Überwachungseinrichtung für den Druck eines Gases Als Überwachungseinrichtung für den Druck eines Gases verwendet man üblicherweise sogenannte Druck wächter, die mit einem vom Gasdruck beaufschlagten Kolben arbeiten. Je nach der Grösse des Druckes nimmt der Kolben entgegen der Kraft einer Feder eine be stimmte Stellung ein, so dass z. B. ein elektrischer Kon takt vom Kolben in Abhängigkeit vom Druck geöffnet oder geschlossen wird. Die Temperatur des Gases bleibt hierbei ausser Betacht.
In bestimmten Fällen, vor allem bei elektrischen Schaltern, bei denen ein Gas zur Löschung des Licht bogens eingesetzt wird, kommt es aber nicht nur auf den Druck des Gases an, sondern auch auf seine Dich te. Diese ändert sich aber nach bekannten Gesetzen mit der Temperatur, wenn der Druck konstant gehal ten wird. Deshalb muss der Druck des Gases unter Berücksichtigung der Temperatur überwacht und gere gelt werden. Hierzu hat man bereits überwachungsein- richtungen eingesetzt, die den Temperaturgang des Ga ses mit Hilfe eines sogenannten Wärmefühlers berück sichtigen.
Bei den als temperaturkompensierte Steuerschal tern bezeichneten überwachungseinrichtungen nach der deutschen Auslegeschrift 1166878 wirkt auf den elektrischen Kontakt, der in der einen Richtung wie bei den erwähnten Druckwächtern durch eine vom Gas druck abhängige Kraft bewegt wird, in der anderen Richtung eine von dem Temperaturfühler aufgebrachte Gegenkraft, so dass mit steigender Temperatur der Kontakt erst von einem höheren Gasdruck betätigt wird.
Verwendet man diesen Steuerschalter zum Steuern eines Kompressors, so wird bei hohen Temperaturen ein grösserer Gasdruck eingeregelt als bei tiefen Tem peraturen. Übt der Wärmefühler eine geeignete tempe raturabhängige Gegenkraft aus, so kann man mit dem temperaturkompensierten Steuerschalter eine konstante Dichte des Gases einregeln.
Da der Wärmefühler der bekannten Steuerschalter die Gegenkraft durch Ausnutzung der temperaturabhän- gigen Ausdehnung eines im Wärmefühler enthaltenen Mediums liefert, arbeiten die bekannten überwachungs- einrichtungen rein mechanisch. Sie sind verhältnismäs- sig teuer in der Herstellung, weil nur sehr kleine To leranzen zulässig sind. Vor allem sind sie nur mühsam zu justieren und nicht in erwünschtem Masse anpas sungsfähig.
Als Abhilfe wird in der deutschen Patentschrift 1226684 vorgeschlagen, die bekannten temperaturkom pensierten Steuerschalter dadurch zu vermeiden, dass man mehrere temperaturunabhängig arbeitende Druck wächter einsetzt, von denen je nach der Temperatur über einen Thermostaten einer wirksam gemacht wird. Hierdurch ergibt sich jedoch eine Vervielfachung der Zahl der Druckwächter, so dass Aufwand und Stör anfälligkeit nicht in dem gewünschten Masse verrin gert werden können.
Ein anderer, älterer Vorschlag bezieht sich auf die Steuerung eines Druckgasschalters mit einem geschlos senen Gaskreis und sieht vor, dass die für den Schalter notwendigen druckabhängigen Verriegelungsorgane von je einem temperaturunabhängigen Druckwächter im Hoch- und Niederdruckteil des Gaskreises betätigbar sind, wobei die beiden Druckwächter in ihren Arbeits bereichen so eingestellt sind, dass der eine bei hohen Temperaturen, der andere bei niedrigen Temperaturen die kritischen Werte erfasst. Diese Anordnung ist je doch auf den genannten Spezialfall zugeschnitten.
Aus- serdem ergibt sie ebenso wie der andere Vorschlag Un- stetigkeiten in den Betriebskennlinien, die unter Um ständen unerwünscht sind.
