DEVICE FOR MONITORING AND COUNTING THE RESPONSE OF A NON-SPARK GAP OVERVOLTAGE ARRESTER

Abstract: 1. Sparkover counting and monitoring device for spark-gap-less surge arresters (8), comprising a voltage-dependent resistor (1) connected into the connection, established by a conductor (9), between spark-gap-less surge arrester (8) and earth, particularly a silicon carbide resistor, a counting mechanism (5), a spark gap (2) connected in parallel with the voltage-dependent resistor (1), and a rectifier bridge circuit (3), connected in parallel with the voltage-dependent resistor (1) via a series resistor (R1), for a current meter (7), characterized in that the inputs of the rectifier bridge circuit (3) are conductively connected to the terminals of an additional resistor (R2) and the outputs of the rectifier bridge circuit (3) are conductively connected to the counting mechanism (5), a monostable flip flop (4) being connected between one of the outputs and the counting mechanism (5) and the entire circuit being accommodated in an earthed housing (10) which has two outer terminals for the conductor (9) establishing the connection between spark-gap-less surge arrester (8) and earth and preferably exhibits a window in the housing cover for reading the count and the quiescent arrester current.

Description: ANSPRECHZÄHL- UND UBERWACHUNGS-EINRICHTUNG FÜR FUNKENSTRECKENLOSE UBERSPANNUNGSABLEITER Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansprechzähl- und Uberwachungs-Einheit für funkenstreckenlose Überspannungsableiter, mit einem in die durch einen Leiter hergestellte Verbindung zwischen funkenstreckenlosem Überspannungsableiter und Erde geschalteten spannungsabhängigen Widerstand, insbesondere Siliziumcarbid-Widerstand, einer zum spannungsabhängigen Widerstand parallelgeschalteten Funkenstrecke und einer zu einem Widerstand parallelgeschalteten Gleichrichter-Brückenschaltung für ein Zählwerk. Zum Schutze vor Schäden durch Überspannungen werden in Hochspannungsnetzen neben Uberspannungsableitern mit Funkenstrecken und Ableitwiderständen, sogenannten Ventil abl eitern, auch funkenstreckenlose Überspannungsableiter mit in Reihe geschalteten Widerständen aus einem nichtlinearen Widerstandsmaterial, meist Zinkoxid, eingesetzt. Durch Ableitvorgänge oder Alterungseffekte kann sich die Charakteristik der Widerstände aus Zinkoxid verschlechtern, wodurch der Uberspannungsableiter seine Funktion verliert und schliesslich zerstört wird. Es hat sich daher als notwendig erwiesen, funkenstreckenlose Überspannungsableiter in bestimmten zeitlichen Abständen mittels einer Prüfung zu überwachen. Die Charakteristik der Widerstände kann am einfachsten dadurch geprüft werden, dass der ständig durch den Uberspannungsableiter fliessende Ableiterruhestrom gemessen wird. Aus der EP-OS 0 019 884 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Betriebseigenschaften eines funkenstreckenlosen Überspannungsableiters bekannt, bei der mit Hilfe einer erdseitig mit dem Uberspannungsableiter in Reihe geschalteten Gleichspannungsquelle eine durch den Überspannungsableiter fliessende Gleichstromkomponente gemessen werden kann. Die Schaltungsanordnung weist einen zur Gleichspannungsquelle parallel geschalteten Kondensator und einen zwischen Kondensator und Gleichspannungsquelle geschalteten Strommesser auf und ermöglicht, die betrieblichen Kennwerte eines funkenstreckenl osen Überspannungsableiters im angeschlossenen Zustand zu erfassen. Nachteilig bei dieser Schaltungsanordnung ist, dass eine Gleichspannungsquelle erforderlich ist, die in regelmässigen Zeitabständen ausgewechselt oder aufgeladen werden muss. Um die Häufigkeit von Blitzeinschlägen in den einzelnen Abschnitten von Hochspannungsnetzen und -anlagen erfassen zu können, besteht bei Überspannungsableitern allgemein schon lange der Wunsch, die Ansprechvorgänge zählen zu können. Es wurden daher bereits Ansprechzähleinrichtungen