Einpolig betätigbarer Spannungsprüfer
Die vorliegende Erfindung betrifft einen einpolig betätigbaren Spannungsprüfer zum Nachweisen einer elektrischen Spannung in einem Leiter.
Es sind Spannungsprüfer für elektrische Netze und Installationen bekannt, die auf Grund eines unipolaren Kontaktes mit einem unter eine hohe Wechselspannung gesetzten Leiter oder Leiterstück in Betrieb gesetzt werden. Ihre Funktionsweise benutzt die kapazitive Wirkung zwischen einer leitenden Belegung und der Erde.
Ein derartiger Spannungsprüfer setzt sich im wesentlichen aus einem Kontaktstück oder Fühler, welche mit der zu prüfenden Leitung in Kontakt gebracht werden, einem empfindlichen Anzeigeorgan für die Spannung und einer leitenden Belegung oder Umhüllung zusammen, die gegenüber Erde eine bestimmte Kapazität aufweist, so dass beim Berühren des Leiters mit dem Fühler ein kapazitiver Strom von der Belegung zur Erde und damit durch das Anzeigeorgan fliesst.
In bekannten Spannungsprüfern ist das empfindliche Anzeigeorgan beispielsweise eine Neon-Glimmlampe, die beim Durchgang eines Stromes zündet und Licht aussendet. Solche Spannungsprüfer sind sehr einfach.
Zudem ist der Spannungsbereich, in welchem sie benutzt werden können, nur durch das Isolationsvermögen des Isolierstabes begrenzt, an dessen einem Ende der Span nungsprüfer befestigt ist und der dazu dient, den Spannungsprüfer in Kontakt mit dem unter Spannung stehenden Leiter zu bringen. Dagegen weisen derartige Spannungsprüfer in nachteiliger Weise eine nur geringe Empfindlichkeit auf. Zudem ist ihre Lichtstärke sehr schwach, so dass es bei Sonnenbestrahlung oft unmöglich ist, zu entscheiden, ob die Glimmlampe leuchtet oder nicht.
Aus diesen Gründen sind auch andere Spannungsprüfer bekannt geworden, bei welchen das empfindliche Organ ein elektronischer Verstärker ist, der eine optische oder akustische Meldevorrichtung steuert. Solche Spannungsprüfer besitzen eine eigene Energiequelle, so dass sie im wesentlichen ein Signal beliebig hoher Energie erzeugen können. Zudem kann ihre Empfind.
lichkeit durch entsprechende Ausbildung des Verstärkers beliebig gesteigert werden, so dass auch niedrige Spannungen gemessen werden können. Die genannten Spannungsprüfer weisen jedoch den Nachteil auf, dass der erfassbare Spannungsbereich wegen der Überla- stungsgefahr der elektronischen Kreise verhältnismässig eng ist. Diesem Nachteil kann zwar durch Einführen einer Verstärkungsregelung teilweise begegnet werden, die aber zu Störungen Anlass geben kann. Zudem sind die Verstärkerkreise verhältnismässig komplex und aufwendig, insbesondere wenn sie eine Stabilisierung gegen d'e Einwirkungen von Temperaturschwankungen aufweisen. Schliesslich fehlt den Spannungsprüfern mit elektronischen Verstärkern eine selektive Empfindlichkeit.
Wenn beispielsweise ein Spannungsprüfer, dessen Ansprechschwelle auf 2000 V eingestellt ist, in einem Netz benutzt wird, dessen Spannung wesentlich höher ist und beispielsweise 30 bis 60 kV beträgt, ist es durchaus möglich, dass ein Signal erzeugt wird, bevor der Spannungsprüfer mit der zu prüfenden Leitung in Berührung kommt. Wenn mehrere Leiter nahe beieinander angeordnet sind, ist es dann unmöglich, genau festzustellen, ob jeder dieser Leiter unter Spannung steht oder nicht.
Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe einpolig betätigbare Spannungsprüfer mit einem mit dem Leiter in Verbindung zu bringenden Kontaktstück, einem eine Kapazität mit der Erfe bildenden, leitenden Körper und einem eine Stromquelle und einen Signalgeber aufweisenden Meldestromkreis, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Kipprelais, dessen Steuereingang einerseits an dem Kontaktstück und andererseits an dem leitenden Körper angeschlossen ist, in Serie mit der Stromquelle und dem Signalgeber geschaltet ist, wobei die Ansprechzeit des elektronischen Kipprelais kleiner als die Zeitdauer des im Moment der Berührung hervorgerufenen, eine abklingende Schwingung bildenden Spannungsstosses ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die prinzipielle Anordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm der an der Vorrichtung von Fig. 1 liegenden Spannung in Abhängigkeit von der Zeit bei der Benützung der Vorrichtung;
Fig. 3 das Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit einem Thyristor;
Fig. 4 ein Schaltungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit einem Summer und zwei Prüfeinrichtungen;
Fig. 5 das Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit einem Verstärker;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäss Fig. 4;
Fig. 7 einen horizontalen Schnitt längs der Linie VI-VI von Fig. 6;
Fig. 8 eine Variante des Schaltungsschemas nach Fig. 3;
;
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer eingebauten Prüfsonde;
Fig. 10 eine Vorrichtung nach Fig. 9 im Betriebszustand;
Fig. 11 eine schematische Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 9 mit eingebauter Kontrollanordnung;
Fig. 12 eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach Fig. 9.
Gemäss Fig. 1 ist ein Widerstandselement 3 mit einer seiner Klemmen an ein Kontaktstück oder einen Fühler 2 angeschlossen, das bzw. der in elektrische Verbindung mit einer Leitung 1 gebracht werden kann.
Die andere Klemme des Widerstandselementes 3 ist an einen leitenden Körper 4, z. B. eine leitende Belegung angeschlossen. Diese Anordnung ist auf einer Isolierstange 5 befestigt, die von einer auf der Erde 6 stehenden Person gehalten wird.
An den Klemmen des Widerstandselementes 3 liegt ferner ein Kipprelais 8, an welches ein Signalgeber 9 angeschlossen ist. Eine Stromquelle zur Betätigung des Signalgebers 9 mit Hilfe des Kipprelais 8 ist im Prinzipschema von Fig. 1 nicht dargestellt.
Zwischen der Leitung 1 bzw. dem Kontaktstück 2 und der Erde 6 liegt demnach die folgende Kombination von Schaltungselementen: An das Kontaktstück 2 ist ein Widerstand angeschlossen, der aus dem Widerstandselement 3 und dem zu diesem parallelgeschalteten Eingangswiderstand des Kipprelais 8 besteht. Das untere Ende dieser Widerstandskombination ist über einen Kondensator C mit der Erde 6 verbunden, dessen Kapazität der geringen Kapazität des leitenden Körpers 4 gegegenüber der Erde 6 entspricht. Diesem Kondensator C ist ein Widerstand parallelgeschaltet (nicht dargestellt), dessen sehr hoher Wert die Summe der Widerstände der Isolierstange 5 und des Körpers der die Stange haltenden Person ist.
Wenn also das Kontaktstück 2 mit der eine Differenzspannung gegenüber der Erde 6 aufweisenden Leitung 1 in leitende Berührung gebracht wird, fliesst ein Strom durch das Widerstandselement 3, der von der Spannung der Leitung 1 und den Widerstandsund Kapazitätswerten der genannten Kombination abhängt.
Anhand der Fig. 2 wird nun erläutert, welche Vorgänge sich bei der Benützung der Vorrichtung gemäss Fig. 1 im Verlaufe verschiedener Benützungsphasen abspielen. In Fig. 2 ist längs der Abszisse die Zeit und längs der Ordinate die am Widerstandselement 3 infolge des dieses durchfliessenden Stromes auftretende Spannung aufgetragen.
Der Zeitabschnitt T1 stellt das Zeitintervall dar, während welches das Kontaktstück 2 (Fig. 1) von einer die Isolierstange 5 haltenden Person in die Nähe der Leitung 1 gebracht wird. Zu Beginn des Zeitabschnitts T1 befinden sich das Widerstandselement 3 und der leitende Körper 4 auf Erdpotential. Beim Annähern des Kontaktstückes 2 an die unter Spannung stehende Leitung 1 macht sich infolge des den Leiter umgebenden elektrischen Feldes ein sehr geringer kapazitiver Strom bemerkbar, der, wie aus dem weiteren Verlauf der Spannung im Zeitabschnitt T1 ersichtlich, Anlass zu einer geringfügigen Spannungserhöhung am Widerstandselement 3 gibt, wobei diese Spannung im Takte der Wechselspannung der Leitung 1 ändert.
