DE19963024A1

DE19963024A1 - Optischer Störlichtbogensensor

Info

Publication number: DE19963024A1
Application number: DE1999163024
Authority: DE
Inventors: Dirk Ehlen
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: DE19963024B4

Abstract

Ein optischer Störlichtbogensensor (1a, 1b) zur Verwendung in Schaltanlagen, wobei der Störlichtbogensensor mindestens einen Lichtwellenleiter (2) umfaßt und einen im wesentlichen punktförmigen Erfassungsbereich aufweist, wobei ferner der Störlichtbogensensor (1a, 1b) im Erfassungsbereich mehrfach gewickelt angeordnet ist und die Lichteinkopplung radial durch die Ummantelung des Lichtwellenleiters erfolgt, soll einfach zu installieren und universell einsetzbar sein. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß der Störlichtbogensensor (1a, 1b) mit einem lichtdurchlässigen Schalenelement (3a, 3b) versehen ist, in dem ein Trägerelement (4a, 4b) zur Befestigung des Lichtwellenleiters (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Störlichtbogensensor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Um Schäden sowohl in Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsschaltanlagen zu vermeiden, sind Schutzgeräte vorgesehen, die mit Störlichtbogensensoren versehen sind, die die Lichterscheinung dieser Lichtbögen erfassen.

Bekannt sind linienartige Sensoren, die beispielsweise entlang einer Stromschiene linienförmig angeordnet sind. Das zu erfassende Licht wird radial durch die Ummantelung eines Lichtwellenleiters eingekoppelt.

Ein derartiger Sensor ist bereits aus der DD 271 397 A1 oder DE 43 31 716 bekannt.

Bekannt sind auch punktförmige Sensoren, wobei das zu erfassende Licht radial durch die Ummantelung eines Lichtwellenleiters eingekoppelt wird, wie die Figur 4 der Druckschrift WO 88/08217 zeigt. Der Lichtwellenleiter ist wendelförmig.

Aus der Druckschrift DE 197 15 780 A1 ist ein Störlichtbogensensor zur optischen Erfassung von Störlichtbögen in gasisolierten Mittelspannungsschaltanlagen bekannt, der an einem Schaltergehäuse angeordneten Fenster befestigt und mit einer dem Fenster benachbarten Halterung für einen optischen Detektor versehen ist. Um einen größeren Blickwinkel zu ermöglichen, ist eine lichtdurchlässige Kuppel vorhanden. Der Störlichtbogensensor ist zur punktförmigen Erfassung geeignet.

Aus der DE 36 42 275 A1 ist ein Photodetektor mit 180 Grad Blickwinkel für unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts bekannt. Der Photodetektor besteht aus einer Halbkugelschale, die durch ein Rohr, bzw. Rohre mit einem axialen Stab verlängert wird. Dieser Sensor ist lediglich als Strahlungsdetektor für unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts vorgesehen. Der Sensor ist zur punktförmigen Erfassung geeignet.

Die Druckschrift DE 35 34 176 A1 zeigt und beschreibt einen optischen Störlichtbogensensor, der aus einem Lichtwellenleiter besteht und über mehrere Teilräume wendelförmig in einer metallgekapselten Hochspannungsanlage angeordnet ist. Der Störlichtbogensensor ist zur linienförmigen Erfassung geeignet.

Weiterhin ist aus der DE 295 13 343 U1 ein optischer Störlichtbogensensor bekannt, der mehrere Lichtwellenleiter aufweist, die durch ein Schrumpfschlauch geschützt und wendelförmig um einen Trägerstab gewickelt sind. Der Sensor ermöglicht eine linienförmige Erfassung.

Ferner ist aus der DE 197 57 844 ein optischer Störlichtbogensensor bekannt, der in einem lichtdurchlässigen Rohr aus flexiblem Kunststoff ungewickelt geführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Störlichtbogensensor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, der einfach zu installieren und universell einsetzbar ist.

Durch das lichtdurchlässige Schalenelement wird ein großer Erfassungswinkel bei einfacher Montage ermöglicht, wobei bewährte Lichtwellenleiter weiterhin verwendet werden können. Dies ermöglicht eine universelle Verwendung des Störlichtbogensensors. Durch das Trägerelement erhält der Lichtwellenleiter zusätzlich eine definierte Einbaulage.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Schalenelementes der ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Trägerelementes der ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,

Fig. 4 eine Darstellung des Trägerelementes der ersten Ausführungsform von oben,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Trägerelementes gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 4,

Fig. 6 eine Darstellung des Trägerelementes der ersten Ausführungsform von der Seite,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Trägerelementes der zweiten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,

Fig. 8 eine Darstellung der zweiten Ausführungsform des Störlichtbogensensors von unten,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung des Störlichtbogensensors gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 8,

Fig. 10 eine Darstellung des Störlichtbogensensors der zweiten Ausführungsform von der Stirnseite,

Fig. 11 eine Darstellung der zweiten Ausführungsform des Schalenelementes von unten,

Fig. 12 eine Schnittdarstellung des Schalenelementes gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 11,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführungsform des Schalenelementes,

Fig. 14 eine Darstellung des Trägerelementes der zweiten Ausführungsform von der Stirnseite,

Fig. 15 eine Schnittdarstellung des Trägerelementes gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 14,

Fig. 16 eine Darstellung des Trägerelementes der zweiten Ausführungsform von oben.

