SE462544B

SE462544B - LJUSBAAGSRELAE

Info

Publication number: SE462544B
Application number: SE8903348A
Authority: SE
Inventors: M Launonen
Original assignee: Abb Stroemberg Oy
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1990-07-09
Also published as: SE8903348D0; DK504289A; CH676174A5; DK165085C; FI77952C; GB2225186A; FI871627A0; DK165085B; GB2225186B; DE3890265C2; FI77952B; NO173415B; WO1988008217A1; SE8903348L; GB8922316D0; NO885373L; NO885373D0; NO173415C; FI871627A; DK504289D0

Description

4.2.. 10 15 20 25 30 35 ßâ (N 2 efter varje separat fiber. Då antalet punkter som skall övervakas ökar, blir anordningen på detta sätt mycket komplicerad och dyr. Ytterligare är det också svårt att i sådana ljusbågsreläer som mäter punktvis förverkliga en automatisk testningsdel, som då och då kontrollerar anordningens funktionsduglighet. 4.2 .. 10 15 20 25 30 35 ßâ (N 2 after each separate fiber. As the number of points to be monitored increases, the device in this way becomes very complicated and expensive. Furthermore, it is also difficult to realize in such arc relays that measure point by point a automatic testing part, which from time to time checks the operability of the device.

Föreliggande uppfinning avser att undvika de ovannämnda nackdelarna och att åstadkomma en ny typ av ljusbågsreläer, som är fördelaktigare till priset än dess struktur är enklare än de förut kända anordningar- nas. Detta uppnås medelst ett ljusbågsrelä av den typ som beskrevs i början på ett sådant sätt att ett genom- skinligt optiskt hölje, kärna, är anordnad som pickupsensor. som omger en optisk fibers Grundidén hos uppfinningen är sålunda att elimi- nera behovet av kollektorlinser och att använda fibern som pickupsensor så att ett flertal sensorer kan place- ras längs en och samma fiber.The present invention aims to avoid the above-mentioned disadvantages and to provide a new type of arc relay, which is more advantageous in price than its structure is simpler than the previously known devices. This is achieved by means of an arc relay of the type described at the beginning in such a way that a transparent optical housing, core, is arranged as a pickup sensor. which surrounds an optical fiber The basic idea of the invention is thus to eliminate the need for collector lenses and to use the fiber as a pickup sensor so that a plurality of sensors can be placed along one and the same fiber.

Ljusbågsreläet enligt uppfinningen kräver en enda optisk fiber och en enda fotosensor för övervakning av flera punkter, t.ex. de olika cellerna i ställverket, varför priset på anordningen är fördelaktigt. Flera ställverk kan övervakas medelst en enda fiber då fibern är monterad att sträcka sig genom ställverken som skall övervakas. Eftersom endast en optisk fiber behövs, är det lätt att utföra kontinuerlig autodiagnos.The arc relay according to the invention requires a single optical fiber and a single photosensor for monitoring several points, e.g. the different cells in the switchgear, so the price of the device is advantageous. Several switchgear can be monitored by means of a single fiber as the fiber is mounted to extend through the switchgear to be monitored. Since only one optical fiber is needed, continuous self-diagnosis is easy to perform.

Ljusbågsreläet enligt uppfinningen och några föredragna utföringsformer därav beskrivs utförligare i det följande med hänvisning till exemplen på de bi- fogade ritningarna, på vilka figur 1 visar schematiskt ljusmätningsprincipen hos ett ljusbågsrelä enligt uppfinningen, vilket relä övervakar de olika cellerna i ett elektriskt ställverk, figur 2 visar schematiskt en optisk fiber som fungerar som pickupsensor och en därtill ansluten elek- 10 15 20 25 30 35 462 544 tronisk enhet, figur 3 visar ljusbågsreläet enligt figur 2, var- vid ljusbågsreläet är ytterligare försett med en test- ningsdel, som då och då kontrollerar reläets tillstånd, och figur 4 visar ett exempel på en pickupsensor ut- formad i änden av en fiber.The arc relay according to the invention and some preferred embodiments thereof are described in more detail below with reference to the examples of the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows the light measurement principle of an arc relay according to the invention, which relay monitors the various cells in an electrical switchgear, Figure 2 schematically shows an optical fiber which functions as a pickup sensor and an electronic unit connected thereto, figure 3 shows the arc relay according to figure 2, wherein the arc relay is further provided with a testing part, which then and then checks the condition of the relay, and Figure 4 shows an example of a pickup sensor formed at the end of a fiber.

