DE19506307A1

DE19506307A1 - Vorrichtung zur Anzeige eines fehlerhaften Zustands eines elektrischen Apparates, insbesondere eines Überspannungsableiters

Info

Publication number: DE19506307A1
Application number: DE19506307A
Authority: DE
Inventors: Walter Schmidt
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-08-29
Also published as: CN1135109A; SI0729209T1; SK280437B6; AU4445696A; PL179117B1; CA2160421C; JPH08255665A; KR960032827A; ES2124074T3; DE59600489D1; SK23396A3; EP0729209B1; CZ53696A3; JP3663250B2; PL312880A1; CA2160421A1; EP0729209A1; BR9600783A; CZ286499B6; CN1050706C

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Vorrichtung zur Anzeige eines fehlerhaften Zustands eines elektrischen Apparates, insbesondere eines Überspannungsableiters, mit einem Sensor zur Erfassung eines durch den Apparat fließenden Fehlerstroms, einem den Sensor aufnehmenden, gasdichten Isolierstoffgehäuse und einem Anzeigeelement. Beim Auftreten von Fehlerstrom bewirkt der Sensor eine Zerstörung des Gehäuses und die Sichtbarmachung des Anzeigeelementes. Ein Beobachter kann ohne den Einsatz von Hilfsmitteln den fehlerhaften Zustand des Apparates erkennen und rechtzeitig dessen Auswechslung veranlassen.

Stand der Technik

Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik von Anzeigevor richtungen Bezug, wie er in EP 0 564 334 A1 angegeben ist. Eine in diesem Stand der Technik beschriebene Anzeigevorrichtung dient der Überwachung eines in einem Hoch- oder Mittelspannungsnetz eingesetzten Überspannungsableiters auf einen fehlerhaften Betriebszustand. Diese Vorrichtung weist ein Isolierstoffgehäuse mit einem leicht zerbrechbaren Fenster auf. Durch das Isolier stoffgehäuse hindurch ist ein Stromanschluß des Überspannungs ableiters geführt. Der im Gehäuseinneren befindliche Teil des Stromanschlusses ist von einem Magnetkern umgeben, welcher die Sekundärwicklung eines den Stromanschluß als Primärwicklung aufweisenden Stromwandlers trägt. Die Sekundärwicklung ist mit einem ohmschen Widerstand verbunden, der in eine im Gehäuse inneren angeordnete Sprengstoffladung eingebettet ist. Beim Auftreten eines Fehlerstroms erwärmt sich der vom Stromwandler kontinuierlich mit Strom gespeiste ohmsche Widerstand sehr stark. Der Widerstand zündet die Sprengstoffladung oberhalb einer kriti schen Grenztemperatur. Das Fenster des Isolierstoffgehäuses wird hierbei aufgebrochen und ein als Anzeigelement dienendes farbiges Band aus dem Gehäuse ausgestoßen. Nach dem Ansprechen und Signalisieren des fehlerhaften Zustands werden der Überspannungs ableiter und die Anzeigevorrichtung ausgebaut und ersetzt.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch einfachen Aufbau auszeichnet und welche nach dem Ansprechen in wirtschaftlicher Weise wieder betriebsbereit gemacht werden kann.

Die Anzeigevorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie neben einem mehrfach verwendbaren Metallgehäuse lediglich ein kommerziell erhältliches und in großen Stückzahlen vertriebenes Schaltelement enthält, dessen Reste nach dem Ansprechen der Anzeigevorrichtung leicht aus dem Metallgehäuse ausgebaut und durch ein neues Schaltelement ersetzt werden können. Durch geeignete Bemessung eines im Schaltelement vorgesehenen ohmschen Widerstands, beispielsweise einer Schmelz sicherung oder eines PTC-Widerstands, können in sehr einfacher Weise die vom zu schützenden Apparat auf zunehmenden Betriebs zustände, wie etwa Stromstöße von beispielsweise 100kA während 4/10µs, auf die Anzeigevorrichtung einwirken, ohne deren Ansprechen zu Veranlassen. Durch Verwendung einer parallel zum ohmschen Widerstand angeordneten Funkenstrecke wird beim Ansprechen der Anzeigevorrichtung ein Lichtbogen gezündet, welcher mit großer Sicherheit die Explosion einer im Schalt element vorgesehenen Sprengstoffladung einleitet. Hierbei entstehende Splitter werden von Metallgehäuse aufgenommen, entstehendes Druckgas kann von Metallgehäuse in Richtungen abgelenkt werden, in denen es keine Folgeschäden hervorrufen kann. Das auf dem Metallgehäuse angebrachte und beim Ansprechen sichtbar gemachte Anzeigeelement kann praktisch von allen Seiten gut beobachtet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine im wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildete und in einen Stromanschluß eines Überspannungsablei ters eingebaute Anzeigevorrichtung nach der Erfindung vorm Ansprechen infolge eines Fehlerstroms, und

Fig. 2 die Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 nach dem Ansprechen.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 einen als Überspannungs ableiter ausgeführten elektrischen Apparat mit einem als Stromanschluß wirkenden potentialführenden Teil 2, welches in elektrisch leitender Weise mit einer Vorrichtung 3 zur Anzeige eines fehlerhaften Zustands des Überspannungsableiters 1 verbun den ist. Die Anzeigevorrichtung weist ein zweiteiliges Metall gehäuse 4 aus einem elektrischen Strom gut leitenden Material, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf, welches an einem Schaltelement 5 der Anzeigevorrichtung 3 befestigt ist.