entwikkelt, die sich im praktischen Einsatz bestens bewährten. Beispielsweise aus der AT-PS 312 085 ist ein Ansprechzähler für Überspannungsableiter bekannt, bei dem der Spannungsabfall an einem vom Blitzstrom bzw. Ableitstrom durchflossenen Leitungsstück eines die Verbindung zwischen Uberspannungsableiter und Erde herstellenden Leiters zur Auslösung eines Zählvorganges ausgenützt wird. Es sind eine Gleichrichter-Brückenschaltung, Spannungsbegrenzungsschaltung, Spannungsquelle, Speicherkon densator und Zählrelais vorgesehen. Von Nachteil ist bei dieser Schaltungsanordnung ebenfalls, dass eine zusätzliche Spannungsquelle notwendig ist. Aus der DE-AS 1 588 442 ist ein Ansprechzähler für Überspannungsableiter bekannt, der ohne zusätzliche Spannungsquelle auskommt und bei dem der durch den Ableitstrom an einem spannungsabhängigen Widerstand erzeugte Spannungsabfall zum Aufladen eines Speicherkondensators benützt wird, welcher sich anschliessend über ein Zählrelais entladen kann. Da der erste Vorgang sehr schnell vor sich geht, haftet diesem Zählprinzip eine bestimmte Unsicherheit an. Unmittelbar hintereinander auftretende Ableitstromstösse oder zu kleine Ableitströme können nicht registriert werden. Durch die in der Folge aufgezeigte erfindungsgemässe Ausführung wird eine Ansprechzähl- und Uberwachungs-Einrichtung für funkenstreckenlose Über spannungsableiter der eingangs genannten Art bezweckt, die eine kontinuierliche Uberwachung in Betrieb stehender Uberspannungsableiter und Zählung der Ansprechvorgänge bei hoher Ansprechempfindlichkeit und Betriebssicherheit ermöglicht, ohne dass eine zusätzliche Spannungsquelle erforderlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass in Parallelschaltung zum spannungsabhängigen Widerstand zwei in Reihe geschaltete Widerstände vorhanden sind, die Eingänge der Gleichrichter-Brückenschaltung mit den Anschlüssen des einen Widerstandes und die Ausgänge mit dem Zählwerk und zusätzlich mit einem Strommesser leitend verbunden sind, wobei zwischen dem einen Ausgang und dem Zählwerk eine monostabile Kippstufe geschaltet ist. Der spannungsabhängige Widerstand dient als Nebenschlusswiderstand für die Messung des Ableiterruhestromes. Um ihn vor hohen Ableitströmen relativ langer Dauer zu schützen, ist er durch eine Funkenstrecke überbrückt, welche so eingestellt ist, dass be7 einem Ableitvorgang der grösste Teil der Energie über die Funkenstrecke abgeführt wird. Der im Verlauf des Ableitvorganges zur Erde abfliessende Ableitstrom verursacht am spannungsabhängigen Widerstand, da die Funkenstrecke rasch anspricht, einen sehr kurzen Spannungsimpuls, der zur Messung von positiven und negativen Ableitströmen gleichgerichtet und dem Zählwerk zugeführt wird. Die beiden zum spannungsabhängigen Widerstand parallelgeschalteten Widerstände dienen der Spannungs- bzw. Strombegrenzung. Der durch den bei einem Ableitvorgang zur Erde fliessenden Ableitstrom verursachte sehr kurze Spannungsimpuls am spannungsabhängigen Widerstand kann zu kurz für eine direkte Ansteuerung des Zählwerkes sein und wird daher einer monostabilen Kippstufe zugeführt, welche unabhängig von der Form des Eingangsimpulses einen Ausgangsimpuls von definierter Dauer und Höhe erzeugt. Es ergibt sich dadurch eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit der Ansprechzähl-Einrichtung, wobei bei einem Ableiterruhestrom von 1 mA zwei Ableitvorgänge unmittelbar hintereinander registriert werden können. In einer bevorzugten Ausführung ist für die Speisung der monostabilen Kippstufe eine, vorzugsweise aus zwei Dioden und zwei Kondensatoren bestehende, Spannungsverdoppelungsschaltung vorgesehen. Dadurch wird einerseits ermöglicht, den Schaltkreis für die Ansprechzählung besser abstimmen und die Ansprechempfindlichkeit noch weiter erhöhen zu können, anderseits erreicht, dass auch während kurzzeitiger Ausschaltung des Hochspannungsnetzes Ableitvorgänge registriert