Im Moment der leitenden Verbindung des Kontaktstückes 2 mit der Leitung 1, der in Fig. 2 durch den Anfang des Zeitabschnitts T2 dargestellt ist, wird das Kontaktstück in einer ausserordentlich kurzen Zeit auf das Potential der Leitung gebracht. Dagegen erreicht der leitende Körper 4 das Potential der Leitung 1 erst mit einer zeitlichen Verzögerung, welche gleich der Zeitkonstanten des vom Widerstandselement 3 und dem zwischen dem leitenden Körper 4 und der Erde 6 liegenden Kondensator C gebildeten Zeitgliedes ist. Der Widerstand der Isolierstange 5 und des Körpers der die Stange haltenden Person spielt hierbei, da wesentlich grösser, keine Rolle. Während des Beginns des Zeitabschnitts T2 wird demnach das Widerstandselement 3 vom Ladestrom des Kondensators C durchflossen, so dass zwischen den Klemmen des Widerstandselementes eine abklingende Schwingung entsteht.
Im weiteren Verlauf des Zeitabschnitts T2 nimmt nach Erreichen des ersten Maximums der Ladestrom des Kondensators C und damit die Spannung am Widerstandselement 3 rasch ab und schwingt mit der Eigenfrequenz des durch das Widerstandselement 3 und den Kondensator C sowie in Fig. 1 nicht dargestellte Leitungsinduktivitäten mit sich ständig vermindernden Amplituden. In Fig. 2 ist der Zeitabschnitt T2 mit stark gedehnter Zeitachse dargestellt.
Im Zeitabschnitt T3 folgt, falls das Kontaktstück 2 in leitender Verbindung mit der Leitung 1 bleibt, das Potential des leitenden Körpers 4 über das Widerstandselement 3 dem Wechselpotential der Leitung 1. Es entsteht deshalb ein kapazitiver Strom zwischen dem leitenden Körper 4 und der Erde, der an den Klemmen des Widerstandselementes 3 eine entsprechende Wechselspannung erzeugt. Die Amplitude U, dieser Wechselspannung ist hierbei beträchtlich kleiner als die m mentan beim Erstellen des Kontaktes mit der Leitung zu Beginn des Zeitabschnitts T2 auftretende Spannungsspitze.
In Fig. 2 ist ferner ein Schwellwert S der Spannung am Widerstandselement 3 eingetragen, bei welchem das an das Widerstandselement angeschlossene Kipprelais 8 anspricht. Wie ersichtlich ist, kann dieser Schwellwert S wesentlich grösser als die Amplitude der im Zeitabschnitt T3 am Widerstandselement 3 auftretenden Wechselspannung sein. Die Empfindlichkeit der Meldevorrichtung zum Nachweis der Spannung auf der Leitung 1 kann also bedeutend kleiner sein.
Der wesentliche Unterschied des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtung besteht also darin, dass bei der Erfindung die im Augenblick der Erstellung des Kontaktes der Vorrichtung mit der Leitung infolge eines erstmaligen hohen Ladestromes momentan auftretende Potentialdifferenz zum Auslösen einer Meldevorrichtung ausgenützt wird (Anfang des Zeitabschnitts T2 in Fig. 2), während bei den bekannten Vorrichtungen die durch den im nachfolgenden stationären Zustand (Zeitabschnitt T3 in Fig. 2) kapazitiven Strom erzeugte Spannung zur Auslösung der Meldevorrichtung dient. Wenn bei den bekannten Vorrichtungen bei gleichem Schwellwert S eine Auslösung der Meldevorrichtung erfolgen soll, muss die Amplitude der Wechselspannung entsprechend gross sein und den Wert UG annehmen.
Dies bedeutet, dass eine bekannte Vorrichtung sich entweder nur zum Nachweise sehr hoher Leitungsspannungen eignet, da die Amplitude der Wechselspannung im stationären Zustand (Zeitabschnitt T3) proportional der Leitungsspannung gegenüber der Erde ist, oder aber, dass die effektiv am Widerstandselement vorliegende Spannung der Amplitude Us beträchtlich verstärkt werden muss. Durch die beschriebene Vorrichtung wird also eine Steigerung der Ansprechempfindlichkeit im Verhältnis U(./US erzielt, was in praxi einen Faktor von etwa 30 bis 80 bedeutet. Dadurch ist es möglich, in vielen Fällen auf eine Verstärkung der am Widerstandselement auftretenden Potentialdifferenz zu verzichten.
Ferner wird mit der beschriebenen Vorrichtung der Vorteil erzielt, dass der Nachweis der Leitungsspannung selektiv erfolgt. Da eine hohe Spannungsspitze nur m Moment des Berührens des Kontaktstückes 2 mit der Leitung 1 erzeugt wird und der Schwellwert S der Meldevorrichtung entsprechend hoch gelegt werden kann, ist es nicht möglich, dass eine Auslösung bereits beim Annähern des Kontaktstückes an die Leitung erfolgt. Die beschriebene Vorrichtung ist demnach unempfindlich gegenüber elektrischen Feldern oder Feld änderungen.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung liegt darin begründet, dass sich die leitenden Teile der Vorrichtung und insbesondere der leitende Körper 4 beim Annähern des Kontaktstücks 2 an die Leitung 1 infolge des elektrischen Feldes des Leiters auf einem Potential befinden, das demjenigen des Leiters benachbart ist. Die beim Berühren des Leiters durch das Kontaktstück erzeugte Spannungsspitze entsteht also auf Grund der Potentialdifferenz zwischen dem Leiter 1 und dem leitenden Körper 4 und ist demnach nicht im gleichen Ausmasse veränderlich wie die Potentialdifferenz zwischen dem Leiter 1 und der Erde 6.
Infolge der nur momentan und impulsförmig am Widerstandselement auftretenden Potentialdifferenz kann keine durch eine kontinuierliche Steuerspannung ausgelöste Meldevorrichtung Verwendung finden. Statt dessen wird ein Kipprelais 8 vorgesehen, das seinerseits einen Signalgeber 9 auslöst. Um die Amplitude der momentanen Potentialdifferenz möglichst vollständig ausnützen zu können, ist es zweckmässig, die Zeitkonstante des Widerstandselementes 3 und des durch den leitenden Körper 4 und die Erde 6 gebildeten Kondensators C grösser als die Ansprechzeit des Kipprelais 8 zu wählen. Ein ungefährer Wert für die Kapazität des Kondensators C ist 20 bis 50 pF und für die genannte Zeitkonstante etwa 1 Mikrosekunde. Es ist also ohne weiteres möglich, ein elektronisches Kipprelais 8 mit einer kleineren Ansprechzeit vorzusehen.
In Fig. 3 ist das Schema eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit einem Thyristor 10 dargestellt, das demjenigen von Fig. 1 im wesentlichen entspricht. Das Kontaktstück 2 zur leitenden Verbindung mit der unter Spannung stehenden Leitung 1 ist direkt an den Steuereingang des Thyristors 10 angeschlossen.
Die Isolierstange 5 und die Erde 6 von Fig. 1 sind hier nicht dargestellt. Im Lastkreis des Thyristors 10 sind eine Stromquelle 11, z. B. eine Batterie, ein Signalgeber 9 zur Erzeugung eines optischen oder akustischen Signals sowie ein normalerweise geschlossener Schalter 12 in Serie angeordnet. Ein leitender Körper 4 ist zwischen dem Thyristor 10 und der Batterie 11 angeordnet, welcher eine kapazitive Kopplung zwischen der Vorrichtung und der Erde bildet.
Das Widerstandselement 3 von Fig. 1 ist in der Ausführung nach Fig. 3 als separates Bauelement weggelassen.
Als Widerstand, an welchem die durch den Ladestrom erzeugte momentane Potentialdifferenz auftritt, welche den Thyristor 10 steuert, dient hier, der innere Widerstand der zwischen der Steuerelektrode und der Kathode liegenden Sperrschicht des Thyristors 10.
