Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR DETERMINING STATES AND LOCATING FAULTS IN INSTALLED ISOLATED DOWN CONDUCTORS IN THE EXTERNAL LIGHTNING PROTECTION MEANS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/142205
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining states and locating faults in installed isolated down conductors in the external lightning protection means, wherein the isolated down conductors have a coaxial structure with a metal inner conductor, dielectric medium and voltage-controlled outer casing made of weak-conducting or semiconductor material, as well as having an earth connection. According to the invention, in order to locate faults, after removal of the earth connection, an impulse voltage is applied between the inner conductor and the outer casing of the respective down conductor, causing a discharge in the event of down conductor faults at the fault location, wherein the discharge is subjected to an evaluation to determine the state of the respective down conductor.

Inventors:
BEIERL, Ottmar (Hirschberg 28, Aurachtal, 91086, DE)
BROCKE, Ralph (Südring 31, Oberpörlitz/Ilmenau, 98693, DE)
SCHORK, Franz (Lothringer Straße 8, Nürnberg, 90461, DE)
Application Number:
EP2016/054256
Publication Date:
September 15, 2016
Filing Date:
March 01, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
DEHN + SÖHNE GMBH + CO. KG (Hans-Dehn-Straße 1, Neumarkt/Opf., 92318, DE)
International Classes:
H02G13/00; G01R31/08; G01R31/12
Domestic Patent References:
WO1998037427A11998-08-27
WO1997034159A11997-09-18
Foreign References:
US5767684A1998-06-16
DE102013224573B32014-10-02
EP2518521A22012-10-31
JPH0484779A1992-03-18
Attorney, Agent or Firm:
MEISSNER BOLTE PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (Widenmayerstr. 47, München, 80538, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Zustandsbestimmung und Fehlerortung an installierten isolierten Ableitungen im äußeren Blitzschutz (IBS), wobei die isolierten Ableitungen einen koaxialen Aufbau mit metallischem Innenleiter, Dielektrikum und spannungsgesteuertem Außenmantel aus schwachleitendem oder halbleitendem Material besitzen, sowie mit einem Erdanschluss,

dadurch gekennzeichnet, dass

zum Zweck der Fehlerortung nach Entfernung des Erdanschlusses eine

Impulsspannung zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel der jeweiligen Ableitung angelegt wird, welche bei Äbieitungsfehlern am Fehlerort zu einer Entladung (E) führt, wobei die Entladung (E) oder deren

Auswirkungen zur Zustandsbestimmung der jeweiligen Ableitung einer

Bewertung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die aufgrund der Entladung (E) entstehenden geänderten, insbesondere aperiodischen Strom- und/oder Spannungsverläufe des durch den Anschluss der jeweiligen Ableitung an einen Impulsgenerator sich ergebenden

Schwingkreises erfasst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zur Fehlertriggerung eingesetzte Impulsspannung einen ersten und einen zweiten Wert aufweist derart, dass bei dem ersten Wert noch keine Entladung erzeugbar ist und dass das Schwingkreisverhalten bei diesem ersten Wert als Referenzmessung herangezogen wird und der zweite Wert eine höhere

Spannung ist, welche eine potentielle Entladung zur Folge hat.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

nach Erstinstallation der jeweiligen Ableitung eine Referenzmessung

durchgeführt wird, wobei diese Referenzmessung für spätere

Zustandsbestimmungen der betreffenden Ableitung gespeichert und

herangezogen wird. 5, Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche»

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Zustandsbestimmung der Strom- und/oder Spannungsverlauf mit Anlegen der Impulsspannung erfasst wird,

6, Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Zustandsbestimmung das Flächenintegra! des Strom- und/oder

Spannungsverlaufs und Veränderungen dieses mit Anlegen der Impulsspannung herangezogen wird.

Description:
Verfahren zur Zustandsbestimmung und Fehferortung an Installierten isolierten

Ableitungen Im äußeren Blitzschutz

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsbestimmung und Fehlerortung an installierten isolierten Ableitungen im äußeren Blitzschutz, wobei die isolierten Ableitungen einen koaxialen Aufbau mit metallischem Innenleiter, Dielektrikum und spannungsgesteuertem Außenmantel aus schwachleitendem oder halbteitendem Material besitzen, sowie mit einem Erdanschluss gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Isolierte Ableitungen für den äußeren Blitzschutz sind beispielsweise als sogenannte HVI®-Ableitung der Firma DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG

vorbekannt.

