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Title:
OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE WITH MONITORING AND COMMUNICATION FUNCTIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/041474
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an overvoltage protection device with monitoring and communication functions, in particular for the information and process industries, having at least one surge arrester with a self-diagnostics unit and a wireless and/or wired standard interface for data transmission. According to the invention, an additional module is provided to detect the behaviour and/or the properties of a connected electrical energy source, wherein a bidirectional exchange of data and commands to and between a higher-level control system and among multiple overvoltage protection devices takes place and parametrisation of lower-level terminals to be protected can be realised via the standard interface.

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Inventors:
BROCKE, Ralph (Südring 31, Ilmenau/Oberpörlitz, 98693, DE)
ZAHLMANN, Peter (Eichenmühlweg 24, Neumarkt, 92318, DE)
Application Number:
EP2017/068716
Publication Date:
March 08, 2018
Filing Date:
July 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
DEHN + SÖHNE GMBH + CO. KG (Hans-Dehn-Straße 1, Neumarkt/Opf., 92318, DE)
International Classes:
H02H9/04; G01R31/12; H02H1/00; H02H3/04
Domestic Patent References:
WO2015055233A12015-04-23
Foreign References:
EP2333925A12011-06-15
DE102009022832A12010-04-22
DE102006034164B42008-07-31
DE202012010818U12012-11-30
DE102014219913A12016-04-07
Attorney, Agent or Firm:
MEISSNER BOLTE PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (Volkmar KRUSPIG, Widenmayerstraße 47, München, 80538, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungs- und

Kommunikationsfunktion für die Informations- und Prozessindustrie mit mindestens einem Überspannungsabieiter mit Eigendiagnoseeinheit sowie einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Standardschnittstelle zur

Datenübermittlung,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine weitere Zusatzbaugruppe zur Erfassung des Verhaltens und/oder

der Eigenschaften einer angeschlossenen elektrischen Energiequelle und netzrelevanter Eigenschaften vorgesehen ist, wobei über die Standardschnittstelle ein bidirektionaler Daten- und Befehlsaustausch sowohl zu und zwischen einem übergeordneten Leitsystem als auch zwischen mehreren

Überspannungsschutzeinrichtungen erfolgt und eine Parametrierung

nachgeordneter, zu schützender Endgeräte und/oder der

Überspannungsschutzeinrichtungen realisiert ist.

2. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

diese eine Einrichtung zur unmittelbaren Internet-Kommunikation aufweist.

3. Überspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Parametrierung nach Schutzbedarf und Netzsituation erfolgt.

4. Überspannungsschutzeinrichtung nach einem der vorangegangenen

Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Zusatzbaugruppe Impedanzverhältnisse des speisenden Netzes bestimmt und hiernach eine Eigenparametrierung der Auslösecharakteristik der jeweiligen Schutzeinrichtung vorgenommen wird .

5. System, bestehend aus einer Vielzahl bidirektional kommunizierender, vernetzter Überspannungsschutzeinrichtungen gemäß den vorangegangenen Ansprüchen.

Description:
Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungs- und

Kommunikationsfunktion

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungsund Kommunikationsfunktion für die Informations- und Prozessindustrie mit min- destens einem Überspannungsabieiter mit Eigendiagnoseeinheit sowie einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Standardschnittstelle zur Datenübermittlung gemäß Anspruch 1.

Aus der DE 10 2006 034 164 B4 ist ein mehrpoliger Blitzstrom - und/oder Über- spannungsableiter in Reihenklemmausführung vorbekannt. Dieser Überspan- nungsableiter dient bevorzugt dem Schutz von Geräten und Anlagen der Informa tionstechnik und besteht aus Basisteil, ausgebildet als Durchgangsklemme, und in das Basisteil einsetzbare Steckmodule mit Schutzelementen zur Hutschienenmon tage.

Gemäß einer dortigen Ausführungsform ist eine Leiterplatte vorgesehen, welche eine Einrichtung zur drahtlosen Fehler- und Zustandsüberwachung, zum Beispiel in Form eines RFID-Transponders aufweist. Die Leiterplatte kann auch Mittel zur Temperaturüberwachung der auf den übrigen Leiterplatten befindl ichen Schutzelementen enthalten. Solche Mittel können Temperatursensoren sein, die jeweils nach, insbesondere gegenüberliegend der Schutzelemente befindlich sind . Insofern besitzt also der vorbekannte Überspannungsabieiter eine Eigendiagnoseeinheit.

