DE3727950A1

DE3727950A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von spannungspruefungen und -messungen an einer mittel- oder hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE3727950A1
Application number: DE19873727950
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Kries; Guenter Mohr
Original assignee: Jordan Georg GmbH
Current assignee: Jordan Georg GmbH
Priority date: 1986-08-28
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1988-03-10
Also published as: DE3727950C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (entspre chend dem Oberbegriff des Anspruches 1) zur Durch führung von Spannungprüfungen und -messungen an einer Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage.

Zu diesen Spannungsprüfungen und -messungen gehö ren insbesondere das Prüfen der Schaltanlage auf Spannungsfreiheit, die Prüfung auf Phasengleich heit sowie die Messung der Betriebsspannung.

Für das Feststellen der Spannungsfreiheit von Schaltanlagen werden vielfach bewegliche Spannungsprüfer eingesetzt. Bei metallgekapsel ten Schaltanlagen und bei Freiluft-Schaltanlagen ist ihre Anwendung jedoch sehr problematisch. Zum Einführen des Spannungsprüfers in Schaltfelder muß nämlich die Metallkapselung durch das Öffnen einer Tür oder einer Klappe teilweise aufgehoben werden. Hierdurch wird die Störlichtbogenfestigkeit der Schaltanlage beeinträchtigt und das Personal wäh rend der Spannungsprüfung erhöhten Gefahren aus gesetzt. Bei gasisolierten Schaltanlagen ist der Einsatz beweglicher Spannungsprüfer nur mit hohem technischen Aufwand möglich.

Aus den genannten Gründen werden seit einiger Zeit neue Vorrichtungen zum Prüfen der Spannungsfreiheit eingesetzt. Sie müssen jedoch bereits bei der Kon struktion der Schaltanlage berücksichtigt werden und sind deshalb nicht universell einsetzbar. Ihre Berührungssicherheit ist im Störungsfall nicht ge währleistet.

Bei luftisolierten Schaltanlagen werden sogenann te Teilerstützer verwendet. Ihre Wirkung beruht auf einer kapazitiven Spannungsteilung der Leiter spannung zwischen Phase und Erde. Zur Bildung der phasenseitigen Kapazität wird im Teilerstützer eine Koppelelektrode eingegossen. Als meßtechnischer Ab griff dient die Befestigungsschraube des Stützers, die nunmehr gegen Erde isoliert werden muß. Die erd seitige Kapazität wird durch die Eigenkapazität der niederspannungsseitigen Verbindungsleitungen gebil det. Sie muß in einem festen Verhältnis zur vorge gebenen Kapazität der Koppelelektrode stehen. Zwangs läufig ist die Leitungslänge und die Leitungsform für das Spannungsteilerverhältnis und damit für die Höhe der Meßspannung bestimmend.

Für gasisolierte Schaltanlagen finden gleichfalls Teilerstützer Verwendung. Da jedoch das Herausfüh ren der Leitung aus dem Dichtbereich der Metall kapselung mit einer zusätzlichen Dichtungsmaßnahme verbunden wäre und eine Erhöhung der Gas-Leck-Ra te zur Folge hätte, wird in der Regel eine kapazi tive Ankoppelung an der Leiterspannung außerhalb der Metallkapselung der Schaltanlage durchgeführt. Hierfür sind Kabeldurchführungen, Stromwandler und Kabelsteck-Endverschlüsse geeignet. Anstelle einer speziellen Koppelelektrode werden dabei die vor handenen Feldsteuerbeläge zur Spannungsmessung herangezogen.

Die vorstehend geschilderten bekannten Vorrichtun gen zum Prüfen von Mittel- oder Hochspannungsschalt anlagen auf Spannungsfreiheit sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet.

So erfordert das kapazitive Teilerverhältnis defi nierte und konstante Kapazitätswerte, die auf die Betriebsspannung der Schaltanlage und auf die er forderliche Meßspannung abzustimmen sind. Während beispielsweise die Kapazität der Koppelelektrode eines Teilerstützers 10-30 pF betragen kann, be trägt die Kapazität eines Feldsteuerbelages nur we nige pF. Dies bedeutet, daß die Länge der Verbin dungsleitung und damit die Meßspannung eng begrenzt ist und bei Überschreiten von wenigen m Leitungslän ge am Anzeigeinstrument keine ausreichende Meßspan nung zur Verfügung steht.

Es ist ferner nicht auszuschließen, daß die Isolation eines Kabelsteck-Endverschlusses oder die Isolation zwischen der Koppelelektrode eines Teilerstützers schadhaft wird und es zu einem Durchschlag kommt, der Hochspannung auf die Niederspannungsseite übertreten läßt. Mit einem Überspannungsableiter, der zwischen Koppelelektrode und Erde des Teilerstützers oder zwi schen Feldsteuerbelag und geerdetem Kabelschirm ange geschlossen wird, läßt sich die Gefahr des Über tretens von Hochspannung auf die Niederspannungs seite im Störungsfall nicht generell vermeiden. Es ist daher ein erhöhter Berührungsschutz durch dop pelte Isolation und damit ein zusätzlicher techni scher Aufwand erforderlich.