Beim Anschiuss einer isolierten Ableitung an eine Ringleitung oder eine Attika eines Gebäudes Ist es funktionsbedingt notwendig, dass die eingesetzte

Ableitung im Endverschlussbereich aufgeständert wird, um das für den

jeweiligen ausgewiesenen Trennungsabstand erforderliche Isoliervermögen einhalten zu können. Darüber hinaus muss eine gute und ausreichende

Standfestigkeit sowie Verlegesicherheit gewährleistet werden.

Aus der DE 20 2013 004927 Ul ist es bekannt, eine isolierte, feldgesteuerte Aufständerung der eigentlichen isolierten Ableitung im Endverschlussbereich zum Einhalten notwendiger Trennungsabstände vorzusehen, wobei ein metallischer Halter als zusätzlicher Potentialausgleich im Endverschlussbereich zur Kontaktierung des halbleitend beschichteten oder halbleitenden

Distanzstabs oder Distanzhalters zum Einsatz kommt, der weiterhin am nicht blitzstrom behafteten Potentialausgleich angebunden wird.

Bei dem Verlegen und der Installation derartiger Isolierter Ableitungen im äußeren Blitzschutz kann es insbesondere bei nachträglichen Veränderungen der Aufständerung oder Befestigung der isolierten Ableitung zu Beschädigungen, z.B. durch Anbohren, Ans gen, Eindrehen von Schneidschrauben oder dergleichen kommen.

Auf die Anmelderin zurückgehende Untersuchungen bezüglich der Analyse des Zustands vorhandener Installationen isolierter Ableitungen haben ergeben, dass Hochfrequenzmessungen oder Laufzeitverfahren (TDR) nicht geeignet sind, reproduzierbar und exakt Fehlsteller» am isolierten Kabel zu ermitteln. Die Hauptproblematik besteht darin, dass eine erfolgreiche Ortung der

Fehlerstelle fehlschlägt, da isolierte Ableitungen funktionsbedingt einen halbleitfähigen Mantel aufweisen, dessen Widerstand typischerweise im

Bereich von 100 Ohm bis 10 kOhm liegt, Dieser hohe Widerstandswert führt zu großen Dampfungen des reflektierten Hochfrequenzsignals, so dass eine Fehlerortung problematisch ist. Aufgrund des halbleitenden äußeren Mantels von isolierten Blitzschutzsystemen sind an sich bekannte Kabeldetektions- verfahren z.B. auf Reflexionsbasis nicht zielführend und ungeeignet.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Zustandsbestimmung und Fehlerortung an installierten isolierten Ableitungen im äußeren Blitzschutz anzugeben, wobei die isolierten Ableitungen einen koaxialen Aufbau mit metallischem Innenleiter, Dielektrikum und spannungsgesteuertem Außenmantel besitzen. Weiterhin weist die isolierte Ableitung einen Erdanschluss auf.

Erfindungsgemäß wird zum Zweck der Fehlerortung nach Entfernen des

Erdanschlusses eine Impulsspannung in ausreichender Höhe zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel der jeweiligen Ableitung angelegt bzw. es wird eine derartige Impulsspannung eingespeist, welche bei Ableitungsfehlern am Fehlerort zu einer elektrischen Entladung führt.

Diese elektrische Entladung wird zur Zustandsbestimmung des jeweiligen Abieiters einer Bewertung unterzogen.

Die aufgrund der Entladung entstehenden geänderten aperiodischen

Spannungs- und/oder Stromverläufe über der Zeit des durch den Anschluss der jeweiligen Ableitung an einen Impulsgenerator sich ergebenden Schwingkreises mit seinen durch die Entladung geänderten Eigenschaften werden zur Zustandsbestimmung erfindungsgemäß herangezogen.

Damit Sässt sich zu Wartungs- und Revisionsgründen das aktuelle

Isoliervermögen eines derartigen isolierten Kabels bzw. einer entsprechenden isolierten Ableitung im eingebauten Zustand bewerten, d.h. eventuelle

Durchschlagstellen werden sicher detektiert.

Dabei wird das Grundprinzip der Auswertung von sich verändernden

Schwingkreisparametern durch Strom- und/oder Spannungsmessung an der Einspeisestelle der Impulsspannung am Erdanschluss des hochspannungsfesten Kabels genutzt. Die Impulsspannung wird von einem Generator bereitgestellt, der ausgangsseitig eine Längs-Kopplungsinduktivität besitzt, über die die gewünschte elektrische Verbindung zur isolierten Ableitung hergestellt wird. Durch diese Längs-Induktivität lässt sich das Schwingkreisverhalten in wetten Grenzen beeinflussen. Zur Zustandsbestimmung wird demnach die

Impulsantwort des zu untersuchenden Systems der installierten äußeren Ableitung herangezogen, die sich als eine Veränderung des Schwingkreisverhaltens im Vergleich zu einem ungestörten Referenzfall zeigt.