Die Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors 1a zur Verwendung in Schaltanlagen, insbesondere in Niederspannungsschaltanlagen, aber ebenso in Mittelspannungs- und Hochspannungsschaltanlagen.

Der Störlichtbogensensor 1a weist einen Lichtwellenleiter 2 auf, der auf einem Trägerelement 4a mehrfach gewickelt ist.

Die Lichteinkopplung erfolgt radial durch die Ummantelung des Lichtwellenleiters 2, wie auch bei bereits bekannten Lichtwellenleitersensoren.

Der Störlichtbogensensor 1a ist mit einem lichtdurchlässigen ggf. auch strahlungsdurchlässigen Schalenelement 3a versehen, in dem das Trägerelement 4a zur Befestigung des Lichtwellenleiters 2 angeordnet ist.

Im Gegensatz hierzu weist der Störlichtbogensensor 1a, wie auch der nachfolgend beschriebene Störlichtbogensensor 1b, einen punktförmigen Erfassungsbereich auf. Dies bedeutet, daß der Störlichtbogensensor 1a, 1b punktförmig in einem Schaltfeld angeordnet ist, was wesentlich einfacher zu montieren ist, als wenn ein stab- oder linienförmiger Sensor beispielsweise parallel zu einer Stromschiene angeordnet ist. Die Montage bei einem linienförmigen Sensor ist besonders schwierig, wenn eine Anlage mit einem derartigen Störlichtbogenschutz mit Schutzgeräten nachgerüstet wird. Der Störlichtbogensensor 1a, 1b kann an einem beliebig geeigneten Punkt in der Schaltanlage angeordnet werden. Natürlich können auch mehrere Störlichtbogensensoren 1a, 1b an verschiedenen Punkten angeordnet werden.

Das Trägerelement 4a, 4b weist eine rinnenförmige Führungsnut 8 auf, in der der Lichtwellenleiter 2 angeordnet ist, wie in Fig. 3 oder Fig. 16 zu sehen ist. Hierdurch ist der Lichtwellenleiter 2 immer genau positioniert.

Das Schalenelement 3a, 3b weist einen gewölbten Bereich 12a, 12b auf, in der das Trägerelement 4a, 4b angeordnet ist. Dieser Bereich 12a, 12b ermöglicht einen Erfassungswinkel von mindestens 180 Winkelgrad und ist halbkugelförmig, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, oder länglich, wie die Fig. 7 bis 13 zeigen. Bei der Ausführungsform in länglicher Form weist der Bereich 12b einen tunnelartigen Bereich 12b mit abgerundeten Endbereichen 15, 16 auf. Die Länge des Bereiches 2b ist im Vergleich zu linienartigen Sensoren, bei denen z. B. ein Lichtwellenleiter aufgewickelt ist, erheblich kürzer, so daß der Erfassungsbereich punktförmig ist.

Das zu erfassende Licht oder die Strahlung, z. B. UV-Strahlung, des Störlichtbogens ist durch das Schalenelement 3a, 3b einkoppelbar. Der Begriff Licht umfaßt in dieser Beschreibung auch Strahlung, die durch Störlichtbogensensoren erfaßt wird.

Zur Befestigung an einer Schaltschrankwand oder einer anderen Befestigungsstelle ist das Schalenelement 3a bzw. 3b mit einem radial nach außen gerichteten Befestigungskragen 7 versehen, wie in den Fig. 1 bzw. 7 zu sehen ist. Weiterhin ist der Befestigungskragen 7 mit Befestigungsbohrungen 9 versehen.

Der Lichtwellenleiter 2 ist in dem lichtdurchlässigen Schalenelement 3a verschlossen, wobei an einem Abdeckteil 10, das bodenseitig an dem Schalenelement 3a angeordnet ist, Durchgangsbohrungen 11 angeordnet sind, die deckungsgleich mit den an dem Befestigungskragen 7 angeordneten Befestigungsbohrungen 9 sind, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Der Lichtwellenleiter 2 ist bei der ersten Ausführungsform durch Öffnungen 5 im oberen Bereich des Trägerelementes 4a in den Innenraum des Trägerelementes 4a hineingeführt und bodenseitig durch eine Lichtwellenleiterführungsöffnung 6 aus dem Abdeckteil 10 herausgeführt, wie die Fig. 1 und 3 zeigen.

