FI77952C - Ljusbaogsrelae. - Google Patents

Description

1 77952

Valokaarirele

Keksinnön kohteena on valokaarirele,^joka on tarkoitettu ilmaisemaan useassa sähkökojeiston kohteessa mah-5 dollisesti syttyvän valokaaren ja sammuttamaan sen ohjaamalla kojeistoa syöttävän katkaisijan auki, joka valokaarirele käsittää: valonkeräysanturilla varustetun optisen kuidun valon keräämiseksi ja siirtämiseksi eteenpäin, joka keräysanturi muodostuu optisen kuidun ydintä ympäröi-10 västä ja valoa läpäisevästä vaippaosasta; kuidun päähän kytketyn valoilmaisimen; ja valoilmaisimelle kytketyn elektroniikkaosan ohjauksen antamiseksi katkaisijalle vasteena ilmaistulle valokaarelle.

Valokaaren aiheuttamien henkilö- ja materiaalivau-15 rioiden pienentämiseksi on tunnettua asentaa sähkönjakelussa käytettyihin kojeistoihin valokaarirele, joka havaitsee syntyvän valokaaren ja sammuttaa sen ohjaamalla yhden tai useamman kojeistoa syöttävän katkaisijan auki. Valokaaren kesto saadaan näin pienenemään jopa kymmenen-20 teen osaan, minkä ansiosta pystytään suuret vauriot välttämään ja kasvattamaan kojeiston käyttöastetta. Valokaari tuottaa valo-, paine-, lämpö- ja äänivaikutuksen, joista kutakin voitaisiin käyttää valokaaren havaitsemiseen. Va-lovaikutukseen perustuva havainnointi on kuitenkin siinä 25 mielessä edullisin, että siinä voidaan käyttää hyväksi optisia kuituja, jotka ovat tunteettomia ympäristön sähköisille häiriöille eivätkä itse toimi virtateinä. Tunnetuissa valokaarireleissä, joissa valo siirretään optista kuitua pitkin valoilmaisimelle, käytetään valonkeräysantu-' 30 rina optisen kuidun päässä olevaa keruulinssiä. Kun halutaan valvoa sähkököjeistossa useaa erillistä kohdetta - yhtaikaa, joudutaan vetämään erillinen kuitu kunkin val vottavaan kohteeseen ja jokaisen erillisen kuidun perään täytyy olla kytketty oma valoilmaisimensa. Valvottavien . . 35 kohteiden lukumäärän kasvaessa tulee laitteistosta siten varsin monimutkainen ja kallis. Tällaisessa pisteittäin ί 2 77952 mittaavassa valokaarireleessä on myös vaikea toteuttaa automaattinen testausosa, joka tarkastaa laitteiston toimintakyvyn ajoittain.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin päästä 5 eroon edellä kuvatuista puutteista ja saada aikaan uuden tyyppinen valokaarirele, joka tunnettuja ratkaisuja yksinkertaisemman rakenteensa ansiosta on myös hinnaltaan edullisempi. Tämä saavutetaan alussa kuvatun tyyppisellä va-lokaarireleellä sovittamalla optinen kuitu kulkemaan säh-10 kökojeiston kaikkien kennojen läpi siten, että jokaisessa kennossa on keräysanturina toimiva kuidun osa.

Keksinnön mukaisena perusajatuksena on siten eliminoida keruulinssien käyttötarve ja käyttää kuitua keräysanturina siten, että useita kohteita voidaan valvoa 15 saman kuidun avulla.

Koska keksinnön mukainen valokaarirele tarvitsee useiden kohteiden, esim. kojeiston eri kennojen, valvonnassa ainoastaan yhden optisen kuidun ja yhden valoilmaisimen, pysyy laitteisto hinnaltaan edullisena. Yhdellä 20 kuidulla voidaan valvoa useitakin kojeistoja, asentamalla kuitu kulkemaan valvottavien kojeistojen kautta. Koska tarvitaan ainoastaan yksi optinen kuitu, on myös jatkuva itsediagnostiikka helppo toteuttaa.

Keksinnön mukaista valokaarirelettä ja sen edul-25 lisiä suoritusmuotoja kuvataan seuraavassa tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen, sähkököjeiston eri kennoja valvovan valokaarireleen va-30 lonmittausperiaatetta, kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keräysanturina toimivaa optista kuitua ja siihen liitettyä elektroniikkaosaa, kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaista valokaarirelet-35 tä, joka on lisäksi varustettu sen kunnon ajoittain tarkastavalla testaustasolla, ja 3 77952 kuvio 4 esittää erästä esimerkkiä kuidun päähän muodostetusta keräysanturista.

