DE69319678T2

DE69319678T2 - Vorrichtung zur Anzeige des Zustands einer Schutzvorrichtung

Info

Publication number: DE69319678T2
Application number: DE69319678T
Authority: DE
Inventors: Osman Metin Manalapan New Jersey 07726 Yenisey
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2013-09-02
Also published as: JPH06203735A; CA2101223A1; CA2101223C; EP0588529A3; JP3135756B2; US5343192A; EP0588529B1; DE69319678D1; EP0588529A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes eines Schaltungsschutzgerätes.
Bei elektronischen Systemen werden einzelne Schaltungskomponenten typischerweise gegenüber Kurzschluß und vor überhöhen Strömen mittels einer Sicherung oder einem Schaltungsunterbrecher geschützt, der zwischen das Bauelement und die Stromquelle geschaltet ist. Eine große Anzahl solcher Schutzgeräte können in jedem beliebigen System gefunden werden, abhängig von der Anzahl der einzelnen Komponenten, die darin enthalten sind. Daraus erwächst die Notwendigkeit für den Einsatz von Sicherungs- und Schaltungsunterbrecher-Zustandsanzeigeelemente, die das einfache und schnelle Lokalisieren eines ausgelösten, fehlerhaften oder "durchgebrannten" Sicherungselementes in einem elektronischen System ermöglichen. Typischerweise sind diese Anzeigeelemente in einem Sicherungskasten oder Schaltungsunterbrechergehäuse eingebaut und lösen einen Alarm aus, der dazu dient, Dienstpersonal zu alarmieren, daß ein bestimmtes Sicherungselement "durchgebrannt" oder ausgelöst worden ist; der Alarm kann ein elektromechanisches Signal, eine lichtemittierende Diode ("LED"), eine Lampe oder ein akustisches Signal sein.
Solche Sicherungs- und/oder Schaltungsunterbrecher- Zustandsanzeigeelemente müssen von den zu schützenden Schaltungen elektrisch isoliert sein, um sicherzustellen, daß sie die Arbeitsweise der geschützten Schaltungen nicht beeinflussen. Außerdem dürfen die Anzeigeelemente nicht die Trennung der geschützten Schaltungsanordnung von der Stromquelle merklich beeinträchtigen, nachdem eine Sicherung oder ein Schaltungsunterbrecher ausgelöst hat.
Des weiteren sollten die Anzeigeelemente die Fähigkeit besitzen, auf einfache Weise getestet zu werden, und zwar während des Betriebs, um festzustellen, ob der bestimmte Alarm (z. B. ein Signal, LED, Lampe oder akustisches Signal) ausgelöst worden ist. Bei elektronischen Systemen, die eine große Anzahl solcher Zustandsanzeigeelemente verwenden, ist es oftmals von Vorteil, alle Anzeigeelemente auf einmal zu testen.
Bestehenden Zustandsanzeigeelementen für Schaltungsschutzgeräte mangelt es daran, den gewünschten Grad an Trennung von der geschützten Schaltungsanordnung bereitzustellen, die Trennung der geschützten Schaltung und der Stromquelle aufrechtzuerhalten und eine einfache, gleichzeitige Überprüfung einer großen Anzahl von Anzeigeelementen während des Betriebs zu prüfen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, bereitgestellt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Zustandsanzeigeelement zum Überwachen einer Sicherung oder eines Schaltungsunterbrechers Auslöse- und Alarmschaltungen, die optisch voneinander isoliert sind und in einem Sicherungshalter oder einem Schaltungsunterbrechergehäuse integriert sein können. Im speziellen besitzt ein Zustandsanzeigeelement eine in Reihe mit einer Sicherung oder einem Schaltungsunterbrecher geschaltete LED an einer Stromquelle und eine Phototransistoranordnung, die an der Stromquelle mit einer Alarmschaltung in Reihe geschaltet ist. Die Anordnung ist so konfiguriert, daß, solange Strom durch die Sicherung oder den Schaltungsunterbrecher fließt, die LED Licht produziert, das bewirkt, daß der Phototransistor in einem nichtleitenden Zustand und das Zustandsanzeigeelement in einem Nichtalarmzustand verbleiben. Beim Ausfall der Sicherung oder des Schaltungsunterbrechers ist der Stromfluß zur LED unterbrochen, wodurch der Phototransistor in einen elektrisch leitfähigen Zustand