwacht wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung ist somit die Überwachung eines auf Hochspannungspotential liegenden Bauteils möglich, ohne daß das Gehäuse geöffnet werden muß oder daß Leitungen von dem Bauteil zum Erdpotential verlegt werden 7
müssen. Eine Wartung des Gerätes muß gegebenenfalls nicht in speziellen Intervallen erfolgen, sondern kann erst im Bedarfsfall mittels einer Uberwachungseinrichtung veranlaßt werden.

Claims

8 Patentansprüche
1. Hochspannungsgerat mit einem wenigstens teilweise auf Hochspannungspotential liegenden Bauteil (4) und einem dieses mit Abstand umgebenden Gehäuse (1) sowie mit einer Meßeinrichtung zur Messung und/oder Überwachung einer physikalischen Größe mittels eines Sensors (9) im Bereich des Bauteils (4) und mit einer Übertragungseinrichtung (12,13) zur Übertragung von Meßdaten zum Erdpotential, wobei die Übertragungseinrichtung (12,13) einen Infrarotsender (12) im Bereich des Bauteils (4) und einen Infrarotempfänger (13) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Hochspannungsgerät ein Überspannungsabieiter mit einem Stapel (4) von Metalloxidableitwiderstanden (5,6,7) ist und daß der Infrarotsender (12) innerhalb der zylindrischen Außenkontur des Stapels (4) angeordnet ist, und daß der Sensor (9) und/oder der Infrarotsender (12) mit von dem Leckstrom des Überspannungsabieiters abgeleiteter Energie betrieben wird.
2. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Infrarotempfänger (13) an dem erdpotentialseitigen Flansch (3) des Überspannungsabieiters angeordnet ist.
3. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sensor (9) ein Temperatursensor ist. 9
4. Hochspannunsgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Infrarotsender (12) im Pulsmodulationsverfahren oder einem anderen digitalen Ubertragungsverfahren arbeitet.
5. Hochspannunsgerät nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sensor (9) und der Infrarotsender (12) in einem Gehäuse
(10) angeordnet sind, das in den Stapel (4) eingefügt ist und dessen Wände den Ableiterstrom führen.
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