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.
Device for the detection of electrical voltages
The present invention relates to a device for the detection of electrical voltages and fields and their display by optical or acoustic signals, which device has an amplifier with high input impedance located in a metal cage, a signal element controlled by the amplifier and a probe.
The invention is characterized in that this probe comprises an electrode connected to the amplifier input, which is laterally shielded by means of a metallic covering connected to the metallic cage, the cage and the covering being grounded via a galvanic or capacitive coupling.
Exemplary embodiments of the device according to the invention for detecting electrical voltages and fields are explained below with reference to the drawing. Show it:
1 shows a first embodiment, the shielded electrode, the signal element and the amplifier located in a cage being accommodated in a hollow switching rod.
Figure 2 is a schematic of the amplifier used in the first and subsequent embodiments of the device.
3 shows a second exemplary embodiment in which the device is designed as a pocket apparatus and an iris diaphragm is arranged in front of the shielded electrode.
4 shows a third exemplary embodiment in which the shielded electrode is attached in the vicinity of a voltage line to be controlled, this electrode being connected via a shielded line to a plug which is connected to the amplifier according to FIG.
5 shows an embodiment according to FIG. 4, in which the shielded electrode is also fastened in the vicinity of a voltage line to be controlled, this electrode being connected to a plug via a preamplification stage formed from a transistor and a shielded line.
6 shows three shielded electrodes according to FIG. 4 or 5, which end with a plug and are attached to a high-voltage pylon.
7 shows a propeller rotating between the voltage conductor and the electrode, which periodically interrupts a static field.
According to the first embodiment, part of the voltage indicator is located inside a hollow switching rod 1, the upper closed end of which is connected to an external contact piece 2, for. B. is provided with a hook. This contact piece 2 is electrically connected to an electrode 3 fitted inside the hollow switching rod. An amplifier with high input impedance, which will be described below, is arranged in a metallic housing 4 and controls an alarm apparatus 5 which is fixed on the housing 5 and whose sound penetrates to the outside through the gaps 6 provided in the switching rod.
The input of the amplifier mounted in the housing 5 is connected to a circular electrode 7, the electrode 7 being arranged longitudinally displaceably in a metallic shield 8 connected to the housing 4 and being able to be pushed out to the upper edge of the shield 8.
The housing 4 and the shield 8 form a Faraday cage, which protects the electrode 7 and the amplifier arranged in the housing 4 against interference fields.
Furthermore, an adjusting member 9 is attached to the housing 4, which leads through a longitudinal slot 10 provided in the shift rod 1. This adjusting element 9 is provided with an index and can be moved along a scale which is divided into kV and is present on the slot 10. The displacement of the adjusting member 9 along the scale produces a change in the distance between the two electrodes.
When the contact piece 2 is connected to a live conductor 11, the voltage acts on the voltage indicator via a capacitive coupling on the one hand between the two electrodes 3 and 7 and on the other hand between the shield 8, or housing 4 and the earth. If the dimensions of the electrodes 3 and 7 and the distance between these two electrodes, regulated by the adjusting element 9, are correctly selected, the amplifier will pick up the desired input signal.
If, instead of the conductor 11, the conductor 12 is live, a capacitive coupling between the electrode 7 and the conductor 12 would result in the absence of the shield 8 and the amplifier would respond to this conductor. Thanks to the shield 8, the electrode 7 is kept away from the influence of the conductor 12.
According to FIG. 2, the amplifier is installed in a metallic housing 21, shown with a broken line, which is provided with a terminal 22 so that the housing can be connected to earth. The amplifier has an input stage which consists of a transistor 23, whose base without bias voltage is connected directly to an input terminal 24. The transistor 23 is an npn transistor, the collector 25 of which is connected to the metallic housing 21 and the emitter 26 of which is connected to the input of a trigger circuit 27. The trigger circuit also has an aA meter 44 in order to display the fluctuations occurring at the output of the trigger circuit, which fluctuations depend on fluctuations in the electrical quantities picked up by the input 24 of the amplifier.
The trigger circuit 27 has two transistors 28 and 29 connected in cascade. 28 is an npn transistor and 29 is a pnp transistor.
The base 30 of the transistor 28 is connected to the emitter 26 of the input transistor 23. The collector 31 of the transistor 28 is connected to the base 32 of the transistor 29. The emitter 33 of the transistor 28 is connected to a switch 34 which is connected to a terminal of a current source 35.
