Schaltstellungsmelder für Hochspannungsschaltgeräte

Abstract

 Es wird ein Schaltstellungsmelder für Hochspannungsschaltgeräte mit einem in und außer Eingriff mit einem beweglichen Kontakt 5 bringbarem Festkon­takt 4, insbesondere für Trennschalter und Erdungsschalter mit einem auf einem Kunststoffisolator 2 angeordneten Festkontakt 4, vorgeschlagen, bei dem die Schaltstellung durch an eine Auswerteeinheit 17 angeschlossene Lichtleiter 8...13 überwacht wird. Von der Auswerteeinheit 17 führt zu ei­nem der beiden Kontakte 4, 5 nur ein Lichtleiter 8...13, dessen Ende 19 durch den anderen Kontakt 18 abdeckbar ist und der aus einer Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von etwa 1 mm besteht. Das eine Ende 19 kann in eine offene Bohrung 14, 15 eines Kontaktes 4, 5 münden, deren Öffnung durch den anderen Kontakt 18 verschließbar ist. Bevorzugterweise ist der Lichtleiter 8...13 in Längsrichtung durch den Kunststoffisolator 2, 3 geführt und in ihm eingebettet. Zur Erleichterung der Montage der Kunststoffisolatoren 2, 3 weist der Lichtleiter 8...13 ein als Steckverbindung ausgebildetes Teilstück 10, 11 auf. Zur Erfassung beider Schaltstellungen eines Trenn­schalters 1 ist an die Auswerteeinheit 17 ein zweiter Lichtleiter 9, 11, 13 angeschlossen, dessen anderes Ende mit einem Teil des Kontaktes 18 eine Lichtleiter-Reflexlichtschranke bildet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltstellungsmelder für Hochspan­nungsschaltgeräte mit einem in und außer Eingriff mit einem beweglichen Kontakt bringbarem Festkontakt, insbesondere für Trennschalter und Erdungs­schalter mit einem auf einem Kunststoffisolator angeordneten Festkontakt, wobei die Schaltstellung durch an eine Auswerteeinheit angeschlossene Lichtleiter überwacht wird.

[0002] Trennschalter und Erdungsschalter haben bekanntlich Sicherheitsaufgaben zu erfüllen, nämlich einerseits zwischen spannungsfreigeschalteten Anlagentei­len und unter Spannung stehenden Anlagenteilen einen Sicherheitsabstand herzustellen, anderseits die spannungsfreigeschalteten Anlagenteile zu er­den.

[0003] Erst wenn diese Aufgaben erfüllt und gesichert sind, können an den Anlagen­teilen gefahrlos Wartungs- oder Reparaturarbeiten vorgenommen werden. Schaltstellungsmelder sind bei diesen Hochspannungsschaltgeräten daher si­cherheitskritische Elemente.

[0004] Bei gebräuchlichen Schaltstellungsmeldern mit vom Antrieb betätigten Hilfs­schaltern besteht die Möglichkeit, daß beispielsweise bei einem Bruch im Antriebsgestänge die Meldung gegeben wird, obwohl der bewegliche Kontakt seine Endstellung nicht erreicht hat. Aus der EP-OS 88 155 ist ein Schalt­stellungsmelder für Hochspannungstrennschalter bekannt, bei dem die Meldung durch Ultraschallimpulse übertragen wird. Auch Ausführungen, die mit einem Lichtstrahl und Lichtleitern arbeiten sind beispielsweise aus der DE-AS 1 229 624 bekannt. Bei der Ausführung gemäß der DE-AS wird die Schaltstel­lung eines Hochspannungsschalters durch an eine Auswerteeinheit angeschlos­sene Lichtleiter überwacht, welche aus Stäben aus Glas oder glasähnlichem Kunststoff bestehen. Ein am beweglichen Kontakt des Hochspannungsschalters befestigtes Prisma reflektiert in den Endstellungen des Kontaktes das durch einen Stab gesendete Licht in einen anderen, zur Auswerteeinheit führenden Stab. Bei einem aus der AT-PS 378 861 bekannten Schaltstellungsmelder er­folgt die Meldung durch einen am Festkontakt angeordneten Schaltmagnet und einen am beweglichen Kontakt befestigten Magnetschalter über Isoliertrans­formatoren.

