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Verfahren zur Überprüfung eines Lichtbogensensors und
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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren gemäß dem Ober begriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2.
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Bei vollgekapselten Anordnungen von Schaltanlagen, insbesondere den
mit SF6-gasisolierten Anordnungen, könnten in seltenen Fällen Isolierfehler und
hieraus folgend Über- oder Durchschläge auftreten, deren Auswirkungen zur einer
Beschädigung des betreffenden Anlagenteiles fuhren können. F5 ist daher notwendig,
derartige Überschläge zu orten oder zumindest zu erfassen und dafür zu sorgen, daß
dle Störung angezeigt oder dadurch beendet wird, daF eine Schalthandlung zur abschaltung
des Lichtbogens vorgenommen wird. Insbesondere ist es wichtig, daß die AnzeIge oder
Abschaltung sehr schnell erfolgt.
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Aus der Zeitschrift "Elektrotechnik 64", Heft 6 vom 29.03.82, Seite
23 ff., insbesondere Seite 24, ist bekannt, ein Fühlerelement in Form einer Fotodiode
oder eines Fototransistors vorzusehen, dessen Ausgangssignal einer Erfassungs- und
Auswerteeinrichtung zugeführt wird, mit der dann der Lichtbogen praktisch abgeschaltet
wird. Eine derartige Erfassungsanordnung für Störlichtbögen in einer Schaltanlage
mi t einer Fotodiode ist auch aus der Patentanmeldung PA-S 124244, K1.VIIId/21d³,2
bekanntgeworden.
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Ein Problem besteht darin, daß bei Ausfall des Lichtbogensensors ein
tatsächlich anstehender Lichtbogen nicht mehr erfaßt werden kann. Aus diesem Grunde
ist es notwendig, den Lichtbogensensor selbst zu überprüfen.
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Eine derartige Überprtifun,n;sei.nrichtullg ist aus der DE-OS 22 16
238 sowie aus der DE-OS 28 56 188 bekanntgeworden.
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Nicht aber wi.rd bei den bekannten Einrichtungen eine Überprüfung
der Auswerteeinheit als solche vorgenommen.
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Ein Fehler dort hat i.m Prinzip die gleiche Auswirkung, wie ein Fehler
arm Lichtbogensensor: wenn dann ein Lichtbogen auftritt, wird er zwar von dem Lichtbogensensor
erfaßt, nicht aber von der Auswerteeinrichtung "weitergegeben" aufgabe der Erfindung
ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem nicht nur
der Lichtbogensensor ständig ohne Betriebsunterbrechung überwacht, sondern mit dem
auch die Auswerteeinrichtung auf Funktionsfähigkeit überprüft wird. Ferner soll
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1.
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Die Prüflichtimpulse, die immer zeitlich begrenzt, also nicht Dauerlicht
sind, werden gemaß kennzeichnenden@ TFi 1 des Anspruches 2 zeitlich aufeinander
so abgestimmt, eine optimale Wirkung erreicht wird.
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Die Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durch- bzw.
ausgeführt wird und die gemäß dcm Oberbegriff des Anspruches 4 ausgebildet ist,
ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruches 24.
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Wenn man einen passiven Lichtsensor, insbesondere denjenigen de DE-OS
28 56 188 verwendet, dann ist der erste Lichtleiter auf zwei opto-elektronische
Wandler aufgeschaltet, die mit der Auswerteeinheit oder Auswerteeinrichtung verbunden
sind.
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Die Arbeitsweise des Verfahrens sowie die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist wie folgt: Der sogenannte passive Lichtbogensensor wird einer ständigen
zyklischen Funktionsprüfung mit einer Zykluszeit in der Größenordnugn von Sekunden
ohne jegliche Betriebsuiiterbrechung unterworfen, damit Veränderungen, die eine
Funktionsabsenkung bedeuten, wie z.B. eine Trübung der lichtführenden Teile, ein
dämpfender Beschlag oder Veränderungen der Oberfläche des Sensors, Unterbrechung
des meldenden Lichtquellenleiters oder Ausfall aktiver Bauelemente in der Auswerteeinrichtung,
die das ankommende Licht in elektrisches Signal umwandelt, sofort erkannt und gemeldet
werden können. Zu diesem Zweck werden dem Lichtbogensensor von dem Prüflichtimpulsgenerator
Prüflichtimpulse in bestimmten Zeitabständen zugeführt, die dann den beiden optoelektronischen
Wandlern zugeführt werden. Wenn eine Trübung des Lichtbogensensors oder der Lichtwellenleiter
erfolgt ist, dann geben beide opto-elektronische Wandler ein gleiches Signal an
die Auswerteeinrichtung selbst
ab.
