DE3219703C2

DE3219703C2 - Elektrische Verbindervorrichtung für Mittel- oder Hochspannungskabel

Info

Publication number: DE3219703C2
Application number: DE19823219703
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 2000 Hamburg Kehr
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1982-05-26
Filing date: 1982-05-26
Publication date: 1985-09-19
Also published as: DE3219703A1

Abstract

Elektrische Verbindervorrichtung für Mittel- oder Hochspannungskabel mit einem elektrisch leitenden Gehäuse, das an ein Schutzpotential angeschlossen ist, wobei betriebsmäßig spannungsführende Teile und ein diese Teile von dem Gehäuse elektrisch isolierender Isolierkörper in dem Gehäuse angeordnet sind, und einer ständig in Betrieb befindlichen Kontrolleinrichtung zum Unterscheiden des unter Spannung stehenden Betriebszustandes von einem spannungsfreien, abgeschalteten Zustand, wobei die Kontrolleinrichtung eine an der Vorrichtung befindliche Anzeigeeinrichtung mit einem geringen Spannungs- und Leistungsbedarf aufweist, die über eine entsprechend ihrem Leistungsbedarf bemessene Spannungs-Herabsetzungsschaltung an die spannungsführenden Teile und das Schutzpotential angekoppelt ist, wobei die Anzeigeeinrichtung eine Mehrzahl von parallel betriebenen Anzeigeelementen mit je einem Anzeigefeld und einem Stromverbrauch höchstens im Mikroampere-Bereich aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Vorrichtungen der angegebenen Art ist entscheidend wichtig, daß die Anzeigeeinrichtung zuverlässig arbeitet, damit man sicher sein kann, daß bei Anzeige des abgeschalteten, spannungsfreien Zustandes auch tatsächlich dieser Zustand vorliegt und nicht etwa nur die Anzeigeeinrichtung defekt ist Eine solche Fehlanzeige kann eine Gefahr für das Bedienungspersonal darstellen und im Fall einer Steckverbindung dazu führen, daß die Verbindung unter Last getrennt und dabei durch Lichtbogenbildung beschädigt oder zerstört wird.

Bei einer bekannten Vorrichtung der angegebenen Art (US-PS 34 25 049) ist wegen der geschilderten Gefahren zusätzlich eine Möglichkeit vorgesehen, um für den Fall, daß die Anzeigeeinrichtung den spannungslosen Zustand anzeigt, die Kontrolleinrichtung unter eine Prüfspannung zu setzen. Wenn dabei die Anzeigeeinrichtung anspricht, kann man sicher sein, daß die Kontrolleinrichtung funktionsfähig ist und tatsächlich der angezeigte abgeschaltete Zustand vorliegt. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der US-PS 34 66 593 bekannt. Obwohl diese bekannten Vorrichtungen eine zuverlässige Feststellung der Funktionsfähigkeit der Kontrolleinrichtungen ermöglichen, besteht nach wie vor die Gefahr, daß ein Bedienungsmann die beschriebene Überprüfung nicht vornimmt, sei es aus Unkenntnis, Nachlässigkeit oder Bequemlichkeit, und daß es somit doch zu den beschriebenen gefahrvollen Ereignissen kommen kann, falls die Kontrolleinrichtung oder deren Anzeigeeinrichtung ausgefallen ist. Der gleiche Nachteil besteht auch bei anderen bekannten Verbindervorrichtungen für Hoch- und Mittelspannung, die keine Anzeigeeinrichtung, sondern nur eine Prüfelektrode aufweisen, die kapazitiv an die betriebsmäßig spannungsführenden Teile angeschlossen ist, so daß durch Anlegen eines Spannungsprüfers festgestellt werden kann, ob die Vorrichtung spannungslos ist (US-PS 33 90 331,

35 13 394, 35 38 440, 35 76 493, 37 36 505 und 39 06 477, kanadische Patentschrift 8 23 774).

