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Dokumentenidentifikation DE10107357A1 22.08.2002
Titel Signaleinrichtung zur Anzeige des Ansprechens eines Überspannungsableiters
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hinrichsen, Volker, Dr., 10961 Berlin, DE;
Steinfeld, Kai, Dr., 10553 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 07.02.2001
DE-Aktenzeichen 10107357
Offenlegungstag 22.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.08.2002
IPC-Hauptklasse H02H 9/04
IPC-Nebenklasse H01T 1/12   H01C 7/12   G01R 19/165   
Zusammenfassung Eine Signaleinrichtung zur Anzeige des Ansprechens eines in der Ableitstrombahn (3) eingefügten Überspannungsableiters weist eine Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) auf, deren Kolben (7) und Zylinder (6) durch einen Expansionsantrieb (4) relativ zueinander bewegbar sind. Die Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) ist dabei außerhalb der Ableitstrombahn (3) angeordnet. Durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) ist die äußere Gestalt der Signaleinrichtung veränderbar, insbesondere ist eine optische Meldevorrichtung wie beispielsweise ein Signalbolzen (8) ausstoßbar. Neben der optischen Meldung wird durch die Relativbewegung von Kolben (7) und Zylinder (6) ein elektrischer Schalter betätigt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signaleinrichtung mit einem Expansionsantrieb zur Anzeige des Ansprechens eines in eine Ableitstrombahn eingefügten Überspannungsableiters.

Eine derartige Signaleinrichtung ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 729 209 B1 bekannt. Die bekannte Signaleinrichtung ist zur Anzeige eines fehlerhaften Zustandes eines Überspannungsableiters vorgesehen. Die dortige Signaleinrichtung wird in eine zwischen einem Hoch- oder Mittelspannungsnetz und dem Erdpotential verlaufende Ableitstrombahn geschaltet. Der Überspannungsableiter wirkt dabei im Wesentlichen als spannungsabhängiger Widerstand, dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit der Spannung veränderbar ist.

Nach einem Durchschlag des Überspannungsableiters weist dieser nur einen unzureichend geringen elektrischen Widerstand auf. Dieser Fehlerfall soll möglichst leicht von außen erkennbar sein. Aus diesem Grund ist die bekannte Signaleinrichtung in die Ableitstrombahn eingefügt. Die Signaleinrichtung weist ein Schaltelement auf. Das Schaltelement weist einen abgeschlossenen Raum auf, in welchem eine Sprengstoffladung untergebracht ist. Bei dem Auftreten eines Fehlerstromes, der im Innern des Schaltelementes über einen Widerstand fließt, wird aufgrund seiner thermischen Wirkung und eines auftretenden Lichtbogens die Sprengstoffladung gezündet. Die Sprengstoffladung bewirkt im Innern des Schaltelementes eine Druckerhöhung, durch welche das Gehäuse des Schaltelementes explosionsartig zerstört wird. Aufgrund der Schwerkraft fällt ein Teil des Gehäuses herab. An diesem Teil des Gehäuses ist ein Anzeigeelement angeordnet. Dieses Anzeigeelement weist die Form einer konischen Schale auf. Konzentrisch um die konische Schale erstreckt sich eine weitere Schale, an welcher Kontaktelemente angeordnet sind. Durch die Kontaktelemente wird das Anzeigeelement aufgefangen. Die Kontaktelemente halten die konische Schale fest und kontaktieren diese. Über die weitere Schale sowie die konische Schale ist nunmehr nach erfolgter Auftrennung der Ableitstrombahn durch das Schaltelement die Ableitstrombahn wieder durchgehend elektrisch leitend.