Figur 1 visar ett elektriskt ställverk 1, vars successiva celler är betecknade med hänvisningssiffrorna A-E. Ett ljusbågsrelä 2 visas förenklat så att det upp- visar en optisk fiber 3, som sträcker sig genom celler- na, och en därefter ansluten elektronisk enhet 4. Ljuset från en ljusbåge eventuellt alstrad i varje cell samlas i fibern 3 från dess sida genom fiberns optiska hölje.Figure 1 shows an electrical switchgear 1, the successive cells of which are denoted by the reference numerals A-E. An arc relay 2 is shown in a simplified manner so as to have an optical fiber 3 extending through the cells and an electronically connected unit 4 thereafter. The light from an arc possibly generated in each cell is collected in the fiber 3 from its side through the arc. optical cover.

Den här använda termen optiskt hölje betecknar en del som omger kärnan och låter ljus strömma genom sig in i Fiberns kärnan, längs vilken ljus vidarebefordras. struktur beskrivs närmare nedan. I figur 1 är ljuset från en ljusbåge alstrad i cellerna B och D betecknat med pilarna V. Resten av fibern kan naturligtvis vara belagd så att den är ogenomskinlig, medan det optiska höljet runt den del som fungerar som pickupsensor bör vara genomskinligt. Detta visas i cellen E, i vilken en fiberdel 3e som fungerar som pickupsensor är fri, medan resten av fibern 3 är försedd med en ogenomskinlig be- läggning 5. Enligt uppfinningen har man vidare kommit underfund med att kapaciteten att samla ljus kan för- bättras och. riktverkan kan. minskas genom att bilda öglor av den fiberdel som fungerar som pickupsensor.As used herein, the term optical envelope denotes a portion that surrounds the core and allows light to flow through it into the core of the fiber, along which light is transmitted. structure is described in more detail below. In Figure 1, the light from an arc generated in cells B and D is denoted by arrows V. The rest of the fiber may, of course, be coated so that it is opaque, while the optical envelope around the part acting as a pickup sensor should be transparent. This is shown in the cell E, in which a fiber part 3e which functions as a pickup sensor is free, while the rest of the fiber 3 is provided with an opaque coating 5. According to the invention it has further been found that the capacity to collect light can be improved. and. directive can. is reduced by forming loops of the fiber part that acts as the pickup sensor.

Detta visas i sin tur i samband med cellerna B, C och D, i vilka fiberdelar 3b, 3c och 3d som fungerar som pickupsensor är utformade till successiva öglor. Pick- upsensorn kan dock också vara utformad av en rak fiber- del i cellen, såsom visas av sensordelen 3a i cellen A.This is shown in turn in connection with the cells B, C and D, in which fiber parts 3b, 3c and 3d which act as pickup sensor are designed for successive loops. However, the pick-up sensor can also be formed of a straight fiber part in the cell, as shown by the sensor part 3a in the cell A.

Såsom av figur l framgår, gör ljusbågsreläet enligt 462 544 10 15 20 25 30 35 4 uppfinningen det möjligt att detektera en ljusbåge alstrad i någon av cellerna medelst en enda optisk fiber 3 och en fotosensor (icke-visad) kopplad därefter och vidare kopplad till den elektroniska enheten 4.As shown in Figure 1, the arc relay according to the invention makes it possible to detect an arc generated in any of the cells by means of a single optical fiber 3 and a photosensor (not shown) connected thereafter and further connected to the electronic device 4.