In luftisolierten Anlagen müssen ferner die Meßlei tungen zwischen dem Teilerstützer und den Anschluß stellen der Anzeigeinstrumente innerhalb der Schalt anlage so verlegt werden, daß sie nicht in den Be reich eines Lichtbogens kommen, der beim Durchschlag der Luftisolation auftreten kann. Zur Erzielung einer definierten Kapazität der Verbindungsleitung werden bevorzugt Koaxialleitungen mit geerdetem Schirm ver wendet. In eng gebauten Schaltfeldern muß deshalb die Verlegung dieser Verbindungsleitungen zum Schutz gegen Lichtbogeneinwirkungen in Schutzrohren erfol gen. Dies ist auch deshalb zwingend erforderlich, weil diese Verbindungsleitungen bei der Funktionsprüfung des Spannungsprüfers nicht mit einbezogen werden.

Ähnliche Probleme treten - wie im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Er findung noch näher erläutert wird - auch bei der Durchführung von Phasenvergleichsmessungen sowie bei der Messung der Betriebsspannung in Mittelspan nungs- und Hochspannungsschaltanlagen auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung (entsprechend dem Oberbegriff des An spruches 1) zur Durchführung von Spannungsprüfun gen und -messungen an einer Mittel- oder Hoch spannungsschaltanlage zu entwickeln, die sich durch größtmögliche elektrische und mechanische Entkopplung zwischen Meßort und Anzeige auszeich net, bei der insbesondere unabhängig von der Län ge der Verbindungsleitung eine zuverlässige An zeige gewährleistet ist, die kleine Abmessungen besitzt und unempfindlich gegen Störungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung zum Prüfen einer Schaltanlage auf Spannungsfreiheit,

Fig. 2 eine Schemadarstellung von Einzelheiten der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die für das Verständ nis der Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Schemadarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zum Prüfen einer Schaltanlage auf Span nungsfreiheit,

Fig. 5 eine Schemadarstellung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Phasenvergleichs messung in einer Schaltanlage,

Fig. 6.1 und 6.2 Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine Schemadarstellung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Messung der Be triebsspannung in einer Schaltanlage,

Fig. 8 eine Detaildarstellung zum Ausführungs beispiel gemäß Fig. 7.

Die in den Fig. 1 bis 3 als erstes Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellte Vorrichtung dient zum Prüfen einer Mittel- oder Hochspannungsschalt anlage auf Spannungsfreiheit. Die Vorrichtung ent hält einen Teilerstützer 1 mit einer eingegossenen Koppelelektrode 2. Die Ka pazität zwischen der Sammelschiene 3 der metallge kapselten Schaltanlage 4 und der Koppelelektrode 2 ist in der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 1 mit C ₁ bezeichnet.

An die Koppelelektrode 2 (mit der Kapazität C ₁) ist ein optoelektronischer Sensor 5 angeschlossen, der einen Kondensator C ₂ mit definiertem Kapazitätswert enthält. Die Kapazität C ₁ der Koppelelektrode 2 und der Kondensator C ₂ bilden einen kapazitiven Span nungsteiler zwischen der Sammelschiene 3 und Erde.

Parallel zum Kondensator C ₂ liegt die Reihenschal tung eines Widerstandes R ₁ und eines Flüssigkristall anzeigeelementes (LCD) 6. Die LCD 6 wird über einen Reflexionstastkopf 7 abgetastet, der über einen Licht leiter 8 mit einem ortsveränderlichen Sende-Empfangs gerät 9 verbunden ist.

Die wesentlichen Merkmale des konstruktiven Aufbaus gehen aus Fig. 3 hervor:

Der Teilerstützer 1 ist mittels einer in den Stützer fuß eingreifenden Befestigungsschraube 10 am Schalt anlagengerüst 11 gehaltert. Dabei ist die Befestigungs schraube 10 von der Koppelelektrode 2 isoliert und über das Schaltanlagengerüst 11 geerdet.

Im Bereich des Stützerfußes ist der Teilerstützer 1 mit einer seitlich eingegossenen Gewindebuchse 12 ver sehen, die über einen Lötstift 13 und einen Stütz ring 14 an die Koppelelektrode 2 angeschlossen ist. Es versteht sich, daß die Verbindung zwischen der Koppelelektrode 2 und der Gewindebuchse 12 auch in anderer Weise, beispielsweise unmittelbar durch einen umgebördelten unteren Rand der Koppelelektrode 2, her gestellt werden kann.

In die Gewindebuchse 12 ist ein Gewindekörper 15 ein geschraubt, in den ein Gewindebolzen 16 eingreift, der zur Befestigung des Gehäuses 17 des Sensors 5 am Tei lerstützer 1 dient. Zugleich stellt dieser Gewindebol zen 16 die Verbindung (über eine Anschlußlasche 18) zwischen der Koppelelektrode 2 und dem Kondensator C her, der als Teil der elektronischen Bauelemente 19 des Sensors 5 auf einer Platine 20 angeordnet ist.

Zur Erzielung einer ausreichenden Kriechweglänge zwi schen dem Kopf und dem Fuß des Teilerstützers 1 ist der die Anschlußzone für den optoelektronischen Sen sors 5 bildende Umfangsbereich des Teilerstützers 1 mit einem dachförmig vorstehenden Gießharzwulst 21 versehen.