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine elektrische Verbindervorrichtung der eingangs angegebenen Art mit einfachen Mitteln so zu gestalten, daß die Gefahr eines Irrtums bezüglich des Betriebszustandes weiter vermindert wird. Ηζ,φ der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer elektrischen Verbindervorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch dem ungeschuli-ui Betrachter und ohne zusätzliche Oberprüfung mit einem Blick erkennbar, ob die Anzeigeeinrichtung betriebsfähig ist; denn es ist so gut wie ausgeschlossen, daß sämtliche Anzeigeelemente ausgefallen sind, und man kann sich deshalb mit hoher Sicherheit darauf verlassen, daß die Vorrichtung tatsächlich spannungslos ist wenn keines der Anzeigeelemente einen unter Spannung stehenden Zustand anzeigt; durch die !Combination der Anzeigefelder zu einem leicht verständlichen Symbol ist die Bedeutung des Anzeigezu-Standes ohne weiteres sinnfällig. Es sind weder zusätzliche Geräte noch besondere Arbeitsgänge zur Oberprüfung erforderlich. Bei den Üblichen regelmäßigen Wartungsarbeiten kann mit einem Blick festgestellt werden, ob alle Anzeigeelemente den unter Spannung stehenden Betriebszustand anzeigen. Falls keines der Anzeigeelemente Spannung anzeigt, ist die Vorrichtung mit Sicherheit spannungslos. Falls nur eines oder einige der Anzeigeelemente Spannung anzeigen, zeigt dies einen teilweisen Ausfall der Anzeigeeinrichtung, beispielsweise infolge Alterung, an, und man kann dann die Anzeigeeinrichtung als Ganzes gegen eine neue Anzeigeeinrichtung austauschen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung nur einen Stromverbrauch höchstens im Mikroamperebereich aufweist braucht auch bei verhältnismäßig hohen Betriebsspannungen, beispielsweise 2OkV, nur eine sehr kleine Verlustleistung von der Spannungs-Herabsetzungsschaltung abgeführt zu werden. Bei einem Stromverbrauch von 2 Mikroampere beträgt bei der genannten Betriebsspannung von 20 kV die für die Anzeigeeinrichtung abzuzweigende Leistung nur 40 Milliwatt Derartige Leistungen können in Verbindervorrichtungen üblicher Größe verarbeitet werden, ohne daß störende Temperaturerhöhungen auftreten. Die bevorzugt verwendeten Flüssigkristall-Anzeigeelemente sind baulich einfach, platzsparend und billig, stellen praktisch reine kapazitive Verbraucher dar, kommen mit sehr geringen Scheinströmungen aus und haben einen praktisch vernachlässigbaren Wii kleistungsverbrauch, so daß auch eine verhältnismäßig große Anzahl von Flüssigkristall-Anzeigeelementen verwendet werden kann und demgemäß eine hohe Sicherheit erzielt werden kann und/oder auch komplizierte Symbole darstellbar sind.

Normalerweise wird der erfindungsgemäße Verbin- y> der in Mehrphasen-Netzen, also dementsprechend mehrfach, Verwendung finden. Dabei treten die oben beschriebenen Vorteile noch deutlicher in Erscheinung; denn es sind dann mehrere Anzeigeeinrichiungen mit je einer Mehrzahl von Anzeigefeldern vorhanden, und man kann sich mit Sicherheit darauf verlassen, daß die gesamte Mehrphasen-Verbindung spannungslos ist, wenn keines der Anzeigeelemente einen unter Spannung stehenden Zustand anzeigt.

Insgesamt wird somit bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der herrschende Betriebszustand ohne weitergehende Kontrollmaßnahmen selbsttätig mit hoher Zuverlässigkeil angezeigt, und zwar auch und gerade in dem FaIL daß ein Anzeigeelement ausgefallen ist so daß Irrtümer bezüglich des Betriebszustandes praktisch ausgeschlossen sind.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen, einer ei findungsgemäßen Verbindervorrichtung in Form eines Winkelsteckers,

Fig. 2 eine Teil-Draufsicht in Richtung des Pfeils II der F i g. 1 bei abgenommener Anzeigeeinrichtung,

Fig.3 eine schematische Teil-Radialschnittdarstellung nach der Linie IH-III der Fi g. 2 und

Fig.4 eine schematische Draufsicht (im Sinne der F i g. 2) auf die in F i g. 1 dargestellte Anzeigeeinrichtung.

