DE19963024B4

DE19963024B4 - Optischer Störlichtbogensensor

Info

Publication number: DE19963024B4
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: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: DE19963024A1

Abstract

Optischer Störlichtbogensensor zur Verwendung in elektrischen Schaltanlagen,
wobei der Sensor (1a, 1b) mindestens einen Lichtwellenleiter (2) umfasst, bei dem die Lichteinkopplung radial durch die Ummantelung des Lichtwellenleiters (2) erfolgt, und
der mindestens eine Lichtwellenleiter (2) in einem Erfassungsbereich auf einem Trägerelement (4a, 4b) angeordnet ist,
dass der Sensor (1a, 1b) mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement (3a, 3b) versehen ist,
und die Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) an die Innenform des Abdeckelements (3a, 3b) angepaßt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerelement (4a, 4b) flächig ausgebildet ist,
dass der Lichtwellenleiter (2) durch eine erste Bohrung (5) im Trägerelement (4a, 4b) zur Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) geführt,
auf der Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) den Erfassungsbereich bildend gewendelt angeordnet und durch eine zweite Bohrung (5) im Trägerelement (4a, 4b) von der Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) weggeführt 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 Sensoren, bei denen das zu erfassende Licht radial durch die Ummantelung eines Lichtwellenleiters eingekoppelt wird, wie die 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 in 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.
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 Strah lungsdetektor für unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts vorgesehen.
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.
Ferner ist aus der DE 197 57 844 ein optischer Störlichtbogensensor bekannt, der in einem lichtdurchlässigen Rohr aus flexiblen Kunststoff ungewickelt geführt ist.
Weiterhin ist aus der DE 295 13 343 U1 ein optischer Störlichtbogensensor bekannt, der mehrere Lichtwellenleiter aufweist, die durch einen Schrumpfschlauch geschützt und wendelförmig um einen Trägerstab gewickelt sind. Der Sensor ermöglicht eine linienförmige Erfassung.
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 Abdeckelement 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:
1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,
2 eine Schnittdarstellung des Abdeckelementes der ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,
3 eine perspektivische Darstellung des Trägerelementes der ersten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,
4 eine Darstellung des Trägerelementes der ersten Ausführungsform von oben,
5 eine Schnittdarstellung des Trägerelementes gemäß der Schnittlinie A-A in 4,
6 eine Darstellung des Trägerelementes der ersten Ausführungsform von der Seite,
7 eine perspektivische Darstellung des Trägerelementes der zweiten Ausführungsform des Störlichtbogensensors,
8 eine Darstellung der zweiten Ausführungsform des Störlichtbogensensors von unten,
9 eine Schnittdarstellung des Störlichtbogensensors gemäß der Schnittlinie A-A in 8,
10 eine Darstellung des Störlichtbogensensors der zweiten Ausführungsform von der Stirnseite,
11 eine Darstellung der zweiten Ausführungsform des Abdeckelementes von unten,
12 eine Schnittdarstellung des Abdeckelementes gemäß der Schnittlinie A-A in 11,
13 eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführungsform des Abdeckelementes,
14 eine Darstellung des Trägerelementes der zweiten Ausführungsform von der Stirnseite,
15 eine Schnittdarstellung des Trägerelementes gemäß der Schnittlinie A-A in 14,
16 eine Darstellung des Trägerelementes der zweiten Ausführungsform von oben.
Die 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, schalenförmigen Abdeckelement 3a versehen, in dem das Trägerelement 4a zur Befestigung des Lichtwellenleiters 2 angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße Störlichtbogensensor (1a und 1b) hat einen räumlich eng begrenzten Erfassungsbereich. Dies bedeutet, daß der Störlichtbogensensor 1a, 1b relativ lokal 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 3 oder 16 zu sehen ist. Hierdurch ist der Lichtwellenleiter 2 immer genau positioniert.
Das Abdeckelement 3a, 3b weist einen gewölbten Bereich 12a, 12b auf, in dem das Trägerelement 4a, 4b angeordnet ist. Dieser Bereich 12a, 12b ermöglicht einen Erfassungswinkel von mindestens 180 Winkelgrade und ist halbkugelförmig, wie die 1 und 2 zeigen, oder länglich, wie die 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 12b ist im Vergleich zu linienartigen Sensoren, bei denen z. B. ein Lichtwellenleiter auch aufgewickelt sein kann, erheblich kürzer, so daß der Erfassungsbereich räumlich eng begrenzt ist.
Das zu erfassende Licht oder die Strahlung, z. B. UV-Strahlung, des Störlichtbogens ist durch das Abdeckelement 3a, 3b einkoppelbar. Der Begriff Licht umfaßt in dieser Beschreibung auch Strahlung jeder Art, die durch Störlichtbogensensoren erfaßt wird.
Zur Befestigung an einer Schaltschrankwand oder einer anderen Befestigungsstelle ist das Abdeckelement 3a bzw. 3b mit einem radial nach außen gerichteten Befestigungskragen 7 versehen, wie in den 1 bzw. 7 zu sehen ist. Weiterhin ist der Befestigungskragen 7 mit Befestigungsbohrungen 9 versehen.
Der Lichtwellenleiter 2 ist in dem lichtdurchlässigen Abdeckelement 3a verschlossen, wobei an einem Abdeckteil 10, das bodenseitig an dem Abdeckelement 3a angeordnet ist, Durchgangsbohrungen 11 angeordnet sind, die deckungsgleich mit den an dem Befestigungskragen 7 angeordneten Befestigungsbohrungen 9 sind, wie in 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 1 und 3 zeigen.
Das Trägerelement 4a, 4b ist an die Form des Abdeckelementes 3a, 3b angepaßt. Wie die 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 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 Abdeckelemente und Trägerelemente mit anderen Formen, wie Kegelformen, andere Kuppelformen oder andere Zylinderformen ausführen. Das Abdeckelement kann auch z. B. als eine flache Scheibe ausgeführt sein. Das Abdeckteil 10 und das Trägerelement 4a können auch einstückig ausgeführt sein.

