WO2016008869A1 - Vorrichtung zur detektion einer ableiterüberlastung - Google Patents

Vorrichtung zur detektion einer ableiterüberlastung Download PDF

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    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting an arrester overload.
  • Surge arresters are subject to progressive degradation due to their use, which changes the rated parameters of the Abieiter.
  • the degradation process can lead to failure of the Abieiter during a discharge process, or under network conditions over time.
  • a method is known in which a magnetic field sensitive credit card format card is installed in the immediate vicinity of an electrical conductor.
  • the high currents of a lightning current event are far above those of the operating currents and thus generate correspondingly higher magnetic fields. These fields permanently magnetize the bank card.
  • the stored magnetization is a measure of the highest current surge and can be evaluated on the basis of a reader.
  • the invention has for its object to provide a device that solves a disadvantage or several disadvantages of the prior art.
  • the object is achieved by the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • Fig. 2 shows an aspect of the invention with respect to inventive
  • Fig. 3 shows a further aspect of the invention with respect to inventive
  • Fig. 5 shows another aspect of the invention in relation to the invention
  • Fig. 6 shows still another aspect of the invention with respect to embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 according to the invention.
  • the device is set up to detect an arrester overload.
  • the device 1 has an inductive coupling device L, with which a current flow I A is detected by the arrester A to be monitored.
  • the device furthermore has a first switching device SE.
  • a switching operation is triggered, wherein the switching operation is caused by the interruption of a conductor F (.
  • the conductor Fi is not necessarily a fusible conductor but it can be used any conductor, which is dimensioned accordingly.
  • the current is inductively caused by the current I A through the arrester A. Due to the inductive coupling, it follows that the current and the voltage correspond to the derived event. Therefore, the coupled current and the voltage allow an immediate conclusion to the energy.
  • the device is thus based on the transformer principle.
  • the coil can be designed as a discrete component but also integrated into a printed circuit board.
  • the shape of the switching device SE which is indicated in Figure 1 as a dashed square, will be explained in more detail in the other figures.
  • the switching device SE can be designed as shown in Figure 2 with a relay R. If a correspondingly high current occurs, the relay R can exert a force on the conductor shown as a line, and thus put the conductor under tension, so that a constriction and separation occurs.
  • the relay can also be made bistable. If the energy is sufficient, which is coupled into the switching device SE by means of L, the relay R triggers. Otherwise it may reset. In this case, the relay R may also have other components, such. a capacitor to set up the switching behavior accordingly.
  • the relay R can act directly or indirectly on the conductor of the Abieiters A and e.g. cause a shutdown. Also, the relay R can be used to provide further mechanical and / or electrical signaling AL. Such an arrangement is suitable for any type of Abieitern A and in particular provides a galvanic separation of signaling and arrester potential. Due to the simple, robust construction, the device 1 can be provided at low cost and retrofitted to existing Abieitern A.
  • the switching device SE can be designed with one or more fusible conductors F,, F 2 ,.
  • Each fuse element F 1; F 2 , ... can be designed so that it has a different melting integral l 2 t, so that from the separation of the fusible conductor or the fusible conductor can be precisely concluded on the maximum Ableitereignis. For example, it can be detected by designing the fusible conductor, whether the maximum energetic load of Abieiters A corresponds.
  • the first conductor Fi may be designed to trip at one current while the second conductor F 2 is designed to trip at a current I 2 .
  • the first current may be lower than the second current I 2 , as indicated in FIG. 1 by different strengths of the lines.
  • the signaling device can now be directly or indirectly connected to the signaling device AL, e.g. Fedeaufeaufschlagt D is such that when disconnecting the conductor, the signaling device to release the stored energy in the spring D, the signaling device AL makes a corresponding change. That By suitable design, an already existing stress can be displayed. Such example embodiments are shown in FIGS. 3, 5 and 6. In this case, different forms of signaling can be used.
  • a mechanical signaling AL is shown in which a signal plate with different transparency or color ranges is moved either directly or indirectly, so that an area corresponding to the state is displayed.
  • the signaling AL e.g. Force, e.g. biased D.