elektrisch vorgespannt und die Alarmschaltung aktiviert wird. Ein Ruhekontaktschalter wird verwendet, um den Stromfluß zur LED zu unterbrechen, wodurch ein Sicherungsausfall simmuliert wird, und eine geeignete Einrichtung für das Testen während des Betriebs des Zustandsanzeigeelementes bereitgestellt wird. Mehrere LEDs, die einer separaten überwachten Sicherung oder einem Schaltungsunterbrecher zugeordnet sind, können mit einem einzigen Ruhekontaktschalter verbunden sein, wodurch das gleichzeitige Testen von vielen Zustandsanzeigeelementen über die Betätigung eines einzigen Schalters vereinfacht wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung, die in einem elektrischen System mit einer Stromquelle, einer elektrischen Last und einer Sicherung eingebaut ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems, das drei Sicherungszustandsanzeigeelemente umfaßt, wobei jedes eine Konfiguration ähnlich des in Fig. 1 dargestellten Anzeigeelementes aufweist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in einem elektrischen System mit einer Stromquelle, einer elektrischen Last und einer Sicherung eingebaut ist; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in ein elektrisches System mit einer Stromquelle, einer elektrischen Last, einer Sicherung und eines Alarmierers eingebaut ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine besondere Ausführungsform der Erfindung 100 zeigt, die in einem elektrischen System mit einer Stromquelle 101, einer elektrischen Last 102 und einer Sicherung 103 eingebaut ist. Wie gezeigt, sind ein Ruhekontaktschalter 104, eine LED 105, ein Vorschalt- oder Begrenzungswiderstand 106 und eine Sicherung 103 in Reihe zwischen die positive Stromquellenleitung 107 und die negative Stromquellenleitung 108 geschaltet. Ein Isolierschicht-Photo-MOS-Transistor vom Verarmungs-Typ ("Phototransistor") 109, ein Begrenzungswiderstand 110 und eine Alarm-LED 111 sind in Reihe zwischen die positive Stromquellenleitung 107 und die negative Stromquellenleitung 108 geschaltet. Die Sicherung 103 verbindet die negative Stromquellenleitung 108 mit einer negativen Lastanschlußleitung 112. Der erste oder positive Pol 107 der Stromquelle 101 ist durch eine Verbindungsleitung 113 mit einem ersten Eingangsanschluß 114 der Last 102 verbunden. Der Phototransistor 109 ist optisch an die LED 105 gekoppelt. In der Praxis können die LED 105 und der Phototransistor 109 in einem einzelnen Optokoppler enthalten sein, z. B. in dem Halbleiterrelais AQV414, das von der Aromat Corporation of Westfield, New Jersey hergestellt wird. Um den physikalischen Einfluß durch Verwendung der Erfindung in vorbestehenden elektrischen Systemen zu verhindern, können die Komponenten der Erfindung (105, 106, 109, 110 und 111) in einem Sicherungskasten mit Standardgröße eingebunden sein.
Solange die Sicherung 103 intakt ist und sich der Schalter 104 im geschlossenen Zustand befindet, fließt Strom durch die LED 105 und den Widerstand 106, wodurch das Leuchten der LED 105 bewirkt wird. Der Widerstand 106 dient zum Begrenzen des durch die LED 105 fließenden Stroms. Das Licht der LED 105 bewirkt, daß der Phototransistor 109 in einen nichtleitenden Zustand gebracht wird, wodurch der Strom daran gehindert wird, durch den Begrenzungswiderstand 110 und die Alarm-LED 111 zu fließen. Daraus ergibt sich, daß die Alarm-LED 111 nicht leuchtet (ein Anzeichen dafür, daß die Sicherung 103 intakt ist).
Wenn die Sicherung 103 ausfällt (d. h. durchgebrannt ist), ist es dem Strom nicht möglich, durch die LED 105 und den Widerstand 106 zu fließen, wobei sich daraus ergibt, daß die LED 105 nicht leuchtet. Ohne das Auftreten von Licht der LED 105 wird der Phototransistor 109 in einen leitenden Zustand gebracht und Strom fließt durch den Begrenzungswiderstand 110 und die Alarm-LED 111. Das bewirkt, daß die Alarm-LED 111 leuchtet und eine visuelle Anzeige bereitstellt, daß die Sicherung 103 durchgebrannt ist.