1a, 1b: Störlichtbogensensor
2: Lichtwellenleiter
3a, 3b: Schalenelement
4a, 4b: Trägerelement
5: Öffnungen
6: Lichtwellenleiterführungsöffnung
7: Befestigungskragen
8: Führungsnut
9: Befestigungsbohrungen
10: Abdeckteil
11: Durchgangsbohrungen
12a, 12b: Bereich
13, 14: Enden
15, 16: Endbereichen

Claims

Optischer Störlichtbogensensor zur Verwendung in elektrischen Schaltanlagen, wobei der Sensor (1a, 1b) mindestens einen Lichtwellenleiter (2) umfasst, bei dem die Lichteinkopplung radial durch die Ummantelung des Lichtwellenleiters (2) erfolgt, und der mindestens eine Lichtwellenleiter (2) in einem Erfassungsbereich auf einem Trägerelement (4a, 4b) angeordnet ist, dass der Sensor (1a, 1b) mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement (3a, 3b) versehen ist, und die Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) an die Innenform des Abdeckelements (3a, 3b) angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4a, 4b) flächig ausgebildet ist, dass der Lichtwellenleiter (2) durch eine erste Bohrung (5) im Trägerelement (4a, 4b) zur Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) geführt, auf der Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) den Erfassungsbereich bildend gewendelt angeordnet und durch eine zweite Bohrung (5) im Trägerelement (4a, 4b) von der Oberfläche des Trägerelements (4a, 4b) weggeführt ist.
Störlichtbogensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (2) im Erfassungsbereich spiralförmig angeordnet ist.
Störlichtbogensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trägerelement (4a, 4b) eine rinnenförmige Führungsnut (8) zum Einbringen des Lichtwellenleiters (2) vorhanden ist.
Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenform des Abdeckelements (3a, 3b) einen ge wölbten Bereich (12a, 12b) aufweist, in dem das Trägerelement (4a, 4b) angeordnet ist.
Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (3a) und das Trägerelement (4a) je eine Scheibe sind.
Störlichtbogensensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (3a) und das Trägerelement (4a) je halbkugelförmig sind.
Störlichtbogensensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (3b) und das Trägerelement (4b) je zylinderförmig sind.
Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (3b) und das Trägerelement (4b) halbkugelförmige Enden (13, 14) aufweist.
Störlichtbogensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (3a, 3b) mit einem radial nach außen gerichteten Befestigungskragen (7) versehen ist.
Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungskragen (7) mit Befestigungsbohrungen (9) versehen ist.
Störlichtbogensensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Abdeckteil (10), das bodenseitig an dem Abdeckelement (3a) angeordnet ist, Durchgangsbohrungen (11) angeordnet sind, die deckungsgleich mit den an dem Befestigungskragen (7) angeordneten Befestigungsbohrungen (9) sind.
Störlichtbogensensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckteil (10) Lichtwellenleiterführungsöffnung (6) aufweist, durch die der Lichtwellenleiter (2) hinein- und herausgeführt sind.