  • the signal plate can be pushed out of a housing G of the switching device SE, as shown in FIG.
  • a resilient element depresses a corresponding button and thus triggers a remote message.
  • FIG 4 it is shown that the melting of a conductor F ⁇ as well as a relay R can be used to that the switching state of the conductor F, by means of a coupled thereto switch Si can be electrically forwarded and is available eg for a remote message.
  • the switch S may be operated, for example, directly as shown in Figure 2, or another switch may be provided which is switched either directly or indirectly.
  • any form of switch is included, ie A further alternative is shown in Figure 5.
  • the signaling AL is driven by means of a motor M. That is, with each derivation event, the motor M is rotated a little further and with each rotation the signaling AL changed.
  • the motor M can act on the conductor in the same way as the relay R as described above.
  • the device 1 may be designed so that energy is coupled through the inductive coupling L.
  • part of the energy can be stored in a capacitor.
  • the stored energy moves e.g. an anchor in a high impedance coil.
  • the movement of the armature can e.g. as shown in Figure 6 release a spring plate, with a switch and the status change is triggered.
  • the advantage is that the switching process is irreversible. As a result, reaching the maximum Abieitperss be displayed safely.
  • the device can also summatively capture the current flows. However, this can be achieved particularly easily with a motor M or a relay R or with several fuses Fi ... F.
  • the device can be used in connection with a wide variety of Abieitern A, but in particular with spark gaps, varistors, Transient Voltage Supressor diodes.
  • the conductor F may be designed as a fusible conductor, to which additionally by means of a motor M and / or a relay R, which are also flowed through by a partial current of the inductive coupling, under tensile or shear stress
  • the motor M and / or the relay R may be provided with a summative trip as a result of a plurality of lower-energy leakage events, while at the same time providing an immediate shut-down by the melting conductor F 1 in the case of a high-energy sinking event the individual elements each have their own signaling devices AL or, as shown in FIG. 6, they act on a common signaling device AL.
  • the signaling device AL can be provided by means of a direct or indirect coupling to the conductor Fi and / or the motor M and / or the relay R.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung (1) zur Detektion einer Ableiterüberlastung, wobei die Vorrichtung eine induktive Ankopplungseinrichtung (L) aufweist, mit der ein Stromfluss durch den zu überwachenden Abieiter (A) erfasst wird, wobei die Vorrichtung weiterhin eine erste Schalteinrichtung (SE, S1) aufweist, mit der bei Erreichen eines bestimmten ersten Stromes ein Schaltvorgang ausgelöst wird, wobei der Schaltvorgang durch die Unterbrechung eines Leiters (F1) herbeigeführt wird.

Description

Vorrichtung zur Detektion einer Ableiterüberlastung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion einer Ableiterüberlastung.
Überspannungsabieiter unterliegen unter anderem bedingt durch Ihren Einsatz einer fortschreitenden Degradation, die die Nenn-Parameter der Abieiter verändert. Der Degradationsprozess kann über die Zeit zum Versagen der Abieiter während eines Ableitvorganges, oder auch unter Netzbedingungen führen.
Der Zustand dieser inneren Bauteile ist in der Regel nicht bekannt und kann nur sehr begrenzt durch Messungen (Prüfzyklen) ermittelt werden.
Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine magnetfeldsensitive Karte Scheckkartenformat in unmittelbarer Umgebung eines elektrischen Leiters installiert wird. Die Stromstarken eines Blitzstromereignisses liegen weit über denen der Betriebsströme und erzeugen somit entsprechend höhere magnetische Felder. Diese Felder magnetisieren die Scheckkarte dauerhaft. Die gespeicherte Magnetisierung ist ein Maß für den höchsten geflossenen Stoßstrom und kann an Hand eines Lesegerätes ausgewertet werden.
Weiterhin sind Konzepte bekannt, die die Anzahl von Stoßströmen zahlen, indem Überspannungsereignisse ab einer relevanten Größe detektiert und deren Anzahl mit einem irreversiblen Zahler gespeichert und zur Anzeige gebracht werden.