Durch die Anordnung des Schaltelementes als Teil der Ableitstrombahn ist mit dem Schalten des Schaltelementes immer eine kurzzeitige Unterbrechung der Ableitstrombahn verbunden. Auch die vorgeschlagene Lösung hinsichtlich des Wiedereinschaltens der Ableitstrombahn mit dem Auffangen des konischen Anzeigeelementes stellt eine unzuverlässige fehleranfällige Kontaktierungseinrichtung dar. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass Bruchstücke des Gehäuses des Schaltelementes zwischen das Kontaktelement und die konische Schale fallen und so den Widerstand der Ableitstrombahn in undefinierter Weise erhöhen. Die gleiche Wirkung haben auch Verschmutzungen, die sich an den Kontaktflächen während des Betriebes der Signaleinrichtung ablagern. Zusätzlich muss dafür Sorge getragen werden, dass die Ableitstrombahn im Bereich der Signaleinrichtung ausreichend flexibel ausgeführt ist, um das Herausfallen des Anzeigeelementes zu ermöglichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signaleinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine zuverlässige Ansprechanzeige erfolgt, ohne die Ableitstrombahn unterbrechen zu müssen.

Die Aufgabe wird bei einer Signaleinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Expansionsantrieb eine Relativbewegung einer Kolben-Zylinder-Anordnung bewirkt und die Kolben-Zylinder-Anordnung außerhalb der Ableitstrombahn angeordnet ist.

Durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung wird ein definiertes Ansprechen der Signaleinrichtung bewirkt. Die Kolben-Zylinder-Anordnung kann dabei beliebig außerhalb der Ableitstrombahn angeordnet sein. Die Einbaulage der Signaleinrichtung kann frei gewählt werden, beispielsweise waagerecht, senkrecht oder eine beliebige andere Winkellage. Als Antrieb ist weiterhin ein Expansionsantrieb vorgesehen. Derartige Expansionsantriebe können beispielsweise Antriebe sein, die in Abhängigkeit der Änderung einer physikalischen Größe eine Volumenänderung bewirken. Insbesondere sind als Expansionsantriebe Vorrichtungen geeignet, die ein expandierendes Gasvolumen erzeugen. Da die Signaleinrichtung zu keinem Zeitpunkt die Ableitstrombahn unterbricht, besteht die Möglichkeit, diese so zu justieren, dass sie einen betriebsmäßigen Ableitvorgang anzeigt oder auch nur den Ausfall eines Überspannungsableiters. An die mechanische Ausbildung der Ableitstrombahn stellt die Signalisierungseinrichtung keinerlei besondere Anforderungen. Sie kann in der Nähe des Leiterzuges der Ableitstrombahn leicht angeordnet werden.

Außerdem kann es vorteilhafter vorgesehen sein, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung die äußere Gestalt der Signaleinrichtung veränderbar ist.

Wird die äußere Gestalt der Signaleinrichtung durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung verändert, ist es in einfacher Weise möglich, durch eine Sichtprüfung ein Ansprechen des Überspannungsableiters zu erkennen.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung eine optische Meldevorrichtung betätigbar, insbesondere ein Signalbolzen ausstoßbar ist.

Das Ausstoßen einer optischen Meldevorrichtung ist in besonderer Weise sehr leicht auch aus größeren Entfernungen erkennbar. Ausstoßbare Meldevorrichtungen sind beispielsweise Signalbänder oder insbesondere Signalbolzen. Signalbolzen haben den Vorteil, dass sie sehr gut erkennbar sind und auch über einen langen Zeitraum das Ansprechen zuverlässig signalisieren sowie eine sehr kompakte Bauweise für die Signaleinrichtung ermöglichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung ein elektrischer Schaltkontakt betätigbar ist.

Neben der Forderung nach einer optischen Signalisierung angesprochener Überspannungsableiter ist es wünschenwert, dass das Ansprechen auch elektrisch signalisiert wird. Die Grundlage für eine derartige elektrische Anzeige ist, dass ein elektrischer Schalter oder Kontakt betätigt wird. Durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung ergeben sich gute Voraussetzungen zur mechanischen Betätigung eines elektrischen Schalters. Zum Betätigen des Schalters kann derselbe Expansionsantrieb genutzt werden wie zum Betätigen der Kolben-Zylinder-Anordnung. Somit ist ein elektrisches Schalten eines derartigen Meldeschalters in sehr einfacher Weise realisierbar. Zusätzliche Kosten treten nicht auf.

Es ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass der Kolben und/oder der Zylinder selbst einen Schaltkontakt darstellt.