Die Unterseite 22 des Stützerfußes ist metallisiert und über das Schaltanlagengerüst 11 geerdet. Diese ge erdete Unterseite des Stützerfußes ist ferner über eine Kontaktfeder 23 und einen am stützerseitigen Ende des Sensorgehäuses 17 vorgesehenen Kontaktring 24 mit dem Sensor 5 verbunden.

Das Gehäuse 17 des Sensors 5 ist durch eine Schraub kappe 25 verschlossen, die eine Überwurfmutter 26 zur Zugentlastung des Lichtleiters 8 aufweist. Zwi schen dem Gehäuse 17 und der Schraubkappe 25 ist eine Dichtung 27 vorgesehen. Eine weitere Dichtung 28 befindet sich in der Überwurfmutter 26.

Der Lichtleiter 8 ist an einem Element 29 befestigt. Die LCD 6 ist durch Abstandselemente 30 zwischen der Platine 20 und dem Element 29 gehalten. Der Reflexions tastkopf 7 steht der LCD 6 in einem definierten Ab stand gegenüber. Die Anschlußlasche für die Erdver bindung des Sensors 5 ist mit 31 bezeichnet.

Die Funktion der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführung eines mit Flüssigkristallanzeige versehenen optoelektronischen Sensors ist folgendermaßen:

Durch den von der Koppelelektrode 2 (Kapazität C ₁) und den Kondensator C ₂ gebildeten kapazitiven Teiler wird die Betriebsspannung der Schaltanlage auf die zulässi ge Betriebsspannung eines Flüssigkristallanzeigeelemen tes (LCD) herabgesetzt. Die am Kondensator C ₂ auftre tende Spannung bildet dabei die Betriebsspannung der Anzeigeeinrichtung. Auf diese Weise wird die Meßspan nung, die gleichzeitig als Betriebsspannung für die LCD 6 anzusehen ist, unabhängig von äußeren Einflüs sen und unabhängig von der Entfernung zwischen dem Tei lerstützer 1 und der Anschlußstelle für das ortsverän derliche Sende-Empfangsgerät 9.

Die Auswertung der LCD-Anzeige erfolgt durch das Sende-Empfangsgerät 9 im Reflexionsverfahren. Das Sende-Empfangsgerät 9 enthält zu diesem Zweck einen in Fig. 1 schematisch angedeuteten Sender S und einen Empfänger E.

Zur Übertragung der Reflexions-Lichtabtastung zwi schen dem Sende-Empfangsgerät 9 und der LCD 6 wird ein kunststoffisolierter Glas-Lichtleiter 8 in Duplex ausführung verwendet, der aus der Metallkapselung der Schaltanlage auf eine gut zugängliche Lichtleiter-Kupp lung 32 herausgeführt wird.

Zweckmäßig ist für die Meß- und Betriebsspannung der LCD eine Blinkschaltung, die auch vom Sende-Empfangs gerät 9 erfaßt und bei anstehender Spannung im selben Blinkintervall von etwa zwei Lichtzeichen pro s wie dergegeben wird. Zur Fernübertragung über größere Ent fernungen läßt sich das Sende-Empfangsgerät mit einem Hilfsrelais ausrüsten.

Das Sende-Empfangsgerät wird in Dunkelschaltung betrie ben. Nach dem Aufstecken auf die Lichtleiter-Kupplung 32 wird die Prüftaste betätigt, die das Gerät einschaltet. Folgende Zustände werden erfaßt:

a) Spannung steht an:
Durch die am Kondensator C ₂ auftretende Spannung wird an der LCD eine Flüssigkristallanzeige angelegt. Bei der Dunkelschaltung wird ein angesteuertes Segment oder eine dunkle Marke auf einem hellen Unter grund als Signal ausgewertet; im Sende-Empfangs gerät 9 wird eine rote LED (licht-emittierende Diode) über eine Blinkschaltung eingeschaltet. Als Schaltkriterium dient somit der Kontrast unterschied zwischen hell und dunkel. Der Duplex- Lichtleiter 8 ist auf diese Marke über das Ab standselement 30 (Fig. 3) justiert.
Der vom Sende-Empfangsgerät 9 ausgehende Licht strahl wird auf der dunklen Marke des LCD 6 we niger stark reflektiert; der Anteil des reflek tierten Lichts ist also geringer als der mit der Empfindlichkeitseinstellung des Sende-Empfangs gerätes 9 eingestellte Wert.
In der einfachsten Ausführung wird die LCD 6 ohne Oszillator direkt vom Hochspannungsnetz über den kapazitiven Teiler mit Energie (Frequenz 50 oder 60 Hz) versorgt. Ihr geringer Eigenbedarf (klei ner als 1 µA) pro Segment ermöglicht eine An kopplung an Koppelelektrode oder Feldsteuerbelä ge mit wenigen pF. Ihr großer Betriebsspannungs bereich bietet Gewähr für eine zuverlässige Funk tion auch bei gestörtem Netzbetrieb (z. B. bei Erd schluß-Überspannungen).
b) Spannungsfrei:
Die LCD 6 bietet keine Anzeige. Die Empfindlich keitsanzeige des Sende-Empfangsgerätes 9 dient nun mehr als Meßkriterium. Die Innenschaltung des Sende-Empfangsgerätes 9 läßt jetzt eine grüne LED leuchten.
c) Übergang vom Zustand "Spannung steht an" auf Zu stand "Spannungsfrei":
Die dunkle Marke auf der LCD 6 verschwindet. Der vom Sende-Empfangsgerät 9 ausgehende Lichtstrahl wird auf dem hellen Untergrund stark reflektiert. Der mit der Empfindlichkeitseinstellung festgeleg te Lichtwert wird wieder erreicht und dient als Meßkriterium zur Einschaltung einer grünen LED.
d) Störung:
Der Lichtleiter 8 ist unterbrochen oder die Batte riespannung ist unzureichend. In diesem Zustand er folgt keine Anzeige im Sende-Empfangsgerät.