Medelst ljusbågsreläet är det inte möjligt att detektera i vilken cell ljusbågen alstras; å andra sidan är det vanligtvis inte nödvändigt att detektera läget. Från fotosensorn erhállen information behandlas i den elek- troniska enheten 4, som kontrollerar en strömbrytare genom sin reläutgång 6.By means of the arc relay it is not possible to detect in which cell the arc is generated; on the other hand, it is usually not necessary to detect the situation. Information obtained from the photosensor is processed in the electronic unit 4, which controls a switch through its relay output 6.

Figur 2 visar schematiskt den optiska fibern 3, som fungerar som pickupsensor, och den elektroniska enheten 4. De motsvarande delarna är betecknade med samma hänvisningssiffror som i figur 1. Fiberdelen 3f som fungerar som pickupsensor är placerad vid en punkt som skall övervakas, och fibern, som nu är belagd med beläggningen 5, sträcker sig vidare till fotosensorn 7 och den elektroniska enheten 4, som är anordnad i ett hölje 8. Sensordelen 3f kan anslutas till en annan fiber med en kopplingsdetalj 3g, varigenom uppnås den fördelen att endast sensordelen skall ersättas om en ljusbåge skadar fibern. Fotosensorn 7, t.ex. en PIN-diod eller en fototransistor, omvandlar en ljusimpuls som kommit in längs fibern till en strömimpuls, som förstärks i en Efter för- förstärkaren 9 är kopplat ett bandpassfilter 10, som förförstärkare 9 med reglerbar förstärkning. tillåter genomströmning av signaler typiska för ljus- bågens ljus. Efter bandpassfiltret 10 är kopplad en reg- lerbar komparator 11, som kontrollerar reläet 12, om signalen till komparatorn överskrider en förut bestämd nivå. Strömbrytarens utlösningsströmkrets är kopplad att sträcka sig genom kontakterna 6 hos reläet 12. Ett våglängdsfilter 13 som tillåter genomströmning av blått och ultraviolett ljus är kopplat framför fotosensorn 7 för att förbättra detekteringens selektivitet. Våg- 10 15 20 25 30 35 462 544 5 längdsfiltret 13 kan också vara fast integrerat till fotosensorn 7. Reläet 12 kan. också utföras medelst halvledare.Figure 2 schematically shows the optical fiber 3, which acts as a pickup sensor, and the electronic unit 4. The corresponding parts are denoted by the same reference numerals as in Figure 1. The fiber part 3f which acts as a pickup sensor is located at a point to be monitored, and the fiber , which is now coated with the coating 5, extends further to the photosensor 7 and the electronic unit 4, which is arranged in a housing 8. The sensor part 3f can be connected to another fiber with a coupling part 3g, whereby the advantage is achieved that only the sensor part should replaced if an arc damages the fiber. Photosensor 7, e.g. a PIN diode or a phototransistor, converts a light pulse which has come in along the fiber into a current pulse, which is amplified in a After the preamplifier 9, a bandpass filter 10 is connected, as a preamplifier 9 with controllable gain. allows the flow of signals typical of arc light. After the bandpass filter 10, an adjustable comparator 11 is connected, which checks the relay 12 if the signal to the comparator exceeds a predetermined level. The switch's trip circuit is connected to extend through the contacts 6 of the relay 12. A wavelength filter 13 which allows the transmission of blue and ultraviolet light is connected in front of the photosensor 7 to improve the selectivity of the detection. The wavelength filter 13 can also be fixedly integrated with the photosensor 7. The relay 12 can. also performed by means of semiconductors.

Figur 3 visar motsvarande struktur, då den är försedd med en testningsdel för periodisk kontroll av anordningens tillstånd. Testningsdelen uppvisar en ljuskälla 14 och en kontrollenhet 15 för denna källa.Figure 3 shows the corresponding structure, when it is provided with a testing part for periodic checking of the condition of the device. The test part has a light source 14 and a control unit 15 for this source.

