llochspannungsprüfgerät zum Prüfen von elektrischen Leitern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungsprüfgerät zum Prüfen von elektrischen Leitern, ob sie an einer Hochspannungsquelle angeschlossen sind oder nicht. Hierbei wird unter der Bezeichnung Leiter jeder elektrisch leitende Körper, also sowohl im engeren Sinn als Leiter bezeichnete Stromführungen als auch Armaturen und dergleichen, verstanden.
Es ist bekannt, ein solches Hochspannungsprüfgerät auf dem einen Ende einer elektrisch isolierenden Prüfstange anzuordnen. Ein bekanntes Hochspannungsprüfgerät dieser Art weist eine Anzeige einrichtung, einen diese steuernden batteriegespeisten Transistorverstärker und eine Prüfelektrode auf, die mit der Steuerelektrode des Eingangsstransistors des Verstärkers gekoppelt ist.
Die bekannten Hochspannungsprüfgeräte dieser Art sind sehr unselektiv, so dass sie auch induzierte Spannungen anzeigen und somit in Anlagen mit vielen Leitern eine Unterscheidung von angeschalteten und nicht angeschalteten Leitern nicht möglich machen. Die Erfindung hat gezeigt, dass selbst geerdete metallische Gerüste in solchen Anlagen das Prüfgerät zum Ansprechen gebracht haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Hochspannungsprüfgerät zu schaffen, mit dem auch in Schaltanlagen mit sehr vielen Leitern immer mit Sicherheit festgestellt werden kann, ob der zu prüfende Leiter mit einer Hochspannungsquelle verbunden ist oder nicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Hochspannungsprüfgerät zum Prüfen von elektrischen Leitern, ob sie an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind oder nicht, welches Gerät auf dem einen Ende einer elektrisch isolierten Prüfstange angeordnet ist und eine Anzeigeeinrichtung, einen diese steuernden, batteriegespeisten Transistorverstärker und eine Prüfelektrode aufweist, die mit der Steuerelektrode des Eingangstransistors gekoppelt ist, aus.
Die Erfindung besteht darin, dass zum Steuern der Anzeigeeinrichtung mindestens ein Relais vorgesehen ist, das erst beim Überschreiten eines Schwellwertes des vom Verstärker erzeugten Ausgangsstromes schaltet.
Durch die Verwendung eines Relais wird eine verhältnismässig unempfindliche Eingangsstufe der Anzeigeeinrichtung geschaffen, die eine selektive Anzeige von am Eingang des Verstärkers eingehenden Spannungen ermöglicht, so dass Eingangsspannungen, die unter einem bestimmten Wert liegen und am Verstärkerausgang nicht einen Ausgangsstrom erzeugen, der den zum Betätigen des Relais erforderlichen Schwellwert überschreitet, nicht angezeigt werden. Man hat es nun in der Hand, durch entsprechende Wahl des Schwellwertes den Anzeigebereich des Hochspannungsprüfgerätes genau einzustellen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann hierbei vorgesehen sein, dass zum Regeln des Schwellwertes in den Stromkreis der Relaisspule ein Regelwiderstand geschaltet ist. Dadurch kann das Hochspannungsprüfgerät durch einfaches Verstellen des Regelwiderstandes für verschiedene Spannungsbereiche eingestellt werden, z. B. für Spannungsbereiche in der Grössenordnung von 30 kV und für Spannungsbereiche in der Grössenordnung von 300 kV.
Eine Ursache dafür, dass die bekannten Hochspannungsprüfgeräte sehr unselektiv sind, besteht vermutlich darin, dass dort die Eingangsstufen des Verstärkers als Wechselstromverstärker geschaltet sind, was zur Voraussetzung hat, dass die Arbeitspunkte der einzelnen Verstärkerstufen in einem möglichst geradlinigen Bereich der Transistorkennlinie liegen. Dies hat aber wiederum zur Folge, dass Wechselstromverstärker kleine Spannungen mit mindestens dem gleichen Verstärkungsfaktor verstärken wie grosse Spannungen, so dass der Verstärker selbst überhaupt keine selektierende Wirkung besitzt. Um diesen Nachteil der bekannten
Hochspannungsprüfgeräte zu beseitigen, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als Verstärker ein Gleichspannungsverstärker vorgesehen, dessen Eingangstransistor im Ruhezustand auf
Sperrschaltung geschaltet ist.
