DE2856188A1

DE2856188A1 - Ueberwachungseinrichtung mit einem optischen sensor zur erfassung von stoerlichtboegen in schaltanlagen

Info

Publication number: DE2856188A1
Application number: DE19782856188
Authority: DE
Inventors: Juergen H Dipl Ing Kuntermann
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-10
Also published as: EP0020349B1; EP0020349A1; IT1126533B; DE2856188C2; WO1980001442A1; JPS55501077A; US4369364A; JPS6346933B2; IT7927948A0

Description

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BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 21. Dez. 1978

Mp.-Nr. 704/78 ZFE/P2-Du/Bt .

Überwachungseinrichtung mit einem optischen Sensor zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung mit einem optischen Sensor zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen, insbesondere in gekapselten, SF_g-isolierten Hochspannungs-Schaltanlagen, enthaltend einen gasdicht eingesetzten Lichtleiter zur Ausleitung des Störlichts.

Die zunehmende Energiedichte im Verbundnetz sowie der Übergang zu höheren Übertragungsspannungen macht es erforderlich, den Netzschutz zu verbessern. Hierbei kommt es wesentlich darauf an, die Zuverlässigkeit des Netzschutzes zu erhöhen. Die in Netzschutzeinrichtungen verwendeten Geber, etwa Sensoren zur Erfassung von Störlicht· bögen in Schaltanlagen, gehören als erstes Glied im Signalflußweg der Schutzeinrichtung zu den wesentlichen und für die Funktionssicherheit der Einrichtung wichtigsten Bauteilen.

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In der DE-OS 24 47 240 wird eine Einrichtung beschrieben, bei der zur Erfassung und Signalisierung von in einem geschlossenen Behälter auftretenden Licht als Sensor ein Lichtleiter verwendet wird. Eine Funktionsüberwachung des ° Sensors wird nicht vorgenommen. Aus den eingangs genannten Gründen ist es aber inzwischen erforderlich geworden, den Netzschutz zu verbessern und somit auch neben der Zentraleinheit der Netzschutzeinrichtung auch die Sensoren mit in eine Funktionskontrolle einzubeziehen. 10

Weiterhin ist der DE-OS 22 16 238 eine Einrichtung zum < Schutz von gekapselten, mit Druckgas isolierten Schaltanlagen gegen Störlichtbögen zu entnehmen, deren Sensoren aus einem lichtempfindlichen Element, einer Photozelle etwa, bestehen. Die innerhalb der Kapselung einer Schaltanlage angeordneten lichtempfindlichen Elemente sind zur Funktionskontrolle jeweils direkt mit einer Lichtquelle versehen. Das lichtempfindliche Element, z.B. eine Photozelle, wie auch die für Prüfzwecke benutzte Lichtquelle, z.B. eine Glühlampe, sind Aktivteile des Sensors und unterliegen damit dem Verschleiß, was der Zuverlässigkeit des Sensors abträglich ist, der deshalb in gewissen Zeitabständen auszuwechseln ist, wozu die Kapselung der Schaltanlage geöffnet werden muß, was sich als aufwendig erweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem von außerhalb der Kapselung zugeführten Prüflichtimpuls die Zuverlässigkeit des Sensors zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor mindestens einen zweiten, mit einer externen Lichtquelle zur Erzeugung von Prüflichtimpulsen verbundenen Lichtleiter aufweist, und daß der Prüflichtimpuls durch einen Teil des zu überwachenden Raumes geführt ist, bevor

^ er wieder in den Sensor und den ersten Lichtleiter eintritt.

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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann darin

bestehen, daß der Sensor einen transparenten Schutzzylinder aufweist, in dem die beiden Lichtleiter in axialer Richtung angeordnet sind, daß der Schutzzylinder an seiner Stirnc seite zur Bündelung der Prüflichtimpulse als Sammellinse ausgebildet ist, und daß mit Abstand vor der Sammellinse ein Reflektor angeordnet ist. Es kann auch vorteilhaft sein, daß der den Prüflichtimpuls heranführende Lichtleiter so umgebogen und angeordnet ist, daß der aus seinem .jQ freien Ende in den zu überwachenden Raum austretende Prüflichtimpuls unmittelbar wieder in den Sensor eintritt.