Ist der Kolben und/oder der Zylinder selbst ein Schaltkontakt, so ist dadurch eine äußerst kompakte Bauweise der Signaleinrichtung erzielbar. Auf einen zusätzlichen elektrischen Schalter kann verzichtet werden, wodurch die Signaleinrichtung nochmals kostengünstiger gestaltet sein kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Signaleinrichtung,

Fig. 2 eine Kolben-Zylinder-Anordnung vor der Auslösung,

Fig. 3 eine Kolben-Zylinder-Anordnung nach der Auslösung und die

Fig. 4 einen Oberflächenwellensensor zur drahtlosen Übertragung der Ansprechsignale.

Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Signalisierungseinrichtung weist einen eine Vielzahl von Leiterwindungen 2 tragendenden kreisringförmigen ferromagnetischen Kern 1 auf, welcher koaxial um eine Ableitstrombahn 3 angeordnet ist. Der in der Fig. 1 dargestellte Abschnitt 3a der Ableitstrombahn 3 ist Teil der zwischen einem Leiter 19 eines Elektroenergieversorgungsnetzes und einem Erdpotential 20 ausgebildeten Ableitstrombahn 3. Der Überspannungsableiter 21 lässt in Abhängigkeit des Wertes der Spannung im Elektroenergieversorgungsnetz einen Stromfluß über die Ableitstrombahn 3 zum Erdpotential 20 zu oder blockiert einen derartigen Stromfluß nahezu vollständig.

Die Enden der elektrischen Leiterwindungen 2 sind an einen Gasgenerator 4 angeschlossen. Dieser Gasgenerator 4 bewirkt in Abhängigkeit der an den Enden der Leiterwindungen 2 anstehenden elektrischen Spannung eine Gasexpansion. Die Signaleinrichtung weist ein Isoliergehäuse 5 auf. An dem Isoliergehäuse 5 ist ein Zylinder 6 angeordnet. Der Zylinder 6 besteht aus isolierendem Material. Innerhalb des Zylinders 6 ist ein bewegbarer Kolben 7 angeordnet. Der Kolben 7 besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 ist konzentrisch um den Gasgenerator 4 angeordnet. Am Kolbenboden ist ein Signalisierungsbolzen 8 angeordnet und zwar so, dass er vor einer Auslösung durch den Zylinder 6 abgedeckt wird und erst nach einer Auslösung sichtbar ist. Dazu weist der Zylinder 6 an seinem Boden eine Durchtrittsöffnung für den Signalbolzen 8 auf. Außerdem sind am Umfang des Zylinders Abströmöffnungen 9a, b angeordnet. Derartige Abströmöffnungen 9c, d weist auch der Kolben 7 auf.

Die Fig. 2 zeigt ein Detail der Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 vor einer Auslösung. Die Abströmöffnungen 9a, b, c, d von Kolben 7 und Zylinder 6 sind dabei so angeordnet, dass sie im nicht ausgelösten Zustand zueinander versetzt angeordnet sind und so ein um den Gasgenerator 4 sich erstreckender abgeschlossener Raum 10 entsteht. Am Umfang des Zylinders 6 ist ein erstes Paar Kontaktflächen 11a, b angeordnet. Diese beiden Kontaktflächen 11a, b sind im nicht ausgelösten Zustand durch den elektrisch leitenden Kolben 7 miteinander elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist ein zweites Paar Kontaktflächen 12a, b vorgesehen, welches derart am Umfang des Zylinders 6 angeordnet ist, dass im nicht ausgelösten Zustand keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen 12a, b besteht. Durch das Fließen eines Ableitstromes durch die Ableitstrombahn 3 wird in den Leiterwindungen 2 eine Spannung induziert, welche den als Expansionsantrieb wirkenden Gasgenerator 4 auslöst. Durch die Anzahl von Leiterwindungen kann das Ansprechverhalten der Signaleinrichtung eingestellt werden.

