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Vorrichtung zur Anzeige der Schaltstellung von a
Hochspannungsschaltern
Aus der amerikanischen Patentschrift 3 076 081 ist ein Druckgasschalter bekannt,
bei dem der auf Hochspannungspotential sitzende pneuinatische Antrieb der beweglichen
Schaltstücke durch ein ebenfalls auf Hochspannungspotential angeordnetes Ventil
gesteuert wird. Das Ventil wird durch eine hin- und hergehende Bewegung einer Isolierstoffstange
betätigt, die in einem Stützisolator zu Teilen mit Erdpotential führt. Die Stange
kann außerdem Drehbewegungen um ihre Längsachse ausführen. In bezug auf diese Bewegung
ist sie mit den beweglicheii Schaltstücken über einen Bowdenzug gekoppelt, so daß
sie je nach der Stellung der Schaltstücke eine bestimmte Winkellage einnimmt.
Diese Winkellage wird zur Schaltstellungsmeldung auf Erdpotential benutzt.
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Die vorgenannte Anordnung ist in mechanischer Hinsicht unerwünscht
kompliziert, da die beiden Bewegungen (Längsbewegang zur Ventilbetätigung und Drehbewegung
zur Schaltstellungsmeldung) unabhängig voneinander möglich sein müssen und deshalb
entsprechend nachgiebige Kupplungsstellen erforderlich sind. Darüber hinaus kommt
die bekannte Anordnung für die meisten Schalter mit einem auf Hochspannungspotential
befindlichen Antrieb für das Schaltstück schon deshalb nicht in Frage, weil diese
Schalter keine starre mechanische Betätigung eines auf Hochspannungspotential liegenden
Steuerventils von Erdpotential aus besitzen. Üblicherweise werden solche Schalter,
vor allem Druckgasschalter, so gesteuert, daß das Ventil unmittelbar auf Erdpotential
sitzt oder aber von Erdpotential über ein Steuerventil pneumatisch in Gang gesetzt
wird, Bei Schaltern der zuletzt genannten Art besteht keine unmittelbare mechanische
Verbindung zwischen dem Schaltstück und Teilen mit Erdpotential. Es ist somit nicht
möglich, eine mechanische Stellungsmeldung von Teilen mit Erdpotential abzuleiten.
Man hat sich deshalb dadurch zu helfen versucht, daß man Druckmittelleitungen zur
Stellungsmeldung heranzog, die zur Betätigung des Antriebes auf Hochspannungspotential
dienen und von Erde aus zum Antrieb führen. Diese Art der Meldung erfordert aber
viel Zeit, weil das Druckmittel die Entfernung zwischen Erde und Teilen mit Hochspannungspotential
zweimal durchlaufen muß (von Erde zum Antrieb und zurück), wenn eine zuverlässige
Meldung erhalten werden soll.
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Gemäß der Erfindung wird dagegen eine schnelle und sichere Stellungsmeldung
für die oben beschriebenen Schalter durch zwei zwischen dem beweglichen Schaltstück
bzw. dem Antrieb und Teilen mit Erdpotential angeordnete Stäbe aus durchsichtigem
Material mit einer höheren Brechzahl als Luft erreicht, die unter Ausnutzung der
Totalreflexion einen Lichtstrahl weiterleiten, der zur Schaltstellungsmeldung dient.
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Durch die Verwendung eines Lichtstrahls ist für die größtmögliche
Geschwindigkeit der Schaltstellungsmeldung gesorgt. Der hierzu notwendige Energieaufwand
ist nur klein, weil die Lichtenergie weitgehend in den Stäben geführt wird und nicht
durch Streuung verlorengeht. Außerdem ergeben die bei der Erfindung verwendeten
Stäbe den Vorteil, daß der Lichtstrahl nicht unbedingt geradlinig verlaufen muß,
sondern auch um Ecken herumgeführt werden kann. Man kann sich deshalb der Konstruktion
des Schalters gut anpassen.
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Die Stäbe bestehen zweckmäßig aus Glas oder einem glasähnlichen Kunststoff.