Der Arbeitspunkt eines so geschalteten Transistors liegt in einem stark gekrümmten
Bereich der Kennlinie, wo der Verstärkungsgrad für kleine Spannungen wesentlich niedriger ist als der
Verstärkungsgrad für grössere Spannungen. Durch ent sprechende Schaltung der aufeinanderfolgenden Verstär kerstufen kann dadurch erreicht werden, dass in der ersten Stufe eingehende kleine Spannungen so wenig verstärkt werden, dass die nächste Stufe auf Grund dieser Spannungen überhaupt nicht zum Weiterschalten kommt, so dass auch dadurch schon eine Selektion derjenigen Spannungen möglich ist, die durch das Hochspannungsprüfgerät angezeigt werden sollen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Gleich spannungsverstärkers besteht darin, dass durch die gegenüber einem Wechselspannungsverstärker wesentlich geringere Verstärkung der einzelnen Stufen der Schwellwert durch die Wahl einer entsprechenden Anzahl von Verstärkungsstufen wesentlich genauer gewählt werden kann. Auch hat der Gleichspannungsverstärker gegenüber dem Wechselspannungsverstärker den Vorteil, dass hier keine Kopplungskondensatoren und keine Gleichrichterelemente erforderlich sind, die das Prüfgerät störanfällig machen und es verteuern.
Als Anzeigeeinrichtung kann hierbei eine optische, akkustische oder mechanische Anzeige vorgesehen sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anzeigeeinrichtung zwei optische Anzeigen, vorzugsweise zwei verschieden gefärbte Lampen aufweist, die in Wechselschaltung durch das Relais schaltbar sind. Dadurch wird erreicht, dass mit der einen Lampe die Betriebsbereitschaft des Gerätes angezeigt wird und dass beim Anzeigen einer Hochspannung durch Erlöschen dieser Lampe und durch Aufleuchten der anderen Lampe ein eindeutiges Signal gegeben wird, das insbesondere durch die verschiedene Färbung der Lampen nicht missverstanden werden kann, insbesondere wenn z. B. für die Betriebsbereitschaft eine grüne Lampe und für die Anzeige einer Hochspannung eine rote Lampe verwendet wird.
Als Relais kann hierbei ein elektromagnetisches oder unter bestimmten Voraussetzungen ein elektronisches Relais verwendet werden.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, für das Hochspannnungsprüfgerät eine möglichst einfache und zweckmässige Bauart zu entwickeln.
Diese Aufgabe ist gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch gelöst, dass das Gehäuse topfförmig ausgebildet ist und mit seiner Öffnung der Prüfstange zugekehrt ist, und dass der Gehäuserand einen Blendschutz für die innerhalb des Gehäuses angeordneten optischen Anzeigen bildet.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Prüfgerätes,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine elektrische Schaltung des Gerätes.
Das in der Zeichnung dargestellte Hochspannungsprüfgerät weist ein topfförmig ausgebildetes Gehäuse 1 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff auf, das unmittelbar über seinem Boden 2 eine erste Auflagestufe 3 für eine eine gedruckte Schaltung und elektrische Schaltelemente tragende Platte 4 aufweist, die mit einer
Bohrung 5 für einen im Boden 2 des Gehäuses 1 befestigten Gewindebolzen 6 und eine zweite Bohrung 7 für einen in eine Bohrung 8 des Bodens 2 eingreifenden
Gewindebolzen 9 aufweist, der an einer Prüfelektrode 11 befestigt ist. Weiterhin ist im Innern des Gehäuses 1 eine zweite Auflagestufe 12 für einen Flansch 13 eines Batteriehalters 14 und für eine Armaturenplatte 15 vorgesehen, die einen Ein und Ausschalter 16, einen Tastschalter 17 und zwei Lampen 18 und 19 trägt.