Nu uppvisar fibern 3 ingen fri ände såsom i föregående exempel; i stället är dess ena ände kopplad till ljus- källan 14, som kontrolleras av kontrollenheten så att den sänder en kort testimpuls till fibern t.ex. med 5 sekunders mellanrum och på detta sätt kontrollerar an- ordningens tillstånd. Kontrollenheten 15 och bandpass- filtret 10 är genom komparatorerna ll kopplade till en logisk enhet 17, som alstrar sina utgångssignaler F och G på basen av sina ingångssignaler K och L. Utgångssig- nalen F ger alarm på grund av fel medelst en summer 18, om ingångssignalen K motsvarar det_logiska värdet 1 och ingångssignalen L det logiska värdet O. Utgångssignalen G kontrollerar strömbrytaren medelst kontakterna 6 hos reläet 12, om ingångssignalens L värde endast motsvarar det logiska värdet 1. Kopplingen av ljusbågsreläet till strömbrytaren visas inte närmare i figurerna, eftersom den utförs på ett i och för sig känt sätt och eftersom den inte hör till uppfinningens grundidé.Now the fiber 3 has no free end as in the previous example; instead, one end of it is connected to the light source 14, which is controlled by the control unit so that it sends a short test pulse to the fiber e.g. at 5-second intervals and in this way check the condition of the device. The control unit 15 and the bandpass filter 10 are connected through the comparators 11 to a logic unit 17, which generates its output signals F and G on the basis of its input signals K and L. The output signal F gives an alarm due to an error by means of a buzzer 18, if the input signal K corresponds to the logic value 1 and the input signal L the logic value O. The output signal G controls the switch by means of the contacts 6 of the relay 12, if the value of the input signal L only corresponds to the logic value 1. The connection of the arc relay to the switch is not shown in the figures. in a manner known per se and because it does not belong to the basic idea of the invention.

Den optiska fiber 3 som behövs för samlande av ljus utgörs som vanligt av en kärna och ett optiskt hölje omkring den såväl som av en primärbeläggning.The optical fiber 3 needed for collecting light consists, as usual, of a core and an optical envelope around it as well as of a primary coating.

Kärnan och det optiska höljet kan vara gjorda av plast eller glas. På grund av stark ljusdämpning kan förut kända fibrer som har en plastkärna dock endast ha en längd under 10 m. Ljusdämpning hos fibrer som har en glaskärna kräver inte några praktiska inskränkningar av fiberns längd inom det synliga ljusets område. Inom det ultravioletta området är dämpningen större än inom 462 10 15 20 25 30 35 544 6 det synliga ljusets omrâde. Fibern omfattar sålunda alltid kärnan, det optiska höljet och den primära be- läggningen, medan den sekundära beläggningen och buf- fertbeläggningen omkring dessa inte är nödvändiga hos fibern, eftersom de enbart dämpar det ljus som kommer in i kärnan.The core and the optical housing can be made of plastic or glass. However, due to strong light attenuation, prior art fibers having a plastic core can only have a length below 10 m. Light attenuation of fibers having a glass core does not require any practical restrictions on the length of the fiber within the range of visible light. Within the ultraviolet range the attenuation is greater than within the range of visible light. The fiber thus always comprises the core, the optical envelope and the primary coating, while the secondary coating and the buffer coating around them are not necessary for the fiber, since they only attenuate the light entering the core.

Figur 4 visar ännu ett ytterligare exempel på en pickupsensor, som är utformad i änden av en fiber och uppvisar en arm 19 gjord av plast, t.ex. acetalnylon.Figure 4 shows yet another example of a pickup sensor, which is formed at the end of a fiber and has an arm 19 made of plastic, e.g. acetalnylon.

För att förbättra sensorns känslighet i sidoriktningen är en tunn teflonslang 20 anordnad i den del av den öglade optiska fibern som fungerar som pickupsensor.To improve the lateral sensitivity of the sensor, a thin Teflon hose 20 is provided in the portion of the looped optical fiber that acts as the pickup sensor.