Die am durch die Sperrschicht des Thyristors 10 gebildeten Widerstand beim Berühren der Leitung 1 mit dem Kontaktstück 2 auftretende momentane Potentialdifferenz zündet den Thyristor 10, so dass ein Strom durch den Signalgeber 9 fliesst. Dieser Strom fliesst unabhängig davon, ob das Kontaktstück 2 mit der Leitung 1 in Verbindung bleibt. Der Strom kann nur durch Öffnen des Schalters 12 unterbrochen werden, wodurch auch der Thyristor 10 in seinen gelöschten Anfangszustand zurückversetzt wird.
Unter der Annahme, dass der leitende Körper 4 eine Oberfläche von 0,1 bis 1 dm2 aufweist und z. B.
ein Silizium-Thyristor 10 vom Typ 2N 2325 verwendet wird, lassen sich mit den dargestellten Vorrichtungen in Dreiphasen-Netzen mit geerdetem Nulleiter Spannungen von etwa 1 bis 2 kV an nachweisen.
In Fig. 4 ist das Schema eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung dargestellt, bei welchem neben dem eigentlichen Auslösekreis zwei Prüfkreise vorgesehen sind. Der Auslösekreis weist wiederum einen Thyristor 10 auf, der in Serie mit einer Batterie 11 und einem akustischen Signalgeber oder Summer 13 geschaltet ist.
Die Steuerelektrode des Thyristors 10 ist an einen leitenden Körper4 angeschlossen, der mit der Erde 6 einen Kondensator C bildet. Die Kathode des Thyristors 10 ist an das Gehäuse des Summers 13 angeschlossen, welches ebenfalls mit dem Kontaktstück oder Fühler 2 verbunden ist. Der Summer 13 besitzt in bekannter Weise eine Erregerspule 14 und einen Unterbrecher 15, wobei die erstere mit der Batterie 11 und der letztere mit dem Gehäuse des Summers 13 und damit ebenfalls mit der Kathode des Thyristors 10 verbunden ist.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass der Aufbau dieser Schaltungsteile und damit ihre Funktionsweise der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanlordnung entspricht, indem das Widerstandselement, an welchem die momentane Potentialdifferenz auftritt, durch den Widerstand der Sperrschicht zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 10 gebildet ist.
Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 5 weist zudem Teile auf, die zur Aufrechterhaltung des Betriebszustandes des Summers 13 dienen. Ohne besondere Schaltungsmassnahmen wird nämlich der Thyristor 10 nach dem Zünden beim erstmaligen Öffnen des Unterbrechers 15 wieder löschen, so dass der Summer nicht in Funktion treten kann. Um dieses zu verhindern, ist parallel zum Summer 13 die Serieschaltung eines Kondensators 16 mit hoher Kapazität (z. B. 250 ,u;F) und eines Widerstandes 17 angeordnet, dessen Wert so gewählt ist, dass der Ladestrom des Kondensators 16 grösser als der zur Aufrechterhaltung des gezündeten Zustandes notwendige Strom des Thyristors 10 (Wert des Widerstandes 17 zwischen 1500 Q und höchstens 10 000 Q). Der durch den Widerstand 17 fliessende Ladestrom des Kondensators 16 verhindert ein Löschen des Thyristors 10.
Von einem bestimmten Ladezustand des Kondensators 15 an sinkt der Strom unterhalb den für das Aufrechterhalten des gezündeten Thyristorzustandes notwendigen Wert, so dass der nächsten Öffnung des Unterbrechers 15 der Thyristor 10 löscht und der Summer ausser Betrieb gesetzt wird. Der Wert des Kondensators 16 wird beispielsweise so gewählt, dass der Thyristor 10 während mindestens einer Sekunde gezündet bleibt. In Wirklichkeit überlagert sich dem Ladestrom des Kondensators noch eine Wechselstromkomponente, die im Summer entsteht.
Die Prüfeinrichtungen zur Kontrolle der Betriebsbereitschaft der Vorrichtung weisen einen Druckkontakt 18 auf, der an den positiven Pol der Batterie 11 und damit gleichzeitig an die Anode des Thyristors 10 angeschlossen ist. In Serie zum Druckkontakt ist ferner eine Glühlampe 20 angeordnet. Der eine Prüfkreis wird durch einen Kondensator 19, den Steuerelektrodenanschluss des Thyristors 10 und den Summer 13, und der andere Prüfkreis durch eine Zenerdiode 21 und den negativen Pol der Batterie 11 geschlossen.
Wenn nun vorgängig der Benützung der Vorrichtung der Druckkontakt 18 geschlossen wird, lädt sich der Kondensator 19'auf. Der über die zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 10 liegende Sperrschicht und den Summer 13 fliessende Ladestrom zündet den Tyristor 10 und löst den Summer 13 aus, woraus geschlossen werden kann, dass die Vorrichtung betriebsbereit ist. Beim Schliessen des Druckkontaktes 18 fliesst gleichzeitig ein Strom über die Glühlampe 20 und die Zenerdiode 21, falls die Spannung der Batterie 11 nicht unterhalb eines Minimalwertes liegt, der einen Stromfluss durch die Zenerdiode 21 gerade noch gestattet. Das Aufleuchten der Glühlampe 20 zeigt also an, dass der Ladezustand der Batterie 11 den notwendigen Wert aufweist.
Das in Fig. 5 dargestellte Schema einer weitern Ausführung der Vorrichtung entspricht im wesentlichen ebenfalls dem Schema nach Fig. 4, wobei aber zusätzlich zwischen dem Kontaktstück 2 bzw. dem leitenden Körper 4 und dem im Kreis der Stromquelle 11, des Signalgebers 9 und des Schalters 12 liegenden Thyristor 10 ein Verstärker angeordnet ist. Der Verstärker weist einen pnp-Transistor 22 auf, dessen Basis am Kontaktstück 2, dessen Emitter am positiven Pol der Stromquelle 11 und dessen Kollektor über einen Lastwiderstand 23 am negativen Pol der Stromquelle 1 angeschlossen sind. Ein Potentiometer 24 und ein Basis Widerstand 25 sind dazu vorgesehen, zwischen Basis und Emitter des Transistors 22 eine Vorspannung zu erzeugen.
Ihre Widerstandswerte sind ausreichend gross gewählt, um das Ableiten eines nennenswerten Teiles des vom Kontaktstück 2 beim erstmaligen Berühren einer Leitung entstehenden Ladestromes zu verhindern.
Als Widerstandselement zur Erzeugung der momentanen Potentialdifferenz dient in Analogie zum Schema der Fig. 4 der zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 22 liegende Sperrschichtwiderstand.
Die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung mit einem Verstärker eignet sich insbesondere zum Nachweis niedriger Leitungsspannungen, z. B. in Haushaltoder Gewerbenetzen.
In den Fig. 6 und 7 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung dargestellt, deren Schaltung gemäss dem Schema der Fig. 4 aufgebaut ist. Die Vorrichtung weist ein aus einem Isoliermaterial bestehendes Gehäuse auf, das aus den Teilen 26 und 27 zusammengesetzt ist, die mittels eines Gewindes 28 miteinander verschraubt sind. Der Gehäuseteil 27 ist an seinem unteren Ende mit einem Schraubbolzen 29 versehen, der es gestattet, das Gehäuse auf einer nicht dargestellten Isolierstange zu befestigen. Der Gehäuseteil 26 trägt an seinem oberen Ende ein Metallgehäuse 30, das den akustischen Signalgeber bildet und das durch eine dünne Metallmembran 31 abgeschlossen ist. Eine Metalihaube 32 ist oberhalb der Membran 31 angeordnet. Die Haube 32 ist perforiert oder mit einem eingesetzten Metallnetz versehen.
An der Haube ist ferner ein Fühler 33 leitend befestigt und erlaubt die Herstellung des Kontaktes mit der zu prüfenden Leitung.
