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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsprüfer für Gleich-oder
Wechselspannung mit einem steuerbaren elektronischen Schaltelement, dessen Steuerkreis
einen zum Anlegen der zu prüfenden Spannung dienenden Kontakt aufweist und dessen
Arbeitskreis ein Signalmittel enthält.
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Wenn man einerseits bei Hochspannungsanlagen und andererseits bei
Niederspannungsanlagen eine Feststellung vornehmen will, ob Spannung vorhanden ist,
so sind für jede dieser beiden Aufgaben separate Geräte erforderlich. Außerdem zeigt
die Praxis, daß die bekannten Geräte den Bedürfnissen in verschiedenen Punkten nicht
entsprechen und auch oft dem Prüfenden nicht ein Maximum an Sicherheit bieten. Ferner
ist bei vielen Spannungsprüfern eine vollständige Funktionsprüfung vor der Spannungsmessung
nicht möglich, trotzdem es von größter Bedeutung ist, daß die Funktionsfähigkeit
des Gerätes jederzeit und unabhängig von vorhandener Netzspannung überprüft werden
kann. Insbesondere wenn nicht sämtliche Bauteile in die Funktionsprüfung mit einbezogen
werden, kann der Ausfall eines ungeprüften Bauteiles unangenehme Folgen haben, sogar
den Tod eines Menschen herbeiführen. Auch ist bei vielen Spannungsprüfern für Hoch-
oder Niederspannung die Anzeige infolge von Licht- oder Lärmeinwirkung nicht klar
ersichtlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile auf einfache
und zuverlässige Art zu beseitigen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß bei einem
Spannungsprüfer der eingangs näher bezeichneten Art die im Patentanspruch 1 angegebene
Ausgestaltung vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Spannungsprüfers enthalten
die Unteransprüche.
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Bekanntlich ist ein Thyristor ein sehr schneller Schalter und bei
rein ohmscher Last genügt schon eine Impulsbreite von 10 Mikrosekunden bei einem
benötigten Zündstrom von etwa 10 bis 20 mA und einer positiven Steuerspannung von
etwa 2 Volt.
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Diese Eigenschaften des Thyristors werden bei dem Spannungsprüfer
nach der Erfindung ausgenutzt, um einen Kondensator mit hohem Gleichstromwiderstand,
z. B. von 106 Megohm, mit dem geringen vorhandenen Strom bis zur Zündspannung aufzuladen
und dann impulsartig zwecks Herbeiführung der Zündung des Thyristors zu entladen.
Mit dem erfindungsgemäßen Gerät kann man Spannungen winzigster Ströme feststellen.
So liegt z. B. an trockenen Holzmasten, an denen Freileitungen verlegt sind, der
Eingangsstrom oft unter 0,1 Mikro ampere. Auf diese geringe Stromstärke spricht
das Gerät noch an, und der Anodenkreis des Thyristors kann dabei mit etwa 10 Ampere
belastet werden, was einer Stromverstärkung von mehr als 108 gleichkommt, eine Stromverstärkung,
für welche man bisher mehrere Transistoren benötigt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Gerät kann man jedoch auch höchste Spannungen
feststellen, z. B. bei Freileitungen von 110 kV und mehr durch Ableitströme von
Hochspannungsisolatoren mittels Berührung des Erdbodens in der Nähe von Hochspannungsmasten,
wo die geringen Erdableitströme das Gerät bereits zum Ansprechen bringen. Auch bei
Hochspannungs-Doppelleitungen oder in einem Umspannwerk kann man das Gerät unter
Verwendung einer Schaltstange benutzen. Dabei kann die Ankopplung bei Wechselstrom
kapazitiv erfolgen.
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Auch für Gleichstrom ist das Gerät verwendbar, wenn man eine galvanische
Ankopplung benutzt.
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Um den Benutzer des Gerätes bei der Prüfung mittlerer und höherer
Spannungen zu schützen, kann der Anschluß an die zu prüfende Spannung über einen
Schutzwiderstand an den Stromkreis angeschlossen sein.
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Wenn die Entladung des Kondensators zwecks Zündung des Thyristors
von Hand aus vorgenommen werden soll, kann als Zündungs-Schaltelement ein Zündungs-Tastschalter
benutzt werden. Zur automatischen Zündung kann ein spannungsabhängiges Schaltglied,
z. B. ein Glimmzünder dienen, der etwa dann zündet, wenn am Kondensator eine Spannung
von mehr als 65 Volt entstanden ist. Man kann auch als Zündungs-Schaltelement einen
von Hand aus zu betätigenden Zündungs-Tastschalter und ein automatisch schaltendes
spannungsabhängiges Glied, z. B. einen Glimmzünder, zueinander parallel schalten,
um etwa bei höheren Spannungen in Hochspannungsanlagen unter Anbringung des Gerätes
an einer Schaltstange Induktionsspannungen von der wirklichen Nennspannung unterscheiden
zu können. Dann erfolgt eine automatische Anzeige, wenn der Kondensator die Zündspannung
des Glimmzünders erreicht hat. Man kann die Messung auch nach Wegnahme der Schaltstange
von der Hochspannung vornehmen, indem man dann durch Betätigung des Zündungs-Tastschalters
den Kondensator zwecks Zündung des Thyristors entlädt. Bei guter Qualität des Kondensators
kann die Spannungsanzeige sogar noch Stunden nach der Ankopplung an das Prüfobjekt
festgestellt werden.