[0005] Solche Schaltstellungsmelder sind jedoch relativ aufwendig und dadurch ei­nerseits unwirtschaftlich, anderseits bei manchen Trenn- und Erdungsschal­tern nicht anwendbar.

[0006] Durch die in der Folge aufgezeigte erfindungsgemäße Anordnung wird ein Schaltstellungsmelder für Hochspannungsschaltgeräte bezweckt, der univer­sell anwendbar ist, eine hohe Betriebssicherheit aufweist, wirtschaftlich ausführbar ist und die Meldung erst gibt, wenn der bewegliche Kontakt eine seiner Endstellungen erreicht hat.

[0007] Dies wird dadurch erreicht, daß von der Auswerteeinheit zu einem der beiden Kontakte des Hochspannungsschaltgerätes nur ein aus einer Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von etwa 1 mm bestehender Lichtleiter führt, dessen Ende durch den anderen Kontakt abdeckbar ist.

[0008] Der an die Auswerteeinheit angeschlossene Lichtleiter bildet im Zusammen­wirken mit einem der beiden Kontakte eine Lichtleiter-Reflexlichtschranke, die ein sicheres Schaltstellungssignal liefert, wenn die Lichtaustritts­stelle durch einen Kontakt abgedeckt ist und Licht zurück in den Lichtlei­ter reflektiert wird. Durch die Lichtleiteranwendung ergeben sich außerdem die bekannten Vorteile der Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Ein­flüsse, bezüglich Gewicht und isolierenden Eigenschaften.

[0009] Fehlmeldungen in Fällen, bei denen der bewegliche Kontakt eine seiner End­stellungen nicht erreicht hat, sind praktisch ausgeschlossen.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform mündet das eine Ende des Lichtleiters in eine offene Bohrung eines Kontaktes, deren Öffnung durch den anderen Kontakt verschließbar ist.

[0011] Die Reflexionswirkung kann dadurch verstärkt und die Lichtaustrittsstelle gegen Verschmutzung geschützt werden, obwohl Lichtleiter-Reflexlichtschran­ken so genau einstellbar sind, daß sie gegen Verschmutzung unempfindlich sind. Der das Licht reflektierende Teil des Kontaktes kann außerdem bis zu 30 mm von der Lichtaustrittsstelle entfernt sein.

[0012] Bei einer weiteren Ausführung kann der Lichtleiter in Längsrichtung durch den Kunststoffisolator führen und ein als Steckverbindung ausgebildetes Teilstück aufweisen.

[0013] Der Lichtleiter kann dabei im Kunststoffisolator eingebettet sein.

[0014] Kunststoffisolatoren werden vorzugsweise aus Epoxidharz nach dem bekannten Druckgelierverfahren hergestellt. Der Lichtleiter kann dabei vor dem Gießen des Kunststoffisolators in dessen Form eingebracht und in der Folge einge­gossen werden.

[0015] Es versteht sich, daß der Lichtleiter in der Form so angeordnet ist, daß die Trennfläche seiner Steckverbindung mit der Bodenfläche des Kunststoff­isolators fluchtet.

[0016] Der Lichtleiter weist eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit auf und ist im Kunststoffisolator eingebettet, so daß weder die Isolationsfestig­keit, noch die Kriechstromfestigkeit des Kunststoffisolators verschlechtert werden.

[0017] Der Lichtleiter kann aus Herstellungsgründen auch durch eine im Kunststoff­isolator vorhandene Bohrung geführt und in ihr vergossen sein.

[0018] Diese Ausführungsart wird man beispielsweise wählen, um Beschädigungen des Lichtleiters durch hohe Gießtemperaturen zu vermeiden.

[0019] Aus dem gleichen Grund kann der Lichtleiter durch ein im Kunststoffisolator eingebettetes Kunststoffrohr geführt und in ihm vergossen sein.

[0020] Bevorzugterweise ist an die Auswerteeinheit ein zweiter Lichtleiter ange­schlossen, dessen anderes Ende mit einem Teil des beweglichen Kontaktes ei­ne Lichtleiter-Reflexlichtschranke bildet.

[0021] Die Auswerteeinheit ist damit geeignet, zusätzlich Signale für die Aus­schaltstellung des Hochspannungsschaltgerätes zu verarbeiten.

[0022] In weiteren Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit für wenigstens ein dreipoliges Hochspannungsschaltgerät ausgebildet, um die Schaltstellungs­meldungen für die Ein- und Ausschaltstellungen der drei Pole übernehmen zu können.