Daher ist es wünschenswert Möglichkeiten anzugeben, die auf den Einsatz und die noch vorhanden Abieitfähigkeit schließen lässt, ohne dass es zu einer Messung vor Ort kommen muss. Weiterhin ist es wünschenswert eine einfache Auswertemöglichkeit bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung anzugeben, die einen Nachteil oder mehrere Nachteile aus dem Stand der Technik löst. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Prinzip-Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 einen Aspekt der Erfindung in Bezug auf erfindungsgemäße
Ausführungsformen.
Fig. 3 einen weiteren Aspekt der Erfindung in Bezug auf erfindungsgemäße
Ausführungsformen.
Fig. 4 einen noch weiteren Aspekt der Erfindung in Bezug auf erfindungsgemäße Ausführungsformen,
Fig. 5 einen anderen Aspekt der Erfindung in Bezug auf erfindungsgemäße
Ausführungsformen, und
Fig. 6 einen noch anderen Aspekt der Erfindung in Bezug auf erfindungsgemäße Ausführungsformen.
Die Figur 1 zeigt eine Prinzip-Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Die Vorrichtung ist dabei zur Detektion einer Ableiterüberlastung eingerichtet. Dafür weist die Vorrichtung 1 eine induktive Ankopplungseinrichtung L auf, mit der ein Stromfluss lA durch den zu überwachenden Ableiter A erfasst wird. Die Vorrichtung weist weiterhin eine erste Schalteinrichtung SE auf.
Bei Erreichen eines bestimmten ersten Stromes wird ein Schaltvorgang ausgelöst, wobei der Schaltvorgang durch die Unterbrechung eines Leiter F( herbeigeführt wird.
Dabei ist der Leiter Fi nicht notwendigerweise ein Schmelzleiter sondern es kann jeder Leiter verwendet werden, der entsprechend dimensioniert ist.
Der Strom ist dabei induktiv durch den Strom lA durch den Ableiter A hervorgerufen. Auf Grund der induktiven Ankopplung ergibt es sich, dass der Strom und die Spannung zum abgeleiteten Ereignis korrespondieren. Daher lässt der gekoppelte Strom und die Spannung einen unmittelbaren Rückschluss auf die Energie zu. Die Vorrichtung basiert somit auf dem Transformatorprinzip. Dem Ableitpfad des Abieiters A wird dabei z.B. eine Spule L so zu geordnet, dass eine magnetische Kopplung besteht. Die Spule kann dabei als diskretes Bauteil aber auch integriert in eine Leiterplatte ausgeführt werden. Die Form der Schalteinrichtung SE, welche in Figur 1 als ein gestricheltes Quadrat angezeigt ist, wird in den weiteren Figuren näher erläutert werden.
Die Schalteinrichtung SE kann wie in Figur 2 gezeigt mit einem Relais R ausgeführt sein. Tritt ein entsprechend hoher Strom auf, so kann das Relais R auf den als Linie dargestellten Leiter eine Kraft ausüben, und damit den Leiter unter Zug setzen, sodass es zu einer Einschnürung und Abtrennung kommt.
Das Relais kann auch bistabil ausgeführt sein. Reicht die Energie aus, die mittels L in die Schalteinrichtung SE eingekoppelt wird, so löst das Relais R aus. Andernfalls kann es sich zurückstellen. Dabei kann das Relais R auch noch weitere Bauteile aufweisen, wie z.B. einen Kondensator, um das Schaltverhalten entsprechend einzurichten.
Das Relais R kann dabei auf den Leiter des Abieiters A direkt oder indirekt einwirken und z.B. eine Abschaltung veranlassen. Auch kann das Relais R dazu verwendet werden, eine weitergehende mechanische und/oder elektrische Signalisierung AL bereitzustellen. Eine derartige Anordnung eignet sich für jegliche Art von Abieitern A und stellt insbesondere eine galvanische Trennung von Signalisierung und Ableiterpotenzial zur Verfügung. Durch den einfachen, robusten Aufbau kann die Vorrichtung 1 kostengünstig und nachrüstbar zu bestehenden Abieitern A bereitgestellt werden.