Im Zustand a) oder b) ist jeweils eine Eigenprüfung des Sende-Empfangsgerätes 9 und des Lichtleiters 8 entsprechend der Prüfvorschrift für Spannungsprüfer enthalten. Eine weitere Funktionskontrolle des gesam ten Systems wird durch Umsetzen des Sende-Empfangsge rätes 9 auf die Lichtleiterkupplung eines anderen Phasenanschlusses ermöglicht.

Zu dem beim eben beschriebenen Ausführungsbeispiel be nutzten Reflexions -Verfahren sei allgemein noch auf folgendes hingewiesen:

Eine weitere Variante zum oben beschriebenen Ver fahren besteht in der Verwendung einer sogenannten transmissiven Flüssigkristall-Anzeige. Hierbei fin det eine LCD-Ausführung Verwendung, die keinen Hin tergrund-Reflektor trägt und deshalb zur Lichtre flexion einen separaten Spiegel (Trippel-Spiegel) auf der Rückseite der LCD benötigt. Bei diesem Re flexions-System kann die Anzeige der LCD als kör perliche Unterbrechung des Lichtstrahles nach dem Reflexions-Lichtschranken-Prinzip genutzt werden.

Im Sende-Empfangsgerät 9 ist in einem einzigen Ge häuse die Stromversorgung, der Lichtsender S, der Lichtempfänger E und die Schalteinrichtung zur An zeige von Überwachungszuständen untergebracht.

Wenn im optoelektronischen Sensor eine reflektive LCD-Anzeige eingesetzt wird, kommt das Reflexions- Tastverfahren zur Anwendung. Als Meßkriterium dient die Veränderung der Lichtintensität des vom Objekt reflektierten und vom Empfänger aufgenommenen Lich tes.

Wird dagegen eine transmissive LCD-Anzeige eingesetzt, ist das Reflexions-Lichtschranken-Prinzip zweckmäßig. Der hierfür im Sensor zusätzlich erforderliche Spie gel führt lediglich zur Vergrößerung der Baulänge des Sensors.

In der Praxis hat sich der Wechsellichtbetrieb ge genüber dem Gleichlichtbetrieb durchgesetzt. Beim Wechsellichtbetrieb erzeugt ein im Gerät eingebau ter Generator eine impulsförmige Spannung, die einer LED zugeführt wird und diese zur Lichtemission von kurz aufeinander folgenden Lichtblitzen veranlaßt.

Die Impulsleistung beträgt dabei ein Vielfaches der Dauerstrichleistung, so daß im Vergleich zu Dauer licht mit sehr viel kleinerer Energie eine große Impuls-Lichtleistung erzielt wird. Da der Licht empfänger nur auf gepulstes Wechsellicht ansprechen soll, kann die Empfindlichkeit des Verstärkers im Signalumformer des Send-Empfangsgerätes hoch einge stellt werden, zumal bei der gewählten Ausführung kein Fremdlicht die Anzeige beeinflussen kann. Bei dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor mit Reflexionstastung an einer LCD kann die Tastweite TW (vgl. Fig. 2) im Sensor 5 auf ein sehr kleines Maß eingestellt und damit die vom Sende-Empfangs gerät 9 über eine Batterie aufzubringende Licht energie klein gehalten werden.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungs beispiel der Erfindung enthält der optoelektronische Sensor 5 eine Glimmlampe 33. Die Lichtenergie wird über die Kapazität C ₁ der Koppelelektrode 2 und den Kondensator C ₂ des kapazitiven Teilers aus dem Hoch spannungsnetz bezogen. An den Kondensator C ₂ ist über einen Widerstand R ₁ eine Gleichrichterbrücke 34 ange schlossen, mit deren Ausgang ein Kondensator C ₃ ver bunden ist. Parallel zum Kondensator C ₃ liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes R ₂ und der Glimm lampe 33.

An dem dem Sensor 5 abgewandten Ende des Lichtleiters 8 ist eine Lichtleiter-Linsenoptik 35 vorgesehen.

Die Funktion des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 4 ist damit folgendermaßen:

Der Kondensator C ₃ wird jeweils nach dem Zünden der Glimmlampe 33 entsprechend der Zeitkonstante des Krei ses entladen und danach wieder geladen. Das von dieser Blinkschaltung erzeugte Wechsel- oder Blinklicht wird über den Lichtleiter 8 aus dem Sensor 5 und der Metall kapselung der Schaltanlage 4 herausgeführt und über die Lichtleiter-Linsenoptik 35 sichtbar gemacht.

