DE69122316T2 - Mit isolierter Anzeigeeinrichtung versehener Fühler für fehlerhafte Stromkreise - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fehlersensoren bzw. Störungserfassungseinrichtungen und Anzeigeeinrichtungen für elektrische Verteilungssysteme.
• Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf sich selbst zurücksetzende Störungsanzeigeeinrichtungen, wobei, nach dem Auftreten einer Störung auf einer überwachten Leitung, die Anzeigeeinrichtung zurückgesetzt wird, um eine "normale" Anzeige in Fällen anzuzeigen, wo der Fehler bzw. die Störung einer Systemstörung von einer vorübergehenden Natur war. In ihrer bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf einen Störungsdetektor, der eine sich selbst zurücksetzende Störungsanzeigeeinrichtung besitzt, die elektrisch von der Erfassungsanordnung isoliert ist und mit der Erfassungseinrichtung über eine faseroptische Verbindung in Verbindung steht.
• Störungsdetektoren verschiedener Typen sind zum Erfassen von Fehlern in elektrischen Energieverteilungssystemen und zum Liefern einer sichtbaren Anzeige, daß eine solche Störung erfaßt worden ist, eingesetzt worden. Solche Detektoren umfassen typischerweise einen Sensor und eine Anzeigeeinrichtung. Der Sensor bzw. die Erfassungseinrichtung ist gewöhnlich mit einer Last verbunden, die einen Leiter trägt, zum Erfassen des Vorhandenseins einer Störung oder einer Systemstörung in dem überwachten Leiter und zum Signalisieren der Anzeigeeinrichtung eines solchen Ereignisses. Der Sensor umfaßt typischerweise eine Aufklemmvorrichtung, die sich direkt über den Leiter, der überwacht werden soll, klemmt. Andere Sensoren nach dem Stand der Technik sind auf Testpunkten befestigt worden, die auf Verbindungen oder Komponenten des Verteilungssystems vorgesehen sind. Die Anzeigeeinrichtung ist elektrisch mit dem Sensor verbunden und wird oftmals entfernt von dem Sensor befestigt, um so eine bequemere Beobachtungsstelle für Arbeitskräfte zu schaffen. Unter Empfang eines Signais, daß eine Störung einer vorbestimmten Größe aufgetreten ist, zeigt die Anzeigeeinrichtung eine visuelle Anzeige an, daß ein Fehler oder eine Störung in der überwachten Leitung erfaßt worden ist.
• Störungsdetektoren werden typischerweise auf jeder Phase der verschiedenen Zweige eines elektrischen Verteilungsstromkreises installiert, um so informationen für die reparierende Mannschaft zu liefern, die die gestörten Stromkreise finden und reparieren muß, wenn sie vorliegen. Ohne Störungsanzeigeeinrichtungen muß die reparierende Mannschaft auf der Basis Versuch und Fehler arbeiten, um den gestörten Verzweigungsstromkreis zu finden. Dies kann durch Unterbrechen der einzelnen Verzweigungsstromkreise, einen zu einem Zeitpunkt, von deren gemeinsamen Zuführstromkreis und dann Schließen des Zuführstromkreisunterbrechers, der das Netzwerk der Verzweigungsstromkreise versorgt, um so zu bestimmen, ob der isolierte oder unterbrochene Zweig ein solcher war, in dem die Störung aufgetreten ist, vorgenommen werden. Wenn die Störung noch in dem System besteht, werden elektrische Relais oder andere schützende Vorrichtungen automatisch bewirken, daß der Zuführstromkreisunterbrecher "läuft", um dadurch wieder den Zuführstromkreis zu öffnen. Dies wird der reparierenden Mannschaft anzeigen, daß die Störung nicht auf dem unterbrochenen Zweig vorlag, sondern anstelle davon in einem der Verzweigungsstromkreise vorhanden ist, die noch mit dern Zuführstromkreis verbunden ist. Diese Maßnahme auf der Basis Versuch und Fehler, um den gestörten Stromkreis aufzufinden, wird durch die Verwendung von Anzeigeeinrichtungen für einen gestörten Stromkreis eliminiert, da die reparierenden Mannschaften nur visuell die Anzeigeein richtungen inspizieren und die Leitung oder die Leitungen lokalisieren müssen, die Anzeigeeinrichtungen besitzen, die eine "Störungs"-Anzeige anzeigen.