Die Figuren zeigen eine elektrische Verbindervorrichtung 1 für 12/2OkV Mittelspannung und 200A Nennstrom in Form eines Winkelsteckers. Die Vorrichtung hat ein Gehäuse 3 aus elektrisch ieitendem Material, vorzugsweise Kunststoff, das an ein Schutzpotential, vorzugsweise Erdpotential, angeschlossen ist und eine statische Abschirmung bildet. In dem Gehäuse 3 sind betriebsmäßig spannungführende Teile 5 und ein diese Teile von dem Gehäuse 3 elektrisch isolierender Isolierkörper 7 angeordnet. Zum Unterscheiden des unter Spannung stehenden Betriebszustandes von einem spannungsfreien, abgeschalteten Zustand, in welchem der Winkelstecker gezogen werden darf, ist eine ständig in Betrieb befindliche Kontrolleinrichtung vorgesehen. Diese enthält eine an der Verbindervorrichtung 1 befindliche Anzeigeeinrichtung 9 mit einem geringen Spannungs- und Leistungsbedarf, die über eine entsprechend ihrem Leistungsbedarf bemessene Spannungs-Herabsetzungsschaltung 11 an die spannungsführenden Teile 5 und an das Gehäuse 3, also an das Schutzpotential, angekoppelt ist. Die Spannungs-Herabsetzungsschaltung enthält einen kapazitiven Widerstand unter Verwendung des Isolierkörpers 7 als Dielektrikum.

Die Anzeigeeinrichtung 9 enthält eine Mehrzahl von parallel betriebenen Anzeigeelementen 13,15,17,19,21 mit je einem Anzeigefeld und einem Stromverbrauch höchstens im Mikroamperebereich. Bei der dargestellten Ausführungsform ergänzen sich die Anzeigefelder zu einem leicht verständlichen Symbol in Form eines Hochspannungspfeils 23 (F i g. 4). Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Anzeigeelemente als Flüssigkristall-Anzeigeelemente ausgeführt, die in einem gemeinsamen plattenförmigen Träger 25 angeordnet sind. Das ist einfach und erleichtert Einbau und Austausch. Es kann zum Beispiel die in F i g. 4 dargestellte Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung einen plattenförmigen Träger mit den Abmessungen 38-16 mm aufweisen und bei einer Nennspannung von 4,5 Volt, 50 Hz, einen Scheinstrombedarf von insgesamt etwa 1,7 μA bei einem um etwa 4 Zehnerpotenzen geringeren, also praktisch vernachlässigbaren Wirkstrom haben; die Kapazität kann dabei z. B. 1,2 pF betragen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung 9 auf eine Elektrode 27 aufgebaut, die in einem Ausschnitt 29 des Gehäuses 3 isoliert von dem Gehäuse angeordnet ist. Die Elektrode 27 sitzt auf dem Isolierkörper 7 auf und ist in diesen teilweise eingebettet. Die den Ausschnitt 29 umgebenden Randteile des Gehäuses sind mit einem Flansch 31 ausgebildet. Die innen liegenden Randteile des Ausschnitts 29 sind ebenso wie die Elektrode 27 so geformt, daß das elektrische Feld zwischen den span-

nungsführenden Teilen 5 und dem Gehäuse 3 möglichst glatt und gleichmäßig verläuft.

Die spannungsführenden Teile 5 enthalten bei der dargestellten Ausführungsform einen metallischen hülsenförmigen Verbinder 33 und einen diese eng anliegend umgebenden Schlauch 35 aus elektrisch leitendem elastomeren Kunststoff, der Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Verbinders 33 ausgleicht und dadurch den Verlauf des elektrischen Feldes glättet.

Die Elektrode 27 stellt den einen Belag eines Kondensators dar, dessen zweiter Belag durch die spannungsführenden Teile 5 und dessen Dielektrikum von dem Isolierkörper 7 gebildet wird. Dieser Kondensator bildet einen kapazitiven Widerstand in der Spannungs-Herabsetzungsschaltung für den Betrieb der Anzeige- is einrichtung 9.