Um das Sicherungsanzeigeelement zu prüfen, kann die LED 105 vorübergehend durch Nach-Unten-Drücken des Schalters 104 ausgeschaltet werden, wenn die Sicherung 103 intakt ist. Der Schalter unterbricht den Stromfluß durch die LED 105 und den Widerstand 106 (ohne den zur Last geführten Strom zu beeinflussen), und bewirkt, daß die LED 105 vorübergehend ausgeschaltet ist. Der Phototransistor 109 spricht darauf an und wird vorübergehend in einen leitfähigen Zustand gebracht, und die Alarm-LED 111 leuchtet (Nachahmen des Ansprechens des Anzeigeelementes auf eine ausgefallene Sicherung).
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein elektrisches System zeigt, das drei Sicherungszustandsanzeigeelemente 201, 202 und 203 umfaßt; wobei jedes eine Konfiguration aufweist, die dem in Fig. 1 dargestellten Anzeigeelement ähnelt. Jedoch sind die Dioden 204, 205 und 206 mit eingebunden worden, um eine Reihenschaltung von dem Lastanschluß eines Sicherungshalters zu dem Lastanschluß eines anderen zu vermeiden, wenn der Schalter 207 nach unten gedrückt wird. Die Anzeigeelemente werden dazu verwendet, um den Zustand der Sicherungen 208, 209 und 210 zu überwachen, die drei separate Lasten (211, 212 bzw. 213) schützen. Jedes Sicherungszustandsanzeigeelement funktioniert in einer Weise, die der von der in Fig. 1 dargestellten Anzeigeelement ähnlich ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann der von der Stromquelle den LEDs 214, 215 und 216 zugeführte Strom über einen einzigen Ruhekontaktschalter 207 unterbrochen werden, ohne den, den Lasten zugeführten Strom zu beeinflussen. Durch Betätigen des Schalters 207 können die LEDs 214, 215 und 216 vorübergehend ausgeschaltet werden, wenn die Sicherungen 208, 209 und 210 intakt sind. Darauf sprechen die Phototransistoren 218, 219 und 220 an, und zwar werden sie in einen leitfähigen Zustand gebracht und die Alarm-LEDs 221, 222 und 223 leuchten gleichzeitig auf.
Elektrische Systeme, die eine beliebige Anzahl von Sicherungszustandsanzeigeelementen umfassen, können ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten elektrischen System ohne eine spezielle Verdrahtung konfiguriert sein. Der Strom kann über einen einzigen Schalter jeder LED zugeführt werden, die optisch an einen ihr zugeordneten Phototransisitor gekoppelt ist. Der einzige Schalter ermöglicht das gleichzeitige Prüfen von allen Sicherungszustandsanzeigeelementen.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung 300 zeigt, die in ein elektrisches System mit einer Stromquelle 301, einer elektrischen Last 302 und einer Sicherung 303 eingebunden ist. Wie gezeigt, sind Ruhekontaktschalter 304, LED 305 und Begrenzungswiderstand 306 seriell zwischen eine positive Stromversorgungsleitung 307 und eine negative Stromversorgungsleitung 308 der Last 302 geschaltet. Ein, mit einer LED 305 optisch gekoppelter Phototransistor 309 vom Anreicherungs-Typ ist parallel zu einer LED 310 geschaltet. Die LED 310 und ein Begrenzungswiderstand 311 sind in Reihe zwischen eine positive Stromversorgungsleitung 307 und eine negative Stromversorgungsleitung 312 geschaltet. Ein Phototransistor 313 vom Anreicherungs-Typ, ein Begrenzungswiderstand 314 und eine Alarm-LED 315 sind in Reihe zwischen die positive Stromversorgungsleitung 307 und die negative Stromversorgungsleitung 312 geschaltet. Die Sicherung 303 verbindet die negative Stromversorgungsleitung 312 mit dem negativen Pol 308. Der erste Ausgangsanschluß 307 der Stromquelle 301 ist mittels einer Verbindungsleitung 316 mit einem ersten Eingangsanschluß 317 der Last 302 verbunden. Der Phototransistor 313 vom Anreicherungs-Typ ist mit der LED 310 optisch gekoppelt. Wie bei den vorherstehend beschriebenen Ausführungsformen können die optisch gekoppelten LED- und Phototransistorpaare jeweils in einem einzigen Optokoppler enthalten sein. Der physikalische Einfluß der Verwendung der Erfindung in vorbestehenden elektrischen Systemen kann durch Einbinden der Komponenten der Erfindung (305, 306, 309, 310, 311, 313, 314 und 315) in einem Sicherungshalter mit Standardgröße minimiert werden.
