DK165085B - Lysbuerelae - Google Patents

Description

i

DK 165085B

Den foreliggende opfindelse angår et lysbuerelæ til detektering af en eventuel lysbue, som antændes ved et af en flerhed af mulige lysbuepunkter i en koblingsinstallation, og for at slukke den ved at bevirke åbning af en afbryder, som fører strøm til koblingsinstall ationen, hvi1 -5 ket lysbuerelæ omfatter: - en optisk fiber til opsamling af lys med en opsamlingsføler og til at overføre det opsamlede lys, idet opsamlingsføleren udgøres af en transparent kappe, som omgiver kernen af fiberen, - en fotoføler forbundet med enden af fiberen, og 10 - en elektronisk enhed forbundet til fotoføleren til at styre af bryderen som reaktion på en detekteret lysbue.

Med det formål at reducere skader for personel og skader på materiel ved lysbuer er det kendt at udruste koblingsinstallationer, som anvendes til elektricitetsfordeling med et lysbuerelæ, som detekterer en 15 opstået lysbue, og slukker den ved at bevirke åbning af en eller flere afbrydere, som fører strøm til koblingsindstallationen. Varigheden af lysbuen kan på denne måde reduceres så meget som til en tiendedel, så større skader kan undgås, og udnyttelsesgraden for koblingsinstallationen kan øges. Lysbuen frembringer lys, tryk, varme og støj, hvilke om-20 stændigheder hver især kunne udnyttes til detektion af lysbuen. Observation af lysvirkningen foretrækkes imidlertid, eftersom der dertil kan anvendes optiske fibre, som er ufølsomme for elektriske forstyrrelser, som kan forekomme i omgivelserne, og fibrene ikke i sig selv danner no-' gen strømvej. Kendte lysbuerelæer, hvori lys føres langs en optisk fiber 25 til en fotoføler, omfatter en kollektorlinse arrangeret ved enden af den optiske fiber som lysføler. Når der skal overvåges flere adskilte steder i en elektrisk koblingsinstallation på samme tid, er det nødvendigt at trække en særskilt fiber til hvert af de steder, der skal overvåges, og der må efter hver adskilt fiber tilsluttet en separat fotoføler. Ved 30 større antal punkter til overvågning bliver udstyret således meget kompliceret og kostbart. Endvidere er det også vanskeligt i sådanne lysbuerelæer, som måler punktvis, at arrangere en automatisk prøvedel, der kan kontrollere indretningens funktionsdygtighed fra tid til anden.

Opfindelsen har til formål at undgå de nævnte ulemper og at tilve-35 jebringe en type af lysbuerelæ, som er mere fordelagtigt, hvad angår pris, idet konstruktionen er enklere end de kendte indretninger. Dette opnås ved hjælp af et lysbuerelæ af den indledningsvis angivne art der- 2

DK 165085 B

ved, at den optiske fiber er arrangeret til at forløbe gennem alle celler i koblingsinstallationen, således at hver celle omfatter en fiberdel, der virker som opfangningsføler.

Den grundlæggende ide i opfindelsen er således at anvende fiberen 5 som opsamlingsføler, således at flere adskilte steder kan overvåges gennem én og samme fiber.

Idet lysbuerelæet ifølge opfindelsen kun kræver én optisk fiber og én fotoføler til overvågning af flere punkter såsom forskellige celler i koblingsinstallationen, kan indretningen udføres til en gunstig pris, 10 Flere afbrydere kan overvåges med en enkelt fiber, når fiberen trækkes, så den forløber forbi de afbrydere, som skal overvåges. Eftersom der kun behøves én optisk fiber, kan kontinuert autodiagnose let gennemføres.

Lysbuerelæet ifølge opfindelsen og fortrukne udførelsesformer deraf beskrives mere detaljeret i det følgende under henvisning til 15 eksempler vist på tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser lysmåleprincippet for et lysbuerelæ ifølge opfindelsen, som overvåger forskellige celler i en elektrisk kobl i ngsi nstal 1ati on, 20 fig. 2 skematisk viser en optisk fiber, der virker som opfang ningsføler, samt en hertil forbundet elektronisk enhed, fig. 3 viser lysbuerelæet ifølge fig. 2, hvilket lysbuerelæ desuden er forsynet med en afprøvningsdel, som fra tid til anden kan kontrollere relæets tilstand, og 25 fig. 4 viser et eksempel på en opfangningsføler udformet ved enden af en fiber.

