DE69110754T2

DE69110754T2 - Anordnung zur Feststellung interner Funkenüberschläge in einer abgeschirmten elektrischen Installation.

Info

Publication number: DE69110754T2
Application number: DE69110754T
Authority: DE
Inventors: Massimo Allevi; Antonio Codazzi; Andre Giboulet; Ettore Giudici; Bruno Maffioletti
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1991-02-11
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2011-02-12
Also published as: JPH04216479A; US5170050A; EP0455562B1; CA2037148A1; FR2658920B1; ES2075946T3; JP3078340B2; DE69110754D1; EP0455562A1; FR2658920A1

Description

VORRICHTUNG ZUR ERFASSUNG EINES IM INNERN EINER GEKAPSELETEN ELEKTRISCHEN ANLAGE AUFTRETENDEN LICHTBOGENS

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenwächter für eine gasisolierte elektrische Anlage in einem gasdichten, länglichen und mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit gefüllten Gehäuse, der ein in das genannte Gehäuse eingesetztes lichtempfindliches Element sowie eine Lichtleitfaser zur Übertragung des von dem lichtempfindlichen Element gelieferten Lichtsignals an eine außerhalb des Gehäuses angeordnete Signalverarbeitungsschaltung umfaßt.
Eine Lichtbogenzündung im Innern einer Schaltanlage kann, z.B. an einer gekapselten Station, erhebliche Schäden verursachen, wenn der Fehler nicht schnell ermittelt und beseitigt wird, und es ist bekannt, Photozellen im Innern der Station verteilt anzuordnen, um das Auftreten eines Lichtbogens an einem beliebigen Punkt der Station erfassen zu können. Solche Systeme sind kompliziert und unzuverlässig.
Bei einem weiteren, aus der Druckschrift CH-A-665 313 bekannten Lichtbogenwächter wird ein Lichtleiter eingesetzt, der im Innern der Station verlegt ist, um die in der Station ausgesandten Lichtsignale zu sammeln und an eine Signalverarbeitungsschaltung weiterzuleiten, die die Auslösung des die Anlage schützenden Leistungsschalters steuert. Die Ansprechempfindlichkeit dieses Lichtbogenwächters ist begrenzt, und das Vorhandensein des Lichtleiters bringt gewisse Beschränkungen mit sich und beeinträchtigt die dielektrische Festigkeit.
Eine aus der Druckschrift DE-A-3 612 090 ebenfalls bekannte Vorrichtung zur Erfassung eines Lichtbogens umfaßt ein im Innern des Gehäuses angeordnetes lichtempfindliches Element, das die Gehäusewand gasdicht durchragt und an eine Lichtleitfaser zur Signalübertragung angeschlossen ist; eine solche Vorrichtung kann nur dann einwandfrei arbeiten, wenn sämtliche Innenseiten der Gehäusewand poliert sind, um die durch den Lichtbogen erzeugten Lichtsignale reflektieren zu können.
Darüber hinaus ist die Verwendung eines Prismas zur Ablenkung der Lichtstrahlen seit langer Zeit bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Lichtbogenwächter zu schaffen, der in der Lage ist, große Bereiche der Station zu überwachen, ohne die dielektrische Festigkeit zu beeinträchtigen, indem ein Prisma in das längliche Gehäuse eingesetzt und in Bezug auf die Längsachse des Gehäuses ausgerichtet wird.
Der erfindungsgemäße Lichtbogenwächter ist im Patentanspruch 1 beschrieben.
Nur ein kleiner Teil der Stabs ragt in das Gehäuse, dieser Teil ist jedoch so geformt, daß die aus jeder Richtung stammenden, und insbesondere die parallel zur Gehäusewand verlaufenden und senkrecht auf den Stab auftreffenden Lichtstrahlen erfaßt werden. In einem länglichen Gehäuse wie z.B. einem Sammelschienenraum kann ein einziger Lichtbogenwächter einen großen Längenabschnitt oder sogar die gesamte Sammelschienenlänge überwachen, wenn die Verwendung lichtundurchlässiger Zwischenwände vermieden wird und insbesondere die Stützisolatoren der Stromschienen lichtdurchlässige Öffnungen aufweisen.
Die Reflexionsfläche des Stabs ist vorzugsweise in Bezug auf seine Längsachse um 45º geneigt, so daß ein in die Ebene der Stabachse reflektierter senkrechter Strahl aus dem vom Stab durchragten Gehäuse herausgeführt wird. Der Stab weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt mit einer konvexen oder konkaven konischen Reflexionsfläche auf. Die Höhe dieses konischen Abschnitts entspricht annähernd der Höhe des in den Gehäuseinnenraum ragenden Stababschnitts, und der Lichtbogenwächter ist vorzugsweise an einer oberen Gehäusewand befestigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Sammelschienenraums mit einem erfindungsgemäßen Lichtbogenwächter;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Lichtbogenwächters aus Fig. 1, der im rechten Halbbild mit angeschlossener Lichtleitfaser und im linken Halbbild vor dem Anschluß der Lichtleitfaser dargestellt ist.