Solange wie die Sicherung 303 intakt ist und sich der Schalter 304 im geschlossenen Zustand befindet, fließt Strom durch die LED 305 und den Widerstand 306, wodurch bewirkt wird, daß die LED 305 leuchtet. Das Licht von der LED 305 bewirkt, daß der Phototransistor 309 in einen leitfähigen Zustand übergeht, die Leitungen der LED 310 wirksam kurzschließt und dadurch verhindert, daß die LED 310 leuchtet. Daraus ergibt sich, daß der Phototransistor 313 in einen nichtleitfähigen Zustand gebracht wird und einen Stromfluß durch den Begrenzungswiderstand 314 und die Alarm- LED 315 verhindert. Daraus ergibt sich wiederum, daß die Alarm-LED 315 nicht leuchtet (ein Anzeichen dafür, daß die Sicherung 303 intakt ist)
Wenn die Sicherung 303 ausfällt (d. h. durchgebrannt ist), fließt kein Strom durch die LED 305 und den Widerstand 306, weshalb die LED 305 nicht leuchtet. Ohne ein Auftreffen von Licht aus der LED 305 wird der Phototransistor 309 in einen nichtleitfähigen Zustand gebracht, und ermöglicht somit, daß die LED 310 aufgrund eines Stromflusses durch den Begrenzungswiderstand 311 leuchtet. Das Licht aus der LED 310 bewirkt, daß der Phototransistor 313 einen Stromfluß durch den Begrenzungswiderstand 314 und die Alarm-LED 315 ermöglicht. Die Alarm-LED 315 leuchtet, um eine visuelle Anzeige bereitzustellen, daß die Sicherung 303 ausgelöst hat.
Um das Sicherungszustandsanzeigeelement zu prüfen, kann die LED 305 vorübergehend durch Herunterdrücken des Schalters 304 ausgeschaltet werden, wenn die Sicherung 303 intakt ist. Der Schalter unterbricht den Stromfluß durch die LED 305 und den Widerstand 306 (ohne den der Last zugeführten Strom zu beeinflussen), und bewirkt, daß die LED 305 vorübergehend ausgeschaltet wird. Daraufhin wird der Phototransistor 309 vorübergehend in einen nichtleitfähigen Zustand gebracht, und die LED 310 leuchtet, wodurch bewirkt wird, daß der Phototransistor 313 durchschaltet und die Alarm-LED 315 leuchtet (Simmulieren des Ansprechens des Anzeigeelementes auf eine ausgefallene Sicherung).
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann in einem elektrischen System verwendet werden, das eine beliebige Anzahl von Sicherungszustandsanzeigeelementen (in einer ähnlichen Konfiguration des in Fig. 2 dargestellten Systemes) umfaßt. Jedes der Anzeigeelemente kann mit einem einzigen Schalter verbunden werden, um ein gleichzeitiges Prüfen der vielen Anzeigeelementen zu ermöglichen.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung (400) zeigt, die in einem elektrischen System mit einer Stromquelle 401, einer Last 402, einer Sicherung 403 und einer akustischen Alarmglocke 404 eingebunden ist. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist ähnlich mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, in der eine visuelle Alarm-LED 405 leuchtet und zwar unter Ansprechen auf das Auslösen der Sicherung 403. Jedoch leuchtet eine zweite LED 406 (die eine infrarotemittierende Diode sein kann) unter Ansprechen auf das Auslösen von Sicherung 403. Ein Phototransistor 407, der mit der LED 406 optisch gekoppelt ist, wird unter Ansprechen auf das Leuchten der LED 406 in einen leitfähigen Zustand gebracht, wodurch ermöglicht wird, daß ein Strom durch die Klingel 404 fließt, um ein akustisches Alarmsignal zu erzeugen. Das Anzeigeelement kann durch Herunterdrücken des Schalters 408 geprüft werden, welcher vorübergehend die LED 409 ausschaltet, und bewirkt, daß die LEDs 405 und 406 leuchten. Ein zweiter Schalter 410 ist mit dem Schalter 408 derart mechanisch gekoppelt, daß die Klingel 404 daran gehindert wird, während des Prüfens des Anzeigeelementes zu läuten.