Die für die Anzeige benötigte Energie wird aus dem Hochspannungsnetz entnommen; eine gesonderte Fremd spannungsquelle ist daher nicht erforderlich. Bei dieser Ausführungsform ist andererseits eine Eigen prüfung bzw. Funktionsprüfung nicht möglich. Die Länge des Lichtleiters 8 ist ferner hier begrenzt.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der dargestellen Ausführungsbeispiele möglich. So kann man beispielsweise den Fuß des Teilerstützers 1 mit zwei diametral einander gegenüberliegenden An schlußmöglichkeiten für den optoelektronischen Sen sor 5 versehen, um unabhängig vom jeweiligen Einbau des Teilerstützers den optoelektronischen Sensor be quem anschließen zu können.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt in der elektrischen Entkopplung zwischen Meßort und Anzei ge. Sie ermöglicht eine absolut berührungssichere Verbindung zwischen dem Meßort im Hochspannungsbe reich und dem Anzeige- und Bedienungsbereich der Schaltanlage.

In Fig. 5 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorrichtung zur Phasenvergleichs messung in einer Mittel- oder Hochspannungsschalt anlage veranschaulicht.

Beim Anschluß von Kabeln in Schaltanlagen ist auf Phasengleichheit zwischen der Anschlußsteile und dem anzuschließenden Kabel zu achten. Vor Inbe triebnahme eines Neuanschlusses und vor dem Ein schaltvorgang ist deshalb eine Vergleichsmessung mit einem zweipoligen Spannungsprüfer zweckmäßig.

Wie eingangs bereits erläutert, ist es äußerst problematisch, den Prüfstab eines Spannungsprü fers oder gar die beiden Prüfstäbe eines Phasen vergleichsmeßgerätes in die Schaltanlage einzufüh ren. Dies hat zur Verwendung von Prüfgeräten ge führt, die über galvanische Verbindungen zwischen Koppelelektroden von Teilerstützern und Feldsteuer belägen von anderen Bauelementen der Schaltanlage (z. B. von Kabelsteckern, Leitungsdurchführungen, Strom- und Spannungswandlern) die Spannung für den Phasenvergleich abnehmen. Die Mängel und Ri siken derartiger Meßmethoden wurden eingangs am Beispiel der Prüfung auf Spannungsfreiheit be reits dargelegt. Die hierzu gemachten Feststel lungen treffen in vollem Umfang auch für die Prü fung auf Phasengleichheit zu.

Fig. 5 veranschaulicht nun eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung einer Phasenvergleichs messung zwischen zwei Punkten (nämlich den Sammel schienen 36 und 37) der Schaltanlage 4.

An die Sammelschienen 36, 37 sind zu diesem Zweck Teilerstützer 1 a, 1 b angeschlossen, die in glei cher Weise wie bei den bereits erläuterten Ausfüh rungsbeispielen ausgebildet und mit einem opto elektronischen Sensor 5 a bzw. 5 b versehen sind. Diese beiden Sensoren 5 a, 5 b sind über je einen Lichtleiter 8 a bzw. 8 b mit einem als Prüfstab ausgebildeten Licht-Sende-Empfangsgerät 9 a bzw. 9 b verbunden. An diese beiden Sende-Empfangsge räte 9 a, 9 b ist ein Phasenvergleichsgerät 38 an geschlossen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden anstelle von optoelektronischen Sensoren mit trägen Flüs sigkristallen (mit langen Erholzeiten) solche in ferroelektrischer Bauform (mit kurzen Erholzei ten) eingesetzt. Diese LCD-Ausführung ermöglicht es, sich schnell ändernde Informationen anzuzei gen und damit die Nulldurchgänge der 50 Hz- oder 60 Hz-Betriebsfrequenz zeitabhängig zu erfassen.

Die Auswertung der für den Phasenvergleich erfor derlichen LCD-Anzeigen der Sensoren 5 a, 5 b erfolgt durch die Sende-Empfangsgeräte 9 a, 9 b im Reflexions verfahren. In der oben (für den Beispielsfall der Prüfung auf Spannungsfreiheit) bereits erläuterten Weise werden nunmehr die beiden Sensoren 5 a, 5 b zeitgleich abgetastet.

Die beiden Sende-Empfangsgeräte 9 a, 9 b sind zweck mäßig als Prüfstecker ausgebildet, die über Licht leiter-Kupplungen 32 a, 32 b mit den Sensoren 5 a, 5 b und über flexible Leitungen 39 a, 39 b mit dem klei nen, handlichen Phasenvergleichsgerät 38 verbunden sind.

Der Aufbau des Phasenvergleichsgerätes 38 wird im Zusammenhang mit der anhand der Fig. 6.1 und 6.2 erläuterten Funktion des Gerätes näher beschrie ben. Dabei zeigen die Fig. 6.1 und 6.2 als Bei spiel die Fälle der Phasengleichheit und der Pha senverschiebung zwischen Netzspannungs-Leitersy stemen.