• Bei Leitungen, die gestörte Stromkreisdetektoren besitzen, müssen, nachdem die Fehlfunktion oder der Fehler lokalisiert und repariert worden ist, die Anzeigeeinrichtungen von deren "Fehler" zu deren "normalem" Anzeigezustand zurückgesetzt werden. Viele Anzeigeeinrichtungen nach dem Stand der Technik mußten manuell unter Verwendung eines nicht leitenden Werkzeugs das nach dem Stand der Technik als "heißer Stab" bekannt ist, zurückgesetzt werden. Andere Störungsdetektoren haben Einrichtungen zum automatischen Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtungen zu einem "normalen" Zustand umfaßt wenn einmal der normale oder Bereitschaftszustands-Belastungsstrom für eine vorbestimmte Zeitdauer existiert hatte.
• Sich selbst zurücksetzende Störungsdetektoren setzen typischerweise ein mechanisches Zeichen oder andere visuelle Anzeigevorrichtungen einen Auslöse-Stromkreis zum Bewirken, daß die Anzeigevorrichtung eine Störung unter dem Auftreten eines Stroms einer vorbestimmten Größe in dem überwachten Leiter anzeigt, und einen periodisch betätigten Rücksetz-Stromkreis zum Bewirken, daß sich die Anzeigevorrichtung zu ihrem zurückgesetzten oder "normalen" Zustand unter dem erneuten Auftreten eines normalen Bereitschaftszustands-Belastungsstroms in dem überwachten Leiter bewegt, ein.
• Ein solcher Störungsdetektor ist in der US 4,795,982 beschrieben, in der ein periodisch betätigter Rücksetz-Stromkreis, so lange wie kein Strom durch den überwachten Leiter fließt, gesperrt wird. Allerdings ist, unter der Rückkehr eines Stromflusses zu dem Leiter, ein Rücksetz-Kondensator in der Lage, eine Rücksetzspannung aufzuladen, woraufhin der Rücksetzschaltkreis freigegeben und die Anzeigevorrichtung zurückgesetzt wird.
• Die US 4,101,828 beschreibt einen sich selbst zurücksetzenden Störungsdetektor, bei dem ein Reed-Schalter so angeordnet ist, um einen Fehlerstrom zu erfassen, der in einem überwachten Leiter fließt. Mittels einer Funkfrequenzverbindung kann der Detektor von einer entfernten Stelle aus zurückgesetzt werden.
• Da die Sensoren oftmals ein relativ unzugänglichen Stellen befestigt sind, ist es oftmals erwünscht, daß die Anzeigeeinrichtung entfernt von dem Sensor angeordnet wird, um so einer reparierenden Mannschaft einen besseren Blickwinkel zu geben, von dem aus visuell die Anzeigeeinrichtung zu prüfen ist. In diesen Fällen sind die Erfassungs- und Anzeigebereiche des gestörten Stromkreisdetektors typischerweise durch einen elektrischen Leiter oder durch Leiter verbunden worden. in einer typischen Anwendung sind solche Sensoren auf der primären oder hohen Spannungsseite eines Verteilertransforrnators befestigt, während die Anzeigeeinrichtung entfernt, auf der niedrigen Spannungs- oder Sekundärseite, positioniert ist. indem der Sensor bzw. die Erfassungseinrichtung und die entfernte Anzeigeeinrichtung durch einen elektrischen Leiter verbunden sind, liefert dies eine unerwünschte Situation dahingehend, daß die Isolation des Leiters durchschlagen könnte und eine Störung zu Masse hin oder einer anderen Phase bewirken könnte. Die früheren Verfahren, die dazu verwendet sind, den Sensor auf der Hochspannungsseite von der Anzeigeeinrichtung der Niedrigspannungsseite zu isolieren, haben die Verwendung eines Leiters eingeschlossen, der aus einem mit Kohlenstoff imprägnierten Material gebildet ist. Ein solcher Leiter besitzt eine extrem hohe Impedanz und besitzt demzufolge wesentliche Grenzen in Bezug auf die Funktionalität der Anzeigeeinrichtung. Weiterhin ist der Draht nichtsdestotrotz ein Leiter für elektrischen Strom und kann noch einen Strompfad zur Masse oder zu den Sekundärspannungen hin bilden.
