DE19547524C1 - Optisches Überwachungssystem für Hoch- oder Mittelspannungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Überwachungssy­ stem zur Funktionskontrolle bei einem elektrischen Hoch- oder Mittelspannungsschalter mit einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl aus sendet und mit mindestens einem Lichtempfän­ ger, der zum Empfang des Lichtstrahls geeignet ist sowie mit einer Einrichtung zur Beeinflussung des Empfangs des Licht­ strahls in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Schalters.

Ein derartiges Überwachungssystem ist beispielsweise aus der DD 1 33 872 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Überwachungs­ system werden Lichtstrahlen durch Blenden, Prismen oder Spie­ gel, die mit der Kinematik bzw. den Kontakten eines Schaltge­ rätes verbunden sind, in bestimmten Schaltstellungen unter­ brochen und hierdurch optische Ausgangssignale geschaffen, die über logische Verknüpfungselemente weiterverarbeitet wer­ den.

Aus der FR 2 388 391 ist ein optisches Überwachungssystem für einen Hochspannungsschalter bekannt, bei dem ein antreibbarer Kontakt, der im Zuge einer Schaltbewegung axial beweglich ist, auf seinem Schaltweg eine Lichtschranke unterbricht, welche daraufhin die Betätigung des Schalters meldet.

Bei den bekannten Überwachungssystemen wird jeweils die Bewe­ gung eines mit dem Schalterantrieb bzw. direkt mit einem Schaltkontaktstück verbundenen Elementes überwacht. Es sind bei solchen Systemen Fehlmeldungen denkbar, wenn beispiels­ weise die mechanische Verbindung zwischen dem Antrieb und dem Schaltkontakt unterbrochen oder das Schaltkontaktstück selbst gebrochen oder beschädigt ist. Selbst wenn der Schaltkontakt sich im Schaltfall an die richtige Position bewegt, und mittels eines der bekannten Überwachungssysteme die ent­ sprechende Schaltstellung gemeldet wird, ist nicht unbedingt gewährleistet, daß auch bei einem schadhaften Schalter der entsprechende elektrische Schaltzustand eingetreten ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Überwachungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine höhere Meldesicherheit in bezug auf den elektrischen Schaltzustand gegeben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ein­ richtung ein Element zur Beeinflussung des Lichtstrahls auf­ weist, das durch die elastische Verformung eines Schaltkon­ taktstückes bei Kontaktgabe mit einem Gegenkontakt betätigbar ist.

Die positive Meldung einer Kontaktgabe bei dem Hoch- oder Mittelspannungsschalter findet mittels des erfindungsgemäßen Überwachungssystems erst dann statt, wenn der Lichtstrahl durch die elastische Verformung eines Schaltkontaktstückes und entsprechende Bewegung des Elementes entsprechend beein­ flußt worden ist. Wenn aber eine elastische Verformung eines Schaltkontaktstückes, die nur bei Kontaktgabe mit einem Ge­ genkontakt eintritt, nachweisbar ist, so ist damit sicherge­ stellt, daß der Kontaktdruck und somit eine zuverlässige elektrische Verbindung hergestellt ist.

Die vorliegende Erfindung gewährleistet somit eine sichere und zuverlässige Meldung der Kontaktgabe zwischen einem Schaltkontaktstück und einem Gegenkontakt. Dies kann dadurch realisiert sein, daß beispielsweise ein Lichtstrahl zwischen den Kontaktfingern eines als Tulpenkontakt ausgebildeten Schaltkontaktstückes durchgelassen wird, solange in den Tul­ penkontakt kein Gegenkontakt in Form eines Kontaktstiftes eingefahren ist. Sobald ein Stiftkontakt eingefahren ist, werden die Kontaktfinger des Tulpenkontaktes nach außen ge­ drückt und der Lichtstrahl wird durch einen Kontaktfinger aufgehalten. Dies führt dazu, daß der Lichtempfänger kein Si­ gnal mehr empfängt und dies durch eine Kontrolleinheit regi­ striert wird.

Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, daß das Element an einem durch die Kontaktgabe elastisch auslenkbaren Teil eines Schaltkontaktstückes befestigt ist.

Das Element kann vorteilhaft als Spiegel oder als Blende aus­ gebildet sein.

Es kann außerdem vorgesehen sein, daß das Element durch den Lichtempfänger gebildet ist.