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Wenn nur ein opto-elektronischer Wandler vorgesehen ist, dann kann
nicht sofort erkannt werden, ob ein Fehler im Lichtbogensensor, oder im elektronischen
Wandler vorliegt. Aus diesem Grunde sind zwei elektronische Wandler vorgesehen,
die - wie oben ausgeführt - beide gleichzeitig das vom Lichtbogensensor herkommende
Signal aufnehmen. Filit einer der bei den Wandler aus, bzw. ist <n einem der
beiden Wandler ein Fehler aufgetreten, der eine sogenannte Über- oder Unterfunktion
seii kann, dann sind die von den beiden Wandlern abgegebenen, durch die Prüfimpulse
verursachten Ausgangssignale zwar unterschiedlich, aber wegen des zeitlichen Zusammenhangs
zwischen den abgegebenen Prüflichtimpulsen und den Ausgangssignalen der opto-elektronischen
Wandler eine klare Zuordnung ohne weiteres möglich. Problematischer ist die Situation,
wenn zwischen den Prüfimpulsen eine unterschiedliche Signalisierung von den opto-elektronischen
Wandlern herkommt. Erfolgt z.B. bei den beiden opto-elektroni chen Wandler zwischen
den Prüfimpulsen eine unterschiedliche Signalisierung, in dem ein Wandler einen
Lichtbogen meldet und der andere nicht, so liegt entweder ein Lichtbogenfehler und
eine Unterfunktion des nicht signalisierenden Wandlers vor oder eine Überfunkti
on des signalisierenden Wandlers. Eine Aufklärung der Ursache kann dann durch die
sogenannte spontane Prüfung mit einem Prüfimpuls, der zwischen den sogenannten normalen
Prüfimpulen liegt, erfolgen.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestelt ist, sollen die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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Es Zeigt: Fig. 1 . eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Lichtbogensensor, der zweckmäßigerweise bei
der Anordnung gemäß Fig. 1 Verwendung findet, Fig. 3 die zeitliche Abfolge der Prüflichtimpulse.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße
Verfahren wird in einer SF6-gasiselierten Schaltanlage eingesetzt. Die Sehaltanlge
besitzt eine Kapselung, die durch die strlchpunktierte Linie 10 schematisch dargestellt
ist. Der schraffierte Bereich ist dann der Raum innerhalb der Kapselung In die Kapselung
ist ein passiver Lichtsensor 12 eingesetzt, dessen Aufbau schematireh in der Fig.
2 dargestellt ist. Der passive Liehtsensor besitzt ein Gehäuse aus Acrylglas 14,
in dem zwei Bohrungen 16 beziehungsweise 18 eingebracht sind, in die Lichtleiter
20/22 eingesetzt sind. Die Lichtleiter 22 ist dabei gegenüber dem Lichtleiter 20
zurijckgesetzt. Die Oberfläche bzw.
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die freie Endfläche des Zylinders 14 ist mit einer sammellinsenförmigen
Fläche 24 versehen, die mit einem ebenen Bereich 26, der senkrecht zur Mittelachse
verläuft, ausgebildet ist. Der Zylinder 14 ist mit einer Abdeckkappe 28 abgedeckt,
die einen mit Löchern 30 versehenen perforierten Bereich 32 aufweist. Die Abdeckkappe
besitzt ferner einen Spiegelbereich 94, der auf
seiner Innenfläche
verspiegelt ist und etwa im Bereich zwischen den beiden Lichtleitern - in deren
Verlängerung - liegt. Der Lichtleiter 20 ist der Lichtleiter für die Lichtbogenerfassung,
also der eigentliche Sensor-Lichtleiter. Der Lichtleiter 22 ist der Lichtleiter,
der Prüflichtimpulse abgibt. Die Prüflichtimpulse sind in der Fig. 2 mit der Bezugsziffer
15 bezeichnet. Sie treten aus dem Ende des Lichtleiters 22 aus und durchstrahlen
deii zylindrischen Körper 14 bis hin zur Sammeilinsenendfläche und werden dort hin
zur Mitte gebrochen, so daß sie einen Bereich zwischen der Sammellinsenendfläche
und der Spiegel fläche des Spi.egelbereiche,j 34 durchqueren müssen. Von dort werden
sie reflektiert hin zur Endfläche des zylindrischen Körpers 14 und gelangen -dann
in den Lichtleiter 20 und von dort zu einer Auswerteeinrichtung. Wenn ein Lichtbogen
in der Kapselung auftritt, dann werden die von dem Lichtbogen erzeugten Lichtstrahlen
durch die Löcher 30 der Abdeckkappe 28 auf die Fläche 24 auftreffen und von dort
gemäß Pfeilrichtung 38 in den Lichtwellenleiter 20 gelangen.
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Der Lichtwellenleiter oder Lichtleiter 20 (siehe Fig. 1) wird zwei
opto-elektronischen Wandlern 40 und 1+2 zugeführt, und zwar dem optischen Bereich
dieser beiden Wandler, und de dabei erzeugten elektrischen Signale werden über Leitungen
44 und 46 einer Auswerteeinrichtung 48 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 58 bewirl:t
entweder eine akustische oder eine optische Anzeige (Pfeile A); es besteht natürlich
auch die Möglichkeit, daß die Auswerteeinrichtung ds Ausschalten des Lichtbogens
ansteuert, beispielsweise wie es in der Literaturstelle Elektrotechnik, 64" Heft
6 vom 29.03.1982, Seite 24, oder in sonstigen Literaturstellen beschrieben worden
ist.