Sie können auch aus mehreren parallelen Stäben kleineren Querschnitts zusammengesetzt
sein. Hierbei kann der Querschnitt der einzelnen Stäbe so gering sein, daß sie als
Glasfäden mit einem Krümmungsradius von wenigen Zentimetern zu biegen sind.
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Die Meldung der Schaltstellung kann so vorgenommen werden, daß der
Lichtstrahl je nach der Schaltstellung unterschiedlich, d. h. zu verschiedenen
Stellen hin, reflektiert wird. Die Reflexion kann dabei durch ein Prisma oder auch
einen Spiegel erfolgen. Eine andere Möglichkeit zur Reflexion ist die Verwendung
eines gekrümmten Stabes, ähnlich den Stäben zwischen dem Schaltstück und Teilen
mit Erdpötential, der das Licht zurückleitet.
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Ferner kann die Schaltstellung mit Hilfe eines Filters gemeldet werden,
das den Lichtstrahl je nach der Stellung des Schalters unterschiedlich beeinflußt
und eine mehr oder weniger große Lichtmenge nach Erde zurückgelangen läßt. Im Extremfall
kann bei
der einen Schaltstellung eine hundertprozentige Filterung
erfolgen, d. h., es kommt kein Licht zu Teilen mit Erdpotential zurück.
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Die Umwandlung der Lichtstrahlen in Signale, die als Stellungsmeldung
geeignet sind, kann durch ein Fotoelement vorgenommen werden. Das Fotoelement setzt
die Lichtsignale in elektrische Impulse um. Hierbei wird eine Spannung erzeugt.
Eine andere Möglichkeit bietet die Verwendung eines Fotowiderstandes. Dies ist ein
elektrischer Zweipol, dessen Widerstand in Abhängigkeit von der Lichteinwirkun&
wechselt.
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Für die Meldung der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung kann
man je einen Stab zur Rückleitung des Lichtstrahls vorsehen. Ebenso
kann man auch zur Hinleitung zwei St»e verwenden, von denen einer für die
Meldung der Einschaltstellung und der andere für die Meldung der Ausschaltstellung
dient. Man kann aber auch mit einem einzigen Stab zur Heranleitung des Lichtstrahls
zum beweglichen Schaltstück auskommen, wie später noch näher erläutert wird.
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Da es sich bei den Stäben um massive, ruhende Körper handelt, bereitet
es keine Schwierigkeiten, den Schalter quer zur Flußrichtung der Stellungsmeldungssignale
gasdicht in getrennte Räume zu unterteilen. Man kann nämlich die Stäbe mit Hilfe
einer elastischeu Manschette gasdicht durch Wände des Schalters führen. Die elastische
Manschette kann auch selbst eine Wand im Schalter bilden. Ferner kann man durch
einen Isolierstoffüberzug auf den Stäben dafür sorgen, daß die Oberfläche glatt
bleibt und nicht durch Staub beeinträchtigt wird.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele beschrieben. In beiden Fällen handelt
es sich um Hochspannungsschalter, die in einem Längsschnitt dargestellt sind.
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Der Schalter nach F i g. 1 besitzt ein feststehendes Schaltstück
1 und einen beweglichen Schaltstift 2, der einen Kolben 3 trägt. Der
Kolben gleitet in einen Zylinder 4. Dieser kann durch nicht dargestellte Leitungen
mit einem Druckmittel, z. B. einem Druckgas, gefüllt werden, wodurch der Schaltstift
2 aus der dargestellten Einschaltstellung in die gestrichelt gezeichnete Ausschaltstellung
gebracht wird.
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Das feststehende Schaltstück 1 ist mit einer Metallkappe
6 verbunden, an der bei 7 der Anschluß einer Leitung erfolgen kann.
Die Kappe wird von einem Isolator 8 getragen, der die Schaltkammer bildet.
Der Isolator 8 ist an einem metallischen Schalterkopf 9
befestigt.
Der Schalterkopf führt Hochspannungspotential. Er ist deshalb gegen Erde durch den
Stützisolator 12 isoliert, der seinerseits von dem metallischen Fahrgestell
13 getragen wird. Das Fahrgestell liegt auf Erdpotential.