Es ist auch möglich, beide Lichtleiter in einem mehrarmigen Lichtleitbündel, das aus einem Sendebündel und einem Empfangsbündel besteht, zusammenzufassen. Ein mehrarmiges Lichtleitbündel mit kreisförmigem Querschnitt kann z.B. für das Sendebündel und das Empfangsbündel zwei halbkreisförmige Teilquerschnitte aufweisen oder einen Kreisring und einen kleinen darin eingeschlossenen Kreis.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es sich um einen passiven Sensor handelt, der somit keinerlei dem Verschleiß unterliegende Aktivteile aufweist, und deshalb mit hoher Zuverlässigkeit

2g arbeitet. Dabei wirkt sich für die Funktionssicherheit weiterhin günstig aus, daß der Prüflichtimpuls einen Teil des zu überwachenden Raumes der Schaltanlage durchläuft und dabei in seinem Strahlengang über den Reflektor oder den entsprechend umgebogenen Lichtleiter aus dem

2Q Gasraum heraus wieder in den Sensor eintritt, wobei die Austrittsstelle sowie die Eintrittsstelle, hier eine Sammellinse, und die Reflexionsstelle auf Trübung durch lichtdämpfenden Belag auf ihrer Oberfläche (SF,_-Zerset-

Zungsprodukte) geprüft wird. Damit sind der Sensor wie auch sein Verbindungsweg zur Auswerteeinheit einschließlich der optoelektronischen Wandlung von der Funktions-

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kontrolle völlig erfaßt, so daß auch im Falle eines Störlichtbogens der damit verbundene Lichtimpuls von dem Sensor sicher erfaßt und an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Außerdem ist der Sensor nicht metallisch, so daß der Feldlinienverlauf nur wenig beeinflußt wird.

In zwei vereinfachten, beispielhaften Ausführungen soll die Erfindung anhand einer Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben werden: Es zeigt

Fig. 1 einen Sensor im Detail mit schematischer Darstellung der Umlenkung eines Prüflichtimpulses über einen Reflektor;

Fig. 2 einen Sensor im Detail mit schematischer Darstellung der Umlenkung eines Prüflichtimpulses durch einen entsprechend geboc3nen Lichtleiter;

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein Funktionsschaltbild des Sensors in Verbindung mit einer Auswerteeinheit und dem Auslösekreis für einen Schnellerder.

Der Fig. 1 ist im Detail die Ausbildung des Kopfteils eines passiven Sensors zu entnehmen, durch welche eine Funktionskontrolle des Sensors erreicht wird. Der Sensor weist einen aus Acrylglas hergestellten Schutzzylinder 1 auf, der zwei in axialer Richtung und parallel zueinander zur Stirnfläche hin verlaufende Sacklochbohrungen 2.3, 2.4 enthält, die jeweils zur Aufnahme eines Lichtleiters 3, 4 dienen. Über den Lichtleiter 3 wird an den Sensor ein Prüflichtimpuls 15 herangeführt, der über einen in Abstand vor der Stirnfläche des Schutzzylinders 1 angeordneten Reflektor 5 so umgelenkt wird, daß er nach Durchlauf einer kurzen Strecke des zu über wachenden Raumes der Schaltanlage in den Lichtwellenleiter 4 wieder eintritt.

Der Reflektor 5 ist aus einem gelochten Blech topfförmig

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ausgebildet und auf die Stirnfläche des SchutzZylinders 1 aufgesteckt. Im Reflexionsbereich weist der Reflektor 5 einen Metallspiegel 6 auf. Der Schutzzylinder 1 ist an seiner Stirnseite zur Bündelung der Prüflichtimpulse 15 als Sammellinse 7 ausgebildet, die in der Nähe der optischen Achse, d.h. über dem Lichtleiter 4 im Wiedereintrittsbereich der reflektierten Prüflichtimpulse 15, eine Abplattung 14 aufweist. Um zu verhindern, daß Streulicht aus dem Lichtleiter 3 direkt in den Lichtleiter 4 gelangt, ist der' Lichtleiter 3 gegenüber dem Lichtleiter 4 in axialer Richtung zurückgesetzt angeordnet.

Da der Prüflichtimpuls in seinem Strahlengang drei, eventuell einen Belag aufweisende Oberflächen berührt, nämlich Austrittsfläche und Eintrittsfläche des Sensors sowie den Reflektor, reagiert der Prüliichtimpuls sehr empfindlich auf eine Trübung.

Der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines passiven Sensors zu entnehmen. Zur Umlenkung der Prüflichtimpulse 16 ist das freie Ende des die Prüflichtimpulse heranführenden Lichtleiters 12 um 180° umgebogen, so daß sich seine Lichtaustrittsfläche sowie die Lichteintrittsfläche des Lichtwellenleiters 13 einander direkt gegenüberliegen, unter Einhaltung eines gewissen Abstandes voneinander, so daß nun die Prüflichtimpulse 16 aus dem Lichtleiter 12 austreten, eine gewisse Strecke des zu überwachenden Raumes der Schaltanlage durchlaufen und dann wieder in den Lichtleiter 13 des Sensors eintreten. Dabei gelangen die Prüflichtimpulse 16 ebenfalls wie in Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1) von außen, nämlich aus dem Gasraum der Schaltanlage, in den Sensor, und prüfen so die Lichteintrittsstelle desselben auf Trübung durch lichtdämpfenden Belag auf der Oberfläche. Damit wird auch im Falle eines Störlichtbogens der damit verbundene Lichtimpuls 18 von dem Sensor sicher erfaßt.