Kuviossa 1 on esitetty sähkököjeisto 1, jonka peräkkäisiä kennoja on merkitty viitemerkeillä A - E. Valo-5 kaarirele 2 on esitetty yksinkertaistettuna siten, että se koostuu kennojen läpi kulkevasta optisesta kuidusta 3 ja sen perään kytketystä elektroniikkaosasta 4. Kussakin kennossa mahdollisesti syntyvän valokaaren valo kerätään kuituun 3 sen sivulta kuidun vaippaosan kautta. Vaippa-10 osalla tarkoitetaan tässä yhteydessä ydintä ympäröivää osaa, joka päästää valon lävitseen ytimeen, jota pitkin valo edelleen siirtyy eteenpäin. Kuidun rakennetta selitetään tarkemmin jäljempänä. Kuviossa 1 on kennoihin B ja D syntyneen valokaaren valoa esitetty nuolilla V. Kuitu 15 voi luonnollisestikin olla muilta osin päällystetty valoa läpäisemättömäksi, mutta keräysanturina toimivan kuidun osan vaipan täytyy läpäistä valoa. Tätä on havainnollistettu kennossa E, jossa kuitu 3 on muilta osin päällystetty valoa läpäisemättömällä päällysteellä 5, mutta ke-20 räysanturina toimiva kuidun osa 3e on jätetty vapaaksi.

Keksinnön mukaisesti on lisäksi havaittu, että kiertämällä keräysanturina toimiva kuidun osa silmukoille saadaan valonkeruutehokkuus paremmaksi ja suuntaherkkyys pienemmäksi. Tätä on puolestaan havainnollistettu kennojen B, C 25 ja D kohdalla, joissa keräysanturina toimivat kuidun osat 3b, 3c ja 3d muodostuvat peräkkäisistä silmukoista. Ke-räysanturi voi kuitenkin muodostua myös kennossa olevasta suorasta kuituosasta, kuten anturiosa 3a kennossa A esittää. Kuten kuviosta 1 havaitaan on keksinnön mukaisella 30 valokaarireleellä mahdollista havaita missä tahansa kennossa syttyvä valokaari käyttämällä vain yhtä optista kuitua 3 ja sen perään kytkettyä valoilmaisinta (ei esitetty), joka puolestaan on kytketty elektroniikkaosalle 4. Valokaarireleellä ei voida havaita sitä, missä kennossa valo-35 kaari syttyy, mutta paikan ilmaisu ei yleensä olekaan 4 77952 välttämätöntä. Valoilmaisimelta saatava tieto käsitellään elektroniikkaosassa 4, joka antaa ohjauksen katkaisijalle relelähtönsä 6 kautta.

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keräysanturina toi-5 mivaa optista kuitua 3 ja elektroniikkaosaa 4. Vastaavia osia on merkitty samoilla viitenumeroilla kuin kuviossa 1. Keräysanturina toimiva kuidun osa 3f on sijoitettu haluttuun valvontapaikkaan ja kuitu on edelleen johdettu päällysteellä 5 päällystettynä valoilmaisimelle 7 ja elektro-10 niikkaosalle 4, jotka on sijoitettu koteloon 8. Anturiosa 3f voi olla liitetty muuhun kuituun liittimellä 3g, jolloin saavutetaan se etu, että valokaaren mahdollisesti vaurioittaessa kuitua tarvitsee ainoastaan anturiosa vaihtaa. Valoilmaisin 7, joka voi olla esim. PIN-diodi tai 15 fototransistori, muuttaa kuitua pitkin tulleen valopulssin virtapulssiksi, jota vahvistetaan säädettävän vahvistuksen omaavassa esivahvistimessa 9. Esivahvistimen 9 perään on kytketty kaistanpäästösuodin 10, jonka läpi pääsevät valokaaren valolle ominaiset signaalit. Kaistanpääs-20 tösuotimen 10 perään on kytketty säädettävä komparaattori 11, joka antaa releelle 12 ohjauksen, mikäli komparaattorille tullut signaali ylittää säädetyn tason. Katkaisijan laukaisupiiri kytketään kulkemaan releen 12 koskettimien 6 kautta. Valoilmaisimen 7 eteen on lisätty sinistä ja 25 ultraviolettia valoa läpäisevä aallonpituussuodatin 13 ilmaisun selektiivisyyden parantamiseksi. Aallonpituussuodatin 13 voi myös olla kiinteästi integroituna valoilmaisimeen 7. Rele 12 voi olla toteutettu myös puolijohteilla.

Kuviossa 3 on esitetty vastaava rakenne varustet-30 tuna laitteiston kunnon ajoittain tarkastavalla testaus-osalla, joka käsittää valolähteen 14 ja sen ohjausyksikön 15. Kuitu 3 ei nyt ole päätetty, kuten aikaisemmissa esimerkeissä, vaan sen toinen pää on kytketty valolähteelle 14, joka ohjausyksikön ohjaamana lähettää kuituun lyhyen 35 testipulssin esim. 5 sekunnin välein tarkastaen näin lait- 5 7795 2 teiston kunnon. Ohjausyksikkö 15 ja kaistanpäästösuodin 10 on kytketty komparaattorien 11 kautta logiikkayksikölle 17, joka muodostaa ulostulosignaalinsa F ja G sisäänmenosig-naaliensa K ja L perusteella. Ulostulosignaali F hälyttää 5 viasta summerin 18 kautta mikäli sisäänmenosignaali K vastaa loogista "ykköstä" ja sisäänmenosignaali L loogista "nollaa". Ulostulosignaali G antaa releen 12 koskettimien 6 kautta ohjauksen katkaisijalle, jos ainoastaan sisäänmenosignaali L vastaa arvoltaan loogista "ykköstä". Valo-10 kaarireleen liitäntää katkaisijaan ei kuvioissa ole esitetty tarkemmin, koska se tapahtuu sinänsä tunnetulla tavalla eikä liity varsinaiseen keksinnölliseen ajatukseen.