Die Erfindung bezweckt demgegenüber eine allge mein anwendbare vorteilhafte Lösung für das Problem, den Druck eines Gases unter Berücksichtigung der Temperatur zu überwachen. Dazu sind bei der erfin- dungsgemässen überwachungseinrichtung ein elektri scher Messwertgeber für den Druck und ein elektri scher Messwertgeber für die Temperatur sowie Mittel eingesetzt, um deren Ausgangsgrössen zur gemeinsamen Betätigung des Kontaktes elektrisch zusammenzufas sen.
Man kann damit eine Steuerung erreichen, die der mit den temperaturkompensierten Steuerschaltern nach der genannten deutschen Auslegeschrift 1166878 gleicht und als Arbeitskennlinien Linien konstanter Gasdichte aufweist.
Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung ist es bei der Einrichtung der Erfindung jedoch möglich, die von den Messwertgebern gelieferten Grössen zu variie ren und einzustellen. Die Messwertgeber kann man ohne Schwierigkeiten an den geeigneten Stellen einbauen. Die gemeinsame Betätigung kann z. B. als Vergleich der Grössen der Messwertgeber mit einem Sollwert durch geführt werden, so dass eine genaue Regelung möglich ist. Die hierfür erforderlichen elektrischen Schaltungen können unabhängig vom Überwachungsort angeordnet und z.
B. in einer Warte untergebracht sein. Ausser- dem ist es bei der Einrichtung der Erfindung möglich, mit einem Messwertgeber verschiedene überwachungs- einrichtungen zu speisen. Dadurch können ohne gros sen Aufwand mehrere Kontakte gemäss unterschiedli chen Arbeitskennlinien betätigt werden.
Zweckmässig wird zur Verwirklichung der Erfin dung ein druckabhängig veränderlicher Widerstand als Messwertgeber für den Druck verwendet. Dies kann in einfachster Weise ein Manometer sein, das ein Potentio- meter verstellt. In ähnlicher Weise kann man mit Ka pazitäten und/oder Induktivitäten arbeiten. Daneben ist es aber auch möglich, unmittelbar druckabhängige Wi derstände ähnlich einem Kohlemikrofon zu verwenden.
Auch als Messwertgeber für die Temperatur ist ein ohmscher Widerstand mit einer temperaturabhängigen Kennlinie gut geeignet. Vorzugsweise verwendet man einen Halbleiterwiderstand. Hierbei kann man eine elek tronische Verstärkung der vom Halbleiterwiderstand ge lieferten Messwerte vorsehen, um einen niedrigen In nenwiderstand und damit eine grosse Belastbarkeit zu erhalten, die insbesondere für den Fall erwünscht ist, dass mehrere Kontakte zu betätigen sind.
Die dem Druck und der Temperatur koordinier baren elektrischen Grössen kann man mit Vorteil den Enden eines Spannungsteilers zuführen. Zwischen den Enden kann man dann entsprechend einer gewünsch ten Wertigkeit dieser Grössen je nach der Stellung in bezug auf die Enden eine Spannung erhalten, die bei konstantem Gasvolumen mit z. B. steigender Tempe ratur grösser wird, gleich bleibt oder kleiner wird. Da mit kann man sich unterschiedlichen Kennlinien leicht anpassen. Der Spannungsteiler kann einstellbar sein, so dass auch Veränderungen während des Betriebes möglich sind.
Mit der am Spannungsteiler abgegriffenen Span nung kann man den Kontakt unmittelbar, z. B. elek tromagnetisch, betätigen. Vorteilhafter ist es jedoch, damit eine elektronische Kippstufe zu steuern, die ih rerseits ein Relais schaltet. Besonders günstig ist es, wenn der am Spannungsteiler abgegriffene Wert mit ei ner Kompensationsschaltung erfasst wird, weil man dann mit einer geringen Leistung der Messwertgeber auskommen kann. Die Kompensationsspannung, die ei nem Sollwert entspricht, der abhängig von der Tempe ratur einzuhalten ist, wird zweckmässig ebenfalls durch einen Spannungsteiler einstellbar vorgegeben.
Die mit der Kompensationsschaltung erhaltene Spannung kann ebenfalls eine elektronische Kippstufe steuern, die den elektrischen Kontakt betätigt. Unter Umständen kann man hierbei mehrere Relais hintereinanderschalten, um eine mehrfache Verstärkung zu erhalten.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im fol genden an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbei spiel beschrieben.