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Der Zündungs-Tastschalter kann als Druck- oder Zugtaster ausgebildet
sein unter Verwendung eines Isolierseiles zur Bedienung. Dies hat den Vorteil, daß
man die isolierende Schaltstange nicht zurückzunehmen braucht. In 900/0 der geprüften
Fälle wurde bei Holzmasten in etwa 2 m Höhe über dem Erdboden noch die Hochspannung
nachgewiesen.
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Durch kurzes, nur etwa 2 bis 3 Sekunden langes Anlegen eines mit der
Anschlußbuchse verbundenen Drahtes an den Holzmast hat sich der Kondensator bereits
bis zur Zündspannung aufgeladen, und durch Betätigen des Zündungs-Tastschalters
kann dann die Spannung nachgewiesen werden.
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Zum Schutz des Thyristors gegen Beschädigung durch Überspannung können
die Steuerkreiselektro den des Thyristors über einen Gleichrichter verbunden sein.
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Als Signalgerät kann in an sich bekannter Weise ein optisches Gerät,
z. B. eine Blinklampe Verwendung finden, insbesondere eine solche, die mit einem
Bimetallschalter direkt verbunden ist. Das Signalgerät kann jedoch auch als akustisches
Gerät, z. B. als Summer, ausgebildet sein. Als besonders zweckmäßig hat es sich
erwiesen, ein optisches und ein akustisches Signalgerät miteinander parallel zu
schalten.
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Zwischen dem Anlegekontakt für die zu prüfende Spannung und der nicht
mit dem Thyristor-Stromkreis verbundenen Arbeitsstromkreiselektrode ist ein im Ruhezustand
geöffneter Prüf-Tastschalter angeordnet. Durch das Schließen des Prüf-Tastschalters
wird der Kondensator aufgeladen, und durch zusätzliches Schließen des Zündungs-Tastschalters
kann die Funktionsfähigkeit des Gesamtgerätes geprüft werden.
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In dem zum Thyristor parallelgeschalteten, das
Signalgerät
enthaltenden Arbeitsstromkreis kann ein Arbeitsstrom-Tastschalter angeordnet sein.
Wenn nämlich ein Thyristor gezündet hat, bleibt er bei Vorhandensein einer Gleichspannung
in leitendem Zustand, bis der Strom unterbrochen wird. Durch den Arbeitsstrom-Tastschalter
läßt sich die Zündung des Thyristors und damit das Signal des Signalgerätes aufheben,
sofern man den Haltestrom des Thyristors nicht auf andere Weise unterschreiten kann.
Automatisch kann der Thyristor durch den mit der Signallampe verbundenen Bimetallschalter
oder durch den Gleichstromsummer unterbrochen werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Spannungsprüfers
nach der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend beschrieben.
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Die Anschlußstellen des Zündungs-Schaltelementes und die Anschlußstellen
des Signalgerätes an ihre Stromkreise können mit Anschlußstücken, z. B. Buchsen,
außerhalb eines Gehäuses zugänglich sein, in dem die ganze Schaltungsanordnung untergebracht
ist.
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Fig. 1 zeigt das Gerät in perspektivischer Sicht auf das Gehäuse,
die Anschluß- und Bedienungsbuchsen; F i g. 2 stellt die Schaltung des Gerätes dar,
F i g. 3 einen anderen Anschluß des Anlegekontaktes.
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Die grundsätzliche Schaltungsanordnung des Steuerkreises besteht
darin, daß als elektronisches Schaltelement der Thyristor Th dient, zwischen dessen
Steuerkreiselektroden St und K eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 4 und
einem spannungsparallel geschaltet. In Reihe mit dem Gleichrichter 3 z. B. eine
Diode mit dem Anlegekontakt 1 verbunden ist, und daß der Gleichrichter 3 diejenige
Durchlaßrichtung hat, die dem Kondensator 4 die zum Zünden des Thyristors Th erforderliche
Polarität gibt.
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Dem spannungsabhängigen Schalter 17 ist ein im Ruhezustand geöffneter
Zündungs-Tastschalter 5 parallel geschaltet. In Reihe mit dem Gleichrichter 3 liegt
ein Schutzwiderstand 2 gegen die Einwirkung zu hoher Spannungen auf das Gerät. Parallel
zu den Steuerkreiselektroden St und K ist ein Schutzgleichrichter 8 für den Thyristor
Th geschaltet, der ihn vor etwaigen zu hohen Spannungen schützt.
