DE19600668C2 - Optisches Überwachungssystem für Hoch- oder Mittelspannungsschalter sowie Trennschalter mit einem solchen Überwachungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Überwachungssystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 3 sowie auf einen Trennschalter gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7.

Bekannt ist ein optisches Überwachungssystem für Trennschalter (FR 23 88 391). Bei diesem bekannten System wird der zwischen einer Position "AUS" und einer Position "EIN" bewegbare Schaltbolzen des Trennschalters mittels einer einzigen Lichtstrecke überwacht, die beispielsweise auch eine Reflektions-Lichtstrecke mit einem Reflektor ist. Diese Lichtstrecke liefert ein erstes Signal dann, wenn sie vom Schaltbolzen nicht unterbrochen ist, beispielsweise wenn sich der Schaltbolzen in der Position "AUS" befindet. Die Lichtstrecke liefert ein zweites Signal, wenn sie von dem Schaltbolzen unterbrochen ist, sich dieser z. B. in der Position "EIN" befindet. Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist aber, daß die Lichtstrecke vom Schaltbolzen auch dann unterbrochen wird, wenn dieser sich in Zwischenstellungen zwischen den Positionen "EIN" und "AUS" befindet, also z. B. der Schaltbolzen von dem zugehörigen Schalterkontakt beabstandet ist, allerdings in einem Abstand, der wesentlich kleiner ist als der Abstand in der Position "AUS", also in einer Zwischenstellung, in der die erforderliche dielektrische Festigkeit oder Spannungsfestigkeit des Schalters nicht mehr gegeben ist. Weiterhin spricht die Lichtstrecke im bekannten Fall z. B. auch dann an, wenn der Schaltbolzen den Schalterkontakt gerade berührt, sich aber dennoch noch nicht in der Position "EIN" befindet, also in einer Zwischenstellung, in der die erforderliche Stromtragfähigkeit des Systems nicht gewährleistet ist.

Diese falschen Signale des bekannten Überwachungssystems können unter Berücksichtigung der hohen Spannungen und Ströme bei Trennschaltern zu erheblichen Schäden führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Überwachungssystem aufzuzeigen, mit welchem die Stellung des Schaltbolzens eines Trennschalters zuverlässig überwacht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Überwachungssystem entsprechend dem Patentanspruch 1 oder 3 ausgebildet. Ein Trennschalter ist entsprechend dem Patentanspruch 7 ausgebildet.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems sind zwei Lichtschranken vorgesehen, und zwar eine zur Überwachung der Position "EIN" und eine zweite zur Überwachung der Position "AUS". Beide Lichtstrecken sind so ausgebildet, daß Lichtempfänger nur dann Licht empfangen, wenn die von diesen Lichtstrecken jeweils überwachte Position tatsächlich vorliegt. Hierbei ist eine zuverlässige Erkennung auch von eventuellen Zwischenstellungen des Schaltbolzens möglich.

Bei einer anderen Ausführung der Erfindung weist die erste Lichtstrecke einen Reflektor auf, der am Schaltbolzen vorgesehen ist, und zwar derart, daß Licht auf den Lichtempfänger dieser Lichtstrecke nur dann reflektiert wird, wenn sich der Schaltbolzen tatsächlich in der Position "EIN" befindet.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird in Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und teilweise im Schnitt einen motorgesteuerten Schalter, insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen oder Hochspannungsschaltanlagen;

Fig. 2 und 3 jeweils in Detaildarstellung die Kontakte des Schalters im geschlossenen sowie im geöffnetem Zustand, zusammen mit der diesen Zustand überwachenden opto­ elektrischen Überwachungseinrichtung.

In den Figuren ist 1 ein Trennschalter, der insbesondere für Mittelspannungsschaltanlagen oder Hochspannungsschaltanlagen geeignet ist und der den hierfür bekannten Aufbau besitzt. In einem Gehäuse 2 ist bei der dargestellten Ausführungsform in Richtung einer vertikalen Achse V ein Schaltbolzen 3 um einen vorgegebenen Schalthub zwischen einer den Trennschalter schließenden Stellung (Fig. 2) und einer den Trennschalter öffnenden Stellung bewegbar. Der Schaltbolzen 3 ist in einer Bolzenführung 4 geführt, die auch elektrische Ringkontakte 4 aufweist, welche die elektrische Verbindung zwischen dem Schaltbolzen 3 und dem Anschluß 6 des Schalters 1 herstellen, der der Bolzenführung 4 zugeordnet und gegenüber dem Gehäuse 2 isoliert ist.

Der Schaltbolzen 3 bildet an seinem in den Figuren unteren Ende die eigentliche Kontakt- bzw. Schaltfläche und besitzt dort ein in einer Längsbohrung 7 angeordnetes, gefedertes Kontaktelement 8.