Die vorstehend beschriebene Erfindung stellt ein einfaches, zuverlässiges und praktisches Sicherungszustandsüberprüfungsgerät bereit. Es ist verständlich, daß die beschriebenen, speziellen Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nur darstellend beschreiben, und daß verschiedene Modifikationen von einem Fachmann vorgenommen werden können.
Eine solche Modifikation könnte das Einsetzen eines alternativen Signalisierungsgerätes (z. B. eine Lampe, ein elektromechanisches Zeichen oder einen akustischen Signalgenerator) anstelle der Alarm-LED in einer beliebigen, vorherstehend beschriebenen Ausführungsform umfassen. Eine weitere Modifikation könnte ein Anzeigeelement umfassen, das geeignet ist, eine mit einer positiven Stromversorgungsleitung in Reihe geschaltete Sicherung zu überwachen. Die Erfindung könnte auch dazu verwendet werden, den Zustand eines Schaltungsunterbrechers oder eines anderen beliebigen Schaltungselemententyps zu überwachen, welches sich von einem elektrisch geschlossenen Zustand in einen elektrisch offenen Zustand ändert.

Claims

1. Vorrichtung (100) zum Überwachen des Zustandes eines Schaltungsschutzgerätes (103) für den Einsatz in einem elektrischen System, mit folgenden Merkmalen:

eine Stromquelle (101) mit einem ersten Ausgangsanschluß (107) und einem zweiten Ausgangsanschluß (108), eine (elektrische) Last (102) mit einem erste Eingangsanschluß (114) und einem zweiten Eingangsanschluß (112), und eine Verbindungsleitung (113), die den ersten Ausgangsanschluß (107) des Netzteils (101) mit dem ersten Eingangsanschluß (114) der Last (102) verbindet, das Schaltungsschutzgerät (103) ist in Reihe zwischen den zweiten Ausgangsanschluß (108) der Stromquelle (101) und den zweiten Eingangsanschluß (112) der Last (102) geschaltet; die Vorrichtung umfaßt eine Anzeigeeinrichtung (111), die auf den elektrischen Stromfluß anspricht, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Lichtquelle (105) zwischen den ersten Ausgangsanschluß (107) der Stromquelle (101) und den zweiten Eingangsanschluß (112) der Last (102) so geschaltet ist, daß die Lichtquelle (105) normalerweise leuchtet, wenn sich das Schaltungsschutzgerät (103) in einem geschlossenen Stromkreis befindet, und nicht leuchtet, wenn sich das Schaltungsschutzgerät (103) in einem geöffneten Stromkreis befindet,

daß ein erster Schalter (104) eine momentane Unterbrechung des elektrischen Stromflusses durch die Lichtquelle (105) hindurch bewirkt, ohne den Stromfluß durch das Schaltungsschutzgerät zu unterbrechen, und

daß ein zweiter Schalter (109) die Anzeigeeinrichtung (111) und die Stromquelle (101) miteinander verbindet, wobei der zweite Schalter (109) optisch an die Lichtquelle (105) gekoppelt und so ausgebildet ist, daß der elektrische Strom daran gehindert wird, von der Stromquelle (101) zu der Anzeigeeinrichtung (111) zu fließen. In Abhängigkeit von dem von der Lichtquelle (105) ausgestrahlten Licht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsschutzgerät eine Sicherung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsschutzgerät ein Schaltungsunterbrecher ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (105) eine lichtemittierende Diode ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (109) einen photosensitiven Transistor umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (111) eine lichtemittierende Diode umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (111) so ausgebildet ist, einen akustischen Alarm auszusenden, wenn sich das Schaltungsschutzgerät (103) im offenen Schaltungszustand befindet.