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Zwischen den Anlegekontakt 1 für die zu prüfende Spannung und die
nicht mit dem Thyristor-Steuerkreis verbundene Arbeitskreiselektrode A ist ein im
Ruhezustand geöffneter Prüf-Tastschalter 16 geschaltet, der zur Prüfung des Gerätes
auf Funktionsfähigkeit dient. Wird nach dem Schließen des Prüf-Tastschalters 16
der Zündungs-Tastschalter 5 kurzzeitig geschlossen, so kann damit die Funktionsfähigkeit
des gesamten Gerätes geprüft werden.
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Ein am oberen Ende einen Schutzwiderstand enthaltender längsisolierter
Teleskopstab kann zum Aufsetzen auf den Anlegekontakt 1 benutzt werden.
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Ein weiterer Anlegekontakt 7 unmittelbar an der nicht im Arbeitskreis
10 bis 15 liegenden Steuerelektrode St bietet ebenfalls die Möglichkeit, eine Verbindung
zu einer Hochspannungsleitung im Zusammenhang mit einer Schaltstange oder mit dem
Teleskopstab herbeizuführen. Auch kann man unter gleichzeitiger Benutzung der Anschlußstelle
6 den spannungsabhängigen Schalterl7 auswechseln bzw. einen anderen zu ihm parallel
schalten.
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Zur Benutzung für geerdete Spannungsquellen kann die zugleich im
Thyristor-Arbeitskreis 10 bis 15 liegende Steuerelektrode St als Erdberührungspol
9 zugänglich sein.
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Das Signalmittel des Thyristor-Arbeitskreises 10 bis 15 kann aus
einer Glühlampe 13 in Parallelschaltung mit einem Summer 14 bestehen. Dabei kann
eine Glühlampe mit Bimetallschalter zur Erzeugung eines Blinklichtes vorgesehen
sein.
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Ein im Ruhezustand geschlossener Arbeitskreis-Tastschalter 15 kann
als Hauptschalter zum Einschalten der Stromquelle 10 dienen. Mit ihm läßt sich bei
Bedarf der Stromdurchgang durch den Thyristor Th unterbrechen und damit die Anzeige
der Signalmittel 13 und 14 auslöschen.
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Zwei zu den Signalmitteln 13 und 14 parallelliegende, von außen zugängliche
Anschlußkontakte 11 und 12 ermöglichen die Auswechselung dieser Signalmittel oder
die Parallelschaltung anderer Signalmittel.
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Auch kann man durch unmittelbare leitende Überbrückungen an den Anschlußkontakten
11 und 12 die Signalmittel 13 und 14 ausschalten, z. B. zum Zweck der Prüfung des
Leitungsdurchganges.
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Wenn die Stromquelle 10 nachlassen sollte oder einer Ergänzung bedarf,
können der Erdberührungspol 9 und der Anschlußkontakt 11 dazu benutzt werden, eine
andere Stromquelle zu der Stromquelle 10 parallel zu schalten.
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Der erfindungsgemäße Spannungsprüfer läßt sich zu einer Einheit in
einem kleinen Gehäuse 18 zusammenfassen, dessen Abmessungen nicht größer als etwa
11 7. 5 cm zu sein brauchen.
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Oben auf dem Gehäuse können die Anlegekontakte 1 und 7 für die zu
prüfende Spannung sowie die Anschlußkontakte 11 und 12 angeordnet sein. Vorn am
Gehäuse befindet sich die Glühlampe 13 als Signallampe. Der Arbeitskreis-Tastschalter
15 ist zur leichteren Handhabung in einen Einschalter und einen Ausschalter unterteilt,
die als Druckknopfschalter ausgebildet sind. Der Zündungs-Tastschalter5, der die
Entladung des Kondensators auslöst, befindet sich ebenfalls an der Vorderseite des
Gerätes. An der einen Seite des Gerätes ist der Erdberührungspol 9 als blanke Buchse
untergebracht. Alle übrigen Verbindungen und Schaltungselemente sind innerhalb des
Gehäuses angeordnet und somit gegen Beschädigung und Verschmutzung gedeckt.
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Der Spannungsprüfer läßt sich zur Prüfung sehr kleiner bis zu höchsten
Spannungen verwenden, insbesondere a) als Spannungssucher in Niederspannungs- und
Hochspannungs-Freileitungsnetzen, insbesondere auch an Holzmasten von Hochspannungsleitungen,
gegebenenfalls unter Aufsetzen auf einen isolierten Teleskopstab; b) zur Feststellung
von Hochspannungen in Stationen unter Benutzung eines kleinen Drahtstückes oder
einer einpolig angeschlossenen Glimmröhre; c) mit einem Verbindungsdraht über Bananenstekker
oder Prüfspitze zur Feststellung der Spannung in Installations- oder Schwachstromanlagen.
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Um dann, wenn das Gerät außer Betrieb ist, Unzuträglichkeiten durch
etwa noch vorhandene Ladung des Kondensator 4 zu vermeiden, kann durch Kurzschluß
der Anschlußstelle 6 und des Erdberührungspoles 9 der Kondensator 4 vollständig
entladen werden.