In diesem Fall wird der Lichtstrahl nicht abgelenkt, sondern durch den Lichtempfänger in der einen Schaltstellung aufge­ fangen und in einer anderen Schaltstellung ist der Licht­ empfänger aus dem Lichtstrahl herausgerückt.

Der Lichtempfänger kann beispielsweise als lichtempfindliches Halbleiterbauelement, insbesondere als lichtempfindliche Di­ ode ausgebildet sein. Der Lichtsender kann als Laserdiode ausgebildet sein.

Der Lichtstrahl kann teilweise durch Lichtwellenleiter ge­ leitet werden. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn das Element durch den Lichtempfänger selbst gebil­ det ist. Als Lichtempfänger kann dann das Ende eines Licht­ wellenleiters dienen, das an einem durch die Kontaktgabe ela­ stisch auslenkbaren Teil eines Schaltkontaktstückes befestigt ist und das Licht gegebenenfalls über eine elektrische Poten­ tialdifferenz hinweg zu einem optoelektronischen Umsetzele­ ment leitet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie­ ben.

Dabei zeigen

Fig. 1 im Querschnitt einen Teil eines Kapselungsgehäuses mit einem Hochspannungsschalter und einer Überwachungsein­ richtung in schematischer Form,

Fig. 2A, 2B, 2C drei verschiedene Varianten von Ele­ menten zur Beeinflussung eines Lichtstrahls.

Die Fig. 1 zeigt ein Kapselungsgehäuse 1 eines Hochspan­ nungsschalters 2, der ein feststehendes Schaltkontaktstück 3 und ein in axialer Richtung antreibbares Kontaktstück 4 auf­ weist. Das antreibbare Kontaktstück 4 bildet den Gegenkontakt und ist als stiftförmiger Kontakt ausgebildet, das festste­ hende Kontaktstück 3 ist als Tulpenkontakt mit einzelnen Kontaktfingern 5, 6 ausgebildet.

Beim Einfahren des stiftförmigen Kontaktes 4 in den Tulpen­ kontakt 3 wird dieser elastisch aufgeweitet, d. h. die Kon­ taktfinger 5, 6 werden elastisch nach außen gebogen. Durch die elastische Verformung der Kontaktfinger 5, 6 wird ein Kontaktdruck nach innen auf den antreibbaren Kontakt 4 er­ zeugt, der einen zuverlässigen elektrischen Kontakt gewähr­ leistet.

Das Einfahren des antreibbaren Kontakt es 4 in den Tulpenkon­ takt 3 wird mittels eines optischen Überwachungssystems 7 kontrolliert. Dieses weist einen Lichtsender 8 auf, der einen Lichtstrahl 9 aussendet sowie einen Lichtempfänger 10, der zum Empfang des Lichtstrahls 9 geeignet ist.

An einem Kontaktfinger 6 ist ein Element 11 zur Beeinflussung des Lichtstrahls 9 angeordnet, das in dem dargestellten Bei­ spiel als Spiegel ausgebildet ist. In der gezeigten Stellung reflektiert der Spiegel 11 den Lichtstrahl 9 auf den Licht­ empfänger 10 zurück. Dieser weist somit eine bestimmte hohe Lichtintensität nach, die in der Auswerteinrichtung 12 wei­ terverarbeitet wird und die Schaltstellung "Aus" des Hoch­ spannungsschalters bedeutet.

Wird der Gegenkontakt 4 in den Tulpenkontakt 3 eingefahren, so wird der Kontaktfinger 6 nach oben gebogen und das Element 11 wird wegbewegt, so daß keine Reflexion zu dem Licht­ empfänger 10 mehr stattfindet. Somit wird keine Lichtintensi­ tät nachgewiesen und die Auswerteinrichtung 12 signalisiert, daß aufgrund der elastischen Verformung des Kontaktfingers 6 ein Kontaktdruck zwischen dem feststehenden Kontaktstück 3 und dem antreibbaren Kontaktstück 4 besteht.

Es ist auch denkbar, daß durch eine elastische Verformung des Kontaktfingers 6 je nach dem Schaltzustand der Lichtstrahl 9 zu anderen Lichtempfängern hin reflektiert wird, so daß ver­ schiedene Positionen des Schaltvorganges mit unterschiedli­ chem Kontaktdruck nachgewiesen werden können. Wenn durch Kon­ taktabbrand nach langem Gebrauch des Schalters der Kontakt­ druck in der Einschaltstellung nachläßt, kann auch dies mit einem solchen mehrstufigen System nachgewiesen werden.

Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik läßt sich an fol­ gender Betrachtung verdeutlichen:
Wenn aufgrund häufiger Schaltvorgänge das antreibbare Kon­ taktstück 4 in den mit 15 bezeichneten Zonen im Bereich sei­ ner Stirnfläche Abbrandspuren aufweist, so würden herkömmli­ che optische Überwachungssysteme im Einschaltzustand das Er­ reichen der Einschaltposition des antreibbaren Kontaktstücks 4 signalisieren, obwohl eventuell noch kein elektrischer Kon­ takt zwischen den Kontaktfingern 5, 6 und dem antreibbaren Kontaktstück 4 besteht.

Beim Überwachungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kontakt zwischen den Kontaktfingern 5, 6 und dem antreib­ baren Kontaktstück 4 erst dann nachgewiesen, wenn das Kon­ taktstück 4 soweit in den Tulpenkontakt eingefahren ist, daß tatsächlich ein Kontaktdruck besteht.

In der Fig. 2A ist im Einzelnen die Funktion eines als Re­ flektor funktionierenden Elementes 13 auf einem Kontaktfinger 6 dargestellt. Von einem Lichtsender 8 wird ein Lichtstrahl 9 ausgesendet, der in der ausgelenkten Stellung des Kontaktfin­ gers 6a den Reflektor 13 trifft und zu dem Lichtempfänger 10 zurückreflektiert wird. In der nichtausgelenkten Stellung des Kontaktfingers 6 geht der Lichtstrahl 9 geradeaus an diesem vorbei und kann beispielsweise von einem weiteren, hier nicht dargestellten Lichtempfänger registriert werden.

In der Fig. 23 ist der Fall dargestellt, daß der Kontaktfin­ ger 6, selbst in seiner ausgelenkten Stellung 6a als Blende fungiert und den Lichtstrahl 9 sperrt. In der nichtausge­ lenkten Stellung wird der Lichtstrahl zu einem Lichtempfänger 10 durchgelassen und dort nachgewiesen.

In der Fig. 2C ist als Element zur Beeinflussung des Licht­ strahls 9 ein Lichtempfänger 10 vorgesehen, der direkt an einem auslenkbaren Kontaktfinger 6 befestigt ist und in der ausgelenkten Stellung 6a den Lichtstrahl 9 auffängt und in ein elektrisches Signal umwandelt, das über die Leitung 14 weitergeleitet werden kann. In der nichtausgelenkten Stellung des Kontaktfingers 6 geht der Lichtstrahl 9 an dem Licht­ empfänger 10 vorbei.

Als Lichtempfänger 10 kann auch die Stirnfläche eines Licht­ wellenleiters dienen, in den das Licht eintritt und durch den es zu einem optoelektronischen Wandler, beispielsweise au­ ßerhalb des Kapselungsgehäuses weitergeleitet werden kann. Auf diese Weise wird die Verlegung einer elektrischen Leitung zwischen dem Schaltkontaktstück 3 und dem Kapselungsgehäuse vermieden, die bei entsprechend hohem Potentialunterschied technisch schwierig wäre.

Claims (5)

1. Optisches Überwachungssystem zur Funktionskontrolle bei einem elektrischen Hoch- oder Mittelspannungsschalter mit ei­ ner Lichtquelle (8), die einen Lichtstrahl (9) aussendet und mit mindestens einem Lichtempfänger (10), der zum Empfang des Lichtstrahls (9) geeignet ist sowie mit einer Einrichtung (6, 11, 13) zur Beeinflussung des Empfangs des Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Schalters, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Element (11, 13) zur Beeinflussung des Lichtstrahls (9) aufweist, das durch die elastische Verfor­ mung eines Schaltkontaktstückes (3) bei Kontaktgabe mit einem Gegenkontakt (4) betätigbar ist.

2. Optisches Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (11, 13) an einem durch die Kontaktgabe elastisch auslenkbaren Teil (6) eines Schaltkontaktstückes (3) befe­ stigt ist.

3. Optisches Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (11, 13) ein Spiegel ist.

4. Optisches Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Blende ist.

5. Optisches Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element durch den Lichtempfänger (10) gebildet ist.