NO173415B - Lysbuerele - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et lysbuerelé som er innrettet til å detektere en lysbue som eventuelt blusser opp ved et eller flere steder i et koblingsanlegg, og for å slukke denne ved å bevirke at en kretsbryter som leverer strøm til koblingsanlegget, blir åpnet. Lysbuereléet omfatter en oppfangerføler for oppsamling av lys, et optisk fiber som er forbundet med oppfangerføleren for overføring av det oppsamlede lys fremover langs fiberet, en fotoføler som er forbundet med den ene ende av fiberet, og en elektronisk enhet som er forbundet med fotoføleren for styring av kretsbryteren som reaksjon på den detekterte lysbue. Se forøvrig den innledende del av patentkrav 1.

For å redusere skader som blir bevirket på personer og skader som er forårsaket på materiell på grunn av lys-

buer, er det kjent å fremskaffe koblingsanlegg som blir benyttet ved fordeling av elektrisitet, med et lysbue-

relé som detekterer en lysbue som oppstår, og slukker denne ved å bevirke at en eller flere av de kretsbrytere som tilfører strøm til koblingsanlegget, blir åpnet. Va-righeten av lysbuen blir på denne måte redusert så meget som til en tiendedel, slik at store skader kan unngås og graden av utnyttelse av koblingsanlegget kan økes. Lysbuen fremskaffer et lys, et trykk, varme og lydvirkning-

er, hvilke hver for seg kunne benyttes for detektering av lysbuen. Imidlertid er observasjoner basert på lys-virkningen foretrukket, fordi denne kan utnyttes i forbindelse med optiske fibre som er ufølsomme overfor elek-triske forstyrrelser som opptrer i omgivelsene, og de funksjonerer ikke som en strømbane i seg selv. Kjente lysbuefiltre hvori lys blir overført langs et optisk fiber til en fotoføler, utnytter en kollektorlinse som er plassert ved enden av det optiske fiber som en lys-oppfangende føler. Når en flerhet av separate steder i et elektrisk koblingsanlegg skal overvåkes samtidig,

er det nødvendig å trekke et separat fiber til hvert av

punkter som skal overvåkes, og en separat fotoføler må for-bindes etter hvert separate fiber. Når antallet av sted-ene som skal overvåkes skal økes, vil innretningen således bli meget komplisert og dyr. Dessuten er det også vanske-lig i forbindelse med slike lysbuereléer å måle på en punkt-vis måte for å realisere en automatisk testdel som kontrollerer operasjonsmuligheten for innretningen fra tid til tid.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å unngå de ovenfor omtalte ulemper og fremskaffe en ny type lysbuerelé som er mer fordelaktig hva angår pris, idet oppbygningen er enklere enn den ifølge tidligere innretninger. Dette oppnår man ved hjelp av et lysbuerelé av den type som er omtalt i den innledende del, og da på en slik måte at en gjennomsiktig omhylning som omgir kjernen av et optisk fiber, er innrettet som en oppfangerføler.

Den grunnleggende idé for oppfinnelsen går således ut på å eliminere behovet for kollektorlinser og å bruke fiberet som en oppfangerføler, slik at en flerhet av følere kan plasseres langs ett og samme fiber. Dette oppnås ved et lysbuerelé av den innledningsvis angitte art, som ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at det optiske fiber er innrettet til å strekke seg gjennom alle cellene i koblingsanlegget, slik at hver celle omfatter en fiberdel som virker som oppfangerføler.

Lysbuereléet i henhold til den foreliggende oppfinnelse krever ett optisk fiber og en fotoføler alene for overvåkning av en flerhet av punkter, f.eks. de forskjellige celler i et koblingsanlegg, hvorfor prisen for innretningen blir fordelaktig. Flere koblingsanlegg kan overvåkes ved hjelp av et eneste fiber når fiberet blir montert for å strekke seg gjennom koblingsanlegget som skal overvåkes. Fordi man bare trenger ett optiske fiber, kan man lett utføre kontinuerlig automatisk diagnose.

Lysbuereléet i henhold til den foreliggende oppfinnelse og noen foretrukne utførelsesformer for denne blir omtalt i ytterligere detalj i det følgende, under henvisning til eksempler vist på vedføyde tegningsfigurer.

Figur 1 viser skjematisk lysmåleprinsippet ved et lysbuerelé

i henhold til den foreliggende oppfinnelse, ved overvåkning av de forskjellige celler i et elektrisk koblingsanlegg.

Figur 2 viser skjematisk et optisk fiber som virker som en oppfangerføler og en elektronisk enhet som er tilknyttet denne. Figur 3 viser lysbuereléet i henhold til figur 2, idet lysbuereléet ytterligere er forsynt med en testedel som kontrollerer betingelsen hos reléet fra tid til annen. Figur 4 anskueliggjør et eksempel på en oppfangerføler som er tildannet ved enden av et fiber.