Das Abtasten einer ferroelektrischen Flüssigkri stallanzeige (die mit einer Betriebsfrequenz von 50 oder 60 Hz über die Koppelelektrode eines Tei lerstützers oder den Feldsteuerbelag von Schalt anlagen-Bauteilen betrieben wird) mit Lichtstrahl über Licht-Sende-Empfangsgeräte bietet eine Abil dung des Signalverlaufes mit zeitlicher Erfassung der Nulldurchgänge.

Um eine Phasendifferenz zwischen den beiden Ein gängen A und B des Phasenvergleichsgerätes 38 zu verlässig erfassen zu können, werden die Analog- Eingangssignale im Phasenvergleichsgerät 38 in Impulse kurzer Dauer (geringer Breite) umgeformt und einem Summen-Zähler zugeführt. Zu diesem Zweck ist mit den Eingängen A und B je ein Komparator 40 a, 40 b verbunden, der das Eingangssignal in ein Rechteck-Ausgangssignal umformt. An die Kompara toren 40 a, 40 b ist je ein monostabiler Multivi brator 41 a, 41 b angeschlossen, der auf der nega tiven Flanke getriggert ist und damit pro 50 oder 60 Hz-Periode einen Impuls kurzer Dauer bildet.

Nachdem für die Auswertung des Phasenvergleiches lediglich eine Ja/Nein-Aussage benötigt wird, kann auf eine Ausmessung der Impulsabstände bzw. der Phasenwinkel zwischen den zu vergleichenden Betriebsspannungen der Schaltanlage verzichtet werden. Als Auswertekriterium kann somit beispiels weise die Impulsfrequenz oder die Impulszahl in einer festgelegten Zeiteinheit dienen.

Die Multivibratoren 41 a, 41 b sind zu diesem Zweck an einen Summenzähler 42 angeschlossen, dessen Eingangs-Logik so geschaltet ist, daß zeitgleich einlaufende Impulse in der Summierung als ein ein ziger Impuls, zeitlich versetzt einlaufende Impul se jedoch getrennt, als gesonderte Impulse, gezählt werden. Dementsprechend führt die Messung zwischen zwei phasenverschobenen Betriebsspannungen am Aus gang des Summenzählers 42 zur Verdopplung der Im pulsfrequenz und damit zu einem starken Auswerte kriterium (vgl. Fig. 6.1 und 6.2).

Für die Empfindlichkeit der Anzeige "Phasenoppo sition" oder "Phasengleichheit" ist die Impuls dauer der von den beiden Multivibrator-Ausgängen gelieferten Impulse bestimmend. Kurze Impulse füh ren zu einer hohen Auswerteempfindlichkeit.

Wird die Impulsfrequenz des Summenzählers 42 auf einen Digital-Analog-Wandler 43, 44 bzw. F/U-Um former gegeben, so lassen sich über Schwellwert schalter 45 bis 48 die Anzeigekriterien bilden.

Folgende Anzeigen können durch Betätigen einer Prüftaste 49 dargestellt werden:

- Phasengleichheit: Es leuchtet LED 2 grün; Zusam menschaltung der Anlagen-Systeme ist möglich.
- Phasenopposition: Es leuchtet LED 3 rot blin kend; Zusammenschaltung der Anlagen-Systeme ist nicht zulässig.
- Nur an einem Leitungssystem steht Spannung an: Es leuchtet LED 1 gelb; Zusammenschaltung der Anlagen-Systeme ist nicht zulässig, weil das Meßkriterium eines Systems fehlt.
- Störung, z. B.: Prüfstäbe sind nicht in die Kupp lung eingesteckt, ein Lichtleiter ist unterbro chen, ein Lichtleiteranschluß ist unterbrochen, die Meßleitung zwischen Phasenprüfgerät und Sen de-Empfangsgerät ist unterbrochen, die Batterie spannung ist zu gering. Hierbei leuchtet LED 1 gelb; eine Zusammenschaltung der Anlagen-Syste me ist nicht zulässig.
- Eigenprüfung bei funktionsfähigem Zustand: Nach Betätigung der Prüftaste 49 leuchten kurzzeitig alle drei LED auf. Allein die für die Anzeige maßgebende LED bleibt eingeschaltet. Wird die se Prüfung durchgeführt, ohne die Prüfstecker (Sende-Empfangsgeräte) in die Lichtleiterkupp lungen einzustecken, wird dem Gerät eine Licht leiterunterbrechung vorgetäuscht, die zwangsläu fig eine berechtigte Störungsmeldung durch Ein schalten der gelben LED 1 bringt. Geräte-Funk tionsprüfungen nach VDE 0105, Teil 1, sind nur dann aussagefähig, wenn sie das gesamte Meßsy stem umfassen. Hierzu gehört neben der Geräte eigenprüfung auch die Prüfung der gesamten Lei tungsverbindungen und der Anschlußstelle.

In den Fig. 7 und 8 ist als weiteres Ausführungs beispiel der Erfindung eine Vorrichtung zur Durch führung von Spannungsmessungen in Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen veranschaulicht.