Zum Bewegen des Schaltbolzens 3 ist dieser an seinem anderen Ende mit einer achsgleich mit der Achse V liegenden Stange 9 aus elektrisch isolierenden Material versehen, die an ihrem dem Schaltbolzen 3 entferntliegenden Ende mit einem Hebel 10 eines u. a. auch einer Schaltstange 11 aufweisenden Hebelgetriebes 12 zusammenwirkt. Die Schaltstange 11 ist durch einen Elektromotor aufweisenden Motorantrieb 13 zum Öffnen und Schließen des Schalters 1 hin- und herbewegbar. Im Motorantrieb 13 ist ein Meldeschalter 14 vorgesehen.

Dem Schaltbolzen 3 ist im Inneren des Gehäuses 1 ein nicht bewegter Tulpenkontakt 15 zugeordnet, in welchen bei geschlossenem Schalter 1, d. h. in der "EIN"-Position des Schalters der Schaltbolzen 3 hineinreicht. Der Tulpenkontakt 15 besitzt einen mit dem Schaltbolzen zusammenwirkenden Ringkontakt 16 sowie einen Kontaktbolzen 17, gegen den das Kontaktelement 8 bei geschlossenem Schalter federnd anliegt. Der Tulpenkontakt 15 ist Bestandteil des zweiten, ebenfalls gegenüber dem Gehäuse 2 isolierten Anschlusses 18 des Schalters 1. Es versteht sich, daß der Schaltbolzen 3 mit seinen Elementen, die Bolzenführung 4 mit den Ringkontakten 5, der Anschluß 6, der Tulpenkontakt 15 mit seinen Elementen und der Anschluß 18 aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen.

Um den tatsächlichen Zustand des Schalters 1 bzw. der Lage des Schaltbolzens 3 zu überwachen, ist in der Wandung des Gehäuses 2 bzw. in einer dortigen Bohrung 19, die beispielsweise auch für eine optische Sichtüberprüfung verwendet werden kann, ein von einem Lichtsender 20 und zwei Lichtempfängern 21 und 22 gebildetes Überwachungselement 23 vorgesehen, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform derart, daß die Achsen der optischen Austritts- oder Eintritts-Öffnungen des Lichtsenders 20 und der Lichtempfänger 21 und 22 in einer gemeinsamen Ebene liegen, die auch die Achse V einschließt. Das Überwachungselement 23 ist weiterhin radial gegenüber der Achse V versetzt derart angeordnet, daß die Achsen dieser Öffnungen des Lichtsenders 20 und der Lichtempfänger 21 und 22 jeweils mit der Achse V einen Winkel kleiner als 90° einschließen, der sich zu dem Tulpenkontakt 15 hin öffnet.

Der Lichtsender 20 ist beispielsweise von einer Lichtquelle, z. B. von Licht- oder Laserdiode gebildet. Die Lichtempfänger 21 und 22 sind auf Licht ansprechende opto­ elektrische Bauelemente, beispielsweise Fotodioden oder Fototransistoren.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, daß der Lichtsender 20 und die beiden Lichtempfänger 21 und 22, die jeweils beidseitig von dem Lichtsender 20 vorgesehen sind, von den Enden von Lichtleitern oder von an Lichtleitern vorgesehenen optischen Elementen gebildet sind, die an eine optoelektrische Einheit führen, in der in einem größeren, räumlichen Abstand vom Schalter 1 eine Lichtquelle, beispielsweise die Leucht- oder Laserdiode, sowie die lichtempfindlichen Elemente, beispielsweise die Fotodioden oder Fototransistoren angeordnet sind.

Dem Überwachungselement 23 ist ein erste Reflektor 24 an der Bolzenführung 4 bzw. an dem dortigen Ringkontakt 5 zugeordnet, ein zweiter Reflektor 25 ist an der Außen- bzw. Mantelfläche des Schaltbolzens 3 gebildet. Die beiden Reflektoren 24 und 25 sind so angeordnet und geneigt, daß dann, wenn sich der Schalter 1 in dem Zustand "AUS" befindet, der von dem Lichtsender 20 ausgehende Lichtstrahl 26 am Reflektor 24 auf den in den Fig. 2 und 3 unteren Lichtempfänger 22 reflektiert wird und kein oder im wesentlichen kein Licht auf den Empfänger 21 trifft. Bei dem Zustand "EIN" des Schalters 1 ist der Lichtweg zu dem Reflektor 24 durch den Schaltbolzen 3 unterbrochen und der Lichtstrahl 26 wird an dem Reflektor 25 an dem Lichtempfänger 21 reflektiert, während kein Licht oder im wesentlichen kein Licht auf den Lichtempfänger 22 trifft. Hierdurch kann die tatsächliche Stellung des Schaltbolzens 3 genau überwacht werden. Befindet sich der Schaltbolzen 3 beispielsweise wegen eines Defektes im Motorantrieb oder in dem Hebelgetriebe 20 in einer Stellung zwischen "AUS" und "EIN", so wird der Weg des Lichtstrahles 26 zum Reflektor 24 unterbrochen, während gleichzeitig auch an dem Reflektor 25 kein Licht auf einen der beiden Empfänger 21 und 22 reflektiert wird, so daß insgesamt die tatsächliche Stellung des Schaltbolzens 3 zuverlässig überwacht werden kann.