Teflonslangen 20 kan också utelämnas. Fiberänden behöver inte nödvändigtvis bilda öglor, utan den kan vara all- deles rak. I båda fallen kommer ljuset från sidan genom det optiska höljet in i fibern. Ett ljusskydd hindrar ljuset från att komma in i fibern från fiberns ände.The Teflon hose 20 can also be omitted. The fiber end does not necessarily have to form loops, but it can be quite straight. In both cases, the light enters the fiber from the side through the optical envelope. A light shield prevents light from entering the fiber from the end of the fiber.

Ett skyddsskikt 21 gjort av blank plast omkring fiber- öglan är fäst vid armens yttre ände. Därtill är skydds- skiktet 21 fyllt med ett genomskinligt hartsfyllnads- medel 22, som omger öglan. Allmänt sagt kan konstateras att den fiberdel som fungerar som pickupsensor kan för- ses med vilken som helst genomskinlig beläggning som garanterar en tillräcklig känslighet; resten av fibern kan förses med vilken som helst ogenomskinlig belägg- ning, såsom redan konstaterats i samband med figur 1. Även om uppfinningen ovan har beskrivits med hänvisning till de exempel som visats på de bifogade ritningarna, bör det förstàs att uppfinningen inte är inskränkt därtill, sätt inom ramen för uppfinningens idé definierat i de utan den kan modifieras på olika bifogade patentkraven. Så kan till exempel den elektro- niska enheten 4 också utföras medelst kopplingstransis- torer. Å andra sidan kan ljusbàgsreläets selektivitet förbättras inte endast genom vâglängdsfiltrering utan 462 544 7 också genom att koppla ljusdetekteringen till något annat fenomen i anslutning till lj usbàgen, exempelvis till en strömändring, och genom att som ljusbåge accep- tera endast händelser i vilka en ändring som överskrider en viss gräns sker i båda storheterna.A protective layer 21 made of shiny plastic around the fiber loop is attached to the outer end of the arm. In addition, the protective layer 21 is filled with a transparent resin filler 22, which surrounds the loop. In general, it can be stated that the fiber part which functions as a pickup sensor can be provided with any transparent coating which guarantees a sufficient sensitivity; the remainder of the fiber may be provided with any opaque coating, as already noted in connection with Figure 1. Although the invention has been described above with reference to the examples shown in the accompanying drawings, it should be understood that the invention is not limited thereto. , methods within the scope of the idea of the invention defined in those without which it may be modified upon various appended claims. For example, the electronic unit 4 can also be designed by means of switching transistors. On the other hand, the selectivity of the arc relay can be improved not only by wavelength filtering but also by coupling the light detection to another phenomenon in connection with the arc, for example to a current change, and by accepting as arc only events in which a change exceeds a certain limit occurs in both quantities.

Claims

rs ¿h PO 10 15 20 25 30 35 (F $> J> P a t e n t k r a v

An arc relay intended to detect an arc which may ignite at a plurality of potential flash points (AE) in a switchgear (1) and to extinguish it by actuating a switch which supplies the switchgear with current to open, the arc relay having - an optical fiber (3) for collecting light with a pickup sensor and for transmitting the collected light, the pickup sensor consisting of a transparent envelope surrounding the core of the fiber (3), - a photosensor (7) connected to the end of the fiber (3) and - an electronic unit (4) connected to the photosensor (7) for controlling the switch in response to the detected arc, characterized (3) extending through all the cells (AE) in the switchgear (1) thereof, that it the optical fiber is arranged so that each cell has a fiber part (3a-3e) which acts as a pickup sensor.

2. An arc relay according to claim 1, characterized in that a fiber part (3b, 3c, 3d; 3f) which functions as a pickup sensor is looped one or more times.

3. An arc relay according to claim 1 or 2, characterized in that the fiber part (3f) which functions as a pickup sensor is replaceable. '

Arc relay according to one of the preceding, characterized in that the parts (3f) which function as pickup sensors are located between the ends of the fiber, and that the end of the fiber (3) located opposite the photosensor (7) is provided with a light source (14) that sends test pulses.