Die Figuren zeigen eine Sammelschiene einer gekapselten Station mit einem gasdichten Gehäuse mit zylindrischer Wand 10, das mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit, wie z.B. Schwefelhexafluorid gefüllt ist und eine Stromschiene 11 enthält, die koaxial von längs der Schiene 11 verteilten Stützisolatoren 12 getragen wird. In eine in der Wand 10 des Gehäuses oder einer auf diese Wand aufgeschweißten Muffe ausgebildeten Gewindebohrung 13 ist ein Lichtbogenwächter 14 eingeschraubt, der die Wand 10 gasdicht durchragt. Der Lichtbogenwächter 14 besteht aus einem Einsatz 15 mit einem vorderen Gewindeteil 16, das in die Wand 10 eingeschraubt ist, einem Sechskant-Zwischenring 17 zum Festziehen des Einsatzes sowie einem rückwärtigen Gewindeteil 18 zum Aufschrauben eines Lichtleiters 19. Durch den Einsatz 15 verläuft ein axialer Kanal 20, in dessen vorderem Teil 16 mit Hilfe von zwei Dichtungsringen 21 und/oder einer Klebefuge 22 ein Stab 23 aus Glas oder einem lichtdurchlässigen isolierenden Kunststoff gasdicht eingesetzt ist. Im rückwärtigen, verjüngten Teil 18 des Kanals 20 ist das abisolierte Ende 24 einer Lichtleitfaser 25 fluchtend mit dem Stab 23 eingesetzt. Der Lichtleiter 19 wird mit Hilfe einer über das abisolierte Ende 24 sowie einen Teilabschnitt der Isolierumhüllung 27 der Lichtleitfaser 25 gestülpten Muffe 26 befestigt. Diese Muffe 26 weist einen Kragen 28 auf, der mit Hilfe einer auf den rückwärtigen Gewindeteil 18 aufgeschraubten Mutter 29 auf die Auflagefläche dieses rückwärtigen Teils 18 gedrückt wird. Zwischen den Kragen 28 und die Auflagefläche 18 ist ein Dichtungsring 30 eingefügt. Die Dichtigkeit zwischen dem Einsatz 15 und der Gehäusewand 10 wird auf herkömmliche Weise mit Hilfe von Dichtungsringen 31 gewährleistet. Zwischen der Stirnfläche 32 der Lichtleitfaser 25 und dem gegenüberliegenden gewölbten Ende 33 des Stabs 23 ist ein konisch geformter Zwischenraum 34 ausgebildet. Der Metalleinsatz 15 ragt in der Befestigungsstellung des Lichtbogenwächters 14 leicht aus der Gehäusewand 10 heraus, um die elektrische Isolierung nicht zu beeinträchtigen, während der Stab 23 aus dem Einsatz 15 sowie der Wand 10 hervorsteht und dabei mit einer geringen Höhe h in den Innenraum des Gehäuses hineinragt. Dieser leichte Vorsprung eines Isolierstoffteils 23 beeinträchtigt nicht die dielektrische Festigkeit.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Stab 23 einen zylindrischen Querschnitt aufweist und das in den Innenraum ragende Ende 35 eine trichterförmige konische Ausbuchtung 36 aufweist, deren Tiefe annähernd der Höhe des Vorsprungs h entspricht. Die konischen Seitenflächen 37 sind in Bezug auf die Längsachse des Stabs 23 um etwa 45º geneigt und bilden die Reflexionsflächen für einen Lichtstrahl 38, insbesondere einen parallel zur Gehäusewand 10 verlaufenden Strahl, der um 90º abgelenkt und längs der Achse des Stabs 23 in Richtung der Lichtleitfaser 25 weitergeleitet wird. Der Stab 23 erfaßt auch in anderer Richtung, insbesondere parallel zur Längsachse des Stabs 23 verlaufende Strahlen.
Der Lichtleiter 19 ist an eine Signalverarbeitungsschaltung 39 angeschlossen, die mehreren lichtempfindlichen Elementen 14 gleichzeitig zugeordnet sein kann und die durch die Lichtleiter 19 übertragenen Lichtsignale in einen Auslösebefehl oder ein Fehlermeldesignal 40 umwandelt. Durch Ausbildung von Durchtrittsöffnungen 41 für die Lichtstrahlen 38 in den Stützisolatoren 12 kann ein einziges lichtempfindliches Element 14 mehrere Sammelschienenräume oder Gehäuseabteile überwachen. Es ist ersichtlich, daß die von einem Punkt in großer Entfernung vom lichtempfindlichen Element 14 ausgesandten Lichtsignale annähernd parallel zur Gehäusewand 10 verlaufen und rechtwinklig auf den Stab 23 auftreffen. Die Reflexionsflächen 37 erfassen diese Strahlen 38, die ohne das Vorhandensein dieser Flächen 37 den Stab 23 einfach durchqueren würden. Die Reflexionsflächen 37 können nach außen gewölbt und/oder als in der Ebene der Stromschiene 11 ausgerichtete Facetten bzw. ebene Flächen ausgebildet sein. Das lichtempfindliche Element 14 ist vorteilhafterweise an der oberen Gehäusewand 10 befestigt, um in seiner Einbaulage nach unten zu ragen und so zu verhindern, daß der Lichteintritt durch Ablagerungen behindert wird. Der Stab 23 besteht vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff, wobei jedoch auch andere Werkstoffe verwendet werden können, und die Verbindung zwischen dem Stab 23 und der Lichtleitfaser kann durch Aneinanderstoßen der beiden sich gegenüberliegenden Enden 32, 33 erfolgen. Der in Standardbauweise ausgeführte Lichtleiter 19 kann nach dem Abschrauben der Mutter 29 leicht ein- und ausgebaut werden. Im linken Teil von Fig. 2 ist das lichtempfindliche Element 14 vor dem Anschluß des Lichtleiters 19 mit einer auf dem rückwärtigen Gewindeteil 18 aufgeschraubten Schutzkappe 42 dargestellt, die dazu dient, eine Zerstörung während des Transports zu verhindern. Nach dem Aufbau der Station muß lediglich die Schutzkappe 42 entfernt und der Lichtleiter 19 durch Einsatz des Endes 24 und Festziehen der Mutter 29 montiert werden.
Das lichtempfindliche Element 14 ragt kaum in den Innenraum des Gehäuses hinein und kann daher an einer beliebigen, für die vorgesehene Funktion am besten geeigneten Stelle montiert werden. Eine begrenzte Anzahl von lichtempfindlichen Elementen 14 und damit auch von Öffnungen 13 in der Gehäusewand 10 ermöglicht die vollständige Überwachung der Anlage. Der Querschnitt dieser Öffnungen 13 kann gering sein, und die Abdichtung sowie die Befestigung des die Gehäusewand 10 senkrecht durchragenden Stabs 23 können selbstverständlich auch auf eine andere Art ausgeführt sein.