werden können, da die Kondensatoren für eine ausreichende Speisespannung für die monostabile Kippstufe sorgen. Bevorzugterweise besteht der Strommesser aus einem analogen Amperemeter mit einem Messbereich von 0 bis 15 mA, dem Widerstände vorgeschaltet und eine Zenerdiode parallelgeschaltet ist. Die Ansprechzähl- und Überwa- chungs-Einrichtung ist damit für sämtliche dzt. verwendete funkenstreckenlose Uberspannungsableiter praktisch für eine sehr lange Zeit einsetzbar und besonders betriebssicher, wobei Widerstände und Zenerdiode als Überspannungsschutz für den Strommesser dienen. In einer Weiterbildung kann für den Strommesser eine zweite Gleichrichter-Brückenschaltung vorgesehen sein, deren Eingänge mit den Anschlüssen eines dem spannungsabhängigen Widerstand parallelgeschalteten Widerstandes verbunden sind. Eine verbesserte Anpassung an den Energiebedarf des Strommessers und ein abbildungsgerechterer Strom werden damit erreicht. Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn spannungsabhängiger Widerstand, Funkenstrecke, Widerstände, Gleichrichter-Brtickenschaltung und die Schaltkreise für das Zählwerk und den Strommesser in einem geerdeten wasserdichten und korrosionsbeständigen Gehäuse angeordnet sind, das zwei äussere Anschlüsse für den die Verbindung zwischen funkenstreckenlosem Überspannungsableiter und Erde herstellenden Leiter besitzt, wobei der eine Anschluss mit dem geerdeten Gehäuse elektrisch leitend verbunden und der andere Anschluss gegenüber dem Gehäuse isoliert ausgeführt ist, und vorzugsweise im Gehäusedeckel ein Fenster für die Ablesung des Zählerstandes und den Ableiterruhestrom vorgesehen ist. Es wird damit eine kompakte, einfach montierbare, beispielsweise auf dem Ständer des Uberspannungsableiters, Ausführung erreicht, die sowohl einen hohen Schutz gegen Korrosion und mechanische Beschädigungen oder andere äussere Einflüsse als auch Berührungsschutz durch das geerdete Gehäuse aufweist, wobei der Wert des Ableiterruhestromes und der Zählerstand jederzeit ablesbar sind. Im folgenden werden an Hand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Schaltprinzip einer ersten Ausführung und Fig. 2 das Schaltprinzip einer zweiten Ausführung einer an einen funkenstreckenlosen Überspannungsableiter angeschlossenen erfindungsgemässen Ansprechzähl- und Überwachungs-Einrichtung. Der funkenstreckenlose Uberspannungsableiter 8 weist einen oberen nicht dargestellten Anschluss auf, der mit einem Hochspannungsnetz verbunden ist, wogegen der untere Anschluss durch einen Leiter 9 mit Erde elektrisch leitend in Verbindung steht. In diese Verbindung ist in der Fig. 1 ein Siliziumcarbid-Widerstand 1 geschaltet, der einerseits durch eine Funkenstrecke 2 und anderseits durch zwei in Reihe geschaltete Widerstände R1, R2 überbrückt wird. Die Anschlüsse des einen Widerstandes R2 sind an die Eingänge einer bekannten Gleichrichter-Brückenschaltung 3 angeschlossen, deren zwei Ausgänge einen Schaltkreis für ein Zählwerk 5 und einen für einen Strommesser 7 speisen. Dem Zählwerk 5, einem sechsstelligen Rollenzählwerk mit digitaler Anzeige, ist eine als integrierter Schaltkreis ausgeführte monostabile Kippstufe 4 vorgeschaltet. Im Hochspannungsnetz entstandene Uberspannungen leiten ab einer vorbestimmten Höhe im funkenstreckenlosen Überspannungsableiter 8 einen Ableitvorgang ein. Während dieses Ableitvorganges wird die Uberspannungswelle zur Erde abgeleitet und es fliesst durch die Zinkoxid-Widerstände der funkenstreckenlosen Überspannungsableiter 8 und den Siliziumcarbid-Widerstand 1 ein Ableitstossstrom. Soferne dieser Ableitstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, zündet die Funkenstrecke 2 durch, womit der grösste Teil der Energie des Ableitvorganges über die Funkenstrecke 2 zur Erde abgeleitet wird. Der Ableitstrom verursacht am Siliziumcarbid-Widerstand 1 einen kurzen Spannungsimpuls, da die Funkenstrecke 2 sehr rasch anspricht. Dieser