Im Innern des Metallgehäuses 30 ist ein Summer untergebracht, der einen von der Erregerspule 14 (vgl.
auch Fig. 4) umgebenen Magnetkern 61 sowie einen an einer Blattfeder 32 befestigten Unterbrecheranker 33 aufweist. Ein Befestigungswinkel 34 für die Blattfeder 32 ist vom Metallgehäuse 30 durch eine Platte 35 isoliert. Der Anker 33 und die Membran 31 sind mit je einem Kontaktglied 15 versehen, die einen Öfinungs- kontakt darstellen. Das eine Kontaktglied 15 ist über die Membran 31 mit dem Metallgehäuse 30 und damit mit dem Fühler 33 leitend verbunden, während das andere Kontaktglied 15 über eine Leitung 36 mit dem einen Ende der Erregerspule 14 verbunden ist. Das andere Ende der Erregerspule ist mittels einer Leitung 37 an eine mit dem negativen Pol einer mehrere Zellen 46 bis 49 aufweisenden Batterie verbundenen Klemme 43 angeschlossen.
Der isolierte Gehäuseteil 27 enthält eine innere metallische Umhüllung 4, die den leitenden Körper 4 (Fig.
4) darstellt. Ferner ist eine zweite, isolierende Umhüllung 38 vorgesehen, innerhalb welcher die vier Zellen 46 bis 49 der Batterie (Batterie 11 in Fig. 4) angeordnet sind. Zur Serieschaltung der Zellen sind im Boden des Gehäuseteils 17 federnde Lamellen 39 angebracht. Im oberen Teil des Gehäuseteils 27 sind zwei federnde Lamellen 40 und 41 vorgesehen, welche die elektrische Verbindung des positiven Poles der ersten Zelle 46 mit der Klemme 42 und des negativen Poles der letzten Zelle 47 mit der Klemme 43 besorgen. Eine dritte Klemme 44 steht über eine federnde Lamelle 45 mit der metallischen Umhüllung 4 in Verbindung.
In der Seitenwand des Gehäuseteils 26 ist ein aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial bestehender Druckknopf 18 angeordnet, in dessen Innerem eine Glühlampe 20 untergebracht ist. Der Druckknopf 18 ist im Innern einer Hülse 50 verschiebbar angeordnet und wird durch eine Feder 52 nach aussen bis an einen Anschlag gedrückt. In einem Boden 51 der Hülse 50 ist ein Niet 53 eingesetzt, der beim Betätigen des Druckknopfes 18 mit dem zentralen Anschluss 54 der Glühlampe 20 in elektrischem Kontakt steht und der an die Klemme 42 angeschlossen ist.
Die übrigen in Fig. 4 dargestellten Schaltungselemente, nämlich der Thyristor 10, der Kondensator 16, der Widerstand 17, der Kondensator 19 und die Zenerdiode 21 sind auf einer mit einer gedruckten Schaltung versehenen Isolierpiatte 55 angeordnet und mit entsprechenden Schaltungselementen gemäss dem in Fig. 4 dargestellten Schema verbunden, wobei die Gewindehülse der Glühlampe 20 mit dem Kondensator 19 und der Zenerdiode 21 verbunden ist.
Die dargestellte und beschriebene Vorrichtung weist keinen Schalter für den Batteriestrom auf. Der Sperrstrom des Thyristors 10 ist im Mittel kleiner als 1 A, so dass die Batterie durch ihn nicht wesentlich belastet wird. Andererseits wird der Thyristor 10 nach dem Zünden mit Hilfe der Elemente 16 und 17, wie anhand der Fig. 4 erläutert, automatisch gelöscht, so dass ein Batterieschalter vorteilhafterweise überflüssig ist. Die Vorrichtung ist unter Verwendung einer Isolierstange vorzugsweise zum Nachweis von Spannungen über 1000 V bestimmt.
Es ist auch möglich, zwischen 100 und 1000 V liegende Spannungen nachzuweisen, indem der Gehäuseteil 27 in der Hand gehalten wird und der Fühler 33 mit der zu prüfenden Leitung in Berührung gebracht wird.
Der leitende Körper 4 weist dann ein Potential auf, das nahe dem Erdpotential liegt, während das Potential des leitenden Körpers im Falle der Verwendung einer Isolierstange für den Nachweis hoher Spannungen nahe dem Potential der zu prüfenden Leitung liegt. Durch den direkten Einfluss der die Vorrichtung haltenden Hand kann die Ansprechschwelle beträchtlich erniedrigt werden.
Das in Fig. 8 dargestellte Prinzipschaltbild enthält teilweise die gleichen Komponenten, welche in Fig. 3 vorhanden sind, so einen in Serie mit einer Batterie 11 geschalteten Thyristor 10, einen Unterbrecherschalter 12 sowie ein Signalgeber 9. Diese Anordnung ist von einer elektrisch leitenden Hülle 4 umschlossen, welche gleichzeitig die Funktion eines Faradaykäfigs erfüllt.
Diese einen Faradaykäfig bildende Hülle 4 weist eine fensterartige Öffnung 61, hinter welcher sich - vom Käfig isoliert - eine Elektrode 2 befindet, die an die Steuerelektrode des Thyristors 10 angeschlossen ist, auf.
Ein Kontaktstück oder eine Messsonde 33 ist mit dem Faradaykäfig 4 elektrisch verbunden.
Wenn das Kontaktstück 33 mit einer unter Spannung stehenden Leitung in Berührung gebracht wird, tritt eine momentane Potentialdifferenz zwischen der Anode und dem Steuereingang des Thyristors 10 auf, so dass dieser Thyristor 10 gezündet wird. Im Moment der leitende Verbindung des Kontaktstückes 33 mit der Leitung, wird die leitende Hülle 4 sofort auf das Potential der Leitung gebracht. Die Elektrode 2, welche eine kapazitive Kopplung mit der Erde bildet, erreicht das Potential der Leitung erst mit einer zeitlichen Verzögerung, wodurch die momentane Potentialdifferenz zwischen der Anode und dem Steuereingang des Thyristors
10 erzeugt wird.
Die nach Fig. 9 in das Gerät einbezogene Prüfsonde zur Verwendung mit niedrigen Spannungen weist einen isolierten Körper 57 auf, durch welchen ein Leiter 58 von einem Ende zum anderen durchführt. In diesen Leiter ist ein Schutzwiderstand 79 eingeschaltet, während er an seinem einen Ende einen Abnehmer 56 zur galvanischen Kontaktnahme mit einer Leitung 1 aufweist.
Das andere Ende bildet einen Draht 58a, der mit einem Stecker 67 versehen ist, um in eine Buchse 66 gesteckt werden zu können. Diese Sonde weist einen äusseren Ansatz 80 auf, der mit einem, ein Gewinde enthaltenden Loch zur Aufnahme des Befestigungsstückes 29 des Gerätes, versehen ist. An den Klemmen 63a und 63b des Widerstandes 3a, welcher denjenigen von Fig. 1 entspricht, ist ein der in Fig. 1, 3, 4, 5 oder 8 dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung angeschlossen. Das Gerät wird vom Benützer in der Hand 81 getragen, dessen Körper sich auf den Bezugspotential bzw. der Erde befindet, wodurch zwischen dem Faradaykäfig 4 und der Hand 81 eine bestimmte, durch den Kondensator C 2 symbolisierte Kapazität gebildet ist.
Daraus resultiert, dass, wenn der Abnehmer 56 mit der Leitung 1 in Berührung kommt, die bezüglich des Bezugspotentials eine Spannung V aufweist, welche gleich wie oder grösser als ein vorbestimmter Wert ist, ein bestimmter Strom durch den Leiter 58, den Widerstand 79, den Draht 58a, den Stecker 67, die Büchse 66 und den Widerstand 3a fliesst und über C 2 und den Körper des Benützers gegen die Erde abfliesst.
Der Wert dieses Stromes kann schwach genug sein, um beim Benützer keine merkbare Empfindung auszulösen, aber stark genug, um an den Klemmen des Widerstandes 3a einen momentanen Potentialunterschied von mindestens gleich dem Schwellenwert der elektronischen Schaltung zu erzeugen.
Das in Fig. 10 dargestellte Gerät ist mit einem isolierten Halter 5 ausgerüstet, der an einer die Vorrichtung umfassenden und gleichzeitig den Ansatz 60 der Prüfsonde verschwenkbar angebracht ist. Dieser Aufbau ermöglicht die bequeme Einführung der Prüfsonde in eine Öffnung 84, wobei der Benützer das Gerät in verschiedenen Richtungen am Halter 5 bequem in der Hand trägt.