• Die DE-A-3,1 17,204 und das DE-U-8,704,639 offenbaren beide die Verwendung einer optischen Faser, um informationen von einem Hochspannungs- zu einem Niederspannungs-Stromkreis zu übertragen um dadurch effektiv elektrisch den letzteren von dem ersteren zu isolieren.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen bzw. Feststellen eines Fehlers in einem überwachten elektrischen Leiter geschaffen, die umfaßt:
• eine Einrichtung zum Erfassen einer Störung in dem Leiter;
• eine von der Erfassungseinrichtung entfernte Einrichtung zum Anzeigen des Vorhandenseins einer Störung in dem elektrischen Leiter;
• eine Einrichtung, die das Vorhandensein der von der Erfassungseinrichtung erfaßten Störung an die Anzeigeeinrichtung meldet; und
• eine Einrichtung zum automatischen Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtung,
• dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum automatischen Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtung einen Spannungswandler mit einer Primärwicklung die mit dem elektrischen Leiter verbunden ist, umfaßt, wobei die Vorrichtung des weiteren eine Einrichtung umfaßt, die mit einer Sekundärwicklung des Wandlers verbunden ist und von selbiger eine Spannung empfängt, die der Spannung in dem Leiter proportional ist, um die automatische Funktion der Rücksetzeinrichtung zu sperren, sofern keine vorgegebenen Minimalspannung in dem elektrischen Leiter vorhanden ist.
• Demgemäß wird hier eine Vorrichtung zum Erfassen eines Überstrom oder Störungszustands in einem überwachten, elektrischen Leiter und Bilden einer visuellen Anzeige eines solchen Zustands an einer entfernt angeordneten, vorzugsweise elektrisch isolierten, Anzeigeeinrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung weist allgemein einen Sensor zum Erfassen eines Störungszustands in dem überwachten Leiter und eine Anzeigeeinrichtung zum Liefern einer visuellen Anzeige, daß eine Störung aufgetreten ist, auf. Die Vorrichtung kann weiterhin einen Kornrnunikationspfad zwischen dem Sensor und der Anzeigeeinrichtung umfassen, wobei ein solcher Pfad einen elektrischen Isolator, wie beispielsweise ein faseroptisches Kabel, aufweist, so daß der Sensor und die Anzeigeeinrichtung elektrisch voneinander isoliert sind, um so zu verhindern, daß eine Störung dazwischen übertragen wird. Auch wird eine automatische Einrichtung zum Zurücksetzen der Anzeigeein richtung zu ihrem normalen oder störungsfreien Anzeigezustand geschaffen, solange wie eine vorbestimmte, minimale Spannung auf dem überwachten elektrischen Leiter vorhanden ist
• Dr Sensor kann einen uUbertragungs-Stromkreis umfassen, der eine Licht emittierende Diode (LED), die für eine Übertragung eines Lichtimpulses durch das faseroptische Kabel geeignet ist, wenn Strom ermöglicht wird, durch die LED zu fließen, und einen unilateralen Siliziumschalter, der sich schließt, um dadurch zu ermöglichen, daß Strom zu der LED fließt, wenn eine vorbestimmte Spannung über den Schalter vorhanden ist, aufweisen. Der Übertragungs-Stromkreis des Sensors kann weiterhin einen programmierbaren Widerstand zum Bewirken aufweisen, daß die vorbestimmte Spannung über den unilateralen Siliziumschalter auftritt, wenn ein Stör- bzw. Fehlerstrom einer vorbestimmten Größe in dem überwachten Leiter erfaßt worden ist.
• Die automatische Rücksetzeinrichtung umfaßt einen Detektor-Stromkreis zum Bestimmen, wann eine vorbestimmte, minimale Spannung auf dem überwachten Leiter vorhanden ist, einen Rücksetz-Stromkreis zum kontiunierlichen Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtung unter periodischen Intervallen, solange wie die minimale Spannung erfaßt wird, und einen Halte-Aus-Stromkreis zum Deaktivieren des Rücksetz-Schaltkreises, wenn die vorbestimmte, minimale Spannung nicht auf dem überwachten Leiter erfaßt wird. Die Anzeigeeinrichtung kann weiterhin einen faseroptischen Detektor zum Empfangen des Lichtimpulses, der über das faseroptische Kabel übertragen ist, und Wandeln des Impulses in einen elektrischen Impuls umfassen. Die Anzeigeeinrichtung kann weiterhin einen Zeitgeber, wie beispielsweise ein Dual-CMOS-Zeitgeber-Package, aufweisen, das den elektrischen Impuls von dem faseroptischen Detektor aufnimmt und einen Ausgangsimpuls überträgt, um zu bewirken, daß sich die Anzeigeeinrichtung von einem "normalen" zu einem "Fehler"-Anzeigezustand ändert, und um zu bewirken, daß der Halte-Aus- Stromkreis den Rücksetz-Stromkreis eine vorbestimmte Zeitperiode verzögert, bevor die Anzeigeein richtung zurückgesetzt wird.