Impuls wird durch die Widerstände R1 und R2 geteilt, vermindert und in der Gleichstrom-Brückenschaltung 3 gleichgerichtet, so däss positive und auch negative Ableitströme erfasst und ihre Impulse in der monostabilen Kippstufe 4 verarbeitet werden können. Unabhängig von der Form des Eingangsimpulses erzeugt die monostabile Kippstufe 4 einen Ausgangsimpuls von definierter Dauer und Höhe, der das Zählwerk 5 anregt. Der besondere Vorteil des Schaltkreises zur Ansprechzählung liegt darin, dass durch die Verwendung der monostabilen Kippstufe 4 der eigentliche Zählimpuls von der Form und Dauer des Ableitstromes unabhängig ist und eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit auch bei kleinen Ableitströmen erreicht wird. Für die Messung des ständig durch den funkenstreckenlosen Überspannungsab- leiter 8 fliessenden Ableiterruhestromes dient der Siliziumcarbid-Wider stand 1 bzw. die Widerstände R1 und R2 als Nebenschlusswiderstände. Der Teilstrom des Ableiterruhestromes wird in der Gleichrichter-Brückenschal- tung 3 gleichgerichtet und über die Widerstände R3 und R4 dem Strommesser 7, einem Amperemeter mit einem Messbereich von 0 bis 15 mA, zugeführt. Eine dem Strommesser 7 und Widerstand R4 parallelgeschaltete Zenerdiode 6 mit vorgeschaltetem Widerstand R3 dient als Überspannungsschutz. Die Ansprechzähl- und Überwachungs-Ei nri chtung benötigt keine externe Stromversorgung, da der Spannungsabfall am Siliziumcarbid-Widerstand 1 durch den Ableiterruhestrom gleichzeitig als Spannungsversorgung für die Schaltkreise verwendet wird. Die Schaltung ist so abgestimmt, dass bei einem Ableiterruhestrom von 1 mA zwei Ableitvorgänge unmittelbar hintereinander registriert werden. In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsvariante des Schaltprinzipes einer erfindungsgemässen Ansprechzähl- und Überwachungs-Einrichtung dargestellt, wobei gleiche Komponenten der Schaltung mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Um den Schaltkreis für die Ansprechzählung besser abstimmen und die Ansprechempfindlichkeit noch weiter erhöhen zu können, ist bei dieser Ausführungsvariante eine Spannungsverdoppelungsschaltung für die Speisung der monostabilen Kippstufe 4 und das Zählwerk 5 vorgesehen. Die Spannungsverdoppelungsschaltung besteht im wesentlichen-aus zwei Kondensatoren 14, 15 und zwei Dioden 11, 12, wobei der Eingang der Diode 11 und der Ausgang der Diode 12 mit dem Leiter 9 zwischen funkenstreckenlosem Überspannungsablei- ter 8 und Siliziumcarbid-Widerstand 1 in Verbindung stehen. Der Ausgang der Diode 11 ist an den Kondensator 14 und an einen Eingang zur Speisung der monostabilen Kippstufe 4 angeschlossen. Mit dem Eingang der Diode 12 sind der Kondensator 15 und die Verbindung zwischen Zählwerk 5 und Gleichrichter-Brückenschaltung 3 verbunden. Die Kondensatoren 14 und 15 sind miteinander verbunden und an den Eingang der Gleichrichter-Brückenschaltung 3 angeschlossen, der auch mit dem Widerstand R2 in Verbindung steht. Durch diese Schaltung kann die Speisespannung für die monostabile Kippstufe 4 und das Zählwerk 5 verdoppelt werden. Die für den Strommesser 7 benötigte Speisespannung wird bei dieser Ausführungsvariante durch eine zweite Gleichrichter-Brückenschaltung 13 erzeugt, der ein Widerstand R5 vorgeschaltet ist und welche dem Siliziumcarbid-Widerstand 1 nebengeschaltet ist. Das Zählwerk 5 kann Hilfskontakte für eine Fernmeldung aufweisen, auch eine Ausrüstung des Strommessers 7 für eine Fernmessung unter Lichtleiteranwendung ist denkbar. Sämtliche Komponenten der Ansprechzähl- und Uberwachungs-Einrichtung sind In einem geerdeten, wasserdichten und korrosionsbeständigen Gehäuse 10 untergebracht, das im Gehäusedeckel ein Fenster für die Ablesung des Zählerstandes und den Wert des Ableiterruhestromes besitzt. Damit ergibt sich eine kompakte, einfach montierbare, beispielsweise auf dem Ständer des Uberspannungsableiters 8, Ausführung