In der in Fig. 11 im Schnitt dargestellten Vorrichtung ist eine Kontrollanordnung vorgesehen, welche zur Sicherstellung des einwandfreien Betriebes der aus der Vorrichtung und der Prüfsonde gebildeten Einheit dient.
Zudem sind Mittel zur Verhinderung der Betätigung der nur die Vorrichtung prüfenden Kontrollanordnung vorgesehen, sowie Mittel, welche die Prüfsonde automatisch mit einer, für den Betrieb der betreffenden Prüfsonde in Abhängigkeit des Betriebs-Schwellenwertes vorbestimmten Eingangsklemme verbindet. Bei dieser Aus fiihrungsform weist der Ansatz 60 in seinem Inneren eine Stromquelle lla auf, welche mit dem einen Anschluss einer Wicklung 86 eines Elektromagneten 87 verbunden ist, während der andere Anschluss der Wicklung 86 mit einem zwei Kontakte 69c und 69d aufweisenden Unterbrecherschalter verbunden ist, der durch eine Drucktaste 70a betätigt wird. Bei Betätigung dieser Taste wird der Stromkreis über die zwei, von einem Ende der Prüfsonde zum anderen führenden Leiter 58a und 58b geschlossen.
Der Anschlusspunkt der beiden Leiter 58a und 58b ist elektrisch mit einem Abnehmer 56 verbunden. Das diesem Anschlusspunkt entgegengesetzte Ende des Leiters 58b ist mit einem Stecker 67 verbunden, der mit einer Buchse 66 zusammenarbeitet, während der Kontakt 69c und die Ausgangsseite der Wicklung 86 an eine elektrisch leitende Elektrode 88 angeschlossen sind, welche zum Faradayschen Käfig eine bestimmte, durch den Kondensator C 2 dargestellte Kapazität aufweist. Der Ansatz 60 der Messsonde ist auf einer kragenartigen Halterung 85 befestigt, welche den Gerätekörper umgibt und auf der einen Seite eine Ausbuchtung 85a aufweist, die die Drucktaste 70 des Unterbrecherschalters 69 abdeckt, welche den Betrieb der internen Kontrollanordnung des Gerätes auslöst.
Wenn die Prüfsonde auf dem Gerät befestigt ist, erfolgt die Auslösung der Kontrollanordnung der ganzen Einheit durch kurzes Drücken der Taste 70a. Vorausgesetzt, dass die Leiter 5a und 5b keinen Unterbruch aufweisen, wird der Stromkreis der Stromquelle lla und der Wicklung 86 durch die Kontakte 69c und 69d geschlossen. Beim Loslassen der Taste 70a bewirkt das Öffnen der Kontakte 6969d an den Anschlüssen der Spule 86 einen elektrischen Impuls, der einerseits über den Stecker 67 und die Buchse 66 an den Anschluss 63b der Schaltung abgegeben wird und andererseits durch kapazitive Kopplung, dargestellt durch C 2, zwischen der Elektrode 88 und dem Faradayschen Käfig auf den Anschluss 63c übertragen wird.
Während der Dauer dieses Impulses existiert demnach an den Klemmen des Widerstandes 3a ein momentaner elektrischer Potentialunterschied, welcher den Signalgeber in Betrieb setzt und somit dem Benützer anzeigt, dass die Vorrichtung in einwandfreiem Zustand ist.
Im weiteren verhindert das Vorhandensein der kragenartigen Halterung 85 und deren Ausbuchtung 85a oberhalb der Drucktaste 70 des Gerätes eine unbeabsichtigte Betätigung des Schalters 69 durch den Benützer. Dieser Schalter ermöglicht lediglich die Prüfung des Gerätes, nicht aber der Einheit Gerät-Messsonde.
Schliesslich sei erwähnt, dass der Steckkontakt 67 so ausgebildet ist, dass er sich im Moment des Aufsetzens der Haltung 85 auf die Vorrichtung automatisch in die Buchse 86 schiebt.
Die in Fig. 12 dargestellte Ausführungsform entspricht weitgehend der in Fig. 9 und 11 gezeigten Vorrichtungen. Auch in diesem Gerät kann die Prüfung der Einheit Gerät-Prüfsonde erfolgen. Zu diesem Zwecke weist der Ansatz 60 der Prüfsonde einen Spannungs Aufwärtstransformator 88 mit einer Primärwicklung 88a und einer Sekundärwicklung 88b auf. Die Primärwicklung kann vorübergehend mittels zweier Steckkontakte 89a und 89b an eine Stromquelle 11 der Vorrichtung angeschlossen werden. Diese Kontakte sind so ausgebildet, dass sie sich beim Anbringen der Halterung 85 am Gerät automatisch in die Buchsen 72a und 72b schieben. Die Schaltung der Wicklung 88a kann durch die Kontakte 69c und 69d mittels eines durch eine Drucktaste 70a bedienten Schalters geschlossen werden.
Die Sekundärwicklung 88b ist mit ihrem einen Ende mit einer Elektrode 90 verbunden, die mit der Elektrode 2 eine durch den Kondensator C 1 symbolisierte Kapazität bildet. An ihrem anderen Ende ist die Wicklung 88b an einen aus dem Ansatz herausführenden Draht 92 angeschlossen, der beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Aufspulvorrichtung in den Ansatz 60 zu rückgespult werden kann. Der Draht 92 verfügt an seinem freien Ende über eine Kontaktklemme 91.
Wenn der Benützer sich des einwandfreien Funktionierens der Einheit Gerät-Prüfsonde versichern will, klemmt er die Kontaktklemme 91 des Drahtes 92 an den Abnehmer 56. Dann schliesst er durch Drücken der Drucktaste 70a die Kontakte 69c und 69d und lässt die Taste wieder los. Diese Unterbrechung der Schaltung erzeugt in der Primärwicklung 88a einen elektrischen Impuls, welcher in der Sekundärwicklung 88b einen symmetrischen, aber verstärkten Spannungsimpuls bewirkt.
Wenn der Leiter 58 und die Kondensatoren 82 der Prüfsonde keinen Defekt aufweisen, wird an den Anschlüssen des Widerstandes 3 über die Elektrode 2 die Elektrode 90, die Klemme 91, der Abnehmer 56, die Leiter 58 und die Kondensatoren 82 ein Potentialunterschied gebildet, wobei sich der Kreis zwischen der mit dem Leiter 58 verbundenen Halterung 85 und dem Faradayschen Käfig 4 über die als Kondensator C 2 dargestellte Kapazität wieder schliesst.
Es ist ersichtlich, dass wie beim Gerät nach Fig. 11 eine Ausbuchtung 85a der Halterung 85 die Drucktaste vor unbeabsichtigter Bedienung schützt.
Single pole operable voltage tester
The present invention relates to a single pole operable voltage tester for detecting an electrical voltage in a conductor.
Voltage testers for electrical networks and installations are known which are put into operation on the basis of a unipolar contact with a conductor or section of conductor placed under a high alternating voltage. Their mode of operation uses the capacitive effect between a conductive occupancy and the earth.
Such a voltage tester is essentially composed of a contact piece or sensor, which is brought into contact with the line to be tested, a sensitive display element for the voltage and a conductive coating or envelope which has a certain capacitance with respect to earth, so that when touched between the conductor and the sensor, a capacitive current flows from the occupancy to earth and thus through the display element.
In known voltage testers, the sensitive display element is, for example, a neon glow lamp which ignites when a current passes through and emits light. Such voltage testers are very simple.
In addition, the voltage range in which they can be used is only limited by the insulation capacity of the insulating rod, at one end of which the voltage tester is attached and which is used to bring the voltage tester into contact with the live conductor. In contrast, such voltage testers have the disadvantage of only low sensitivity. In addition, their light intensity is very weak, so that when exposed to sunlight it is often impossible to decide whether the glow lamp is lit or not.