Figur 1 viser et elektrisk koblingsanlegg 1, hvis sukses-

sive celler er angitt med henvisningsbetegnelsene A-E. Det er vist et forenklet lysbuerelé 2, idet dette omfatter et optisk fiber 3 som strekker seg gjennom cellene, og en elektronisk enhet 4 som er tilkoblet deretter. Lyset fra en lysbue som eventuelt er oppstått i en eller flere av cellene, blir oppsamlet i fiberet 3 fra sin side gjennom omhylningen hos fiberet. Uttrykket omhylning slik det blir benyttet her, henspeiler seg til en del som omslutter kjernen og tillater gjennomslipning av lys inn til kjernen, langs hvilken lyset brer seg. Oppbygningen av fiberet er beskrevet mer detaljert i det følgende. På figur 1 er lyset fra en lysbue som er oppstått i cellene B og D indikert med pilene V. Naturligvis kan resten av fiberet være belagt slik at den er gjennomskinnelig, mens omhylningen av den del som virker som oppfangerføler, må være gjennomsiktig eller transparent. Dette er anskueliggjort ved cellen E, hvor en fiberdel 3e som virker som en oppfangerføler, er fri, mens resten av fiberet 3 er forsynt med en ikke-gjennomsiktig overtrekning 5. I henhold til oppfinnelsen er det funnet at lysopsamlingskapasitet kan forbedres og retningsevnen kan

reduseres ved å sløyfedanne den fiberdel som virker som en oppfangerføler. Dette, på sin side er anskueliggjort i forbindelse med cellene B, C og D, hvor fiberdelene 3b, 3c og 3d som virker som oppfangerføler, er tildannet med suk-sessive sløyfer. Oppfangerføleren kan imidlertid også tildannes av en rett fiberdel i en celle, slik dette er anskueliggjort ved følerdelen 3a i cellen A, Slik det fremgår av figur 1, vil lysbuereléet i henhold til oppfinnelsen muliggjøre detekteringen av en lysbue som oppstår i hvilken som helst av cellene ved hjelp av et eneste optisk fiber 3 og en fotoføler (ikke vist) som er forbundet deretter og ytterligere forbundet med den elektroniske enhet 4. Ved hjelp av lysbuereléet er det ikke mulig å detektere i hvilken celle lysbuen oppstår, men på den annen side er lokasjon-detektering ikke alltid nødvendig. Informasjon som oppnås fra fotoføleren blir bearbeidet i den elektroniske enhet 4, som styrer en kretsbryter via sin reléutgang 6.

Figur 2 viser skjematisk det optiske fiber 3 som virker som en oppfangerføler og den elektroniske enhet 4. De tilsvarende deler er de samme som med samme henvisnings-tall på figur 1. Fiberdelen 3f som virker som en opp-fangerføler er plassert ved det punkt som skal overvåkes, og fiberet som er nå belagt med belegget 5, strekker seg ytterligere til fotoføleren 7 og den elektroniske enhet 4, som er plassert i et hus 8. Følerdelen 3f kan være festet til et annet fiber ved hjelp av et koblingsstykke 3g, hvorved man oppnår en fordel ved at bare en følerdel må erstattes dersom en lysbue skulle skade, fiberet. Fo-toføleren 7, f.eks. PIN-diode eller en fototransistor, omformer den lyspuls som ankommer langs fiberet, til en strømpuls som blir forsterket i en forforsterker 9 med justerbar forsterkning. Etter forforsterkeren 9

er et båndpassfilter 10 forbundet, som tillater gjen-nomgangen av signaler som er typiske for lyset fra lysbuen. Etter båndpassfilteret 10 er en justerbar kompa-

rator 11 forbundet, idet denne styrer reléet 12 dersom sig-nalet til komparatoren 11 overskrider et forhåndsbestemt nivå. Utløserkretsen hos kretsbryteren er forbundet for å strekke seg gjennom kontaktene 6 hos reléet 12. Et bølgelengdefilter 13 tillater passasjen av blått eller ultraviolett lys, og er forbundet foran fotoføleren 7

for å forbedre selektiviteten av deteksjonen. Bølge-lengdef ilteret 13 kan også være fiksert som en integrert del av fotoføleren 7. Reléet 12 kan også realiseres ved hjelp av halvledere .

Figur 3 viser den respektive oppbygning når den er forsynt med en testdel for intermittent kontroll av innretningens tilstand. Testdelen omfatter en lyskilde 14 og en tilhør-ende styrenehet 15. Fiberet 3 har nå ingen fri ende som ved det tidligere eksempel, men istedet er en ende av dette forbundet med lyskilden 14, som styres av styreenheten slik at den sender en kort testpuls inn i fiberet, f.eks. ved intervaller på 5 sekunder, for således å kontrollere innretningens tilstand. Styreenheten 15 og båndpassfilteret er forbundet via komparatorene 11 til en logikkenhet 17, som fremskaffer sine utgangssignaler F og G på basis av sine inngangssignaler K og L. Utgangssignalet F gir en alarm ved en feil via en summer 18 dersom inngangssignalet K svarer til logisk 1 og inngangssignalet L til logisk 0. Utgangssignalet G styrer kretsbryteren via kontaktene 6

i reléet, dersom verdien av inngangssignalet L bare svarer til logisk 1. Tilkoblingen av lysbuereléet til kretsbryteren er ikke tydeligere angitt på figurene, fordi dette utføres på en i og for seg kjent måte, og tilhører ikke hovedidéen bak oppfinnelsen.

