DE2856188C2 - Einrichtung zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die zunehmende Einergiedichte 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 Störlichtbögen in Schaltanlagen, gehören als erstes Glied im Signalflußweg der Schutzeinrichtung zu den wesentlichen und für die Funktionssicherheit der Einrichtung wichtigsten Bauteilen.

In der DE-OS 24 47 240 wird eine Einrichnng 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 inzwisehen erforderlich geworden, den Netzschutz zu verbessern und somit auch neben der Zentraleinheit der Netzschutzeinrichtung auch die Sensoren mit in eine Funktionskontrolle einzubeziehen.
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 Iichtempfindlichen Elemente sind zur Funktionskontrolle jeweils direkt mit einer Lichtquelle versehen. Das lichtempfindliche Element, z. B. eirt^ 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.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die so weitergebildet ist, daß sie ein einfaches, platzsparend aufgebautes und auf Funktionsfähigkeit überprüfbares Gerät darstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 19 08 153 ist ein .Signalübertragungssystem mit faseroptischer Lichtleitung bekanntgeworden, wobei beliebige Signale zum Zwecke der Isolierung von Ausgang und Eingang oder zur Spannungsentkopplung über zweifach redundante Lichtleiter übertragen werden. Dieses Lichtleitersystem enthält eine Einrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lichtwege vom Ausgang des Systems her, die jedoch die Vorteile der beanspruchten Einrichtung nicht aufweist.

5Γ Bei dieser besteht die Möglichkeit, als Umlenkelement den an seiner Stirnseite als Sammellinse ausgebildeten Schutzzylinder und einen mit Abstand von diesem angeordneten Reflektor bzw. eine mit dem Schutzzylinder zusammengesetzte Sammellinse, die aus einem anderen Material als der Schutzzylinder besteht, und einen mit Abstand von diesem angeordneten Reflektor zu verwenden.

Es besteht auch gemäß kennzeichnendem Merkmal des Anspruches 10 die Möglichkeit, daß der den Prüflichtimpuls heranführende zweite Lichtleiter als Umlenkelement einen gekrümmten Abschnitt aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

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 Schutzzylin-

der an seiner Stirnseite 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 freien Ende in den zu überwachenden Raum austretende Prüflichtimpuls unmittelbar wieder in den Sensor eintritt.

Es ist auch r,-.5glich, 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 Sendebünde! 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 bei der Einrichtung um einen passiven Sensor handelt, der somit keinerlei den Verschleiß unterliegende Aktivteiie aufweist und deshalb mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet Dabei wirkt sich für die Funkuonssicherheit weiter günstig aiu, 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 Gasraum heraus wieder in den zweiten Lichtleiter eintritt, wobei die Austrittsstellfi sowie die Eintrittsstelle hier eine Sammellinse und die Reflektionsstelle auf Trübung durch lichtdämpfentlen Belag auf ihrer Oberfläche (SFö-Zersetzungsprodükte) geprüft wird. Damit sind die Einrichtung und auch die Verbindungswege zur Auswerteeinheit einschließlich einer optoelektronischen Wandlung von der Funktionskontrolle völlig erfaßt, so daß auch im Falle eines Störlichtbogens der damit verbundene Lichtimpuls von der Einrichtung sicher erfaßt und an die Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Außerdem ist die Einrichtung 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 eine Einrichtung im Detail mit schematischer Darstellung der Umlenkung eines Prüflichtimpulses über einen Reflektor,

Fig. 2 eine Einrichtung im Detail /nit schematischer Darstellung der Umlenkung eines Prüflichtimpulses durch einen entsprechend gebogenen Lichtleiter,

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

Der F i g. 1 ist im Detail die Ausbildung des Kopfteils einer als passiver Sensor wirkenden Einrichtung zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen zu entnehmen, wodurch eine Funktionskontrolle der Einrichtung erreicht wird. Die Einrichtung weist einen aus Acrylglas hergestellten Schutzzylinder 1 auf, der zwei in axialer Richtung und parallel zueinander zur Stirnfläche hin verlaufende Sacklochbohrungen 23, 2.4 enthält, die jeweils zur Aufnahme eines Lichtleiters 3,4 dienen. Über den ersten Lichtleiter 3 wird an die Einrichtung 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 überwachenden Raumes der Schaltanlage in der. zweiten Lichtleiter 4 wieder eintritt. Der Reflektor 5 ist aus einem gelochten Blech topfförmig ausgebildet und auf die Stirnfläche des Schutzzylinders 1 aufgesteckt. Im Refiexionsbereich weist der Reflektor 5 einen Metallspiegel 6 auf. Der Schutzzylinder 1 ist an seiner Stirnseite zur Bündelung der Prüfiichtimpulse 15 als Sammellinse 7 ausgebildet, die in der Nähe der optischen Achse, d. h. über dem zweiten Lichtleiter 4 im Wiedereintrittsbereich der reflektierten Prüfiichtimpulse 15, eine Abplattung 14 aufweist. Um zu verhindern, daß Streulicht aus dem ersten Lichtleiter 3 direkt in den zweiten Lichtleiter 4 gelangt, ist der erste Lichtleiter 3 gegenüber dem zweiten Lichtleiter 4 in axialer Richtung zurückgesetzt angeordnet.