For these reasons, other voltage testers have also become known in which the sensitive element is an electronic amplifier which controls an optical or acoustic signaling device. Such voltage testers have their own energy source so that they can essentially generate a signal of any high energy. In addition, their feeling can.
can be increased as required by appropriate design of the amplifier, so that low voltages can also be measured. The voltage testers mentioned have the disadvantage, however, that the detectable voltage range is relatively narrow due to the risk of overloading the electronic circuits. This disadvantage can be partially countered by introducing a gain control, but this can give rise to disturbances. In addition, the amplifier circuits are relatively complex and expensive, especially if they have a stabilization against the effects of temperature fluctuations. Finally, voltage testers with electronic amplifiers lack a selective sensitivity.
If, for example, a voltage tester whose response threshold is set to 2000 V is used in a network whose voltage is much higher, for example 30 to 60 kV, it is quite possible that a signal will be generated before the voltage tester starts with the one to be tested Line comes into contact. If several conductors are placed close together, it is then impossible to determine exactly whether each of these conductors is live or not.
The purpose of the invention is to avoid the disadvantages mentioned.
The inventive single-pole operable voltage tester with a contact piece to be brought into connection with the conductor, a conductive body forming a capacitance with the Erfe and a signaling circuit having a power source and a signal transmitter, is characterized in that an electronic toggle relay, the control input of which is connected to the Contact piece and on the other hand connected to the conductive body, is connected in series with the power source and the signal transmitter, the response time of the electronic toggle relay being less than the duration of the voltage surge produced at the moment of contact, which forms a decaying oscillation.
The invention is explained below with reference to figures, for example. Show it:
1 schematically shows the basic arrangement of a device according to the invention;
FIG. 2 shows a diagram of the voltage applied to the device from FIG. 1 as a function of the time when the device is used; FIG.
3 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment of the device with a thyristor;
4 shows a circuit diagram of a further exemplary embodiment of the device with a buzzer and two test devices;
5 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment of the device with an amplifier;
6 shows a longitudinal section through a device according to FIG. 4;
FIG. 7 shows a horizontal section along the line VI-VI of FIG. 6;
FIG. 8 shows a variant of the circuit diagram according to FIG. 3;
;
9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of the device according to the invention with a built-in test probe;
FIG. 10 shows a device according to FIG. 9 in the operating state; FIG.
FIG. 11 shows a schematic view of the device according to FIG. 9 with a built-in control arrangement; FIG.
FIG. 12 shows a schematic view of another exemplary embodiment of the device according to FIG. 9.
According to FIG. 1, a resistance element 3 is connected with one of its terminals to a contact piece or a sensor 2 which can be brought into electrical connection with a line 1.
The other terminal of the resistance element 3 is connected to a conductive body 4, e.g. B. connected to a leading assignment. This arrangement is attached to an insulating rod 5 which is held by a person standing on the ground 6.
At the terminals of the resistance element 3 there is also a toggle relay 8 to which a signal transmitter 9 is connected. A power source for actuating the signal generator 9 with the aid of the toggle relay 8 is not shown in the schematic diagram of FIG.
The following combination of circuit elements is located between the line 1 or the contact piece 2 and the earth 6: A resistor is connected to the contact piece 2 and consists of the resistance element 3 and the input resistance of the toggle relay 8 connected in parallel to it. The lower end of this combination of resistors is connected to earth 6 via a capacitor C, the capacitance of which corresponds to the small capacitance of the conductive body 4 with respect to earth 6. This capacitor C is connected in parallel with a resistor (not shown), the very high value of which is the sum of the resistances of the insulating rod 5 and the body of the person holding the rod.
If the contact piece 2 is brought into conductive contact with the line 1, which has a voltage difference to the earth 6, a current flows through the resistance element 3, which depends on the voltage of the line 1 and the resistance and capacitance values of the combination mentioned.
With reference to FIG. 2, it will now be explained which processes take place when the device according to FIG. 1 is used in the course of various phases of use. In Fig. 2, the time is plotted along the abscissa and along the ordinate the voltage occurring at the resistance element 3 as a result of the current flowing through it.
The time segment T1 represents the time interval during which the contact piece 2 (FIG. 1) is brought into the vicinity of the line 1 by a person holding the insulating rod 5. At the beginning of the time segment T1, the resistance element 3 and the conductive body 4 are at ground potential. When the contact piece 2 approaches the live line 1, a very small capacitive current becomes noticeable as a result of the electric field surrounding the conductor, which, as can be seen from the further course of the voltage in time segment T1, gives rise to a slight increase in voltage at the resistance element 3 there, this voltage changing in time with the alternating voltage of line 1.
At the moment of the conductive connection of the contact piece 2 to the line 1, which is shown in FIG. 2 by the beginning of the time segment T2, the contact piece is brought to the potential of the line in an extremely short time. In contrast, the conductive body 4 only reaches the potential of the line 1 with a time delay which is equal to the time constant of the timing element formed by the resistance element 3 and the capacitor C located between the conductive body 4 and the earth 6. The resistance of the insulating rod 5 and the body of the person holding the rod does not play a role here, since it is much greater. During the beginning of the time segment T2, the resistance element 3 is accordingly traversed by the charging current of the capacitor C, so that a decaying oscillation occurs between the terminals of the resistance element.
In the further course of the time period T2, after reaching the first maximum, the charging current of the capacitor C and thus the voltage on the resistor element 3 decreases rapidly and oscillates with the natural frequency of the line inductances not shown by the resistor element 3 and the capacitor C and in FIG constantly decreasing amplitudes. In FIG. 2, the time segment T2 is shown with a greatly expanded time axis.
In the time period T3, if the contact piece 2 remains in conductive connection with the line 1, the potential of the conductive body 4 via the resistance element 3 follows the alternating potential of the line 1. Therefore, a capacitive current arises between the conductive body 4 and the earth, the A corresponding alternating voltage is generated at the terminals of the resistance element 3. The amplitude U, of this alternating voltage is considerably smaller than the voltage spike that occurs when contact is made with the line at the beginning of time segment T2.
In FIG. 2, a threshold value S of the voltage at the resistance element 3 is also entered, at which the toggle relay 8 connected to the resistance element responds. As can be seen, this threshold value S can be significantly greater than the amplitude of the alternating voltage occurring at the resistance element 3 in the time segment T3. The sensitivity of the reporting device for detecting the voltage on line 1 can therefore be significantly lower.
The main difference between the described method and the device and the known methods and device is that in the case of the invention, the potential difference that occurs at the moment when the device makes contact with the line as a result of a first high charging current is used to trigger a signaling device ( Beginning of time segment T2 in FIG. 2), while in the known devices the voltage generated by the capacitive current in the subsequent steady state (time segment T3 in FIG. 2) is used to trigger the signaling device. If, in the known devices, the alarm device is to be triggered with the same threshold value S, the amplitude of the alternating voltage must be correspondingly large and assume the value UG.
This means that a known device is either only suitable for detecting very high line voltages, since the amplitude of the alternating voltage in the steady state (time segment T3) is proportional to the line voltage with respect to earth, or that the voltage effectively present at the resistor element has an amplitude Us needs to be strengthened considerably. The device described increases the response sensitivity in the ratio U (./ US, which in practice means a factor of about 30 to 80. This makes it possible in many cases to dispense with an amplification of the potential difference occurring at the resistance element.
Furthermore, the device described has the advantage that the line voltage is detected selectively. Since a high voltage peak is only generated at the moment when the contact piece 2 touches the line 1 and the threshold value S of the signaling device can be set correspondingly high, it is not possible for triggering to occur as soon as the contact piece approaches the line. The device described is therefore insensitive to electrical fields or field changes.
Another advantage of the device described is based on the fact that the conductive parts of the device and in particular the conductive body 4 when the contact piece 2 approaches the line 1 due to the electric field of the conductor are at a potential that is adjacent to that of the conductor. The voltage spike generated by the contact piece when the conductor is touched is therefore due to the potential difference between the conductor 1 and the conductive body 4 and is therefore not variable to the same extent as the potential difference between the conductor 1 and the earth 6.