• Das Gerät kann weiterhin einen Testschaltkreis zum Testen des Geräts und zum Bewirken, daß die Anzeigeeinrichtung das Vorhandensein eines Überstromzustands anzeigt, wenn ein solcher Zustand nicht tatsächlich an dem überwachten Leiter existiert, umfassen. Ein solcher Testschaltkreis kann einen magnetisch betätigbaren Schalter aufweisen, der in dem Sensor positioniert ist, der manuell durch Positionieren eines Magneten in nächster Nähe zu dem Sensor betätigt werden kann, um dadurch dem Wartungsoder Service-Personal zu ermöglichen, sorgfältig die Betriebsweise der Vorrichtung zu überprüfen, während der überwachte Leiter in dem "angeregten" oder eine Last führenden Zustand verbleibt.
• Demzufolge können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Kombination von Merkmalen und Vorteilen aufweisen, die ihnen ermöglichen, die Fehler-Detektor- Technologie durch eine sich selbst zurücksetzende Anzeigeeinrichtung weiterzubilden die elektrisch von dem Fehlererfassungsgerät isoliert ist, und die ohne Trennung des überwachten Leiters von der Versorgung einem Feldtest unterzogen werden kann. Diese und verschiedene andere Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet unter Lesen der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
• Für eine Einführung in die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nun Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, wobei
• Figur 1 stellt eine perspektivische Ansicht eines gestörten Stromkreis-Detektors dar;
• Figur 2 stellt ein schematisches Diagramm der Sensoranordnung des Detektors, der in Figur 1 dargestellt ist, dar;
• Figur 3 stellt ein schematisches Diagramm der Anzeigeanordnung des Detektors, wie er in Figur 1 gezeigt ist, dar.
• Wie zunächst die Figur 1 zeigt, ist dort ein Beispiel eines gestörten Stromkreis-Detektors 10 dargestellt, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung strukturiert ist. Der Detektor 10 weist eine Sensoranordnung 12 und eine Anzeigeanordnung 14 auf. In dem Beispiel der bevorzugten Ausführungsform die dargestellt ist, ist die Sensoranordnung 12 über einem eine Last führenden Leiter 18 angeordnet, der auf Fehlerströme hin überwacht werden soll. Die Anzeigeanordnung 14 ist entfernbar von der Sensoranordnung 12 positioniert und steht damit mittels eines faseroptischen Kabels 16 in Verbindung.
• Wie nun die Figur 2 zeigt, ist dort ein schematisches Diagramm des Schaltkreises für die Sensoranordnung 12 dargestellt, die in Figur 1 dargestellt ist. Allgemein umfaßt die Sensoranordnung 12 einen Stromwandler 20 zum Erfassen des Strompegeis in dem Leiter 18 (Figur 1) und einen Übertragungs-Stromkreis 22 zum Übertragen eines Lichtimpulses zu der Anzeigeanordnung 14, wenn ein vorbestimmter Strompegel in dem überwachten Leiter 18 bestimmt ist.
• Der Stromwandler 20 erfaßt den Strom in dem überwachten Leiter 18. Wie in Figur 2 dargestellt ist, sind die Ausgangsleitungen 24, 26 des Stromwandlers 20 in einem Brükkengleichrichter-Stromkreis 28 des Übertragungs-Schaltkreises 22 verbunden. Ein Strom proportional zu dem Strom in dem überwachten Leiter 18 wird in dem Stromwandler 20 induziert und über Ausgangsleitungen 24, 26 zu dem Brückenschaltkreis 28 induziert, wo der Wechselstrom in einen DC-Strom zur Verwendung durch den Übertragungs-Stromkreis 22 gleichgerichtet wird.