Die Anzeigeeinrichtung 9 ist auf der Außenseite der Elektrode 27 aufgebaut. Man erhält dadurch eine sehr kompakte Anordnung, die keiner langen weiteren Verbindungsleitungen bedarf. Die Anzeigeeinrichtung 9 muß groß genug sein, um im Betrieb ein Erkennen der Anzeige aus üblichen Beobachtungs-Entfernungen zu ermöglichen. Damit man die für die Anzeigeeinrichtung benötigte Betriebsspannung in gewünschter Weise einstellen kann, hat die Spannungs-Herabsetzungsschaltung einen freizügig wählbaren zweiten kapazitiven Widerstand 37, der mit dem vorbeschriebenen Kondensator in Reihe geschaltet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform wird dieser weitere kapazitive Widerstand von einem flachen Plattenkondensator 39 gebildet. Dieser ist baulich einfach, leicht austauschbar und platzsparend. Besonders zweckmäßig ist die Ausführung des Plattenkondensator aus einem mechanisch belastbaren Metall/Kunststoff-Laminat, das bei der dargestellten Ausführungsform aus einer dünnen Kunststoffplatte 41 mit beiderseits mittig aufgebrachten Metallbelägen 43, 45 besteht. Diese sind so gestaltet, daß sie einerseits mit der Elektrode 27 und andererseits mit wenigstens einer Anschlußstelle 47 auf der Unterseite der Anzeigeeinrichtung 9 in Kontakt stehen. Es genügt somit der mechanische Zusammenbau, um auch die elektrische Kontaktierung zwischen den genannten Teilen zu bewirken.

Die Anzeigeeinrichtung 9 ist lösbar befestigt, so daß sie im Bedarfsfall, insbesondere nach einem vorgegebenen Wartungsintervall von z. B. 3 Jahren, bequem ausgetauscht werden kann. Zweckmäßigerweise ist die Anzeigeeinrichtung 9 in aus elastischem Material bestehende Halteteile einrastbar und dadurch gleichzeitig elektrisch anschließbar. Das kann durch passende Bemessung der Anschlußstellen der Anzeigeeinrichtung 9 leicht bewirkt werden und hat den Vorteil, daß beim Zusammenbau keine besonderen Maßnahmen zum Herstellen von elektrischen Verbindungen erforderlich sind. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht das ganze Gehäuse 3 einschließlich des Flansches 31 aus elektrisch leitendem Kunststoff. Auf den Flansch 31 kann ein rahmenförmiges Halteteil 49 aus elektrisch leitfähigem elastomerem Kunststoff aufgesteckt und eingerastet werden. In dem Halteteil 49 ist ein Halteprofil 51 zum einrastenden Umfassen der plattenförmigen Anzeigeeinrichtung 9 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ferner ein weiteres Halteprofil 53 zum einrastenden Umfassen des Plattenkondensators 39 vorgesehen. Statt dessen kann auch der Plattenkondensator 39 einfach zwischengelegt werden.

Im zusammengebauten Zustand kontaktiert ein übergreifender Randabschnitt 55 des Halteteils 49 obere Anschlußbereiche, zum Beispiel 57 (F i g. 4) der Anzeigeeinrichtung 9 und verbindet diese elektrisch mit dem Gehäuse 3 und somit auch mit dem Schutzpotential. Auf der Unterseite der Anzeigeeinrichtung 9 steht die dort vorgesehene, allen Anzeigeelementen gemeinsame Anschlußstelle 47 mit dem oberen Belag 45 des Plattenkondensators 39 in Kontakt. Der untere Belag des Plattenkondensators 39 hat Kontakt mit der Elektrode 27. Es besteht somit die Spannungs-Herabsetzungsschaltung 11 aus der Reihenschaltung der Kapazität des Plattenkondensators 39 mit der Kapazität zwischen der Elektrode 27 und den spannungsführenden Teilen 5. Dadurch kann man, wie schon gesagt wurde, die Schaltung so auslegen, daß die Anzeigeeinrichtung 9 die richtige Betriebsspannung erhält. Ferner kann man die Auslegung dann so treffen, daß die Elektrode 27 bei abgenommener Anzeigeeinrichtung 9 eine Spannungs-Prüfelektrode üblicher Art darstellt. Im Halteteil 49 kann gewünschtenfalls der Raum des Plattenkondensators 39 und der Anzeigeeinrichtung aus gleichem Leitmaterial wie Halteteil 49 zu einem einzigen kompakten Teil ausgefüllt werden. Dann kann der Halteteil auch ohne die Anzeigeeinrichtung 9 und ohne den zweiten Kondensator 39 als übliche Abdeckhaube für die Elektrode 27 verwendet werden.