As a result of the potential difference occurring only momentarily and in the form of a pulse on the resistance element, no signaling device triggered by a continuous control voltage can be used. Instead, a toggle relay 8 is provided, which in turn triggers a signal transmitter 9. In order to be able to use the amplitude of the instantaneous potential difference as completely as possible, it is advisable to select the time constant of the resistance element 3 and the capacitor C formed by the conductive body 4 and the earth 6 to be greater than the response time of the trigger relay 8. An approximate value for the capacitance of the capacitor C is 20 to 50 pF and for the mentioned time constant about 1 microsecond. It is therefore easily possible to provide an electronic toggle relay 8 with a shorter response time.
In Fig. 3 the diagram of an embodiment of the device with a thyristor 10 is shown, which corresponds to that of FIG. The contact piece 2 for the conductive connection with the live line 1 is connected directly to the control input of the thyristor 10.
The insulating rod 5 and the earth 6 of FIG. 1 are not shown here. In the load circuit of the thyristor 10, a power source 11, for. B. a battery, a signal generator 9 for generating an optical or acoustic signal and a normally closed switch 12 arranged in series. A conductive body 4 is arranged between the thyristor 10 and the battery 11, which forms a capacitive coupling between the device and the earth.
The resistance element 3 of FIG. 1 is omitted as a separate component in the embodiment according to FIG. 3.
The internal resistance of the junction of the thyristor 10 between the control electrode and the cathode serves as the resistance at which the instantaneous potential difference generated by the charging current occurs and which controls the thyristor 10.
The instantaneous potential difference occurring at the resistance formed by the barrier layer of the thyristor 10 when the line 1 touches the contact piece 2 ignites the thyristor 10, so that a current flows through the signal transmitter 9. This current flows regardless of whether the contact piece 2 remains connected to the line 1. The current can only be interrupted by opening the switch 12, as a result of which the thyristor 10 is also reset to its initial erased state.
Assuming that the conductive body 4 has a surface area of 0.1 to 1 dm2 and e.g. B.
a silicon thyristor 10 of the type 2N 2325 is used, voltages of about 1 to 2 kV can be detected with the devices shown in three-phase networks with a grounded neutral conductor.
In Fig. 4 the scheme of an embodiment of the device is shown in which two test circuits are provided in addition to the actual trip circuit. The trip circuit in turn has a thyristor 10 which is connected in series with a battery 11 and an acoustic signal generator or buzzer 13.
The control electrode of the thyristor 10 is connected to a conductive body 4 which forms a capacitor C with the earth 6. The cathode of the thyristor 10 is connected to the housing of the buzzer 13, which is also connected to the contact piece or sensor 2. The buzzer 13 has, in a known manner, an excitation coil 14 and an interrupter 15, the former being connected to the battery 11 and the latter to the housing of the buzzer 13 and thus also to the cathode of the thyristor 10.
It is readily apparent that the structure of these circuit parts and thus their mode of operation corresponds to the circuit arrangement shown in FIG. 4, in that the resistance element at which the instantaneous potential difference occurs is formed by the resistance of the barrier layer between the control electrode and the cathode of the thyristor 10 is.
The circuit arrangement according to FIG. 5 also has parts which serve to maintain the operating state of the buzzer 13. Without special circuit measures, the thyristor 10 will be extinguished again after ignition when the interrupter 15 is opened for the first time, so that the buzzer cannot function. To prevent this, the series connection of a capacitor 16 with high capacitance (z. B. 250, u; F) and a resistor 17, the value of which is selected so that the charging current of the capacitor 16 is greater than that, is arranged in parallel with the buzzer 13 the current of the thyristor 10 (value of the resistor 17 between 1500 Ω and a maximum of 10,000 Ω) necessary to maintain the ignited state. The charging current of the capacitor 16 flowing through the resistor 17 prevents the thyristor 10 from being extinguished.
From a certain state of charge of the capacitor 15, the current falls below the value necessary to maintain the triggered thyristor state, so that the next time the interrupter 15 is opened, the thyristor 10 is extinguished and the buzzer is put out of operation. The value of the capacitor 16 is selected, for example, so that the thyristor 10 remains ignited for at least one second. In reality, the charging current of the capacitor is also superimposed by an alternating current component that arises in the buzzer.
The test devices for checking the operational readiness of the device have a pressure contact 18 which is connected to the positive pole of the battery 11 and thus at the same time to the anode of the thyristor 10. An incandescent lamp 20 is also arranged in series with the pressure contact. One test circuit is closed by a capacitor 19, the control electrode connection of the thyristor 10 and the buzzer 13, and the other test circuit is closed by a Zener diode 21 and the negative pole of the battery 11.
If the pressure contact 18 is now closed before the device is used, the capacitor 19 ′ is charged. The charging current flowing through the barrier layer between the control electrode and the cathode of the thyristor 10 and the buzzer 13 ignites the thyristor 10 and triggers the buzzer 13, from which it can be concluded that the device is ready for operation. When the pressure contact 18 closes, a current simultaneously flows through the incandescent lamp 20 and the Zener diode 21 if the voltage of the battery 11 is not below a minimum value that just allows a current to flow through the Zener diode 21. The lighting up of the incandescent lamp 20 thus indicates that the state of charge of the battery 11 has the necessary value.
The diagram of a further embodiment of the device shown in FIG. 5 essentially also corresponds to the diagram of FIG. 4, but additionally between the contact piece 2 or the conductive body 4 and that in the circuit of the power source 11, the signal transmitter 9 and the switch 12 lying thyristor 10 an amplifier is arranged. The amplifier has a pnp transistor 22, the base of which is connected to the contact piece 2, the emitter of which is connected to the positive pole of the current source 11 and the collector of which is connected to the negative pole of the current source 1 via a load resistor 23. A potentiometer 24 and a base resistor 25 are provided to generate a bias voltage between the base and emitter of the transistor 22.
Their resistance values are chosen to be sufficiently large to prevent a significant portion of the charging current generated by the contact piece 2 when a line is touched from being diverted.
In analogy to the scheme in FIG. 4, the junction resistance between the base and the emitter of the transistor 22 serves as the resistance element for generating the instantaneous potential difference.
The circuit arrangement with an amplifier shown in FIG. 5 is particularly suitable for detecting low line voltages, e.g. B. in household or commercial networks.
In FIGS. 6 and 7, a structural embodiment of a device is shown, the circuit of which is set up according to the diagram of FIG. The device has a housing made of an insulating material which is composed of parts 26 and 27 which are screwed together by means of a thread 28. The housing part 27 is provided at its lower end with a screw bolt 29 which allows the housing to be attached to an insulating rod, not shown. The housing part 26 carries at its upper end a metal housing 30 which forms the acoustic signal transmitter and which is closed off by a thin metal membrane 31. A metal hood 32 is arranged above the membrane 31. The hood 32 is perforated or provided with an inserted metal mesh.
A sensor 33 is also conductively attached to the hood and allows contact to be made with the line to be tested.
A buzzer is housed in the interior of the metal housing 30, which activates one of the excitation coil 14 (cf.
also Fig. 4) has surrounding magnetic core 61 and a breaker armature 33 attached to a leaf spring 32. A mounting bracket 34 for the leaf spring 32 is isolated from the metal housing 30 by a plate 35. The armature 33 and the membrane 31 are each provided with a contact member 15, which represent an opening contact. One contact member 15 is conductively connected via the membrane 31 to the metal housing 30 and thus to the sensor 33, while the other contact member 15 is connected to one end of the excitation coil 14 via a line 36. The other end of the excitation coil is connected by means of a line 37 to a terminal 43 connected to the negative pole of a battery having a plurality of cells 46 to 49.
The insulated housing part 27 contains an inner metallic sheath 4, which the conductive body 4 (Fig.
4) represents. In addition, a second, insulating sheath 38 is provided, within which the four cells 46 to 49 of the battery (battery 11 in FIG. 4) are arranged. For the series connection of the cells 17 resilient lamellae 39 are attached in the bottom of the housing part. In the upper part of the housing part 27, two resilient lamellae 40 and 41 are provided, which provide the electrical connection of the positive pole of the first cell 46 to the terminal 42 and the negative pole of the last cell 47 to the terminal 43. A third terminal 44 is connected to the metallic casing 4 via a resilient lamella 45.