Claims

1. Lichtbogenwächter für ein gasdichtes, längliches Gehäuse einer gasisolierten elektrischen Anlage, das mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit gefüllt ist und eine Längsachse sowie eine das genannte Gehäuse abschließende Wand aufweist, wobei der Lichtbogenwächter ein in das genannte Gehäuse eingesetztes lichtempfindliches Element (14), das aus einem die Wand (10) des genannten Gehäuses gasdicht durchragenden Stab (23) aus Glas oder einem isolierenden Kunststoff besteht, eine Lichtleitfaser (25) zur Übertragung des von dem lichtempfindlichen Element (14) gelieferten Lichtsignals sowie eine außerhalb des Gehäuses angeordnete und das von der Lichtleitfaser (25) übertragene Signal aufnehmende Signalverarbeitungsschaltung (39) umfaßt, und der genannte Stab (23) ein Ende (35) aufweist, daß geringfügig in den Innenraum des Gehäuses hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Ende eine in Bezug auf die genannte Längsachse um etwa 45º geneigte Reflexionsfläche (37) aufweist, die in der Lage ist, einen annähernd parallel zur genannten Längsachse verlaufenden Lichtstrahl (38) in die Ebene des genannten Stabs (23) zu reflektieren und aus dem Gehäuse herauszuführen.

2. Lichtbogenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Stab (23) zylindrisch geformt und das genannte Ende (35) in Form eines koaxial zum genannten Stab angeordneten Kegelstumpfes (37) ausgeführt ist, der eine trichterförmige Ausbuchtung in dem genannten Ende (35) bildet und einen Spitzenwinkel von etwa 90º aufweist.

3. Lichtbogenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der genannten Ausbuchtung annähernd der Höhe h des in das Gehäuse ragenden Vorsprungs des Stabs (23) entspricht.

4. Lichtbogenwächter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der geradlinige Stab (23) die Wand (10) des Gehäuses unter Einfügung einer Dichtung (21) durchragt und daß die Lichtleitfaser (25) in der Verlängerung des äußeren Endes (33) des genannten Stabs (23) gegenüber diesem Ende angeordnet ist, um das aufgenommene Lichtsignal an die Signalverarbeitungsschaltung (39) weiterzuleiten.

5. Lichtbogenwächter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche für eine Sammelschienenanordnung (11) mit zwischen der Schiene und der länglichen Umhüllung eingefügten Stützisolatoren (12), dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Stützisolatoren (12) Durchtrittsöffnungen (41) für parallel zur genannten Längsachse verlaufende Lichtstrahlen (38) aufweisen.