Es kann zweckmäßig sein, die Spannungs-Herabsetzungsschaltung so auszulegen, daß die an der Anzeigeeinrichtung 9 liegende elektrische Betriebsspannung trotz Änderungen der Spannung der spannungsführenden Teile 5 im wesentlichen konstant bleibt. Das kann zum Beispiel durch Verwendung eines Materials mit feldstärkeabhängiger relativer Dielektrizitätszahl, zum Beispiel Bariumtitanat BaTiO₃, als Dielektrikum im Plattenkondensator 39 erreicht werden, jedenfalls innerhalb gewisser Grenzen. Derartige Materialien sind an sich bekannt

In F i g. 4 sind der Deutlichkeit halber auch die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Anzeigefeldern und den am Rand des Trägers 25 liegenden Anschlußstellen, z. B. 57, schwarz eingezeichnet. Bei der tatsächlichen Ausführung sind diese Verbindungsleitungen normalerweise nicht zu sehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

5. Elektrische Verbindervorrichtung für Mitteloder Hochspannungskabel, insbesondere Steckverbinder wie Winkelstecker oder dergleichen, mit einem elektrisch leitenden Gehäuse (3), das an ein Schutzpotential, vorzugsweise Erdpotential, angeschlossen ist und vorzugsweise eine statische Abschirmung bildet, wobei betriebsmäßig spannungsführende Teile (5) und ein diese Teile von dem Gehäuse elektrisch isolierender Isolierkörper (7) in dem Gehäuse angeordnet sind, und einer ständig in Betrieb befindlichen Kontrolleinrichtung zum Unterschieden des unter Spannung stehenden Betriebszustandes von einem spannungsfreien, abgeschalteten Zustand, wobei die Kontrolleinrichtung eine an der vorrichtung befindliche Anzeigeeinrichtung (9) mit einem geringen Spannungs- und Leistungsbedarf - aufweist, die über eine entsprechend ihrem Leistungsbedarf bemessene Spannungs-Herabsetzungsschaltung (11), die vorzugsweise mit wenigstens einem kapazitiven Widerstand unter Verwendung des Isolierkörpers (7) als Dielektrikum ausgebildet ist, an die spannungsführenden Teile (5) und das Schutzpotential angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (9) eine Mehrzahl von parallel betriebenen Flüssigkristall-Anzeigeelementen (13, 15, 17, 19, 21) oder Anzeigeelementen mit vergleichbar niedrigem Stromverbrauch höchstens im Mikroampere-Bereich mit je einem Anzeigefeld aufweist, und daß die Anzeigefelder so angeordnet sind, daß im Anzeigezustand aller Anzeigeelemeiite die Anzeigefelder sich zu einem leicht verständlichen Symbol, insbesondere einem Hochspannungspfeil (23), ergänzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente in und von einem gemeinsamen plattenförmigen Träger (25) gehalten sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kontrolleinrichtung eine in einem Ausscnitt (29) des Gehäuses (3) isoliert von dem Gehäuse angeordnete, auf dem Isolierkörper aufsitzende Elektrode (27) aufweist, die als Belag eines einen kapazitiven Widerstand der Spannungs-Herabsetzungsschaltung (U) bildenden Kondensators ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (9) auf der Außenseite der Elektrode (27) aufgebaut ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektrode (27) und der Anzeigeeinrichtung (9) ein weiterer kapazitiver Widerstand vorgesehen ist, der ebenfalls einen Teil der Spannungs-Herabsetzungsschaltung (11) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere kapazitive Widerstand von einem flachen Plattenkondensator (39) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkondensator (39) aus einem mechanisch belastbaren Metall/Kunststoff-Laminat gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkondensator (39) äußere Beläge aufweist, die mit der Elektrode (27) bzw. wenigstens einer Anschlußstelle (z. B. 57) der Anzeigeeinrichtung (9) in Kontakt stehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der weitere kapazitive Widerstand klein gegen den erstgenannten kapazitiven Widerstand ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (9) lösbar befestigt ist

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (9) in aus elastischem Material bestehende Halteteile (51) einrastbar und dadurch gleichzeitig elektrisch anschließbar ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Halteteile (51) aus elektrisch leitendem elastomerem Kunststoff gebildetsind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Herabsetzungsschaltung zur Konstanthaltung der an der Anzeigeeinrichtung liegenden Be-

triebsspannung trotz Änderungen der Spannung der spannungsführenden Teile ausgelegt ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der weitere kapazitive Widerstand ein Dielektrikum mit einer feldstärkeabhängigen relativen Dielektrizitätszahl aufweist