Zwischen der Schaltplatte 4 und der Armaturenplatte 15 ist ein Rohr 21 mit einem Innengewinde angeordnet, das für den Eingriff des Gewindebolzens 9 und einer Schraube 22 vorgesehen ist, mittels deren die Platten 4 und 15 in einem Abstand voneinander mit dem Gehäuseboden 2 verbindbar sind.
Der Batteriehalter 14 weist eine durchgehende Bohrung 22 für den Gewindebolzen 6 auf und ist im übrigen mit sich parallel zur Bohrung 22 erstreckenden, zum Gehäuseboden 2 offenen Aussparungen 23 für Batterien 24 versehen. Das aus dem Batteriehalter 14 hervorragende freie Ende 25 des Gewindebolzens 6 ist mit einem als Haltemutter für den Batteriehalter 14 ausgebildeten, elektrisch isolierenden Anschlusszapfen 26 für eine Prüfstange 27 verschraubbar. Anstelle des Anschlusszapfens 26 kann die Prüfstange 27 selbst mit einer Gewindebohrung für das freie Ende 25 des Gewindebolzens 6 versehen sein. Durch Festschrauben des Anschlusszapfens 26 auf das Ende 25 des Gewindebolzens 6 werden die Batterien 24 durch die Kraft von Federn 28 an in der Schaltplatte 4 vorgesehene Kontakte gedrückt.
Die zweite Auflagestufe 12 ist innerhalb des Gehäuses 1 so angeordnet, dass der Gehäuserand 29 einen Blendschutz für die Lampen 18 und 19 bildet.
Die elektrische, im wesentlichen in Form einer gedruckten Schaltung auf der Schaltplatte 4 enthaltene Schaltung des oben beschriebenen Hochspannungsprüfgerätes weist eine die Lampen 18 und 19 als optische Anzeiger aufweisende Anzeigeeinrichtung 31 und einen diese steuernden, von den Batterien 24 gespeisten Transistorverstärker 32 auf. Alle Transistoren 33, 34, 35 und 36 des Verstärkers 32 sind in Emitterschaltung geschaltet. Die Basis des Eingangstransistors 33 ist über einen Widerstand 37 mit der Prüfelektrode 11 verbunden, die wiederum über den Tastschalter 17 und den Ein und Ausschalter 16 mit dem negativen Pol der Batterien 24 verbindbar ist. Die die beiden Schalter 16 und 17 verbindende Leitung 38 ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, unmittelbar oder über Widerstände 39 und 40 mit den Kollektoren der Transistoren 33, 34, 35 und 36 verbunden.
Die Emitter der Transistoren 33, 34, 35 sind über einen Widerstand 42 bzw. unmittelbar mit dem Pluspol der Batterien 24 verbunden. Der Emitter des Transistors 36 ist über einen Regelwiderstand 43 und die Spule 44 eines Relais 45 mit dem positiven Pol der Batterien 24 verbunden. Ausserdem ist zum Glätten der vom Kollektor des Transistors 34 an die Basis des Transistors 35 angelegten Spannung ein Elektrolytkondensator 46 vorgesehen.
Das Relais 45 weist einen Ruhekontakt 46 und einen Arbeitskontakt 47 auf, die in Reihe mit den Anzeigelam pen 18 bzw.. 19 in den Pluspol der Batterien 24 mit der Leitung 38 verbindenden Leitungen 48 bzw. 49 geschaltet sind, so dass beim Einschalten des Einschalters 16 die grün gefärbte Lampe 18 aufleuchtet und die Betriebsbereitschaft des Gerätes anzeigt.
Durch die in Fig. 4 dargestellte Schaltung sind bei eingeschaltetem Schalter 16 die Transistoren 33 und 34 gesperrt, so dass der Transistor 35 leitet. Dies hat aber zur Folge, dass der Transistor 36 sperrt, so dass das Relais 45 sich in seiner Ruhestellung befindet. Dieser Zustand des Verstärkers wird als Ruhezustand bezeichnet.