der-Ansprechzähl- und Überwachungs Einrichtung, die sowohl einen hohen Schutz gegen Korrosion und mechanische Beschädigungen, als auch Berührungsschutz aufweist. Der Wert des Ableiterruhestromes, welcher zeigt, ob der funkenstreckenlose Uberspannungsableiter 8 noch funktionstüchtig ist, sowie der Ansprechzählerstand sind jederzeit bequem ablesbar. Um eine optimale Ansprechempfindlichkeit und Anzelge des Ableiterruhestromes zu erreichen, wird die Ansprechzähl- und Uberwachungs-Einrichtung möglichst nahe beim funkenstreckenlosen Uberspannungsableiter montiert sein. Beim Ansprechen des Überspannungsableiters kann jedoch zwischen dem Erdpotential und der Fussarmatur des Ableiters eine beträchtliche Potentialdifferenz auftreten, die für das Bedienungspersonal der Hochspannungsanlage eine Gefahr bedeuten kann. Durch das geerdete Gehäuse der Ansprechzählund Uberwachungs-Einrichtung kann diese Gefahr gebannt werden, umsomehr wenn das Leiterstück zwischen Ableiter und Einrichtung und die Fussarmatur isoliert ausgeführt sind.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Ansprechzähl- und Uberwachungs-Einrichtung für funkenstreckenlose Über spannungsableiter, mit einem in die durch einen Leiter hergestellte Verbindung zwischen funkenstreckenlosem Uberspannungsableiter und Erde geschalteten spannungsabhängi gen Widerstand, insbesondere Siliziumcar bid-Widerstand, einer zum spannungsabhängigen Widerstand parallelge schalteten Funkenstrecke und einer zu einem Widerstand parallelgeschal teten Gleichrichter-Brückenschaltung für ein Zählwerk, dadurch gekenn zeichnet, dass in Parallelschaltung zum spannungsabhängigen Widerstand (1) zwei in Reihe geschaltete Widerstände (R1, R2) vorhanden sind, die Eingänge der Gleichrichter-Brückenschaltung (3) mit den Anschlüssen des einen Widerstandes (R2) und die Ausgänge mit dem Zählwerk (5) und zu sätzlich mit einem Strommesser (7) leitend verbunden sind, wobei zwi schen dem einen Ausgang und dem Zählwerk (5) eine monostabile Kippstufe (4) geschaltet ist. 2. Ansprechzähl- und Überwachungs-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass für die Speisung der monostabilen Kippstufe (4) eine, vorzugsweise aus zwei Dioden (11, 12) und zwei Kondensatoren (14, 15) bestehende, Spannungsverdoppelungsschaltung vorgesehen ist. 3. Ansprechzähl- und Uberuachungs-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, dass der Strommesser (7) aus einem analogen Ampe remeter mit einem Messbereich von 0 bis 15 mA besteht, dem Widerstände (R3, R4) vorgeschaltet und eine Zenerdiode (6) parallelgeschaltet ist. 4. Ansprechzähl- und Überwachungs-Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, dass für den Strommesser (7) eine zweite Gleichri chter-Brückenschaltung (13) vorgesehen ist, deren Eingänge mit den An schlüssen eines dem spannungsabhängigen Widerstand (1) parallelgeschal teten Widerstandes (R5) verbunden sind. 5. Ansprechzähl- und Uberwachungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass spannungsabhängiger Widerstand (1), Funkenstrecke (2), Widerstände (R1, R2, R5), Gleichrichter-Brücken schaltung (3, 13) und die Schaltkreise für das Zählwerk (5) und den Strommesser (7) in einem geerdeten, wasserdichten und korrosionsbestän digen Gehäuse (10) angeordnet sind, das zwei äussere Anschlüsse für den die Verbindung zwischen funkenstreckenlosem Uberspannungsableiter (8) und Erde herstellenden Leiter (9) besitzt, wobei der eine Anschluss mit dem geerdeten Gehäuse (10) elektrisch leitend verbunden und der andere Anschluss gegenüber dem Gehäuse (10) isoliert ausgeführt ist, und vor zugsweise im Gehäusedeckel ein Fenster für die Ablesung des Zählerstan des und den Ableiterruhestrom vorgesehen ist.

Inventors: BAUER, KARL, DIPL.-ING., CZYLOK, JOHANN GUIDO, DIPL.-ING., STEINPARZER, KARL, WOGERBAUER, JOHANN, Wögerbauer, Johann
Applicants: SPRECHER ENERGIE OESTERREICH
Application year: 1985
Main classification: H02H3
IPC codes: H02H3