Fig. 1 viser en elektrisk afbryderinstallation 1, hvis successive celler er betegnet med henvisningerne A-E. Et lysbuerelæ 2 er vist for-30 enklet omfattende en optisk fiber 3, som forløber igennem cellerne, samt en hertil forbundet elektronisk enhed 4. Lyset fra en lysbue, som eventuelt måtte opstå i enhver af cellerne, opfanges i fiberen 3 gennem siden af fiberens kappe. Betegnelsen kappe anvendt her henviser til en del, som omgiver kernen, og som tillader passage af lys derigennem ind i 35 kernen, hvor lyset fortsætter langs med kernen. Strukturen af fiberen beskrives mere detaljeret nedenfor. I fig. 1 er lyset fra en bue, som er opstået i cellerne B og D, antydet med pilene V. Resten af fiberen kan 3

DK 165085B

naturligvis være forsynet med overtræk, så den er uigennemskinnelig, mens kappen af den del, der virker som opfangningsføler, skal være transparent. Dette er vist i cellen E, hvori en fiberdel 3e, der virker som opfangningsføler, er fri, mens resten af fiberen 3 er forsynet med 5 et ikke-gennemskinneligt overtræk 5. Ifølge opfindelsen er det endvidere opdaget, at lysopfangningsevnen kan forbedres og retningskarakteri stikken reduceres ved at sløjfe den fiberdel, der virker som opfangningsføler. Dette er illustreret i forbindelse med cellerne B, C og D, hvori fiberdelene 3b, 3c og 3d, der virker som opfangningsføler, er dannet af 10 successive sløjfer eller løkker. Opfangningsføleren kan imidlertid også være dannet i en ret fiberdel i cellen som vist ved følerdelen 3a i cellen A. Som det ses i fig. 1, tillader lysbuerelæet ifølge opfindelsen detektion af en lysbue opstået i enhver af cellerne ved hjælp af en enkelt optisk fiber 3 og en herefter forbundet fotoføler (ikke vist), som 15 er forbundet til den elektroniske enhed 4. Ved hjælp af lysbuerelæet er det ikke muligt at konstatere, i hvilken celle lysbuen er opstået, men stedbestemmelse er på den anden side normalt ikke nødvendig. Information fra fotoføleren behandles i den elektroniske enhed 4, som kontrollerer en afbryder gennem relæudgangen 6.

20 Fig. 2 viser skematisk den optiske fiber 3, som virker som opfang ningsføler, samt den elektroniske enhed 4. Tilsvarende dele er betegnet med samme henvisningstal som i fig. 1. Fiberdelen 3f, der virker som opfangningsføler, er placeret ved det punkt, der skal overvåges, og fiberen, der her ikke er belagt med overtræk 5, forløber videre til fotofø-25 leren 7 og den elektroniske enhed 4, som er placeret i et hus 8. Følerdelen 3f kan være forbundet med en anden fiber med en konnektor 3g, hvorved der opnås den fordel, at kun en del af føleren skal udskiftes, hvis en lysbue skulle have beskadiget den. Fotoføleren 7 såsom en pin-diode eller en fototransistor konverterer en lyspuls, der kommer ind 30 langs fiberen til en strømpuls, som forstærkes i en forforstærker 9 med variabel forstærkning. Efter forforstærkeren 9 er der tilkoblet et bånd-pasfilter 10, som tillader passage af signaler, som er typiske for buens lys. Efter båndpasfilteret 10 er der tilkoblet en indstillelig kompara-tor 11, som styrer relæet 12, når signalet til komparatoren overskrider 35 et fastsat niveau. Udløserkredsløbet for afbryderen er forbundet til at forløbe gennem kontakterne 6 på relæet 12. Et bølgelængdefilter 13, som tillader passage af blåt eller ultraviolet lys, er tilsluttet foran fo-

DK 165085 B

4 toføleren 7 for at forbedre detekteringsselektiviteten. Bølgelængdefilteret 13 kan også være fast integreret i fotoføleren 7. Relæet 12 kan også realiseres gennem halvledere.

Fig. 3 viser den respektive struktur, når den er forsynet med en 5 prøvedel for lejlighedsvis tilstandsprøvning af udstyret. Prøvedelen omfatter en lyskilde 14 og en kontrolenhed 15. Fiberen 3 har her ikke nogen fri ende i modsætning til det tidligere eksempel, idet en ende i stedet er forbundet med en lyskilde 14 styret af kontrolenheden, så den sender en kort prøvepuls ind i fiberen, f.eks. i intervaller på fem se-10 kunder, for kontrol af udstyrets tilstand. Kontrolenheden 15 og båndpas-filteret 10 er forbundet gennem komparatorerne 11 til en logisk enhed 17, der på udgangen frembringer·signaler F og G på basis af indgangssignalerne K og L. Udgangssignalet F giver alarm om en fejl gennem en summer 18, hvis indgangssignalet K svarer til logisk 1 og indgangssignalet 15 L til logisk 0. Udgangssignalet G kontrollerer afbryderen gennem kontakterne 5 på relæet 12, hvis værdien af blot indgangssignalet L svarer til logisk 1. Forbindelsen af lysbuerelæet til afbryderen er ikke nærmere vist i figurerne, fordi den udføres på i og for sig kendt måde og ikke anses at udgøre nogen del af opfindelsen.

