Vorrichtung zum Nachweis von elektrischen Spannungen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von elektrischen Spannungen und Feldern und deren Anzeige durch optische oder akustische Signale, welche Vorrichtung einen in einem metallischen Käfig befindlichen Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, ein durch den Verstärker gesteuertes Signalorgan und eine Sonde aufweist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Sonde eine mit dem Verstärkereingang verbundene Elektrode umfasst, welche mittels einer metallischen, in Verbindung mit dem metallischen Käfig stehenden Umhüllung seitlich abgeschirmt ist, wobei der Käfig und die Umhüllung über eine galvanische oder kapazitive Kopplung geerdet sind.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Nachweis von elektrischen Spannungen und Feldern werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei die abgeschirmte Elektrode, das Signalorgan und der in einem Käfig befindliche Verstärker in einer hohlen Schaltstange untergebracht sind.
Fig. 2 ein Schema des Verstärkers, der in dem ersten und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Vorrichtung verwendet Wird.
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel, in welchem die Vorrichtung als Taschenapparat ausgebildet ist, und wobei vor der abgeschirmten Elektrode eine Irisblende angeordnet ist.
Fig 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, in welchem die abgeschirmte Elektrode in der Nähe einer zu kontrollierenden Spannungsleitung befestigt ist, wobei diese Elektrode über eine abgeschirmte Leitung mit einem Stecker verbunden ist, welcher mit dem Verstärker nach Fig. 2 verbunden ist.
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4, in welchem die abgeschirmte Elektrode ebenfalls in der Nähe einer zu kontrollierenden Spannungsleitung befestigt ist, wobei diese Elektrode über eine aus einem Transistor gebildete Vorverstärkungsstufe und eine abgeschirmte Leitung mit einem Stecker verbunden ist.
Fig. 6 drei abgeschirmte Elektroden nach Fig. 4 oder 5, die mit einem Stecker enden und an einem Hochspannungsmast befestigt sind.
Fig. 7 einen zwischen dem Spannungsleiter und der Elektrode drehenden Propeller, welcher ein statisches Feld periodisch unterbricht.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich ein Teil des Spannungsanzeigers im Innern einer hohlen Schaltstange 1, deren oberes geschlossenes Ende mit einem aussenliegenden Kontaktstück 2, z. B. einem Haken versehen ist. Dieses Kontaktstück 2 ist mit einer im Innern der hohlen Schaltstange angebrachten Elektrode 3 elektrisch verbunden. Ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, der nachstehend beschrieben wird, ist in einem metallischen Gehäuse 4 angeordnet und steuert einen auf dem Gehäuse 5 befestigten Alarmapparat 5, dessen Klang durch die in der Schaltstange vorgesehenen Spalten 6 nach aussen dringt.
Der Eingang des im Gehäuse 5 angebrachten Verstärkers steht mit einer kreisförmigen Elektrode 7 in Verbindung, wobei die Elektrode 7 in einer mit dem Gehäuse 4 verbundenen, metallischen Abschirmung 8 längsverschiebbar angeordnet ist und sich bis auf die obere Kante der Abschirmung 8 hinausschieben lässt.
Das Gehäuse 4 und die Abschirmung 8 bilden einen Faraday'schen Käfig, der die Elektrode 7 und den im Gehäuse 4 angeordneten Verstärker gegen Störungsfelder schützt.
Ferner ist auf dem Gehäuse 4 ein Verstellorgan 9 befestigt, welches durch einen in der Schaltstange 1 vorgesehenen Längsschlitz 10 führt. Dieses Verstellorgan 9 ist mit einem Index versehen und lässt sich längs einer in kV geteilten, auf dem Schlitz 10 vorhandenen Skala verschieben. Die Verschiebung des Verstellorgans 9 längs der Skala erzeugt eine änderung des zwischen den beiden Elektroden liegenden Abstandes.
Wenn das Kontaktstück 2 mit einem unter Spannung stehenden Leiter 11 in Verbindung steht, wirkt die Spannung über eine kapazitive Kopplung einerseits zwischen den beiden Elektroden 3 und 7 und andererseits zwischen der Abschirmung 8, bzw. Gehäuse 4 und der Erde, auf den Spannungsanzeiger ein. Wenn die Abmessungen der Elektroden 3 und 7 und der zwischen diesen beiden Elektroden stehende, durch das Verstellorgan 9 geregelte Abstand richtig ausgesucht sind, wird der Verstärker das gewünschte Eingangs signal aufnehmen.