Bei dem Smart-Meter gemäß DE 20 2012 010 818 U l weist Selbiges eine Elektronik zur Erfassung des Stromverbrauches und zur Ausgabe von den Stromverbrauch repräsentierenden Daten über eine Datenkommunikationsschnittstelle auf. Gemäß bevorzugter Ausführungsform ist eine LAN-Schnittstelle zum Auslesen und Programmieren des Smart-Meters vorgesehen, während wenigstens eine weitere Schnittstelle und die Elektronik des Smart-Meters dazu eingerichtet ist, zur Steuerung sonstiger externer Geräte zu dienen, die dann zum Beispiel über ein Feld bussystem von dem ebenfalls an das Feldbussystem angeschlossenen Smart - Meter gesteuert werden können. Ebenso besteht die Möglichkeit, in das Gehäuse des Smart-Meters einen Webserver zu integrieren, so dass der von dem Smart-Meter ermittelte Stromverbrauch von externen Geräten, zum Beispiel auch von Mobiltelefonen über eine geeignete Software (App) über das Internet abgefragt werden kann. Die Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion nach DE 10 2014 219 913 AI besitzt eine spezielle Schaltungsanordnung nach Art einer

Wheatstone'schen Messbrücke, um den Zustand der dort vorhandenen

Überspannungsschutzelemente zeitlich unmittelbar zu erkennen.

Zur Zustandskontrolle können alternativ oder zusätzlich temporäre, aber auch periodisch wiederkehrende Messungen vorgenommen werden.

Eine lokale Signalisierung des Zustandes kann beispielsweise durch ein optisches und/oder akustisches Signal oder ein Display erfolgen. Eine Fernsignalisierung kann durch eine Fernmeldung, zum Beispiel über einen Automatisierungsbus oder allgemein mittels Telekommunikation realisiert werden. Bei den Lösungen des Standes der Technik gelingt es zwar, unabhängig oder ergänzend zu bekannten thermischen Abtrennvorrichtungen auf Zustandsverände- rungen eingesetzte Überspannungsabieiter zu reagieren und über Eigendiagnoseeinheiten den erkannten Zustand einer externen Auswertung zuzuführen, die beispielsweise darin besteht, bei vorgesehenen Inspektions- oder Wartungsarbei- ten vorgeschädigte Überspannungsabieiter vorsorglich auszutauschen.

Eine Nutzung der diesbezüglich gewonnenen Daten für weitere Zwecke bleibt jedoch aus.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungs- und Kommunikationsfunk- tion insbesondere für die Informations- und Prozessindustrie anzugeben, d ie sich nicht auf eine Fernsignalisierung des Betriebszustandes eingesetzte r Überspannungsabieiter beschränkt, sondern vielmehr diagnostizierte Messwerte und Daten für eine externe Verwendung zur Verfügung stellt.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Lehre gemäß Patentan - spruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen. Demnach wird von einer Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungs- und Kommunikationsfunktion ausgegangen. Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung ist insbesondere für den Einsatz in der Informations- und Prozessindustrie geeignet und geht von mindestens einem Überspannungsabieiter mit Eigendiagnoseeinheit sowie einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Standardschnittstelle zur Datenübertragung bzw. Datenübermittlung aus.

Erfindungsgemäß weist die Überspannungsschutzeinrichtung mindestens eine weitere Zusatzbaugruppe auf. Diese weitere Zusatzbaugruppe dient zur Erfassung des Verhaltens und/oder der Eigenschaften eines angeschlossenen elektrischen Netzes bzw. einer angeschlossenen elektrischen Energiequelle.

Damit können neben Belastungswerten der Komponenten der Überspannungsabieiter, wie Temperatur, Stoßstrom, Folgestrom, Ansprechhäufigkeit usw. auch Informationen ausgewertet werden, die von integrierten Power-Quality-Modulen ableitbar sind. Hier seien beispielsweise Oberwellen, Spannungseinbrüche oder dergleichen genannt.

Die Standardschnittstelle ist entgegen bisheriger Lösungen nicht nur unidirektio- nal sondern bidirektional organisiert und ermöglicht einen entsprechend bidirektionalen Daten- und Befehlsaustausch sowohl zu einem übergeordneten Leitsystem als auch zwischen dem übergeordneten Leitsystem und der eigentlichen Überspannungsschutzeinrichtung. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Organisa tion eines Datenaustausches zwischen mehreren erfindungsgemäßen Überspan nungsschutzeinrichtungen unter Bildung eines Systems von gekoppelten Überspannungseinrichtungen, die darüber hinaus sich gegenseitig oder unter Zwischenschaltung eines Leitsystems parametrieren. Es ermöglicht also die Erfindungslehre eine System- bzw. anwenderabhängige Parametrierung einzelner Funktionen der eingesetzten Überspannungsabieiter aber auch der integrierten Zusatzbaugruppen.

Derartige parametrierbare Eigenschaften können zum Beispiel die Ansprechspannung, die TOV-Werte zur Auslösung, Einstellwerte für die Überstromschutzfunk- tion und des Kurzschlussstromes im Netz sein.