• Parallel über die Sekundärseite des Stromwandlers 20 ist ein Varistor 30, der einen Überspannungsschutz für den Übertragungs-Stromkreis 22 bildet, geschaltet. Wenn sich der Strom, der in der Sekundärseite des Stromwandlers 20 induziert ist, einem vorbestimmten Pegel nähert, wird die Spannung, die über den Stromwandler 20, den Varistor 30 und die Brücke 28 auftritt, die Durchbruchsspannung des Varistors (22 Volt in der bevorzugten Ausführungsform) erreichen, wobei an diesem Punkt der Varistor 30 als ein Leiter wirken wird, was den Stromwandler 20 kurzschließt und eine Beschädigung des Wandler-Schaltkreises verhindert
• Unter normalen Spannungen, und zwar unterhalb der Durchbruchsspannung des Varistors 30, wird Strom, der den Brückengleichrichter 28 verläßt, durch die Serien-Kombination des programmierbaren Widerstands 32 und des Transistors 34, die die Last für den Stromwandler 20 liefern, kaskadiert. Normalerweise liegt die Spannung über die Kombination des Widerstands 32 und des Transistors 34 zwischen 0 und 12 Volt. Parallel verbunden zu der Serien-Kombination des programmierbaren Widerstands 32 und des Transistors 34 ist ein Kondensator 36, der zum Filtern und für eine Energiespeicherung verwendet wird, wie dies in weiterem Detail nachfolgend erläutert ist. Parallel zu der Serien-Kombination des Widerstands 32 und des Transistors 34 liegt also eine Serien-Kombination, die einen unilateralen Silizumschalter (Silicon Unilateral Switch - SUS) 38, einen faseroptischen Übertrager oder eine LED 40 und einen Widerstand 42 aufweist. Der SUS 38 besitzt die Charakteristik so, daß, wenn die Spannung über ihn ansteigt, er einen hohen Widerstand beibehält, bis ein vorbestimmter Pegel erreicht wird. Bei dieser vorbestimmten Spannung, die gleich zu 8,2 Volt in der bevorzugten Ausführungsform ist, wird der SUS 38 leitfähig und schaltet sich "ein", was Strom ermöglicht, dort hindurch zu dem faseroptischen Übertrager 40 zu fließen. Widerstände 44 und 46 bilden ein Spannungsteilernetzwerk, das in dem Stromkreis 22 eingesetzt wird, um den SUS 38 auf den geeigneten Betriebszustand vorzuspannen.
• Der Widerstand 32 ist ein programmierbarer oder einstellbarer Widerstand, der dazu verwendet wird, die Größe des Stroms, der den SUS 38 triggern wird, einzustellen. Der SUS 38 wird bei 8,2 Volt leitend Demzufolge ist, je größer der Widerstand 32 ist, desto geringer der Strom, der notwendig ist, um den SUS 38 zu triggern. Wenn der SUS 38 leitend wird, entlädt sich der Kondensator 36 über den SUS 38, den faseroptischen Übertrager 40 und den Widerstand 42. Der Kondensator 36 speichert bevorzugt eine relativ kleine Menge Energie, die, wenn entladen wird, einen Stromstoß zu dem Übertrager 40 liefert. Der Übertrager 40 spricht deshalb durch Vorsehen einer hohen Intensität, allerdings eines kurzen Lichtimpulses, durch das faseroptische Kabel 16, an. Wenn der Strom durch den SUS 38 zurück zu 0 unter Entladen des Kondensators 36 abfällt, schaltet der SUS 38 zurück zu seinem "aus" Zustand oder hochwiderstandsfähigen Modus und der Spannung wird emöglicht, sich wieder an dem Kondensator 36 und dem programmierbaren Widerstand 32 aufzubauen. Der Widerstant 42 ist vorgesehen, um den Entladungsstrom des Kondensators 36 durch den faseroptischen Übertrager 40 zu begrenzen, so daß der Übertrager 40 nicht durch übermäßige Strompegel beschädigt wird.
• Allgemein wandelt der Übertragungs-Stromkreis 22 eine kleine Menge Strom, die durch den Stromwandler 20 erzeugt wird, in einen Spannungspegel. Wenn der Spannungspegel einen vorbestimmten Wert, 8,2 Volt in dieser Ausführungsform, übersteigt, entlädt sich der Kondensator 36 über den SUS 38 und den faseroptischen Übertrager 40, der wiederum einen hellen, einzelnen Lichtimpuls liefert.