Wenn statt des Leiters 11 der Leiter 12 unter Spannung steht, würde sich bei Abwesenheit der Abschirmung 8 eine kapazitive Kopplung zwischen der Elektrode 7 und dem Leiter 12 ergeben und der Verstärker würde auf diesen Leiter ansprechen. Dank der Abschirmung 8 wird die Elektrode 7 vom Einfluss des Leiters 12 ferngehalten.
Gemäss Fig. 2 ist der Verstärker in einem mit gestrichelter Linie dargestellten, metallischen Gehäuse 21 eingebaut, das mit einer Klemme 22 versehen ist, um das Gehäuse an Erde legen zu können. Der Verstärker weist eine Eingangsstufe, die aus einem Transistor 23 besteht, dessen vorspannungslose Basis direkt mit einer Eingangsklemme 24 verbunden ist, auf. Der Transistor 23 ist ein npn-Transistor, dessen Kollektor 25 mit dem metallischen Gehäuse 21, und dessen Emitter 26 mit dem Eingang einer Auslöseschaltung 27 verbunden ist. Die Auslöseschaltung weist ausserdem ein aA-Meter 44 auf, um die am Ausgang der Auslöseschaltung auftretenden Schwankungen anzuzeigen, welche von Schwankungen der vom Eingang 24 des Verstärkers aufgenommenen, elektrischen Grössen abhängen.
Die Auslöseschaltung 27 besitzt zwei in Kaskade geschaltene Transistoren 28 und 29. 28 ist ein npn-Transistor und 29 ein pnp-Transistor.
Die Basis 30 des Transistors 28 steht mit dem Emitter 26 des Eingangstransistors 23 in Verbindung. Die Kollektor 31 des Transistors 28 ist an der Basis 32 des Transistors 29 angeschlossen. Der Emitter 33 des Transistors 28 ist mit einem Schalter 34 verbunden, welcher an eine Klemme einer Stromquelle 35 angeschlossen ist.
Die andere Klemme der Stromquelle 35 liegt an dem metallischen Gehäuse 1. Der Emitter 36 des Transistors 29 ist auch über das uA-Meter 44 mit dem Gehäuse 21 verbunden. Der Kollektor 37 des Transistors 29 ist über einen Lastwiderstand 39 an einen Verbindungspunkt 38 angeschlossen, der einerseits mit dem Emitter 33 des Transistors 28 und andererseits mit dem Schalter 32 in Verbindung steht. Der Widerstand 39 steuert den in der Auslöseschaltung 27 fliessenden Strom und verhindert eine mögliche Überlastung. Ein Summer 40 oder eine Glühlampe und ein Thyristor 41 sind in Serie mit der Quelle 34 und dem Schalter 34 angeschlossen. Die Zündelektrode 42 des Thyristors 41 ist mit einem Schiebekontakt 43 des Lastwiderstandes 39 verbunden.
Der in der Fig. 2 dargestellte Verstärker arbeitet wie folgt:
Bei geschlossenem Schalter 34 unterbindet der Thyristor 41 den Strom und der Summer 40 ist gelöscht.
Sobald die mit der Empfangselektrode verbundene Basis 24 des Eingangstransistors 23 ein Signal aufnimmt, leitet der Transistor 23 und die aus den Transistoren 28 und 29 bestehende Auslöseschaltung 27 wird durch den Transistor 23 gespeist. Der Kollektor 37 des Transistors 29 gibt dann ein stark verstärktes Signal ab, welches über den Lastwiderstand 29 der Zündelektrode 42 des Thyristors 21 zugeführt wird. Durch dieses Signal wird der Thyristor 41 in seinen Leitfähigkeitszustand gebracht, und der Strom fliesst durch den Summer 40.