Wird nun die Prüfelektrode 11 an einen spannungsführenden Leiter herangeführt, dann wird durch die auf dem angeschalteten Leiter befindliche Hochspannung der Transistor 33 immer dann leitend, wenn durch eine entsprechende Spannungsamplitude die Basis des Transistors gegenüber dem Emitter negativ ist. Dadurch wird ein Emitterstrom verursacht, durch den der Transistor 34 öffnet und dadurch der absolute Betrag der negativen Spannung der Basis des Transistors 35 gegenüber seinem Emitter verringert wird. Dadurch verringert sich aber je nach der Höhe der eingehenden Spannung der Kollektorstrom im Transistor 35, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors 36 unter die Spannung seines Emitters fällt, so dass dieser Transistor beginnt zu leiten.
Wenn nun die durch den Elektrolytkondensator 46 geglättete Spannung an der Basis des Transistors 35 einen bestimmten Schwellwert erreicht, dann erreicht auch der Emitterstrom des Transistors 36 einen Schwellwert, der ausreicht, um das Relais 45 zu betätigen, so dass dann die grüne Lampe 18 erlischt und die rote Lampe 19 aufleuchtet und anzeigt, dass am Eingang des Verstärkers 32 eine bestimmte Mindestspannung vorhanden ist. Dieser Schwellwert kann noch mittels des regelbaren Widerstandes 43 geregelt werden.
Durch die Wechselschaltung der beiden Lampen 18 und 19 wird gleichzeitig erreicht, dass immer eine sichere Anzeige vorhanden ist, dass das Gerät betriebsbereit ist, und dass trotzdem durch die Anzeige, dass der mittels der Prüfelektrode 11 zu prüfende Leiter an eine Hochspannung angeschlossen ist, keine zusätzliche elektrische Energie benötigt wird, da für diese Anzeige dann die Lampe 19 anstelle der Lampe 18 aufleuchtet.
Um. prüfen zu können, dass das betriebsbereite Gerät auch funktioniert, ist der Tastschalter 17 vorgesehen.
Durch Drücken des Tastschalters 17 wird an die Basis des Eingangstransistors 33 über den Widerstand 37 eine gegenüber dem Emitter dieses Transistors negative Spannung angelegt, die so gross ist, dass der Schwellwert des Emitterstromes des Transistors 36 überschritten und das Relais 35 geschaltet wird. Wenn daher beim Drücken des Tastschalters 17 die Lampe 18 erlischt und die Lampe 19 aufleuchtet, ist dies ein Zeichen, dass das Gerät betriebsbereit ist und einwandfrei funktioniert.
Die Schaltung nach Fig. 4 zeigt, dass der Verstärker als Gleichspannungsverstärker geschaltet ist und dass die Prüfelektrode mit der Basis des Eingangstransistors 33 über den Widerstand 37 galvanisch verbunden ist, so dass in der ganzen Schaltung keine Kopplungskondensatoren und keine Gleichrichter erforderlich sind. Dadurch, dass die einzelnen Verstärkerstufen des Verstärkers 32 als Gleichspannungsverstärker geschaltet sind, liegen die Arbeitspunkte der Transistoren in nicht linearen Bereichen ihrer Kennlinie, so dass die einzelnen Verstärkerstufen für kleinere Spannungen einen wesentlichen geringeren Verstärkungsgrad besitzen als für grössere Spannungen. Das hat zur Folge, dass, wenn z.
B. an die Basis des Transistors 33 eine unter einem bestimmten Schwellwert liegende negative Spannung kommt, der Emitterstrom so klein ist, dass der Spannungsabfall am Widerstand 42 nicht dazu ausreicht, den Transistor 34 leitend zu machen. Ähnliches gilt dann weiter für die Wirkung des Kollektorstromes des Transistors 34 auf den Transistor 35 und weiterhin für die Wirkung des Kollektorstromes des Transistors 35 auf den Transistor 36. In- jeder Stufe des Gleichspannungsverstärkers wird also-durch die gewählte Schaltung eine Aussiebung von kleinen Spannungen bewirkt, wodurch bereits allein durch die Wahl des Gleichspannungsverstärkers eine selektive Wirkung des Hochspannungsprüfgerätes erreicht wird.