Zur Messung der Betriebsspannung in Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen werden in der Regel Spannungswandler verwendet. Entsprechend der Be triebsspannung der Schaltanlage muß die Isola tion und das Windungs-Übersetzungsverhältnis ge wählt werden, um die Betriebsspannung auf eine für meßtechnische Zwecke geeignete Anzeigespan nung von 100 V oder herabzusetzen. Je nach Aufgabenstellung (Verrechnungsmessung, Lei tungs- und Geräteschutztechnik, Betriebsmeßtech nik) finden einpolig oder zweipolig isolierte Spannungswandler in den unterschiedlichsten Bau formen Anwendung.

Spannungswandler haben ganz allgemein einen hohen Anteil an Kosten der Schaltanlagenfelder und der Schaltanlagen-Meßtechnik. Sie besitzen große Ab messungen und beeinflussen die Konstruktion der Schaltanlage. Sie sind empfindlich gegen Über spannungen und stellen gerätetechnisch das schwächste Glied im Schaltanlagenbau dar. Se kundär-Verbindungsleitungen zwischen Spannungs wandler und Schutzrelais oder zwischen Spannungs wandler und Meßeinrichtung können durch Magnet felder, Erdschlußströme, Kurzschlußströme und Störfelder stark beeinflußt werden, wodurch vielfach das Meßergebnis verfälscht wird.

Die nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Vor richtung zur Durchführung von Spannungsmessungen in Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen bietet einen vollständigen Ersatz für die Verwendung von Spannungswandlern im Rahmen der Betriebsmeßtech nik. Die erfindungsgemäß verwendeten optoelektro nischen Sensoren ermöglichen eine elektrische und mechanische Entkopplung zwischen Meßort und Anzei ge, sind unempfindlich gegen Störfelder und Über spannungen und zeichnen sich außerdem durch ge ringe Abmessungen und verhältnismäßig niedrige Kosten aus.

Wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, wird die an hand der Fig. 1 und 2 erläuterte Grundschaltung dahingehend erweitert, daß parallel zum Konden sator C 2 eine Diode 50 in Reihe mit einer Kapa zität C 3 und parallel zu C 3 ein spannungsabhän giger CMOS-Impulsgenerator 51 angeschlossen wird. Der Ausgang des Impulsgenerators 51 steuert eine ferroelektrische LCD 52 an, die durch einen vor geschalteten Kondensator C 4 gegen Gleichspannungs anteile geschützt ist. Störfeldsicherheit wird durch eine vollständig geschlossene Gehäuseab schirmung 53 und einen Überspannungsableiter 54 erzielt.

In der Schemadarstellung gemäß Fig. 8 ist die im Teilerstützer vorgesehene Koppelelektrode mit 2 bezeichnet, der optoelektronische Sensor mit 5 und der Lichtleiter mit 8.

Der optoelektronische Sensor 5 ist über den Licht leiter 8 mit einem Licht-Sende-Empfangsgerät 9 verbunden, an das sich ein Meßverstärker 55 an schließt.

Wie im Zusammenhang mit dem Phasenvergleichsmeß gerät bereits erläutert, kann die ferroelektrische LCD mit ihren kurzen Erholzeiten hohe Impulsfre quenzen abbilden. Dementsprechend wird der Licht strahl des Sende-Empfangsgerätes 9 proportional mit der Impulsfrequenz moduliert und am Empfangs teil des Sende-Empfangsgerätes die elektrisch ent koppelte Impulsfrequenz des spannungsabhängigen Impulsgenerators 51 abgebildet.

Über Digital-Analogwandler oder Frequenz-Span nungswandler 56 und einen nachgeschalteten Ver stärker 57 wird die Impulsfrequenz in einen für den Eingang eines Spannungsmeßgerätes 58 geeigne ten Wert umgesetzt und verstärkt.

Der mit dem Sende-Empfangsgerät 9 kombinierte Meß verstärker 55 kann in der Schaltanlage so ange ordnet werden, daß die Lichtleiterverbindung zwi schen dem optoelektronischen Sensor 5 und dem Sende-Empfangsgerät 9 den für die Störfeldbe einflussung kritischen Schaltanlagenteil über brückt und die galvanische Leitungsverbindung zwischen dem Meßverstärker 57 und dem Spannungs meßgerät 58 kurzgehalten werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung von Spannungsprü fungen und -messungen an einer Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage, enthaltend

a) einen Teilerstützer mit einer Koppelelektro de (2),
b) eine an die Koppelelektrode kapazitiv ange schlossene Anzeige- oder Meßeinrichtung,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