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An dem beweglichen Schaltstift 2 sind zwei Prismen 15 und
16 befestigt. Diese wirken mit geradlinigen Glasstäben 18, 19 und
20 zusammen, die ini Innern des Stützisolators 12 angeordnet sind. Der Stab
19 dient als Zuleitung für den Lichtstrahl einer Lichtquelle 25. Zur
Konzentrierung des Strahles ist ein Linsensystein 26 vorgesehen. Die Stäbe
18 und 20 leiten den Lichtstrahl nach Teilen mit Erdpotential zurück, und
zwar je nach der Stellung des Schaltstiftes 2 zu verschiedenen Stellen.
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In der F i g. 1 ist der Schalter in der Einschaltstellung gezeichnet.
Das Licht der Lichtquelle 25
wird, nachdem es aus dem Stab 19 austritt,
durch das Prisma 16 in den Stab 20 zurückgeworfen. Am erdseitigen Ende des
Stabes 20 trifft es durch ein Linsensystem 28 auf ein Fotoelement
29. Durch die Spannung dieses Elements wird das Relais 30 erregt,
und die Kontakte 31 des Relais schließen einen nicht näher dargestellten
Stromkreis, der elektrisch die Schaltstellung »EIN« meldet.
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Wird der Schalter ausgeschaltet, so wird das Prisma 16 von
dem Stab 19 nach rechts wegbewegt, und das Prisma 15 tritt in die
gestrichelt gezeichnete Lage. Es verbindet damit optisch die Stäbe 18 und
19, so daß das Licht der Lichtquelle 25 nunmehr durch das Linsensystein
33 auf das Fotoelement 34 trifft. Dadurch wird das Relais 35 erregt
und eine elektrische Schaltstellungsmeldung »AUS« gegeben.
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Die Stäbe 18, 19 und 20 sind am oberen Ende des Stützisolators
12 in einer Gummimanschette 37 geführt, die die Stäbe gasdicht umschließt
und sich ihrerseits gasdicht gegen die Innenwand des Stützers 12 legt. Somit ist
der obere Teil des Schalters gasdicht von dem unteren Teil des Schalters getrennt.
Eine ähnliche Trennung könnte auch mit Hilfe einer weiteren Manschette am unteren
Ende des Stützers oder auch an anderen Stellen des Schalters vorgenonirnen. werden.
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Der Schalter nach F i g. 2, dessen mit dem Schalter nach F
i g. 1 übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind,
wird ebenfalls von einem Antrieb mit Hochspannungspotential betätigt, so daß keine
mechanische Verbindung des Schaltstiftes 2 zu Teilen mit Erdpotential vorhanden
ist.
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Das dem Schaltstift 2 abgekehrte Ende des Kolbens 3 trägt an
einer Isolierstoffstange 40 ein Prisma 50. In der dargestellten Einschaltstellung
verbindet das Prisma 50 optisch die beiden Stäbe 41 und 42, die im Innern
des Stützisolators 12 parallel zur Schalterachse verlaufen und dann gekrümmt sind
'
so daß sie rechtwinklig zur Schalterachse enden. Parallel zu den Stäben
41 und 42 liegen die Stäbe 43 und 44. Sie enden unterhalb der oberen Enden der Stäbe
41 und 42 und sind in der Ausschaltstellung des Schalters durch das Prisma
50 verbunden, wie in der F i g. 2 gestrichelt gezeichnet ist.
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Die Stäbe 41 und 44 werden von der gemeinsamen Lichtquelle
25 durch ein Linsensystem 26 gespeist. Das entweder durch den Stab
42 oder den Stab 43 zurückgeworfene Licht gelangt durch Linsensysteme
28 bzw. 33 zu einem der beiden Fotowiderstände 46 und 47, die an eine
Gleichspannungsquelle 48 angeschlossen sind. Dadurch wird je nach der Schaltstellung
entweder das Relais 31 oder das Relais 34 erregt. In den nicht dargestellten
elektrischen Meldekreisen erhält man dann z. B. durch elektromagnetische Stellungsmelder
die Stellungsmeldung »EIN« bzw. »AUS«.