• Die bevorzugte Ausführungsform des Übertragungs-Schaltkreises 22 umfaßt weiterhin einen Testschaltkreis, der aus einem Widerstand 48, einem magnetischen Reed-Schalter 50 und einem Transistor 34 aufgebaut ist. Der Widerstand 48 besitzt einen Widerstand, der ungefähr um eine Größenordnung größer als der Widerstand des programmierbaren Widerstands 32 ist. Der Reed-Schalter so ist innerhalb der Sensoranordnung 12 derart positioniert, daß dann, wenn ein Techniker oder ein Benutzer einen Magneten nahe der Sensoranordnung 12 positioniert, wie beispielsweise unter Verwendung eines "Heiß-Stabs", sich der magnetische Reed-Schalter 50 schließt, um dadurch den Transistor 34 abzuschalten und effektiv den Widerstand 32 aus dem Stromkreis zu entfernen. Da der Widerstandswert des Widerstands 48 viel größer als der Widerstandswert des programmierbaren Widerstands 32 ist, steigt die Spannung über den Widerstand 48 schnell an. Wenn die Schwellwertspannung des SUS 38 erreicht wird, wird der SUS 38 leitend, was den faseroptischen Übertrager 40 triggert, um einen Lichtimpuls mit hoher Intensität abzufeuern. Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß der Testschaltkreis der aus dem Transistor 34, dem Reed-Schalter 50 und dem Widerstand 48 aufgebaut ist, insgesamt von dem Stromkreis weggenommen werden könnte, falls nicht erwünscht ist, daß der Fehler-Detektor 10 die Fähigkeit besitzt, manuell getestet zu werden. in einer solchen Konfiguration würde der programmierbare Widerstand 32 direkt auf den Masse-Bus 52 gelegt werden, im Gegensatz dazu, daß er mit dem Transistor 34 verbunden wird. Die Betriebsweise des Übertragungs-Schaltkreises 22 würde dann identisch zu derjenigen sein, die zuvor beschrieben ist.
• In der bevorzugten Ausführungsforrn wird ein faseroptisches Übertragungskabel 16 als Übertragungsverbindung zwischen der Sensoranordnung 12 und der Anzeigeanordnung 14 verwendet. Irgendein herkömmliches, faseroptisches Kabel kann verwendet werden, solange wie es eine elektrische Isolation von dem angrenzenden elektrischen Verteilungssystem liefert. Bevorzugt besitzt das Kabel eine Länge von ungefähr 6 Fuß, um der Anzeigeanordnung 14 zu ermöglichen, strategisch für ein leichtes Betrachten angeordnet zu werden.
• Wie nun die Figur 3 zeigt, ist dort ein schematisches Diagramm des Schaltkreises der Anzeigeanordnung 14 dargestellt, wobei der Stromkreis allgemein einen Anzeige-Stromkreis 54, einen Rücksetz-Stromkreis 56, einen Halte-Aus-Stromkreis 58 und einen Energieversorgungs-Stromkreis 60 aufweist.
Energieversorgungs-Stromkreis
• Die Steuer- oder Eingangsleistung wird für die Anzeigeanordnung 14 von dem überwachten Leiter 18, wie beispielsweise mittels eines Steuerleistungswandlers 140 zugeführt, der seine Primärseite mit dem Leiter 18 verbunden besitzt, so daß die Sekundärseite des Wandlers die Eingangsspannung zu der Anzeigeanordung 14 zugeführt. in dieser Konfiguration ist die Eingangsspannung zu dem Indikator direkt proportional zu der Spannung an dem überwachten Leiter 18. Wie in Figur 3 dargestellt ist, wird ein Wechselstrom von dem Steuerleistungswandler 140 zu der Anzeigeanordnung 14 über Leitungen 130, 132 zugeführt. Ein Varistor 114 ist vorgesehen und ist über die Eingangsleitungen verbunden, um einen Überspannungsschutz für die Anzeigeanordnung 14 zu schaffen. Sollte die Spannung über die Leitungen 130, 132 eine vorbestimmte Grenze, 150 Volt AC in der bevorzugten Ausführungsform übersteigen, wird der Varistor 114 leitfähig werden und wird die Stromkreise der Anzeigeanordnung 14 kurzschließen.
• Die Kombination der Kondensatoren 116, 118, die mit den Leitungen 130, 132 verbunden sind, weist einen kapazitiven Strombegrenzer auf. Widerstände 120, 122 sind parallel jeweils zu den Kondensatoren 116, 118 plaziert und werden dazu verwendet, die Spannung über die Kondensatoren auszubalancieren.