Diesbezüglich kann in Weiterbildung der Erfindung nach Erstinstallation der jeweiligen Ableitung eine Referenzmessung durchgeführt werden, wobei diese Referenzmessung für spätere Zustandsbestimmungen der betreffenden

Ableitung gespeichert und herangezogen wird.

Bei einer Alternative besteht die Möglichkeit, die zur Fehlertriggerung eingesetzte Impulsspannung so zu wählen, dass ein erster und ein zweiter Impulsspannungswert vom Impulsspannungsgenerator bereitstellbar ist.

Beim ersten Wert der Impulsspannung wird noch keine Entladung erzeugt und das sich ergebende Schwingkreisverhalten bzw. die Impulsantwort als

Referenzgröße herangezogen. Der zweite Wert der Impulsspannung, der wesentlich höher als der Wert der ersten Impulsspannung ist, führt dann zu einer potentiellen Entladung im Fehlerfall. Das sich hierbei ergebende

Schwingkreisverhalten wird dann mit dem Schwingkreisverhalten im

Referenzfall verglichen und hieraus auf den Zustand der installierten äußeren Ableitung geschlussfolgert. Zur Zustandsbestimmung wird also der Strom- und/oder Spannungsverlauf mit anliegender Impulsspannung durch geeignete Messmittel erfasst,

Zur Zustandsbestimmung kann ebenso das Flächenintegral des Strom- und/oder Spannungsverlaufs und eine Veränderung dieses mit Anlegen der

Impulsspannung herangezogen werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine beispielhafte Impulsgeneratorschaltung zur Bereitstellung und

Einspeisung der zur Zustandsbestimmung herangezogenen

Impulsspannung;

Fig. 2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des isolierten Blitzschutzsystems mit isolierter Ableitung und angedeutetem Fehlerort, symbolisiert durch eine Entladung als Schließvorgang eines Schalters S;

Fig. 3 einen beispielhaften U/t-Verlauf mit durchgezogener Linie im Fall

einer störungsbedingten Entladung und gestrichelter Linie bei einem Verlauf ohne Entladung mit dem Beginn der Entladung symbolisiert durch E und

Fig. 4 einen beispielhaften I/t-Verlauf mit einer durchgezogenen Linie, die das Verhalten des Schwingkreises im Fehlerfall mit Entladung zeigt, und einer gestrichelten Linie, die das Schwingkreisverhalten ohne fehlerbedingte Entladung repräsentiert.

Zur Sicherstellung erforderlicher Trennungsabstände bei Blitzschutzsystemen ist es bekannt, hochspannungsisolierte Spezialkabel, sogenannte isolierte Ableitungen zu verwenden. Derartige Kabel weisen einen stromtragfähigen

Innenleiter, eine ausreichend dimensionierte Isolierung sowie einen

schwachleitenden oder halbleitenden äußeren Mantel auf. Bei längerem Betrieb derartiger Anlagen, aber auch bei der Inbetriebnahme selbst ist es wünschenswert, das Isoliervermögen der isolierten Ableitung im eingebauten Zustand zu bewerten und mögliche Durchschlagstellen, d.h.

Fehlerorte sicher zu delektieren .

Diesbezüglich wird vorgeschlagen, eine Auswertung von sich verändernden Schwingkreisparametern durch Strom- und/oder Spannungsmessung an der Einspeisestelle der Impulsspannung am Erdanschluss vorzunehmen,

Fig. 1 zeigt eine typische Generatorschaltung zum Erzeugen einer

diesbezüglichen Impulsspannung. Die Generatorschaltung wurde um eine Längs-Induktivität LG ergänzt.

Durch eine Wahl der einzelnen Generatorelemente und insbesondere der Parameter der Induktivität L G lässt sich das Schwingkreisverhalten, welches sich bei einem angeschlossenen, zu überprüfenden isolierten Blitzschutzsystem IBS ergibt, in weiten Grenzen beeinflussen. Es ist beispielsweise ein

Schwingkreisverhalten im Sinne einer gedämpften Schwingung, eines aperiodischen Verhaltens oder dergleichen realisierbar. Zur Zustandsbe- stimmung wird die Impulsantwort des zu untersuchenden Systems, d.h. der angeschlossenen Einheit IBS bewertet.