The other terminal of the current source 35 is on the metallic housing 1. The emitter 36 of the transistor 29 is also connected to the housing 21 via the uA meter 44. The collector 37 of the transistor 29 is connected via a load resistor 39 to a connection point 38 which is connected on the one hand to the emitter 33 of the transistor 28 and on the other hand to the switch 32. The resistor 39 controls the current flowing in the trigger circuit 27 and prevents possible overload. A buzzer 40 or an incandescent lamp and a thyristor 41 are connected in series with the source 34 and the switch 34. The ignition electrode 42 of the thyristor 41 is connected to a sliding contact 43 of the load resistor 39.
The amplifier shown in Fig. 2 operates as follows:
When the switch 34 is closed, the thyristor 41 cuts off the current and the buzzer 40 is extinguished.
As soon as the base 24 of the input transistor 23, which is connected to the receiving electrode, picks up a signal, the transistor 23 conducts and the trigger circuit 27 consisting of the transistors 28 and 29 is fed by the transistor 23. The collector 37 of the transistor 29 then emits a strongly amplified signal which is fed to the ignition electrode 42 of the thyristor 21 via the load resistor 29. The thyristor 41 is brought into its conductivity state by this signal, and the current flows through the buzzer 40.
The essential property of this circuit is the direct, non-capacitively coupled connection between the various stages, so that the direct and alternating current components flowing through the amplifier are not separated. Consequently, the input signal can be both an AC voltage and a DC voltage, or both together. If a single, temporally very short input signal is fed to the amplifier input, the thyristor 41 serves to generate an output signal of sufficient duration. If an oscillation maintained for a longer period of time is fed to the amplifier input as a signal, the thyristor is not necessary, but it is particularly useful, since the output signal can only be interrupted by conscious intervention by the user.
If a single oscillation is fed to the input amplifier, the buzzer is switched on and remains switched on even if there is no further signal at the amplifier input.
In the embodiment according to FIG. 3, the device for detecting electrical voltages and fields is designed as a pocket apparatus. The amplifier shown in Fig. 2 is located in the housing 50 of the pocket apparatus, and the buzzer 51 is at the bottom of the
Case attached. The electrode 52 connected to the base of the input transistor is protected by a tubular envelope 53 which is attached to one of its
Ends is attached to the housing 50 and an adjustable and calibrated iris diaphragm 54 carries at the other end.
The pocket apparatus is thus directed towards a conductor to be checked, and if the conductor is under tension, the apparatus will respond.
In the embodiment of FIG. 4, the electrode 60 is attached with its sheath 61 in the vicinity of a conductor 62 to be controlled. The electrode 60 and the casing 61 are connected to a plug 64 via a shielded line 63. In Fig. 6, three electrodes with sheath, which end on a connector via a shielded cable abge, mounted on a mast.
A pocket apparatus consisting of the amplifier shown in Fig. 2 Darge with its buzzer is on
Plug 64 can be connected.
The embodiment according to FIG. 4 also has a conductive metal piece 66 connected to a voltage source 65, which is fastened in front of the electrode 60 to produce an electrical reference field comparable to the field generated by the voltage conductor, and so the functioning of the electrode to control.
In a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 4 shown in FIG. 5, the electrode 70 and its sheath 71 are connected to a plug 74 via a preamplification stage 72 and a shielded line 73. The pre-amplification stage 72 has a
Transistor 75, the base 76 of which is connected to electrode 70. The collector 77 is connected to the shield and the emitter 78 to the line 73. A pocket apparatus, which consists of the amplifier provided in FIG. 2, with its connected Sum mer, can be connected to the connector 74.
6 shows a mast 80 which carries three high-voltage lines 81. A shielded electrode 82 according to the exemplary embodiments shown in FIGS. 4 and 5 is directed against each high-voltage line 81. Each electrode 82 is connected to a plug 84 via a shielded line 83. If one of the three lines 81 needs to be checked, the pocket apparatus is connected to the appropriate plug 84.
In FIG. 7 there is a propeller 92 rotating between the electrode 90 and the line 91 to be controlled, which propeller 92 is driven by means of a motor 93. The propeller 92 serves to interrupt the field generated by the conductor, which allows the detection of static voltages and fields.