Das Trägerelement 4a, 4b ist an die Form des Schalenelementes 3a, 3b angepaßt. Wie die Fig. 3 bis 6 zeigen, ist das Trägerelement 4a halbkugelförmig, und der Lichtwellenleiter 2 ist auf der Oberfläche des Trägerelementes 4a spiralförmig angeordnet. In der zweiten Ausführungsform ist das Trägerelement 4b im wesentlichen zylinderförmig, wobei der Lichtwellenleiter 2 auf der Oberfläche des Trägerelementes 4b wendelförmig angeordnet ist, wie in den Fig. 7, 8, 15, 16 zu sehen ist. Das Trägerelement 4b weist halbkugelförmige Enden 13, 14 auf.

Der Lichtwellenleiter 2 ist auf der Oberfläche des Trägerelementes 4a spiralförmig angeordnet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So läßt sich die Erfindung beispielsweise durch Schalenelemente und Trägerelemente mit anderen Formen, wie Kegelformen, andere Kuppelformen oder andere Zylinderformen ausführen. Das Schalenelement kann auch z. B. als eine flache Scheibe ausgeführt sein. Das Abdeckteil 10 und das Trägerelement 4a können auch einstückig ausgeführt sein.

Das Trägerelement kann auch räumlich außerhalb des Schalenelementes angeordnet sein. Eine Anordnung des Trägerelementes in dem Schalenelement umfaßt also auch eine Anordnung räumlich außerhalb des Schalenelementes. Dies der Fall z. B. bei Verwendung einer bloßen Scheibe als Schalenelement.

Ferner gehören auch alle in der Zeichnung gezeigten Merkmale zur Erfindung. Insbesondere Geometrie, wie dargestellt.

Liste der Bezugszeichen

1

a,

1

b Störlichtbogensensor

2

Lichtwellenleiter

3

a,

3

b Schalenelement

4

a,

4

b Trägerelement

5

Öffnungen

6

Lichtwellenleiterführungsöffnung

7

Befestigungskragen

8

Führungsnut

9

Befestigungsbohrungen

10

Abdeckteil

11

Durchgangsbohrungen

12

a,

12

b Bereich

13

,

14

Enden

15

,

16

Endbereiche

Claims

1. Optischer Störlichtbogensensor (1a, 1b) zur Verwendung in Schaltanlagen, wobei der Störlichtbogensensor mindestens einen Lichtwellenleiter (2) umfaßt und einen im wesentlichen punktförmigen Erfassungsbereich aufweist, wobei ferner der Störlichtbogensensor (1a, 1b) im Erfassungsbereich mehrfach gewickelt angeordnet ist und die Lichteinkopplung radial durch die Ummantelung des Lichtwellenleiters erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Störlichtbogensensor (1a, 1b) mit einem lichtdurchlässigen Schalenelement (3a, 3b) versehen ist, in dem ein Trägerelement (4a, 4b) zur Befestigung des Lichtwellenleiters (2) angeordnet ist.

2. Optischer Störlichtbogensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4a, 4b) eine rinnenförmige Führungsnut (8) aufweist, in der der Lichtwellenleiter (2) angeordnet ist.

3. Optischer Störlichtbogensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalenelement (3a, 3b) einen gewölbten Bereich (12a, 12b) aufweist, in der das Trägerelement (4a, 4b) angeordnet ist.

4. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Störlichtbogensensor (1a, 1b) einen Erfassungswinkel von mindestens 180 Grad aufweist.

5. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalenelement (3a, 3b) mit einem radial nach außen gerichteten Befestigungskragen (7) versehen ist.

6. Optischer Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungskragen (7) mit Befestigungsbohrungen (9) versehen ist.

7. Optischer Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Abdeckteil (10), das bodenseitig an dem Schalenelement (3a) angeordnet ist, Durchgangsbohrungen (11) angeordnet sind, die deckungsgleich mit den an dem Befestigungskragen (7) angeordneten Befestigungsbohrungen (9) sind.

8. Optischer Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4a, 4b) an die Form des Schalenelementes (3a, 3b) angepaßt ist.

9. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (2) in dem lichtdurchlässigen Schalenelement (3a, 3b) verschlossen ist.

10. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4a) halbkugelförmig ist und der Lichtwellenleiter (2) auf der Oberfläche des Trägerelementes (4a) spiralförmig angeordnet ist.

11. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (2) durch Öffnungen (5) im oberen Bereich des Trägerelementes (4a) in dem Innenraum des Trägerelementes (4a) hineingeführt ist und bodenseitig durch eine Lichtwellenleiterführungsöffnung (6) aus einem Abdeckteil (10) herausgeführt ist.

12. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalenelement (3a, 3b) einen Kuppel- oder halbkreisförmigen Bereich (12a) aufweist, durch das das zu erfassende Licht oder die Strahlung des Störlichtbogens einkoppelbar ist.

13. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4b) im wesentlichen zylinderförmig ist und der Lichtwellenleiter (2) auf der Oberfläche des Trägerelementes (4b) wendelförmig angeordnet ist.

14. Optischer Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4b) halbkugelförmige Enden (13, 14) aufweist.

15. Optischer Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalenelement (3b) einen tunnelartigen Bereich (12b) mit abgerundeten Endbereichen (15, 16) aufweist, durch das das zu erfassende Licht oder die Strahlung des Störlichtbogens einkoppelbar ist.