Andererseits kann die Schalteinrichtung SE wie in Figur 3 gezeigt mit einem oder mehreren Schmelzleitern F, , F2, ... ausgeführt sein. Jeder Schmelzleiter F1 ; F2, ... kann dabei so gestaltet sein, dass er ein anderes Schmelzintegral l2t aufweist, sodass aus dem Auftrennen des Schmelzleiters oder der Schmelzleiter präzise auf das maximale Ableitereignis geschlossen werden kann. Beispielsweise kann so durch Auslegung des Schmelzleiters erfasst werden, ob die maximale energetische Belastung des Abieiters A entspricht.
Beispielsweise kann der erste Leiter Fi so ausgeführt sein, dass er bei einem Strom auslöst, während der zweite Leiter F2 so ausgeführt ist, dass er bei einem Strom l2 auslöst. Dabei kann der erste Strom geringer als der zweite Strom l2 sein, so wie in Figur durch unterschiedliche Stärken der Linien angezeigt.
Mit dem Leiter kann nun mittelbar oder unmittelbar eine Signalisierungseinrichtung AL verbunden sein, die z.B. Federbeaufschlagt D ist, sodass beim Auftrennen des Leiters die Signalisierungseinrichtung unter Freisetzung der in der Feder D gespeicherten Energie die Signalisierungseinrichtung AL einen entsprechenden Wechsel vollzieht. D.h. durch geeignete Auslegung kann eine bereits erfolgte Beanspruchung zur Anzeige gebracht werden. Solche beispielhafte Ausführungsformen sind in den Figuren 3, 5 und 6 gezeigt. Dabei können unterschiedliche Formen der Signalsierung verwendet werden.
Beispielhaft ist eine mechanische Signalisierung AL aufgezeigt, bei der ein Signalplättchen mit unterschiedlichen Transparenz oder Farbbereichen entweder direkt oder indirekt bewegt wird, sodass ein dem Zustand entsprechende Bereich angezeigt wird. Hierzu kann die Signalisierung AL z.B. Kraft beaufschlagt sein, z.B. vorgespannt D. Z.B. kann das Signalplättchen aus einem Gehäuse G der Schalteinrichtung SE geschoben werden, wie in Figur 6 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass z.B. ein federndes Element einen entsprechenden Taster niederdrückt und somit eine Fernmeldung auslöst.
In Figur 4 ist aufgezeigt, dass das Aufschmelzen eines Leiters F< ebenso wie ein Relais R dazu verwendet werden kann, dass der Schaltzustand des Leiters F, mittels eines hieran gekoppelten Schalters Si elektrisch weitergeleitet werden kann und so z.B. für eine Fernmeldung zur Verfügung steht. Der Schalter S( kann z.B. direkt wie in Figur 2 dargestellt betätigt werden, oder aber es kann ein weiterer Schalter vorgesehen sein, der entweder direkt oder indirekt geschaltet wird. Soweit vorstehend auf einen Schalter Bezug genommen wird, ist jede Form eines Schalters umfasst, d.h. eine Öffnerfunktion, eine Schließerfunktion oder eine Wechslerfunktion. In Figur 5 ist noch eine weitere Alternative gezeigt. Dort wird die Signalsierung AL mittels eines Motors M angetrieben. D.h. mit jedem Ableitereignis wird der Motor M ein Stück weiter gedreht und mit jeder Drehung wird die Signalsierung AL geändert. Gleichfalls kann der Motor M in gleicher Weise wie das Relais R auf den Leiter wie zuvor beschrieben einwirken.
Beispielsweise kann die Vorrichtung 1 so gestaltet sein, dass Energie durch die induktive Ankopplung L eingekoppelt wird. Dabei kann ein Teil der Energie in einem Kondensator gespeichert werden. Die so gespeicherte Energie bewegt z.B. einen Anker in einer hochimpedanten Spule. Die Bewegung des Ankers kann z.B. wie in Figur 6 gezeigt ein Federblech freigeben, mit dem ein Schalter und der Statuswechsel ausgelöst wird.