• Die parallele Kombination der Widerstände 120, 122 und der Kondensatoren 116, 118 ist mit einem Gleichrichtungsbrücken-Stromkreis 124 verbunden, der das ankommende AC-Signal in ein DC-Signal zur Verwendung durch den Anzeigeanordungs-Stromkreis gleichrichtet. Der Strom, der zu der Brücke 124 fließt, wird durch die Kondensatoren 116, 118 auf ungefähr 10 bis 15 Milliampere AC begrenzt. Dieser Strom wird in einen DC-Strom gleichgerichtet und der Ausgang von der Brücke 124 beträgt ungefähr 12 Volt DC. Ein Widerstand 126 ist parallel zu der Brücke 124 plaziert und besitzt einen Widerstand, der so ausgewählt ist, um das Niveau einzustellen, unter dem der Halte- Aus-Stromkreis 58, wie nachfolgend beschrieben ist, arbeiten wird. in der bevorzugten Ausführungsform wird der Widerstand 126 so ausgewählt, daß die Spannung über diesen 12 Volt DC sein wird, wenn 60 Volt AC an der Sekundärseite des Steuerleistungswandlers 140 vorhanden ist. Der Kondensator 128 wird dazu verwendet, den Ausgang von der Brücke 124 in ein glattes DC-Signal zu filtern.
Anzeige-Stromkreis
• Wie weiterhin die Figur 3 zeigt, wird der Lichtimpuls, der durch den faseroptischen Wand 1er 40 des Wand ler-Schaltkreises 22 (Figur 2) erzeugt ist, über das faseroptische Kabel 16 zu der Anzeigeanordung 14 übertragen, wo es durch einen faseroptischen Empfänger 62 empfangen wird. Der Empfänger 62 ist zwischen einem Spannungs-Bus 134 und einem Masse-Bus 136 verbunden und wandelt den Lichtimpuis in einen elektrischen Impuls gleicher Dauer. Die Ausgangsleitung 63 des Empfängers 62 ist mit einer Eingangsleitung eines Dual-CMOS-Zeitgeber-Package 64 verbunden. Das CMOS-Zeitgeber-Package 64 umfaßt zwei interne Zeitgeber, einen monostabilen Zeitgeber 64a und einen astabilen Zeitgeber 64b. Der monostabile Zeitgeber 64a wird in dem Zähleranzeige-Stromkreis 54 eingesetzt, während der astabile Zeitgeber 64b eine Komponente des Rücksetz-Schaltkreises 56 aufweist, wie in weiterem Detail nachfolgend beschrieben ist. Allgemein wird der Zeitgeber 64a dazu eingesetzt, die kurze Dauer des Lichtimpulses, der durch den Empfänger 62 empfangen und gewandelt wird, in einen elektrischen Impuls einer längeren Dauer "zu dehnen". Die Dauer des elektrischen Impulsausgangs von dem Zeitgeber 64a wird durch die Kombination des Widerstands 66 und des Kondensators 68 bestimmt. Der Widerstand 67 wird in dem Anzeige-Stromkreis 54 eingesetzt, um den Trigger-Eingang des Zeitgebers 64a vorzuspannen
• Unter Empfang durch den Zeitgeber 64a des Eingangsimpulses der kurzen Dauer von dem Empfänger 62 schaltet der Ausgang von dem Anschluß OUT2 die Transistoren 70, 72 und 74 ein. Der Widerstand 76 ist als ein Vorspannungswiderstand eingesetzt, um die geeignete Betriebsspannung für den Transistor 70 einzustellen. Mit den Transistoren 70 und 72 eingeschaltet wird Strom ermöglicht, zu dem Masse-Bus 136 über diese Transistoren 70 und 72 und durch die Indikator-Einrichtung 80 zu fließen, und zwar in der Richtung, die durch den Pfeil 82 in Figur 3 dargestellt ist. Der Stromfluß durch die Anzeigeeinrichtung 80 in dieser Richtung bewirkt, daß sich die Anzeigeeinrichtung 80 von dem "normalen" Anzeigezustand zu dem "Fehler-" oder "Alarm-" Zustand ändert. Die Anzeigeeinrichtung 80 ist eine bistabile Anzeigeeinrichtung, so daß sie demzufolge fortfahren wird, die "Fehler" -Anzeige anzuzeigen, bis sie zurückgesetzt wird. Ein Varistor 81 ist parallel zu der Anzeigeeinrichtung 80 verbunden, um die Anzeigeeinrichtung 80 gegen Überspannungen zu schützen. In den bevorzugten Ausführunsformen wird der Varistor 81 leitfähig werden und den Strom um die Anzeigeeinrichtung 80 kurzschließen, wenn die Spannung über die Anzeigeeinrichtung 80 22 Volt übersteigt.