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

Der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung zu entnehmen. Zur Umlenkung der Prüflichtimpulse 16 ist das freie Ende ei"·.':; die Prüflichtim-

Ulli 1OU

umgebogen, so daß sich seine Lichtaustrittsfläche sowie die Lichteintrittsfläche eines zweiten des Lichtwellenleiters 13 einander direkt gegenüberliegen, unter Emhaltung ein^s gewissen Abstandes voneinander, so daß nun die Prütlichtimpulse 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 Prüfiichtimpulse 16 ebenfalls wie in AusführungsbeispieJ 1 (Fig. 1) von außen, nämlich aus dem Gasraum der Schaltanlage, in die Einrichtung, und prüfen so die Lichteintrittsstelle derselben auf Trübung durch lichtdämpfenden Belag auf der Oberfläche. Damit wird auch im Falle eines Störlichtbogens der damit verbundene Lichtimpuls L8 von der Einrichtung sicher erfaßt,

Die in Fig. 3 gezeigten Einrichtungen 8 sind innerhalb der Kapselung 17 einer SFö-isolierten Hochspannungs-Schaltanlage angeordnet, wobei bei abgeschotteter Anlage sich in jedem Schottraum mindestens eine Einrichtung 8 befindet. Die Lichtleiter 3 und 4 der Einrichtungen 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 die Einrichtung 8 herangeführt, ^p.ine 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 der Einrichtung eintreten und weiter in die Arswerteeinheit 9 gelangen. Die Auswerteeinheit 9 steuert im Auslösekreis als Verstärker-Schaltglied einen ~\ riac 10 an, der wiederum ein Auslöserelais 11 betätigt, das mit seinem Kontakt auf einen nicht näher dargestellten sprengstoffbetätigten Schnellerder wirkt, der innerhalb kürzester Zeit !n Erdschlußstellung geht und so den Störlichtbogen kurzschließt und zum Verlöschen bringt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erfassung von Störlichtbögen in Schaltanlagen, insbesondere in gekapselten, SF6-isolierten Hochspannungsschaltanlagen, die einen gasdicht in die Gehäusewand eingesetzten Lichtleiter zur Ausleitung des Lichtbogens aufweist, gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten, mit einer externen Lichtquelle zur Erzeugung von Prüflichtimpulsen verbundenen Lichtleiter (3), einen Schutzzylinder (1), in dem der erste und der zweite Lichtleiter (4,3) achsparallel angeordnet sind sowie wenigstens ein zumindest bereichsweise transparentes Umlenkelement, das den Prüflichtimpuis durch einen Teil des zu überwachenden Raumes führt, bevor dieser den zu überprüfenden Empfangsteil des ersten Lichtleiters (4) trifft.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkelement der an seiner Stirnseite als Sammellinse ausgebildete Schutzzylinder (1) und ein mit Abstand von diesem angeordneter Reflektor (5) dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umlenkelement eine mit dem Schutzzylinder (1) zusammengesetzte Sammellinse (7), die aus einem anderen Material als der Schutzzylinder (1) besteht, und ein mit Abstand von diesem angeordneter Reflektor (5) dienen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (7) im Bereich der optischen Achse eine Abplattung (14) aufweist.

5. Einrichtung nach oinem ι' „τ Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichne.', daß die Sammellinse (7) aus einem Material besteht, de sen Brechungszahl größer ist als die von SFt (Schwefelhexafluorid).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (7) aus Acrylglas besteht.

7. Einrichtung 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 (5) im Reflexionsbereich einen Metallspiegel oder eine verspiegelte Fläche (6) aufweist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des mit der Lichtquelle verbundenen ersten Lichtleiters (3) gegenüber der Stirnfläche des zweiten Lichtleiters (4) in axialer Richtung bezogen auf den Reflektor (5) zurückgesetzt angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lichtleiter in einem Lichtleitbündel mit einem Sendebünde! und einem Empfangsbündel zusammengefaßt sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Prüflichtimpuls heranführende zweite Lichtleiter (3) als Umlenkelement einen gekrümmten Abschnitt aufweist.