Wie bereits erwähnt, besteht durch die erfindungsgemäße Lehre die Möglichkeit, dass die Überspannungsschutzeinrichtungen untereinander, aber auch mit einer Zentraleinheit unter Nutzung der bidirektionalen Schnittstelle kommunizieren. Ein weiterer erfindungsgemäßer Ansatz besteht darin, dass die vorerwähnte Pa- rametrierung auch bezüglich nachgeordneter, zu schützender Endgeräte realisierbar ist. Werden beispielsweise kritische Oberwellenspektren an den jeweiligen Installationsorten durch die Zusatzbaugruppe zur Erfassung diesbezüglicher Eigenschaften ermittelt, dann können aktive Filter vor oder in den Endgeräten eingestellt, das heißt parametriert werden. Diesbezüglich geänderte

Parametrierungsdaten sind dann ebenfalls unter Nutzung der bidirektionalen Schnittstelle an ein übergeordnetes Leit- und Auswertesystem übertragbar.

In Weiterbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, dass die jeweiligen Überspannungsschutzeinrichtungen einen integrierten Zugang zum Internet aufweisen, um diesbezüglich eine Kommunikation unter Nutzung einer klassischen App zu gestatten, so dass Meldungen auch an ein Smartphone, ein Laptop, ein Tablet, einen Personal Computer oder dergleichen ausgegeben werden können bzw. über derartige Geräte eine Dateneingabe erfolgen kann. Letztendlich schafft die erfindungsgemäße Lösung die Möglichkeit der Ausbildung eines Systems von Überspannungsschutzeinrichtungen in einem bestimmten Netz mit Monitoring-Funktion. Hierdurch ist eine intelligente Aufgabenteilung eingesetzter Überspannungsabieiter nebst erweiterten Schutzmöglichkeiten für

Endgeräte realisierbar. Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung besitzt demnach eine integrierte Eigendiagnosefunktion al ler für die Überspannungsschutzeinrichtung relevanten Belastungsparameter. Dies können zum Beispiel stoßstrombedingte Belastungen, Temperaturbelastungen, TOV-Spannungen und ähnliches sein.

Diese Parameter bilden insgesamt die Belastung und die sich ergebende Rest- lebensdauer des entsprechenden Gerätes bzw. der Überspannungsschutzeinrichtung ab. Die genannten Parameter werden erfindungsgemäß an übergeordnete Systemeinrichtungen gemeldet und dort ausgewertet, und zu Wartungs- und Servicezwecken aber auch für statistische Untersuchungen genutzt.

Die erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtungen verfügen ebenso über funktionsintegrierte Baugruppen, welche wie bereits dargelegt, netzrelevante In formationen, zum Beispiel Oberwellen, Impedanzverhältnisse des speisenden Netzes, Spannungsfluktuationen und ähnliches erfassen. Diese netzrelevanten Informationen dienen zum einen der Eigennutzung, das heißt der speziellen Parametrierung und Anpassung der Schutzeinrichtungen. Andererseits dienen die gewonnenen Informationen auch der Fremdnutzung. So können beispielsweise vor Ort aufgenommene Informationen über Oberwellen, Spannungsfluktuationen und Impedanzverhältnisse an Energieversorgungsunternehmen weitergeleitet und dort ausgewertet werden, um einen komplexen Blick bezogen auf das relevante Netz zu erhalten.

Durch die große Verbreitung von Überspannungsschutzeinrichtungen an vielen Netzpositionen ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit, diesen

umfassenden Überblick über die jeweilige Netzsituation in Echtzeit zu erhalten.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt besteht in der Eigenparametrierung. Hierunter wird die Möglichkeit des Anwenders verstanden, Eigenschaften der Schutzgeräte nach Bedarf und in Abhängigkeit von der Netzsituation über geeignete Kommunikationsschnittstellen einzustellen bzw. vorzugeben.

Dies können beispielsweise Werte sein, die die Ansprechcharakteristik, das heißt den Schutzpegel der Überspannungsschutzeinrichtung, betreffen, und zwar in Abhängigkeit von jeweiligen Endgeräten. Weiterhin ist es möglich, dass die ermittelten Impedanzdaten dazu benutzt werden, die Auslösecharakteristik zugeordneter Überspannungsschutzeinrichtungen einzustellen, aber auch eine einmal getroffene Einstellung zu verändern. Dies ist immer dann hilfreich, wenn in den Netzen volatile Kurzschlussstromwerte auftreten, und zwar insbesondere in Netzen mit hohem Anteil an regenerativen Energiequellen.

Mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtungen ergibt sich nicht nur ein verbesserter Schutz des jeweiligen Endgerätes, sondern es kann ein komplexes System mit Rückmeldung über die Netzeigenschaften realisiert werden.