Der Druck im Raum 10 um den Gasgenerator 4 wird schlagartig erhöht und dadurch der Kolben 7 relativ zu dem Zylinder 6 bewegt, wodurch der Raum 10 um den Gasgenerator 4 vergrößert wird. Der an dem Kolben 7 angeordnete Signalbolzen 8 wird dabei aus der Durchtrittsöffnung herausgestoßen und signalisiert ein Ansprechen der Signaleinrichtung. Der Kolben 7 wird durch eine geeignete Vorrichtung nach einer erfolgten Auslösung in seiner Endlage gehalten, beispielsweise durch eine Verklickung oder durch eine hohe Haftreibung. Der Signalbolzen 8 weist eine auffällige Farbgebung, beispielsweise Rot oder Gelb, auf. Zusätzlich können Bereiche des Signalbolzens 8 mit einer nachleuchtenden oder reflektierenden Beschichtung versehen sein, um auch bei Dunkelheit eine gute Erkennbarkeit zu gewährleisten. Mit dem Erreichen der Endlage des Kolbens 7 befinden sich die Abströmöffnungen 9a, b, c, d von Kolben 7 und Zylinder 6 in einer sich gegenseitig überdeckenden Position. Dadurch entsteht ein Gaskanal 13a, b, welcher den Raum 10 um den Gasgenerator 4 mit der Umwelt verbindet und so der im Innern anstehende Gasdruck nach außen entweichen kann. Bei dieser Relativbewegung von Kolben 7 und Zylinder 6 wird ebenfalls der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Paar Kontaktflächen 11a, b unterbrochen und zwischen dem zweiten Paar Kontaktflächen 12a, b eine elektrische Überbrückung durch den nunmehr in seiner Position verlagerten Kolben 7 hergestellt.

Der durch die Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 ausgebildete elektrische Schalter weist somit einen Öffnerkontakt und einen Schließerkontakt auf. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lampen 22, 23 stellen symbolisch Melde- /Auswerteeinrichtungen für den Öffner- und den Schließerkontakt dar.

Die Signaleinrichtung kann so konstruiert sein, dass nach einer Auslösung die Signaleinrichtung weiter verwendbar ist. Dazu kann vorgesehen sein, die Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 samt Gasgenerator 4 aus der Signaleinrichtung herauszutrennen und komplett zu ersetzen oder auch nur den Gasgenerator 4 zu erneuern.

In der Fig. 4 ist schematisch ein Oberflächenwellensensor dargestellt. Mit Hilfe dieses Oberflächenwellensensors ist es möglich, die Schaltzustände der Schaltkontakte der Signaleinrichtung drahtlos abzufragen. An dem oberflächenwellensensitiven Substrat ist eine Antenne 14 zum Empfang von eingestrahlten Wellen sowie zum Absenden der modulierten Wellen vorgesehen. Das Sensorsubstrat 15 weist mehrere Reflektoren auf, an welchen die auf dem Sensorsubstrat 15 wandernden Oberflächenwellen 16 reflektiert werden. Einige der Reflektoren 17, 18 sind modulierbar ausgeführt. Diese modulierbaren Reflektoren 17, 18 sind durch die an der Kolben-Zylinder-Anordnung 6, 7 angeordneten Schaltkontakte schaltbar. In Abhängigkeit der Anzeige der Signaleinrichtung ist nunmehr das Übertragungsverhalten des Oberflächenwellensensors beeinflussbar und somit kann eine Information über den Zustand der Signaleinrichtung zur Signalisierung des Ansprechens eines Überspannungsableiters leicht abgefragt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Signaleinrichtung mit einem Expansionsantrieb (4) zur Anzeige des Ansprechens eines in eine Ableitstrombahn (3) eingefügten Überspannungsableiters, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsantrieb (4) eine Relativbewegung einer Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) bewirkt und die Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) außerhalb der Ableitstrombahn (3) angeordnet ist.
  2. 2. Signaleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) die äußere Gestalt der Signaleinrichtung veränderbar ist.
  3. 3. Signaleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) eine optische Meldevorrichtung betätigbar, insbesondere ein Signalbolzen (8) ausstoßbar ist.
  4. 4. Signaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Relativbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung (6, 7) ein elektrischer Schaltkontakt betätigbar ist.
  5. 5. Signaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) und/oder der Zylinder (6) selbst einen Schaltkontakt darstellt.






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