Dabei ist die überwachungseinrichtung in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellt, während Fig. 3 Einzel heiten des Aufbaues zeigt.
Fig. 2 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Zusam menfassung der von Messwertgebern gelieferten Span nungen mit Hilfe eines Spannungsteilers.
Die gezeichnete Überwachungseinrichtung ist zur Steuerung des Gaskreises einer mit Schwefelhexafluorid (SFc) isolierten 110-kV-Hochspannungsschaltanlage, insbesondere des Leistungsschalters, gedacht.
Wie in Fig.1 zu sehen ist, wird die überwa- chungseinrichtung von einer einzigen Spannungsquelle 1 mit einer Gleichspannung U von 24 V gespeist. An diese ist ein als Potentiometer gezeichneter Messwert- geber 2 für den Druck angeschlossen. Der Schleifer 22 des Potentiometers wird bei steigendem Druck des Ga ses von einem nicht dargestellten Manometer nach links in Richtung des Pfeiles 23 verschoben, so dass ein negativeres Potential abgegriffen wird.
Als Messwertgeber 3 für die Temperatur ist eben falls ein Potentiometer gezeichnet, das an die Gleich spannungsquelle 1 angeschlossen ist. Der Schleifer 32 des Potentiometers wird z. B. von einem nicht darge stellten Thermometer bei steigender Temperatur in Richtung des Pfeiles 33 nach rechts verschoben. Da durch wird ein positiveres Potential abgegriffen.
An die Schleifer 22 und 32 der Messwertgeber 2 und 3 sind Leitungen 4 und 5 als Sammelschiene an geschlossen, die die als elektrische Grössen im Sinne der Erfindung verwendeten Potentiale zu mehreren gleichen Schaltkreisen 6, 7 usw. führen.
Die Schaltkreise 6, 7 usw. können gleich ausgebil det sein. Sie umfassen einen Spannungsteiler 8, dessen Ende 9 mit der Leitung 4 und dessen Ende 10 mit der Leitung 5 verbunden ist. An den Abgriff 11 des Span- nungsteilers 8, mit dem die Wertigkeit der elektrischen Grössen eingestellt wird, ist eine elektronische Kipp- stufe 12 angeschlossen. Die Kippstufe 12 wird von der Gleichspannungsquelle 1 gespeist. Sie steuert eine Ma gnetspule 13, die elektrische Kontakte 14 betätigt.
Ein Spannungsteiler 15, der ebenfalls an die Spannungs quelle 1 angeschlossen ist, liefert der Kippstufe 12 ei nen mit dem Schleifer 16 einstellbaren Sollwert. Die Schaltkreise 6, 7 usw. sind mithin als Kompensations schaltung ausgeführt, wobei die Kontakte 14 betätigt werden, wenn die Spannung zwischen den Schleifern 11 und 16 einen bestimmten Wert überschreitet.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie sich das Potential der Schleifer 22, 32 und 11 mit der Temperatur ändert, wenn die Gasmenge, der die Messwertgeber 2 und 3 zugeordnet sind, konstant bleibt. Dabei ist das auf den positiven Pol bezogene Potential des negativen Pols der Spannungsquelle 1 (Spannung U) als 10011/o bezeich net. Wie man sieht, wird das Potential des Schleifers 22 höher, weil der Schleifer bei dem mit der Tempe ratur steigenden Druck des Gases nach links wandert, wie in Fig. 1 durch den Pfeil 23 angedeutet ist.
Da gegen wird das Potential des Schleifers 32 mit steigen der Temperatur niedriger, denn der Schleifer 32 soll nach Fig. 1 mit steigendem Druck nach rechts wandern (Pfeil 33). Die genannten Potentialänderungen gehen in bei den Fällen linear mit der Temperatur. Man erhält des halb zwar je nach der Temperatur eine mehr oder we niger grosse Spannung an dem zur Einstellung der Kenn- liniensteilheit vorgesehenen Spannungsteiler B.