Die wesentliche Eigenschaft dieser Schaltung ist die direkte, nicht kapazitiv gekoppelte Verbindung zwischen den verschiedenen Stufen, so dass die durch den Verstärker fliessenden Gleich- und Wechselstromkomponenten nicht getrennt sind. Folglich kann das Eingangssignal sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung, oder beides zusammen sein. Falls dem Verstärkereingang ein einziges zeitlich sehr kurzes Eingangssignal zugeführt wird, dient der Thyristor 41 dazu, ein Ausgangssignal ausreichender Zeitdauer zu erzeugen. Falls dem Verstärkereingang als Signal ein während einer längeren Zeitdauer aufrecht erhaltene Schwingung zugeführt wird, ist der Thyristor nicht notwendig, aber besonders nützlich, da der Unterbruch des Ausgangssignals nur durch ein bewusstes Eingreifen des Benützers möglich ist.
Falls dem Eingangsverstärker eine einzige Schwingung zugeführt wird, wird der Summer angeschalten und bleibt auch beim Fehlen eines weiteren Signales am Verstärkereingang eingeschaltet.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Vorrichtung zum Nachweis von elektrischen Spannungen und Felder als Taschenapparat ausgebildet. Der in Fig. 2 dargestellte Verstärker befindet sich im Gehäuse 50 des Taschenapparates, und der Summer 51 ist am Boden des
Gehäuses befestigt. Die mit der Basis des Eingangstran sistors verbundene Elektrode 52 ist durch eine röhren förmige Umhüllung 53 geschützt, welche an einem seiner
Enden mit dem Gehäuse 50 befestigt ist und am anderen Ende eine verstellbare und geeichte Irisblende 54 trägt.
Der Taschenapparat wird also gegen einen zu kontrollierenden Leiter gerichtet, und wenn der Leiter unter Spannung steht, wird der Apparat ansprechen.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Elek trode 60 mit seiner Umhüllung 61 in der Nähe eines zu kontrollierenden Leiters 62 befestigt. Die Elektrode 60 und die Umhüllung 61 ist über eine abgeschirmte Lei tung 63 mit einem Stecker 64 verbunden. In Fig. 6 sind drei Elektroden mit Umhüllung, die über eine abge schirmte Leitung an einem Stecker enden, auf einem Mast montiert.
Ein Taschenapparat, der aus dem in Fig. 2 darge stellten Verstärker mit seinem Summer besteht, ist am
Stecker 64 anschliessbar.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist ferner ein mit einer Spannungsquelle 65 verbundenes leitendes Me tallstück 66 auf, welches vor der Elektrode 60 befestigt ist, um ein elektrisches mit dem durch den Spannungslei ter erzeugten Feld vergleichbares Bezugsfeld hervorzuru fen, und so das Funktionieren der Elektrode zu kontrol lieren.
In einer in Fig. 5 dargestellten Variante des Ausfüh rungsbeispieles nach Fig. 4, ist die Elektrode 70 und seine Umhüllung 71 über eine Vorverstärkungsstufe 72 und eine abgeschirmte Leitung 73 mit einem Stecker 74 verbunden. Die Vorverstärkungsstufe 72 weist einen
Transistor 75 auf, dessen Basis 76 mit der Elektrode 70 in Verbindung steht. Der Kollektor 77 ist mit der Ab schirmung und der Emitter 78 mit der Leitung 73 verbunden. Ein Taschenapparat, der aus dem in Fig. 2 dar gestellten Verstärker mit seinem angeschlossenen Sum mer besteht, ist am Stecker 74 anschliessbar.
In Fig. 6 ist ein Mast 80 dargestellt, der drei Hochspannungsleitungen 81 trägt. Gegen jede Hochspannungsleitung 81 ist eine abgeschirmte Elektrode 82 nach den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen gerichtet. Jede Elektrode 82 ist über eine abgeschirmte Leitung 83 mit einem Stecker 84 verbunden. Wenn eine der drei Leitungen 81 geprüft werden muss, wird der Taschenapparat an dem ansprechenden Stecker 84 angeschlossen.
In Fig. 7 ist ein zwischen der Elektrode 90 und der zu kontrollierenden Leitung 91 drehender Propeller 92 vorhanden, der mittels eines Motors 93 angetrieben wird. Der Propeller 92 dient zur Unterbrechung des durch den Leiter erzeugten Feldes, was den Nachweis von statischen Spannungen und Feldern erlaubt.