Valonkeruussa tarvittava optinen kuitu 3 koostuu normaaliin tapaan ytimestä ja sitä ympäröivästä kuoresta 15 ja primääripäällysteestä. Ydin ja kuori voivat olla muovia tai lasia. Kuitenkin nykyisillä muovia ytimenä käyttävillä kuiduilla suuren valonvaimennuksen vuoksi kysymykseen tulevat kuidun pituudet ovat alle 10 m luokkaa. Lasia ytimenä käyttävien kuitujen valonvaimennus ei aseta käytän-20 nön rajoituksia kuitujen pituudelle näkyvän valon alueella. Ultraviolettialueella vaimennus on näkyvän valon alueen vaimennusta suurempi. Ydin, kuori ja primääripääl-lyste ovat siis aina mukana kuidussa, sen sijaan näitä ympäröivät sekundääri- ja puskuripäällysteet eivät ole 25 välttämättömiä kuidussa, koska ne ainoastaan vaimentavat ytimeen tunkeutuvaa valoa.

Kuviossa 4 on vielä esitetty eräs esimerkki kuidun päähän muodostetusta keräysanturista, joka käsittää varren 19, joka on muovia, esimerkiksi asetaali-nailonia.

30 Silmukaksi muodostetun optisen kuidun keräysanturina toimivan osan päälle on sovitettu ohut teflonsukka 20, joka parantaa anturin herkkyyttä sivusuunnassa. Teflonsukka 20 voidaan myös jättää pois. Kuitupään ei tarvitse välttämättä olla edes silmukalla, vaan se voi olla aivan suora.

35 Kummassakin tapauksessa valo menee kuituun sivulta päin 6 77952 kuoren läpi. Valon pääsy kuituun kuidun kärjestä on estetty valosuojalla. Varren ulkopäähän on kiinnitetty kui-tusilmukkaa ympäröivä suojus 21, jonka raaka-aineena on kirkas muovi. Suojus 21 on lisäksi täytetty silmukkaa ym-5 päröivällä läpinäkyvällä hartsitäytteellä 22. Yleisesti ottaen voidaan vielä todeta, että keräysanturina toimivan osan alueelta voi kuitu olla päällystetty millä tahansa valoa läpäisevällä päällysteellä, joka takaa riittävän herkkyyden, ja muilta osin voi kuitu olla päällystetty 10 millä tahansa valoa läpäisemättömällä päällysteellä, kuten jo kuvion 1 yhteydessä todettiin.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan 15 muunnella useillakin tavoilla oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Niinpä voidaan esimerkiksi elektroniikkaosa 4 toteutta myös kytkintransistorien avulla. Toisaalta on valokaarireleen selektiivisyyttä mahdollista parantaa aallonpituussuoda-20 tuksen ohella yhdistämällä valon havaitseminen johonkin muuhun valokaareen liittyvään ilmiöön, esim. virtamuutok-seen ja hyväksyä valokaareksi vain tapahtumat, joissa molemmissa suureissa tapahtuu tietyn rajan ylittävä muutos.

Claims (4)

77952

1. Valokaarirele, joka on tarkoitettu ilmaisemaan useassa sähkököjeiston (1) kohteessa (A-E) mahdollisesti 5 syttyvän valokaaren ja sammuttamaan sen ohjaamalla kojeistoa syöttävän katkaisijan auki, joka valokaarirele käsittää: - valonkeräysanturilla varustetun optisen kuidun (3) valon keräämiseksi ja siirtämiseksi eteenpäin, joka keräys-anturi muodostuu optisen kuidun (3) ydintä ympäröivästä ja 10 valoa läpäisevästä vaippaosasta, - kuidun (3) päähän kytketyn valoilmaisimen (7), ja - valoilmaisimelle (7) kytketyn elektroniikkaosan (4) ohjauksen antamiseksi katkaisijalle vasteena ilmaistulle valokaarelle, 15 tunnettu siitä, että optinen kuitu (3) on sovitettu kulkemaan sähkököjeiston (1) kaikkien kennojen (A-E) läpi siten, että jokaisessa kennossa on keräysanturina toimiva kuidun osa (3a - 3e).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valokaarirele, 20 tunnettu siitä, että keräysanturina toimiva kuidun osa (3b, 3c, 3d; 3f) kiertää yhden tai useamman silmukan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen valokaarirele, tunnettu siitä, että keräysanturina toimiva kuidun osa (3f) on vaihdettava.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen va lokaarirele, tunnettu siitä, että keräysanturina toimivat osat (3f) ovat kuidun päiden välillä, ja että valoilmaisinta (7) vastapäätä olevaan kuidun (3) päähän on sovitettu testipulsseja lähettävä valolähde (14).