Det optiske fiber 3 som er nødvendig for oppsamlingen av lys, blir vanligvis tildannet ved hjelp av en kjerne

og en omhylning som omgir denne, samt et primært belegg. Kjernen og omhylningen kan være tildannet av plast eller glass. På grunn av den store lysdempning har imidlertid tidligere kjente fibre med en plastkjerne, bare en lengde

på mindre enn 10 meter. Lysdempningen i forbindelse med fibre med en glasskjerne legger ikke noen praktiske restriksjoner på fiberlengden innen området for synlig lys. Innenfor området ultrafiolett lys er dempningen større enn innenfor området for synlig lys. Fiberet vil således alltid omfatte kjernen, omhylningen og primærbelegget, mens det sekundære belegg og buffer-belegget som omgir nevnte, ikke er nødvendig ved fiberet, fordi de bare demper det lys som kommer inn i kjernen.

Figur 4 viser nok et eksempel på en oppfangerføler som er tildannet ved den ene ende av et fiber og omfatter en arm 19 tildannet av plast, f.eks. acetal nylon. En tynn teflonstrømpe 20 forbedrer følsomheten hos føleren i sideveis retning, og er anordnet på den del av den sløyfeanordnede optiske fiber som virker som en oppfangerføler. Teflonstrømpen 20 kan også være utelatt. Fiberenden trenger ikke nødvendigvis være sløyfeanord-net, men kan også være ganske rett. I begge tilfeller vil lys komme ikk i fiberet fra siden gjennom omhylningen. Innføringen av lyset i fiberet fra enden av fiberet blir forhindret ved hjelp av en lysskjerm. En beskyttende kappe 21 tildannet av lys plast og anordnet rundt fibersløyfen, er festet til den ytre ende av armen. Dessuten er den beskyttende kappe 21 fyllt med et gjennomsiktig harpiksfyllstoff 22 som omslutter sløyfen. Sagt generelt, kan man si at den fiberdel som virker som oppfangerføler, kan være forsynt med et hvilket som helst gjennomsiktig belegg som garanterer en tilstrekkelig følsom-het, samtidig som resten av fiberet kan være forsynt med et hvilket som helst ikke-gjennomsiktig belegg, slik det allerede er angitt i forbindelse med figur 1.

Den elektroniske enhet 4 kan også realiseres ved hjelp av svitsjetransistorer. På den annen side kan følsomheten hos lysbuereléet forbedres, ikke bare ved hjelp av bølgelengde-filtrering, men også ved å sammenkoble lysdeteksjonen med et eller annet fenomenn som har å gjøre med lysbuen, f.eks. en strømendring, og akseptere som en lysbue bare hendelser hvor en endring overskrider en viss grense som forekommer ved begge kvantiteter.

Claims (4)

1. Lysebuerelé innrettet for å detektere en lysbue som eventuelt blusser opp ved ett eller flere punkter (A-E) i et koblingsanlegg (1), og for slukning av lysbuen ved å bevirke at en kretsbryter som tilfører strøm til koblingsanlegget, blir åpnet, idet lysbuereléet omfatter: - en oppfangerføler for oppsamling av lys, - et optisk fiber (3) forbundet med oppfangerføle-ren for overføring av det oppsamlede lys fremover langs fiberet, idet oppfangerføleren er tildannet av en gjennomsiktig omhylning som omgir kjernen hos fiberet (3), - en fotoføler (7) forbundet med enden av fiberet (3), og - en elektronisk enhet (4) forbundet med fotoføle-ren (7) for styring av kretsbryteren som reaksjon på den detekterte lysbue, karakterisert ved at det optiske fiber (3) er innrettet til å strekke seg gjennom alle cellene (A-E) i koblingsanlegget (1), slik at hver celle omfatter en fiberdel (3a-3e) som virker som oppfangerføler.

2. Relé som angitt i krav 1 , karakterisert ved at en fiberdel (3b,3c,3d;3f) som virker som oppfangerføleren, er sløyfetil-dannet en eller flere ganger.

3. Relé som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at fiberdelen (3f) som virker som oppfangerføler, kan erstattes.

4. Relé som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at de deler (3f) som virker som oppfangerføler, er plassert mellom endene av fiberet, og at enden av fiberet (3) motsatt fotoføleren (7) er anordnet med en lyskilde (14) som sender testpulser.