Diesbezüglich sei unter Hinweis auf Fig. 2 auf ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines isolierten Blitzschutzsystems IBS verwiesen.

Die Fehlerstelle, an der sich bei einer Impulsspannung ausreichender Höhe eine Entladung ergibt (Fehlerort), ist durch den Schalter S symbolisiert.

Eine Entladung entspricht hier einem Schließvorgang des Schalters.

Durch die Entladung werden zu den Ersatzschaltbildelementen CE, REI sowie LEI bzw. R M und LM das Element RF und eine entsprechende Induktivität zugeschalten. Dies führt zu typischen Änderungen im Schwingverhalten des sich nun ergebenden Kreises. Diese Veränderungen werden als

Auswertekriterium zur Fehlerdetektion erfindungsgemäß herangezogen. Betrachtet man hier die Kurvenverläufe nach Fig. 3, ist zunächst ersichtlich, dass bei einer fehlerfreien isolierten Ableitung sich ein typischer aperiodischer Fall und ein entsprechender Kurvenvertauf einstellen (gestrichelte

Darstellung), Kommt es bei einer definierten Impulsspannung zu einer

Entladung E, findet ein Übergang zum gedämpften Schwingfall, dargestellt mittels durchgezogener Linie, statt.

Grundsätzlich andere Fallübergänge sind durch die Auswahl der Eigenschaften des Generators in Verbindung mit der erwähnten Längs-Induktivität LG realisierbar.

Der festgestellte Fallübergang gilt dann als Auswertekriterium für ein defektes Kabel,

Die Fig. 4 zeigt ähnlich wie die Fig. 3 eine Veränderung des Schwingverhaltens, am Beispiel einer Veränderung des Stromverlaufs über der Zeit, An der Stelle E findet eine Entladung aufgrund eines Isolationsfehlers statt und es kommt zu einem Übergang von einem aperiodischen fall zu einem

aperiodischen Grenzfail» Auch dieser Fallübergang wird als Auswertekriterium für ein defektes Kabel herangezogen. Die Stromüberhöhung im Verlauf nach Fig. 4 ergibt sich wie folgt. Der Schwingstrom wird aus der Generatorkapazität C$ gespeist, die sich zunächst nur über Rp und R E des Generators bzw. REI und R M des zu prüfenden Kabels entlädt. Kommt es zu einem Durchschlag, verringert sich R M schlagartig, da nur noch ein Teil des Mantelwiderstands wirksam ist, wodurch der Strom I ansteigt,

Eine weitere Auswertemöglichkeit liegt in einer integralen Betrachtung des gesamten Kurvenverlaufs, da ein eintretender Fallübergang auch die unter der Kurve befindliche Fläche beeinflusst bzw. umfasst. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteilhaftes Auswertekriterium, da einfachere Messprinzipien, z.B. 1 idt bzw. J udt möglich sind.

Prinzipiell genügt es, eine Spannungs- oder Strommessung allein durchzuführen, da beide sich aufgrund der Messung ergebenden Kurvenverläufe dieselben signifikanten Informationen bezüglich der Eigenschaften des jeweiligen Systems enthalten. Kombiniert man Spannungs- und Strommessung, lässt sich eine weitere Erhöhung der Aussagefähigkeit bezogen auf die

Qual itäts- oder Zustandskriterien der isolierten Ableitu ng schaffen .

Ergänzend ist es möglich, Referenzmessungen mit kleiner Impulsspannung durchzuführen, bei der es noch nicht zu Entladungen kom mt. Mit dieser Referenzmessung können die Schwingkreisparameter, die ohne Entladung gegeben sind, sicher bestim mt und eingestellt werden .

Wenn dann am selben System die Messung mit gleichen Schwi ngkreispara metern bei höherer Spannung durchgeführt wird, die zu potentiel len Entladu ngen im Fehlerfal l führt, können Unterschiede im Schwingkreisverhalten leicht erka nnt u nd zur Zustandsbewertung gen utzt werden « Aufgrund dieser Möglichkeit der Referenzmessung kann eine Anwendung des Verfahrens bei beliebigen Topologien von isolierten Bl itzschutzsystemen vor Ort ohne aufwendige Ei nstel l- und womöglich vorherige Dokumentationsarbeiten vorgenommen werden .