Von Vorteil ist, dass der Schaltvorgang irreversibel ist. Hierdurch kann das Erreichen des maximalen Abieitvermögens sicher angezeigt werden.
Je nach Ausführungsform kann die Vorrichtung auch summativ die Stromflüsse erfassen. Besonders einfach lässt sich dies jedoch mit einem Motor M oder einem Relais R oder mit mehreren Schmelzleitern Fi ... F erreicht werden.
Ohne weiteres kann die Vorrichtung in Zusammenhang mit unterschiedlichsten Abieitern A, insbesondere jedoch mit Funkenstrecken, Varistoren, Transient Voltage Supressor- Dioden verwendet werden.
Obwohl vorstehen unterschiedliche Aspekte beleuchtet werden, sind alle Aspekte, die zuvor getrennt oder als alternativ dargestellt auch wie in Figur 6 gezeigt kombinierbar.
So kann z.B. der Leiter F( als Schmelzleiter ausgeführt sein, auf den zusätzlich noch mittels eines Motors M und/oder eines Relais R, welche ebenfalls von einem Teilstrom der induktiven Ankopplung durchflössen werden, unter Zug- bzw. Schubspannung gesetzt werden. So können individuelle Aspekte von Ableitereignissen berücksichtigt werden. Beispielsweise kann durch den Motor M und/der das Relais R eine summative Auslösung in Folge mehrerer energieärmer Ableitereignisse bereitgestellt werden, während zugleich bei einem energiestarken Ableitereignis auch eine unmittelbare Abschaltung durch den schmelzenden Leiter F, bereitgestellt wird. Dabei können die einzelnen Elemente jeweils über eigene Signalisierungseinrichtungen AL verfügen oder aber wie in Figur 6 dargestellt auf eine gemeinsame Signalisierungseinrichtung AL einwirken. In gleicher Weise kann die Signalisierungseinrichtung AL mittels einer direkten oder indirekten Ankopplung an den Leiter Fi und/oder den Motor M und/oder das Relais R bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung 1
Gehäuse G
Schalteinrichtung SE induktive Ankopplungseinrichtung L
Strom
Abieiter A
Rotor R
Motor M
Signalisierungseinrichtung AL
Leiter Fi , F2, ... FN
Kraftbeaufschlagung D

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Detektion einer Ableiterüberlastung, wobei die Vorrichtung eine induktive Ankopplungseinrichtung (L) aufweist, mit der ein Stromfluss durch den zu überwachenden Ableiter (A) erfasst wird, wobei die Vorrichtung weiterhin eine erste Schalteinrichtung (SE) aufweist, mit der bei Erreichen eines bestimmten ersten Stromes ein Schaltvorgang ausgelöst wird, wobei der Schaltvorgang durch die mechanische oder thermische Unterbrechung eines Leiters (F,) herbeigeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang irreversibel ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (Si) ein Relais aufweist, dass der aufzutrennende Leiter (F,) im Schaltfall mechanisch so beaufschlagt, dass der Leiter (F,) auftrennt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an den aufzutrennende Leiter (Fi) mechanisch eine Signalisierungseinrichtung (AL) angebunden ist, die beim Auftrennen des Leiters (F,) den geänderten Schaltzustand anzeigt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine weitere Schalteinrichtung aufweist, mit der bei Erreichen eines bestimmten zweiten Stromes (l2) ein weiterer Schaltvorgang ausgelöst wird, wobei der Schaltvorgang durch einen weiteren schmelzenden Leiter (F2) herbeigeführt wird.
6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dass der erste Strom ( ) geringer ist als der zweite Strom (l2).
7. Vorrichtung (1 ) zur Detektion einer Ableiterüberlastung, wobei die Vorrichtung eine induktive Ankopplungseinrichtung (L) aufweist, mit der ein Stromfluss durch den zu überwachenden Ableiter (A) erfasst wird, wobei die Vorrichtung weiterhin eine erste Signalisierungseinrichtung (AL) aufweist, die summativ Stromflüsse erfasst.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Abieiter (A) ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend Funkenstrecken, Varistoren, Transient Voltage Supressor-Dioden.
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