Das Po tential des Schleifers 11 ist aber bei einer bestimm ten, durch die Kennlinien der Messwertgeber 2 und 3 vorgegebenen Stellung unabhängig von der Temperatur konstant, solange, wie hier vorausgesetzt, die Gasmenge unverändert bleibt. Man kann also das Potential des Schleifers 11 als Mass für die Dichte des Gases ver wenden und damit z. B. einen Kompressor steuern, der eine bestimmte Dichte aufrechterhalten soll. Der Soll wert dieser Dichte, d. h. der Ansprechwert für die Kippstufe 12, wird mit dem Schleifer 16 am Span- nungsteiler 15 eingestellt.
Die Fig. 3 zeigt eine mit Erfolg erprobte Ausfüh rungsform der Erfindung. Hierbei ist der Messwert- geber 2 ein ohmscher Widerstand 25, auf dem der Schleifer 22 von einem Manometer 26 bewegt wird. Das Manometer 26 ist über eine Leitung 27 mit dem zu überwachenden Gasvolumen verbunden.
Der Messwertgeber 3 arbeitet mit einem Heisslei- terwiderstand 30, der zweckmässig unmittelbar im Gas angeordnet ist. Der Heissleiterwiderstand 30 steuert ei nen zur Anpassung vorgesehenen elektronischen Ver stärker 31. Dieser umfasst einen Widerstand 36 (5 kQ), einen Widerstand 37 (1 k<B>2)</B> und einen Arbeitswider stand 38 (100 k .i2) für einen Transistor 39. Der An- schluss am Emitter des Transistors ist in Analogie zu Fig. 1 mit 32 bezeichnet.
Der Spannungsteiler 8 zur Einstellung der Kenn- liniensteilheit ist mit der Kippstufe 12 baulich verei nigt. An seinem Schleifer 11 ist über einen Widerstand 40 (10 k S2) die Basis eines NPN-Transistors 41 an geschlossen. Der Emitter des Transistors 41 ist mit dem Schleifer 16 des Spannungsteilers 15 verbunden. Zwi schen Basis und Emitter liegt eine Diode 42, die als Überspannungsschutz die Sperrspannung am Transistor 41 begrenzt.
Der Kollektorstrom von 41 steuert über einen Be grenzungswiderstand 43 (2,5 k S2) den PNP-Transistor 44. Mit dem Widerstand 45 (1 k .f2) und der Diode 46 wird der Arbeitspunkt des Transistors 44 stabilisiert und ein einwandfreies Schaltverhalten auch bei höhe ren Umgebungstemperaturen gewährleistet.
Im Ausgang des Transistors 44 liegt eine Relais spule 48 mit Kontakten 49. Ausserdem ist der Aus gang über einen Rückführungswiderstand 49 (1,6 m S2) mit der Basis des Transistors 41 verbunden.
Die Kombination der Widerstände 50 (60 k S2), 51 (220 k S2) und 52 (etwa 100 k<B>2,</B> temperaturabhän gig) dient zur Temperaturstabilisierung des Ansprech- wertes der Kippstufe.
Die Kontakte 49 des Relais 48 schalten eine bei 55 angedeutete zweite Gleichspannungsquelle (z. B. 220 V =) auf das Relais 13 mit den Kontakten 14. Deshalb wird die Gleichspannungsquelle 1 stets nur gering belastet.
Die Dioden 56 und 57 sind als überspannungs- schutz vorgesehen. Sie begrenzen die beim Ausschalten der Relaisspulen 48 und 13 entstehenden Schaltspan nungen.
Dieses Ausführungsbeispiel dient zur Überwachung bzw. Einregelung einer konstanten Dichte. Es ist aber auch möglich, andere Temperaturabhängigkeiten zu überwachen, z. B. eine mit steigender Temperatur stei gende Dichte. Ferner ist man nicht darauf beschränkt, dass, wie beim Ausführungsbeispiel, passive elektrische Elemente zur Gewinnung der dem Druck oder der Temperatur proportionalen elektrischen Grössen be nutzt werden. Es ist durchaus denkbar, auch aktive Elemente, z. B. ein Thermo-Element, zu verwenden, das temperaturabhängig eine bestimmte Spannung abgibt.
Diese Spannung könnte, da sie potentialfrei ist, unmit telbar zu einer dem Druck koordinierbaren Spannung addiert werden, um einen elektrischen Kontakt für die Überwachung des Druckes unter Berücksichtigung der Temperatur zu betätigen.