c) zwischen der Koppelelektrode (2) und Erde ist ein Kondensator (C 2) mit definiertem Kapazitätswert angeordnet;
d) die Anzeige- oder Meßeinrichtung enthält einen am Teilerstützer (1) angebrachten optoelektronischen Sensor (5), der über einen Lichtleiter (8) mit einem entfernt angeordneten Anzeige- oder Meßgerät (9, 9 a, 9 b, 35) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Teiler stützer (1) mittels einer in den Stützerfuß ein greifenden Befestigungsschraube (10) am Schaltan lagengerüst (11) gehaltert ist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Befestigungsschraube (10) von der Koppelelektrode (2) isoliert und über das Schaltanlagengerüst (11) geerdet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der optoelektronische Sensor (5) ein Flüssigkristall- oder elektrostatisches Anzei geelement (6, 52) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der optoelektronische Sensor (5) eine Glimmlampe (33) enthält und daß die an dem Konden sator (C ₂) auftretende Spannung die Betriebsspan nung der Anzeigeeinrichtung (35) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Teilerstützer (1) im Bereich des Stützerfußes mit einer seitlich eingegossenen, an die Koppelelektrode (2) angeschlossenen Gewinde buchse (12) versehen ist, in die ein Gewindebolzen (16) einschraubbar ist, der zur Befestigung des Sensorgehäuses (17) am Teilerstützer (1) und zur Verbindung der Koppelelektrode (2) mit dem Kon densator (C ₂) von definiertem Kapazitätswert dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß zur Erzielung einer ausreichenden Kriech weglänge zwischen Stützerkopf und Stützerfuß der die Anschlußzone für den optoelektronischen Sen sor (5) bildende Umfangsbereich des Stützers (1) mit einem dachförmig vorstehenden Gießharzwulst (21) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die metallisierte, geerdete Unterseite (22) des Stützerfußes über einen am stützersei tigen Ende des Sensorgehäuses (17) vorgesehenen Kontaktring (24) mit dem Sensor (5) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß zur Auswertung der Anzeige des Flüssig kristallanzeigeelementes (6, 52) an den Lichtleiter (8) eine das Flüssigkristallanzeigeelement im Re flexionsverfahren abtastende Sende-Empfangseinrich tung (9) über eine Lichtleiter-Steckkupplung (32) nach Bedarf anschließbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Sende-Empfangseinrich tung (9), daß die einzelnen Zustände wie folgt er faßt werden:

a) das Anstehen von Spannung in der Schaltanlage durch Blinken einer in der Sende-Empfangsein richtung (9) vorgesehenen roten LED,
b) die Spannungsfreiheit der Schaltanlage durch Leuchten einer in der Sende-Empfangseinrich tung (9) vorgesehenen grünen LED,
c) das Vorhandensein einer Störung durch das Feh len einer Anzeige.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der optoelektronische Sensor eine Blink schaltung enthält und daß am dem optoelektroni schen Sensor (5) abgewandten Ende des Lichtlei ters (8) eine Lichtleiter-Linsenoptik (35) vor gesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Phasenvergleichs messung zwischen zwei Punkten der Schaltanlage, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es finden zwei an die genannten Punkte der Schaltanlage angeschlossene Teilerstützer (1 a, 1 b) mit Koppelelektrode und optoelek tronischem Sensor (5 a, 5 b) Verwendung;
b) es sind zwei optoelektronische Sensoren (5 a, 5 b) in ferroelektrischer Bauform vorgesehen, die über Lichtleiter (8 a, 8 b) mit je einer entfernt angeordneten Sende-Empfangseinrich tung (9 a, 9 b) verbunden sind und durch diese Sende-Empfangseinrichtungen im Reflexionsver fahren zeitgleich abgetastet werden;
c) an die beiden Sende-Empfangseinrichtungen (9 a, 9 b) ist ein Phasenvergleichsgerät (38) angeschlossen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgende Bauelemente des Phasenvergleichs gerätes:

a) zwei mit den beiden Sende-Empfangseinrich tungen (9 a, 9 b) verbundene Komparatoren (40 a, 40 b), die das zugeführte Analog-Ein gangssignal in ein Rechtecksignal umformen,
b) zwei an die Komparatoren (40 a, 40 b) ange schlossene, monostabile Multivibratoren (41 a, 41 b), die aus den Rechtecksignalen mit den Nulldurchgängen der beiden Phasen synchrone, kurze Impulse erzeugen,
c) einen mit dem Ausgang der beiden Multivi bratoren (41 a, 41 b) verbundenen Summenzäh ler (42), der zeitgleich einlaufende Impul se als einen einzigen Impuls, zeitlich ver setzt einlaufende Impulse dagegen als ge sonderte Impulse zählt,
d) an die Ausgänge des Summenzählers (42) an geschlossene Einrichtungen (43 bis 49, LED 1, 2 und 3) zur Auswertung und Anzeige von Pha sengleichheit, Phasenopposition, Fehlen einer Phase, Störung und Funktionsfähigkeit.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Vorrichtung von Spannungsmessungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) parallel zum Kondensator (C ₂) mit definier tem Kapazitätswert ist die Reihenschaltung einer Diode (50) und einer weiteren Kapa zität (C ₃) angeordnet;
b) parallel zu dieser weiteren Kapazität (C ₃) ist ein spannungsabhängiger CMOS-Impulsge nerator (51) geschaltet;
c) an die Ausgänge des Impulsgenerators (51) ist über einen Kondensator (C ₄) der in fer roelektrischer Bauform ausgebildete opto elektronische Sensor (52) angeschlossen;
d) der optoelektronische Sensor ist über den Lichtleiter (8) mit einem Licht-Sende-Emp fangsgerät (9) mit Meßverstärker (55) ver bunden;
e) der Meßverstärker (55) enthält ein als Di gital-Analog-Wandler oder Frequenz-Span nungswandler (56) ausgebildetes Element zur Umsetzung der Impulsfrequenz in einen für den Eingang eines Spannungsmeßgerätes (58) geeigneten Wert.