In the side wall of the housing part 26 there is arranged a push button 18 made of a transparent plastic material, inside of which an incandescent lamp 20 is accommodated. The push button 18 is arranged displaceably inside a sleeve 50 and is pressed outwards by a spring 52 up to a stop. A rivet 53 is inserted in a base 51 of the sleeve 50, which rivet is in electrical contact with the central connection 54 of the incandescent lamp 20 when the push button 18 is actuated and which is connected to the terminal 42.
The remaining circuit elements shown in Fig. 4, namely the thyristor 10, the capacitor 16, the resistor 17, the capacitor 19 and the Zener diode 21 are arranged on an insulating plate 55 provided with a printed circuit and with corresponding circuit elements according to the one in FIG The diagram shown is connected, the threaded sleeve of the incandescent lamp 20 being connected to the capacitor 19 and the Zener diode 21.
The device shown and described does not have a switch for the battery power. The reverse current of the thyristor 10 is on average less than 1 A, so that the battery is not significantly loaded by it. On the other hand, the thyristor 10 is automatically extinguished after ignition with the aid of the elements 16 and 17, as explained with reference to FIG. 4, so that a battery switch is advantageously superfluous. The device is preferably intended for the detection of voltages above 1000 V using an insulating rod.
It is also possible to detect voltages between 100 and 1000 V by holding the housing part 27 in the hand and bringing the sensor 33 into contact with the line to be tested.
The conductive body 4 then has a potential which is close to earth potential, while the potential of the conductive body, in the case of using an insulating rod for the detection of high voltages, is close to the potential of the line to be tested. The response threshold can be reduced considerably by the direct influence of the hand holding the device.
The basic circuit diagram shown in FIG. 8 partly contains the same components that are present in FIG. 3, such as a thyristor 10 connected in series with a battery 11, an interrupter switch 12 and a signal transmitter 9. This arrangement is made up of an electrically conductive sheath 4 enclosed, which at the same time fulfills the function of a Faraday cage.
This casing 4, which forms a Faraday cage, has a window-like opening 61, behind which - insulated from the cage - there is an electrode 2 which is connected to the control electrode of the thyristor 10.
A contact piece or a measuring probe 33 is electrically connected to the Faraday cage 4.
When the contact piece 33 is brought into contact with a live line, a momentary potential difference occurs between the anode and the control input of the thyristor 10, so that this thyristor 10 is triggered. At the moment of the conductive connection of the contact piece 33 with the line, the conductive sheath 4 is immediately brought to the potential of the line. The electrode 2, which forms a capacitive coupling with the earth, only reaches the potential of the line with a time delay, whereby the instantaneous potential difference between the anode and the control input of the thyristor
10 is generated.
The test probe incorporated in the apparatus of Figure 9 for use with low voltages has an insulated body 57 through which a conductor 58 passes from one end to the other. A protective resistor 79 is switched into this conductor, while at one end it has a pickup 56 for making galvanic contact with a line 1.
The other end forms a wire 58a which is provided with a plug 67 so that it can be plugged into a socket 66. This probe has an outer attachment 80 which is provided with a hole containing a thread for receiving the fastening piece 29 of the device. One of the exemplary embodiments of the device according to the invention shown in FIGS. 1, 3, 4, 5 or 8 is connected to the terminals 63a and 63b of the resistor 3a, which corresponds to that of FIG. 1. The device is carried by the user in his hand 81, whose body is at the reference potential or earth, whereby a certain capacitance, symbolized by the capacitor C 2, is formed between the Faraday cage 4 and the hand 81.
The result is that when the pickup 56 comes into contact with the line 1, which has a voltage V with respect to the reference potential which is equal to or greater than a predetermined value, a certain current through the conductor 58, the resistor 79, the Wire 58a, the plug 67, the socket 66 and the resistor 3a flows and flows through C 2 and the body of the user to earth.
The value of this current can be weak enough not to trigger any noticeable sensation in the user, but strong enough to produce an instantaneous potential difference at the terminals of resistor 3a which is at least equal to the threshold value of the electronic circuit.
The device shown in Fig. 10 is equipped with an insulated holder 5, which is attached to a device encompassing and at the same time the extension 60 of the test probe pivotable. This structure enables the test probe to be conveniently inserted into an opening 84, the user carrying the device comfortably in his hand in various directions on the holder 5.
In the device shown in section in FIG. 11, a control arrangement is provided which serves to ensure the correct operation of the unit formed from the device and the test probe.
In addition, means are provided for preventing the actuation of the control arrangement that only tests the device, as well as means which automatically connect the test probe to an input terminal predetermined for the operation of the test probe in question as a function of the operating threshold value. In this embodiment, the extension 60 has a power source 11a in its interior, which is connected to one connection of a winding 86 of an electromagnet 87, while the other connection of the winding 86 is connected to an interrupter switch having two contacts 69c and 69d is operated by a push button 70a. When this button is pressed, the circuit is closed via the two conductors 58a and 58b leading from one end of the test probe to the other.
The connection point of the two conductors 58a and 58b is electrically connected to a pickup 56. The end of the conductor 58b opposite this connection point is connected to a plug 67, which cooperates with a socket 66, while the contact 69c and the output side of the winding 86 are connected to an electrically conductive electrode 88, which is a certain through the Faraday cage Capacitor C 2 has shown capacitance. The extension 60 of the measuring probe is attached to a collar-like holder 85 which surrounds the device body and has a bulge 85a on one side which covers the pushbutton 70 of the circuit breaker 69, which triggers the operation of the device's internal control arrangement.
When the test probe is attached to the device, the control arrangement of the entire unit is triggered by briefly pressing the button 70a. Provided that the conductors 5a and 5b are not interrupted, the circuit of the power source 11a and the winding 86 is closed by the contacts 69c and 69d. When the button 70a is released, the opening of the contacts 6969d at the connections of the coil 86 causes an electrical pulse, which is emitted on the one hand via the plug 67 and the socket 66 to the connection 63b of the circuit and on the other hand through capacitive coupling, represented by C 2, is transmitted between the electrode 88 and the Faraday cage to the terminal 63c.
During the duration of this pulse, there is accordingly a momentary electrical potential difference at the terminals of the resistor 3a, which activates the signal transmitter and thus indicates to the user that the device is in perfect condition.
Furthermore, the presence of the collar-like holder 85 and its bulge 85a above the pushbutton 70 of the device prevents unintentional actuation of the switch 69 by the user. This switch only enables the device to be tested, not the device-measuring probe unit.
Finally, it should be mentioned that the plug contact 67 is designed such that it automatically slides into the socket 86 when the holder 85 is placed on the device.
The embodiment shown in FIG. 12 largely corresponds to the devices shown in FIGS. 9 and 11. The unit-test probe unit can also be tested in this device. For this purpose, the attachment 60 of the test probe has a voltage step-up transformer 88 with a primary winding 88a and a secondary winding 88b. The primary winding can be temporarily connected to a current source 11 of the device by means of two plug contacts 89a and 89b. These contacts are designed so that when the holder 85 is attached to the device, they automatically slide into the sockets 72a and 72b. The circuit of the winding 88a can be closed by the contacts 69c and 69d by means of a switch operated by a push button 70a.
The secondary winding 88b is connected at its one end to an electrode 90 which, with the electrode 2, forms a capacitance symbolized by the capacitor C 1. At its other end, the winding 88b is connected to a wire 92 leading out of the attachment, which can be rewound into the attachment 60, for example by means of a winding device (not shown). The wire 92 has a contact terminal 91 at its free end.
If the user wants to ensure that the device-test probe unit is working properly, he clamps the contact terminal 91 of the wire 92 to the consumer 56. Then, by pressing the pushbutton 70a, he closes the contacts 69c and 69d and releases the button again. This interruption of the circuit generates an electrical pulse in the primary winding 88a, which causes a symmetrical but amplified voltage pulse in the secondary winding 88b.
If the conductor 58 and the capacitors 82 of the test probe are not defective, a potential difference is formed at the connections of the resistor 3 via the electrode 2, the electrode 90, the terminal 91, the pickup 56, the conductors 58 and the capacitors 82, whereby the circle between the holder 85 connected to the conductor 58 and the Faraday cage 4 closes again via the capacitance shown as capacitor C 2.
It can be seen that, as in the device according to FIG. 11, a bulge 85a of the holder 85 protects the pushbutton against unintentional operation.