Das Schaltelement 5 enthält 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.

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. Die den 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 Kontakt element 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 Ausblas öffnungen können mit einem feste Teile im Gehäuseinneren zurück haltenden Filter versehen und so ausgebildet werden, daß austretendes Druckgas in eine vorbestimmte Richtung geführt wird.

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 Kontakt elements 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.

Die Wirkungsweise der Anzeigevorrichtung 3 ist nun wie folgt:
Unter normalen Betriebsbedingungen führt der Überspannungsablei ter 1 lediglich einen kleinen Leckstrom, welcher typischerweise im mA-Bereich liegt. Dieser Leckstrom fließt vom potential führenden Teil 2 über die Elektrode 7, den Widerstand 10, die Elektrode 8 und einen mit dieser Elektrode 8 mittels einer Schraubverbindung galvanisch verbundenen, nicht dargestellten flexiblen Leiterabschnitt zur Erde ab. In entsprechender Weise werden vom Überspannungsableiter 1 garantierte Stromstöße, beispielsweise bis 100 kA 4/10 µs, welche als Folge von Über spannungen durch den Ableiter fließen, zur Erde abgeführt, ohne daß die Anzeigevorrichtung 3 anspricht.

Weist der Überspannungsableiter 1 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 ins, 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 die in Fig. 2 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.

In dem in Fig. 2 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 ist wird 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 Kontakt elemente 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 einem Beobachter den defekten Überspannungsableiter.

Der defekte Überspannungsableiter 1 und die Anzeigevorrichtung 3 können nun ausgebaut und durch neue Geräte ersetzt werden.

Die Anzeigevorrichtung 3 kann durch Einbau eines neuen Schalt elementes 5 in besonders wirtschaftlicher Weise wieder betriebs bereit gemacht werden. Nach Abschrauben des Kontaktelements 14 und Lösen der beiden in den Figuren nicht bezeichneten Muttern sind lediglich die beiden Elektroden 7 und 8 zu entfernen und ist sodann nur noch das neue Schaltelement 5 einzusetzen und zu verschrauben.

Bezugszeichenliste

1 Überspannungsableiter
2 potentialführendes Teil
3 Anzeigevorrichtung
4 Metallgehäuse
5 Schaltelement
6 Isolierstoffgehäuse
7, 8 Elektroden
9 Funkenstrecke
10 Widerstand
11 Sprengstoffladung
12, 13 Schalen
14 Kontaktelement
15 Ausblasöffnungen
16 Anzeigeelement
17 Kontaktelement
18 Abdeckung

Claims

1. Vorrichtung zur Anzeige eines fehlerhaften Zustands eines elektrischen Apparates, insbesondere eines Überspannungs ableiters (1), mit einem Sensor zur Erfassung eines durch den Apparat fließenden Fehlerstroms, einem den Sensor aufnehmenden, gasdichten Isolierstoffgehäuse (6) und einem Anzeigeelement (16), dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffgehäuse (6) von einem zweiteiligen, das Anzeige element (16) tragenden Metallgehäuse (4) umgeben ist, und daß der Sensor und das Isolierstoffgehäuse (6) Teil eines Schaltelementes (5) sind, welches beim Auftreten des Fehler stroms durch Druckgasbildung die beiden Teile des Metall gehäuses (4) unter Sichtbarmachung des Anzeigeelementes (16) und unter Bildung einer den Fehlerstrom übernehmenden galvanischen Verbindung gegeneinander verschiebt.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuses (4) von zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Schalen (12, 13) gebildet ist, die mit ihren Böden jeweils an entgegengesetzten Enden des Schaltelementes (5) gehalten sind, wobei eine den größeren Durchmesser aufweisende erste Schale (12) eine den kleineren Durchmesser aufweisende und auf ihrer Außenseite das Anzeigeelement (16) tragende zweite Schale (13) aufnimmt.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schale (13) konusartig aufgeweitet ist, und daß die erste Schale (12) an ihrem Rand mindestens ein ins Schaleninnere gerichtetes Kontaktelement (14) trägt, welches beim Verschieben der beiden Schalen (12, 13) die konusartige Aufweitung der zweiten Schale (13) unter Beibehaltung der galvanischen Verbindung kontaktiert.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Kontaktelement (14) ringförmig ausgebildet ist und einen an die konusartige Aufweitung der zweiten Schale (13) angepaßten Innenkonus aufweist.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Metallgehäuses (4) durch eine vom Boden der zweiten (13) an den Rand der ersten Schale (12) geführte Abdeckung (18) abgeschlossen ist.

6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (12) der beiden Schalen (12, 13) Ausblasöffnungen (15) für das gebildete Druckgas aufweist.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierstoffgehäuse (6) des Schalt elements (5) eine mit einem potentialführenden Teil (2) des Apparates elektrisch leitend verbundene Funkenstrecke (9) und eine Sprengstoffladung (11) vorgesehen sind.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein parallel zur Funkenstrecke (9) angeordneter ohmscher Widerstand (10) vorgesehen ist.

9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (7, 8) der Funkenstrecke (9) vom Isolierstoffgehäuse (6) des Schaltelements (5) gehalten sind und in elektrisch leitender Weise jeweils eine der beiden Schalen (12, 13) tragen.

10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffgehäuse (6) aus sprödem Material besteht und bei der Druckgasbildung in mindestens zwei voneinander weggeführte und jeweils eine der beiden Elektroden (7, 8) haltende Teile aufsprengbar ist.