Durch eine Verknüpfung des Signals des Meldeschalters 14 mit den Signalen der Empfänger 21 und 22 bzw. mit hiervon abgeleiteten Signalen ist weiterhin auch eine Überwachung der ordnungsgemäßen Arbeitsweise des Überwachungselementes 23 bzw. der von diesem Element und den Reflektoren 24, 25 gebildeten Lichtstrecken möglich.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Ebene des Reflektors 25 bei der dargestellten Ausführungsform gegenüber der Achse V derart geneigt, daß sie mit dieser Achse einen spitzen Winkel einschließt, der sich nach oben, d. h. zu der dem Tulpenkontakt 15 abgewandten Seite hin öffnen.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1

Schalter

2

Gehäuse

3

Schaltbolzen

4

Bolzenführung

5

Ringkontakt

6

Anschluß

7

Längsbohrung

8

Kontaktelement

9

Stange

10

Hebel

11

Schaltstange

12

Hebelgetriebe

13

Motorantrieb

14

Meldeschalter

15

Tulpenkontakt

16

Ringkontakt

17

Kontaktbolzen

18

Anschluß

19

Bohrung

20

Lichtsender

21

,

22

Lichtempfänger

23

Überwachungselement

24

,

25

Reflektoren

26

Lichtstrahl

Claims (7)

1. Optisches Überwachungssystem für Hoch- und Mittelspannungsschalter, die wenigstens einen in einem Gehäuse (2) in einer Achsrichtung (V) zwischen einer Position "EIN" und einer Position "AUS" hin- und herbewegbaren Schaltbolzen (3), der einen ersten Schalterkontakt bildet, sowie wenigstens einen mit dem Schaltbolzen (3) zusammenwirkenden zweiten Schalterkontakt (15) aufweisen, mit einer Lichtstreckenanordnung zur Überwachung der Stellung des Schaltbolzens (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstreckenanordnung zwei Lichtstrecken aufweist, von denen eine erste Lichtstrecke ausschließlich die Position "EIN" und eine zweite Lichtstrecke ausschließlich die Position "AUS" überwacht, und daß die Lichtstrecken so ausgebildet sind, daß deren Lichtempfänger (21, 22) jeweils erst dann das Licht einer Lichtquelle empfangen, wenn der Schaltbolzen (3) die von der jeweiligen Lichtstrecke überwachte Position erreicht hat.

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtstrecke einen ersten Reflektor (25) aufweist, der am Schaltbolzen (3) derart vorgesehen ist, daß Licht von diesem ersten Reflektor (25) an den Lichtempfänger (21) der ersten Lichtstrecke nur dann reflektiert wird, wenn sich der Schaltbolzen (3) in der Position "EIN" befindet.

3. Optisches Überwachungssystem für Hoch- und Mittelspannungsschalter, die wenigstens einen in einem Gehäuse (2) in einer Achsrichtung (V) zwischen einer Position "EIN" und einer Position "AUS" hin- und herbewegbaren Schaltbolzen (3), der einen ersten Schalterkontakt bildet, sowie wenigstens einen mit dem Schaltbolzen (3) zusammenwirkenden zweiten Schalterkontakt (15) aufweisen, mit wenigstens einer ersten Lichtstrecke mit einem ersten Reflektor (25) zur Überwachung der Stellung des Schaltbolzens, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (25) der ersten Lichtstrecke am Schaltbolzen (3) derart vorgesehen ist, daß das Licht von diesem Reflektor (25) an den Lichtempfänger (21) der ersten Lichtstrecke nur dann reflektiert wird, wenn sich der Schaltbolzen (3) in der Position "EIN" befindet.

4. Überwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der ersten Lichtstrecke eine zweite Lichtstrecke vorgesehen ist, die nur die Position "AUS" des Schaltbolzens (3) überwacht.

5. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrecken einen gemeinsamen Lichtsender (20) aufweisen.

6. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Lichtstrecke einen zweiten Reflektor (24) enthält, der so angeordnet ist, daß der Lichtweg (26) zwischen einem Lichtsender und dem zweiten Reflektor (24) und/oder zwischen dem zweiten Reflektor (24) und dem Empfänger (22) durch den Schaltbolzen (3) dann unterbrochen wird, wenn sich dieser aus der Position "AUS" herausbewegt.

7. Trennschalter, insbesondere Hoch- und Mittelspannungsschalter mit einem Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.