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Die Auswerteeinrichtung 58 steuert einen Prüflichtgenerator 60 an,
in dem zwei eigenständige Quellen für Lichtimpulse vorhanden sind, beispielsweise
Computerblitzlampen, die mit einer Frequenz von kleiner 1 Hz Lichtimpulse der Dauer
von ca. 100 µsec. aussenden. Die beiden Quellen sind zwangssynchronisiert und gegeneinander
um eine halbe Periodendauer T versetzt (siche auch Fig. 3).
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Der Ausgang des Prüflichtimpulsgenerators ist auf den Lichtwellenleiter
oder Lichtlei ter 22 aufgeschaltet, der die Prüflichtimpulse zum Lichtbogensensor
fortleitet.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun wie folgt: Wie aus der Fig.
3 ersichtlich ist, werden Prüfliehtimpulse zweier Prüflichtquellen 60.1 bzw. 0.2
zwangssynchronisiert, der Gestalt, daß der Prüflichtimpuls PI11 gegenüber dem Prüflichtimpuls
Pl21 bzw. der Prüf lichtimpuls PI21 gegenüber dem Prüflichtimpuls PI12 und dieser
wiederum gegenüber dem Prüflichtimpuls PI22 jeweils um eine halbe Periodendauer
versetzt ist. Die Zeit zwischen den beiden Prüflichtimpulsen PI wird zum Aufladen
bzw. zur Regeneration der Lichtquellen verwendet, und zar in dem Bereich I.Z, und
in dem Zeitbereich DZ sind beide Prüflichtquellen bereit für eine sogenannte spontane
Prüfung.
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Die Wirkungsweise ist wie folgt: Liegt ein Lichtbogenfehler vor, dann
zeigen beide optoelektronische Wandler 40 und 42, wenn beide noch funktionsfähig
sind, diesen Lichtbogen gleichzeitig an und aus diesem Grunde wird die Auswerteeinrichtung
58 tätig.
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Liegt; ein Lichtbogenfehler in Verbindung mit einer Unterfunktion
eines Wandlers vor, dann meldet die
Auswerteeinheit 58 zunächst
nicht, sondern veranlaßt den Prüflichtgenerator 60 zwischen den normalen Prüflichtimpulsen
einen zusatzlichen sogenannten spontanen Impulse zu erzeugen; dieser Prüfimpuls
wird von dem Wandler, der den Lichtbogen nicht anzeigt, nicht gemeldet, da er vom
Licht des Lichtbogens überdeckt ist. Er wird ebenso nicht von dem Wandler in Unterfunktion
gemeldet. Daher erfolgt eine Meldung durch die Auswerteeinheit 58 bzw. Auslösung.
Wenn andererseits ein Lichtbogen nicht vorhanden ist, von einem der beiden Wandler
40 oder 42 jedoch ein Lichtbogen gemeldet wird, dann meldet der ursprünglich nicht
signalisierende Wandler diesen spontanen Prüfimpuls, und aus dem zeitlichen Zusammenhang
zwischen dem sogenannten spontanen, von der Auswerteeinrichtung 58 angesteuerten
Prüfimpuls und der Meldung durch den ursprünglich nicht signalisierenden Wandler
kann auf eine Fehlfunktion des anderen Wandlers geschlossen werden.
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Sollte darüber hinaus auch noch der Prüflichtimpulsgenerator fehlerhaft
sein, also ein Doppelfehler im System vor3iegen, so wird die Auswerteeinheit wegen
der unveränderten Si.gnal.isierung auf Lichtbogenfehler entscheiden und dementsprechend
reagieren.
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Die Erfindung ist natürlich nicht nur bei einem Sensor gemäß der Fig.
2 einzusetzen, sondern kann natürlich auch bei jedem anderen Sensor Verwendung finden.
Wichtig ist nur, daß das Ausgangssignal des Lichtbogenscnsors mindestens zwei Erfassungselementen
(die bei der Au.sgestaltung gemäß der Fig. 1 opto-elektronische Wandler sind) zugeführt
wird, und daß die Auswerteeinrichtung 58 so ausgebildet ist, daß sie bei einer unterschiedlichen
Signalisierung durch die beiden Erfassungselemente in der Zeit zwischen zwei normalen
Prüfimpulsen einen
sogenannten spontanen Prüfimpuls ansteuert,
aus dem aufgrund des zeitlichen Zusammenhangs zwischen diesem spontanen Prüfimpuls
und der Anzeige oder des Ansprechens der Flemente auf einen Lichtbogen oder einen
Fehler geschlossen werden kann.