[0023] Bevorzugterweise enthält die Auswerteeinheit wenigstens einen Mikroprozes­sor und optische Sende- und Empfangs-Dioden zur Umsetzung der optischen Signale in elektrische Signale sowie Schnittstellen.

[0024] Die Auswerteeinheit ist damit nicht nur geeignet, die von der Lichtleiter-­Reflexionslichtschranke kommenden Signale zu verarbeiten und beispielsweise über Lichtwellenleiter an eine Steuer- und Überwachungs-Einheit die Stel­lungsmeldung, Störmeldung u.a. zu übertragen, sondern auch zusätzliche Funktionen, z.B. Verriegelungen, zu übernehmen.

[0025] An die Auswerteeinheit können aber auch elektrische Hilfs- oder Endschalter angeschlossen sein, wodurch die Auswerteeinheit beispielsweise sämtliche Meldungen der elektrischen Betriebsmittel einer gekapselten Schaltzelle verarbeiten kann.

[0026] Lichtleitfasern, mit einer Schlichte umgeben, eignen sich besonders für das Vergießen oder Einbetten in Kunststoffisolatoren.

[0027] Im folgenden werden an Hand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Aufriß ei­nes Hochspannungstrennschalters mit Schaltstellungsmeldern für die Ein- und Ausschaltstellung, Fig. 2 das Detail einer Ausführungsform der Schaltstel­lungsmeldung am Hochspannungstrennschalter gemäß Fig. 1, Fig. 3 das Detail einer anderen Ausführungsform der Schaltstellungsmeldung am Hochspannungs­trennschalter gemäß Fig. 1, Fig. 4 eine Schaltstellungsmeldung an einem Hochspannungserdungsschalter für Freiluft und Fi.g 5 das Blockschaltbild einer Ausführung der Auswerteeinheit.

[0028] In Fig. 1 ist der Pol eines Innenraum-Hochspannungstrennschalters 1, bei­spielsweise für eine Betriebsspannung von 36 kV, in der Ausschaltstellung dargestellt. Er besteht aus zwei auf einem Rahmen 16 montierten Kunststoff­isolatoren 2, 3 und einer Kontaktbahn, welche einen Festkontakt 4 mit An­schlußfahne, ein Kontaktmesser 18 und einen Drehkontakt 5 mit Anschlußfahne aufweist. Mit den Anschlußfahnen sind die Stromschienen 6, 7 elektrisch leitend verbunden.

[0029] Den beweglichen Kontakt, der mit dem Festkontakt 4 durch Schwenken in und außer Eingriff bringbar ist, bilden der Drehkontakt 5 und das Kontaktmesser 18, welches aus zwei parallelen Messern besteht, die am einen Ende durch Distanzbolzen miteinander verbunden sind und am anderen Ende durch die Fe­derkraft einer Schrauben-Zugfeder seitlich an den Drehkontakt 5 gepreßt werden. Die Einschaltstellung des Kontaktmessers 18 ist strichliert ange­deutet.

[0030] Durch beide Kunststoffisolatoren 2,3 führt je ein Lichtleiter 8, 9, der ein als Steckverbindung ausgebildetes Teilstück 10, 11 aufweist. Die Trennflä­che der Steckverbindungen fluchtet mit der Bodenfläche der Kunststoffisola­toren 2, 3. Nach den Teilstücken 10, 11 sind die Lichtleiter 8, 9 aus dem Rahmen 16 herausgeführt und über die Leiterstücke 12, 13 an eine Auswerte­einheit 17, die sich beispielsweise im Steuerteil einer gekapselten Schalt­zelle befindet angeschlossen. Die Lichtleiter 8, 9 sind in den Kunststoff­isolatoren 2,3 eingebettet und wurden bei der Herstellung der Kunststoff­isolatoren 2, 3 mit eingegossen.