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Die in Fig. 3 gezeigten passiven Sensoren 8 sind innerhalb der Kapselung 17 einer SF,-isolierten Hochspannungs-Schaltanlage angeordnet, wobei bei abgeschotteter Anlage sich in jedem Schottraum mindestens ein Sensor 8 befindet. Die Lichtleiter 3,4 der Sensoren sind mit einer Auswerteeinheit 9 verbunden, die eine photoelektrische Verstärkerschaltung enthält, in der über eine Photodiode der Lichtimpuls in einen elektrischen Impuls zur Weiterverarbeitung des Signals umgewandelt wird. Zur Energieformwandlung des optischen Signals kann die photoelektrische Verstärker-Eingangsschaltung auch mit einem Photowiderstand oder mit einem Phototransistor versehen sein.

Die Auswerteeinheit enthält desweiteren einen Prüfimpulsgenerator zur Erzeugung von Prüflichtimpulsen, die über den Lichtleiter 3 an den Sensor 8 herangeführt, eine kurze Strecke des zu überwachenden Raumes der Schaltanlage durchlaufen, und über einen Reflektor so umgelenkt werden, daß sie aus dem Gasraum wieder in den Lichtleiter 4 des Sensors eintreten und weiter in die Auswerteeinheit 9 gelangen. Die Auswerteeinheit 9 steuert im Auslösekreis als Verstärker-Schaltglied einen Triac 10 an, der wiederum ein Auslöserelais 11 betätigt, das mit seinem Kontakt auf einen nicht näher dargestellten sprengstoffbetätigten Schnellerder wirkt, der innerhalb kürzester Zeit in Erdschlußstellung geht und so den Störlichtbogen kurzschließt und zum Verlöschen bringt.

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Leerseite

Claims

Mp.-Nr. 704/78 21. Dez. 1978

ZFE/P2-Du/bt

Ansprüche

(l.j Überwachungseinrichtung mit einem optischen Sensor zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen, insbesondere in gekapselten, SF,-isolierten Hochspannungs-Schaltanlagen, enthaltend einen gasdicht eingesetzten Lichtleiter zur Ausleitung des Störlichts, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (8) mindestens einen zweiten, mit einer externen Lichtquelle zur Erzeugung von Prüflichtimpulsen verbundenen Lichtleiter (3) aufweist, und daß der Prüflichtimpuls durch einen Teil des zu überwachenden Raumes geführt ist, bevor er wieder in den Sensor (8) und den ersten Lichtleiter (4) eintritt.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen transparenten Schutzzylinder (1) aufweist, in dem die beiden Lichtleiter (3, 4) in axialer Richtung angeordnet sind, daß der Schutzzylinder an seiner Stirnseite zur Bündelung der Prüflichtimpulse als Sammellinse (7) ausgebildet ist, und daß mit Abstand vor der Sammellinse ein Reflektor angeordnet ist.
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen Schutzzylinder (1) aufweist, in dem die beiden Lichtleiter (3, 4) in axialer Richtung angeordnet sind, daß der Schutzzylinder an seiner Stirnseite zur Bündelung der Prüflichtimpulse eine Sammellinse (7) aufweist, daß Schutzzylinder (1) und Sammellinse (7) zusammensetzbar sind, daß der Schutzzylinder aus einem anderen Material als die Sammellinse besteht, und daß mit Abstand vor der Sammellinse ein Reflektor angeordnet ist.

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4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (7) im Bereich der optischen Achse eine Abplattung (14) aufweist.
5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (7) aus einem Material besteht, dessen Brechungszahl größer ist als

die von SF, (Schwefelhexafluorid).
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6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (7) aus Acrylglas besteht.
7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (5) aus einem gelochten

Material'korbförmig ausgebildet, auf die Sammellinse (7) aufsteckbar ist, und daß der Reflektor im Reflexionsbereich einen Metallspiegel oder eine verspiegelte Fläche (6) aufweist.
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8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Lichtquelle verbundene Lichtleiter (3) gegenüber dem anderen Lichtleiter (4) in axialer Richtung zurückgesetzt angeordnet ist.
9. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lichtleiter in einem mehrarmigen Lichtleitbündel mit einem Sendebündel und einem Empfangsbunde1, zusammengefaßt sind.
10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Prüflichtimpuls heranführende Lichtleiter so umgebogen und angeordnet ist, daß der aus seinem freien Ende in den zu überwachenden Raum austretende Prüflichtimpuls unmittelbar wieder in den Sensor eintritt.

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