20 Den optiske fiber 3, som behøves til opsamling af lys, er som sæd vanligt udformet med en kerne og en omgivende kappe samt et primært o-vertræk. Kernen og kappen kan være fremstillet af formstof eller glas.

Pga. af den store lysdæmpning kan de kendte fibre med plastikkerne imidlertid kun have længder under 10 m. Lysdæmpningen i fibre med glaskerne 25 medfører ikke praktiske begrænsninger på fiberlængden inden for området for synligt lys. Inden for det ultraviolette område er dæmpningen større end inden for området med synligt lys. Fiberen omfatter således altid en kerne, en kappe og et primært overtræk, mens et sekundært overtræk og et beskyttelsesovertræk heromkring ikke er uomgængeligt nødvendigt i fibe-30 ren, idet de dæmper det lys, som går ind i kernen.

Fig. 4 viser et andet eksempel på en opfangningsføler udformet ved enden af en fiber omfattende en arm 19 af formstof såsom acetal nylon. En teflonstrømpe 20, som forbedrer følerens sensitivitet i sideværts retning er arrangeret på den del af den sløjfede optiske· fiber, der funge-35 rer som opfangningsføler. Alternativt kan teflonstrømpen 20 udelades. Fiberenden behøver ikke nødvendigvis sløjfes, men kan lades ret. I begge tilfælde går lyset ind i fiberen fra siden gennem kappen. Lysets indfald

DK 165085B

5 i fiberen fra fiberenden hindres ved en lysafskærmning. En beskyttende beklædning 21 udført af lyst plastik og omgivende fiberløkken er forbundet med armens yderende. Endvidere er den beskyttende beklædning 21 udfyldt med transparent harpiksfyldemateriale 22, som omgiver sløjfen. Ge-5 nerelt kan det forklares, at den fiberdel, der virker som opfangningsfø-ler, kan forsynes med enhver transparent belægning, som garanterer tilstrækkelig følsomhed, idet resten af fiberen kan være forsynet med enhver form for ikke gennemskinnelig belægning som forklaret ovenfor i forbindelse med fig. 1.

10 Den elektroniske enhed 4 kan også omfatte switching transistorer.

Lysbuerelæets følsomhed kan forbedres ikke blot gennem bølgelængdefiltrering, men også ved at forbinde lysdetekteringen med et eller andet andet fænomen med relation til lysbuen, såsom en strømændring, således at kun begivenheder, hvori en ændring for begge parametre overskrider 15 fastlagte grænser, anerkendes som lysbue.

Claims (4)

1. Lysbuerelæ beregnet til detektering af en eventuel lysbue, som antændes ved et af en flerhed af mulige lysbuepunkter (A-E) i en kob- 5 lingsinstallation, og for at slukke den ved at bevirke åbning af en afbryder, som fører strøm til koblingsinstallationen, hvilket lysbuerelæ omfatter: - en optisk fiber (3) til opsamling af lys med en opsamlingsføler og til at overføre det opsamlede lys, idet opsamlingsføleren udgø- 10 res af en transparent kappe,.som omgiver kernen af fiberen (3), - en fotoføler (7) forbundet med enden af fiberen (3), og - en elektronisk enhed (4) forbundet til fotoføleren (7) til at styre afbryderen som reaktion på en detekteret lysbue, KENDETEGNET ved, at den optiske fiber (3) er arrangeret til at forløbe gennem alle 15 celler (A-E) i koblingsinstallationen (1), således at hver celle omfatter en fiberdel (3a-3e), der virker som opfangningsføler.

2. Lysbuerelæ ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at en fiberdel (3b, 3c, 3d, 3f), der virker som opfangningsføler, er sløjfet én eller flere 20 gange.

3. Lysbuerelæ ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET ved, at den fiberdel (3f), der virker som opfangningsføler er udskiftelig. 25

4. Lysbuerelæ ifølge ethvert af de foranstående krav, KENDETEGNET ved, at dele (3f), der virker som opfangningsføler, er arrangeret mellem enderne af fiberen, og at den ende af fiberen (3), der ligger modsat fotoføleren (7) er forsynet med en lyskilde (14) indrettet til at kunne sende prøveimpulser. 30 35