[0031] Die freien Enden der Lichtleiter 8, 9 münden in offenen Bohrungen 14, 15 einerseits des Festkontaktes 4, anderseits des Drehkontaktes 5. Diese Boh­rungen 14, 15 verlaufen jeweils schräg durch den Festkontakt 4 bzw. Dreh­ kontakt 5 von einer vorbestimmten Stelle einer Seitenfläche zur Grundflä­che, wo sie mit den freien Enden der Lichtleiter 8, 9 fluchten. In der ge­zeichneten Ausschaltstellung des Hochspannungstrennschalters 1 verschließt ein Messerende des Kontaktmessers 18 die offene Bohrung 15 am Drehkontakt 5, in der strichliert angedeuteten Einschaltstellung dagegen ein freies Messerende des Kontaktmessers 18 die offene Bohrung 14 am Festkontakt 4. Ein von der Auswerteeinheit 17 durch die Lichtleiter 8, 9 gesendeter Licht­strahl wird, soferne die offene Bohrung 14, 15 verschlossen ist, von den vorzugsweise versilberten Kontaktflächen des Kontaktmessers 18 zurück in den Lichtleiter 8, 9 reflektiert. Das entstehende Lichtsignal dieser Licht­leiter-Reflexlichtschranke wird in der Auswerteeinheit 17 vorzugsweise zu einem digitalen Schaltstellungsmeldungssignal verarbeitet.

[0032] In Fig. 2 ist ein Detail des auf den Kunststoffisolator 2 geschraubten Festkontaktes 4 im vergrößerten Maßstab und teilweise im Schnitt gezeich­net. Das Lichtleiterende 19 mit der Lichtaustrittsstelle des im Kunststoff­isolator 2 eingebetteten Lichtleiters 8 ragt etwas in die offene Bohrung 14 des Festkontaktes 4 hinein, wodurch dieser präziser in der richtigen, mit dem Lichtleiter 8 fluchtenden Lage festgeschraubt werden kann.

[0033] Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung der Schaltstellungsmeldung am Festkon­takt 4 des Hochspannungstrennschalters 1, wobei dieser in Seitenansicht im vergrößerten Maßstab dargestellt ist. Das Kontaktmesser 18, im Schnitt ge­zeichnet, ist in Eingriff mit dem Festkontakt 4. Der Lichtleiter 8 besteht aus einer Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von etwa 1 mm und ist durch ein im Kunststoffisolator 2 eingebettetes Kunststoffrohr geführt und in ihm vergossen.

[0034] Die Lichtaustrittsstelle 20 des etwas aus dem Kunststoffisolator 2 heraus­ragenden Endes des Lichtleiters 8 wird von einem Teil des Kontaktmessers 18 abgedeckt, wodurch sich eine Lichtleiter-Reflexlichtschranke bildet, dessen Lichtsignal wiederum in der Auswerteeinheit 17 zu einem Schaltstellungsmel­designal verarbeitet wird.

[0035] Eine Ausführung der Schaltstellungsmeldung an einem Hochspannungserdungs­schalter für Freiluft zeigt Fig. 4.
Die Auswerteeinheit 17 ist im Antriebskasten des Hochspannungserdungsschal­ters angeordnet, der auf einem geerdeten Steher fest montiert ist und aus dem Rahmen 33, Porzellanisolator 32, Festkontakt 34 mit Anschlußbolzen 36 und Schaltmesser 35 besteht. Das in der Einschaltstellung befindliche Schaltmesser 35 hat U-förmigen Querschnitt und ist am Rahmen 33 um 90° schwenkbar gelagert. Die Ausschaltstellung des Schaltmessers 35 ist strich­liert angedeutet. Von der Auswerteeinheit 17 führt der Lichtleiter 38 durch das Innere des Schaltmessers 35 in einem Bogen in eine offene Bohrung am Schaltmesserende, so daß die Lichtaustrittsstelle zum Festkontakt 34 hin­weist und mit einer Kontaktfläche desselben eine Lichtleiter-Reflexlicht­schranke bildet. Es versteht sich, daß der Lichtleiter 38 entweder durch Schellen oder Kleben am Schaltmesser 35 befestigt ist. Auf ein als Steck­verbindung ausgebildetes Teilstück des Lichtleiters 38 zur einfacheren Mon­tage kann in diesem Fall verzichtet werden.

[0036] In Fig. 5 ist das Blockschaltbild einer Ausführung der Auswerteeinheit 17 gezeichnet. Strichpunktiert ist das elektromagnetisch dichte Gehäuse, in dem die Elektronik der Auswerteeinheit 17 untergebracht ist, angedeutet. Die Elektronik kann im einfachsten Fall aus optischen Sende- und Empfangs-­Dioden 21 zur Umsetzung der optischen Signale in elektrische Signale und elektronischen Logikschaltkreisen bestehen. Im dargestellten Ausführungs­beispiel besteht die Auswerteeinheit 17 jedoch aus dem Mikroprozessor 22 mit Speiseeinheit 23 den optischen Sende- und Empfangs-Dioden 21, die über Lichtleiter zu den Schaltstellungsmeldungen für die Einschaltstellungen E1, E2 und Ausschaltstellungen A1, A2 zweier dreipoliger Hochspannungstrenn­schalter führen, und den optischen Sende- und Empfangsdioden 24, welche über bidirektionale Lichtwellenleiter an eine zentrale Steuer- und Überwa­chungs-Einheit der Hochspannungsschaltanlage angeschlossen sind. Außerdem ist über eine Schnittstelle 25 ein elektrischer Hilfsschalter A3, z.B. ei­ner Trennwagenverriegelung, an den Mikroprozessor 22 angeschlossen.

[0037] Es können auch noch weitere Sende- und Empfangs-Dioden und Schnittstellen für den Anschluß der Schaltstellungsmeldungen oder Verriegelungen elektri­scher Betriebsmittel vorhanden sein, so daß die Auswerteeinheit 17 sämtli­che Meldungen der elektrischen Betriebsmittel und Verriegelungen einer ge­kapselten Schaltzelle oder des Schaltfeldes einer druckgasisolierten Schaltanlage verarbeiten kann. Die elektronischen Schaltkreise der Auswer­teeinheit 17 sind durch elektromagnetisch dichte Abschirmung und Filter­kreise gegen Störungen aus der Hochspanungsschaltanlage geschützt.

[0038] Schaltstellungsmelder der vorangeführten Ausführung sind universell ein­setzbar, beispielsweise auch bei Schaltgeräten druckgasisolierter Hoch­spannungsschaltanlagen, wenn der Lichtleiter dicht durch die Druckkapselung und Kunststoffisolatoren geführt wird.

Ansprüche

1. Schaltstellungsmelder für Hochspannungsschaltgeräte mit einem in und außer Eingriff mit einem beweglichen Kontakt bringbarem Festkontakt, insbesondere für Trennschalter und Erdungsschalter mit einem auf einem Kunststoffisolator angeordneten Festkontakt, wobei die Schaltstellung durch an eine Auswerteeinheit angeschlossene Lichtleiter überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der Auswerteeinheit (17) zu einem der beiden Kontakte (4, 5, 18; 34, 35) nur ein aus einer Lichtleitfaser mit einem Durchmesser von etwa 1 mm bestehender Lichtleiter (8...13; 38, 40) führt, dessen Ende (19, 39) durch den anderen Kontakt (18; 35) abdeckbar ist.

2. Schaltstellungsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (19, 39) des Lichtleiters (8...13; 38, 40) in eine offene Boh­rung (14, 15) eines Kontaktes (4, 5; 34) mündet, deren Öffnung durch den anderen Kontakt (18; 35) verschließbar ist.

3. Schaltstellungsmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (8...13) in Längsrichtung durch den Kunststoffiso­lator (2, 3) führt und ein als Steckverbindung ausgebildetes Teilstück (10, 11) aufweist.

4. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Lichtleiter (8...13) im Kunststoffisolator (2, 3) ein­gebettet ist.

5. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Lichtleiter (8...13) durch eine im Kunststoffisolator (2, 3) vorhandene Bohrung geführt und in ihr vergossen ist.

6. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Lichtleiter (8...13) durch ein im Kunststoffisolator (2, 3) eingebettetes Kunststoffrohr geführt und in ihm vergossen ist.

7. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß an die Auswerteeinheit (17) ein zweiter Lichtleiter (9, 11, 13) angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit einem Teil des be­weglichen Kontaktes (18) eine Lichtleiter-Reflexlichtschranke bildet.

8. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Auswerteeinheit (17) für wenigstens ein dreipoliges Hochspannungsschaltgerät ausgebildet ist.

9. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Auswerteeinheit (17) wenigstens einen Mikroprozessor (22) mit Speiseeinheit (23) und optische Sende- und Empfangs-Dioden (21) zur Umsetzung der optischen Signale in elektrische Signale sowie Schnittstellen (25) enthält.

10. Schaltstellungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß an die Auswerteeinheit (17) elektrische Hilfs- oder End­schalter angeschlossen sind.

Zeichnung