Rücksetz-Stromkreis
• Wie vorstehend angegeben ist, umfaßt das Dual-CMOS-Zeitgeber-Package 64 einen zweiten, internen Zeitgeber 64b, der dazu verwendet wird, den Stromkreis 56 zurückzusetzen. Allgemein ist der Rücksetz-Stromkreis 56 aus dem Zeitgeber 64b, den Widerständen 84, 86, dem Kondensator 88 und den Transistoren 90, 92, 94 und 96 aufgebaut. Die Kombination der vorspannenden Widerstände 84 und 86, des Kondensators 88 und des Transistors 90 zwingt den Zeitgeber 64b dazu, eine Verzögerungsperiode von 10 Sekunden auszuführen und dann einen Rücksetz-Impuls über seinen Ausgangsanschluß abzugeben, um dadurch die Transistoren 92, 94 und 96 einzuschalten. Die Widerstände 98, 100 sind als Vorspannungswiderstände vorhanden. Wenn einmal die Transistoren 92 und 94 eingeschaltet sind, wird Strom durch die Transistoren 92 und 94 zu dem Masse-Bus 136 fließen, der durch die Anzeigeeinrichtung 80 in der Richtung fließt, die durch den Pfeil 102 in Figur 3 angezeigt ist. Strom in der Richtung, die durch den Pfeil 102 angegeben ist, wird bewirken, daß die Anzeigeeinrichtung 80 Anzeigen ändert und wieder ihre "normale" Anzeige anzeigt. Da die Anzeigeeinrichtung 80 bistabil ist, wird sie in dem "normalen" oder "zurückgesetzten" Zustand verbleiben, nachdem der Rücksetzimpuls von dem Zeitgeber 64b vorüber ist. Der Zeitgeber 64b gibt den Rücksetzimpuls alle zehn Sekunden aus, so daß der Rücksetz-Stromkreis kontinuierlich die Anzeigeeinrichtung 80 zu dem "normalen" Zustand zurücksetzt oder versucht, sie zurückzusetzen, solange wie eine vorbestimmte Spannung an dem überwachten Stromkreis beibehalten wird, wie dies durch den Halte-Aus-Stromkreis 58, der nachfolgend beschrieben ist, bestimmt wird
• Der Rücksetz-Stromkreis 56 zykelt kontinuierlich, solange wie die Rücksetzung nicht durch den Halte-Aus-Stromkreis 58 verzögert ist. Um die Möglichkeit einer simulatenen oder nahezu simultanen Betätigung der Anzeigeeinrichtug 80 durch den Anzeigeschaltkreis 54 und den Rücksetz-Stromkreis 56 auszuschließen und um sicherzustellen, daß eine vollständige Verzögerung von zehn Sekunden immer auftritt, bevor die Anzeigeeinrichtung 80 zurückgesetzt wird, betätigt der Anzeigeschaltkreis 54, unter dem Auftreten eines Fehlers, die Anzeigeeinrichtung 80, während gleichzeitig der Rücksetz-Stromkreis 56 durch Rücksetzen des Zeitgebers 64b auf eine Zeit Null betätigt wird. Genauer gesagt initiiert, wie vorstehend ausgeführt ist, der Ausgang von dem Zeitgeber 64a den Impuls langer Dauer unter Empfang eines Signals von dem faseroptischen Ernpfänger 62. Wie in Figur 3 dargestellt ist, schaltet der Ausgangsimpuis von dem Anschluß OUT2 des Zeitgebers 64a, der die Transistoren 70, 72 und 74 einschaltet, auch den Transistor 90 ein, der den Rücksetz-Zeitgeber 64b dazu bringen wird, von der Zeit Null aus zu starten. Auf diese Art und Weise wird das Rücksetzen der Einrichtung 80 immer zehn Sekunden verzögert werden, nachdem ein "Setz" -Impuls durch den Zeitgeber 64a erzeugt ist.
Halte-Aus-Stromkreis
• Die Anzeigeanordnung 14 umfaßt auch einen Halte-Aus-Stromkreis 58 zum Verzögern der Rücksetzfunktion, wenn eine unzureichende Spannung an dem überwachten Leiter 18 vorhanden ist. Wie in Figur 3 dargestellt ist, wird die Spannung, die zu der Anzeigeanordung 14 von der Sekundärseite des Steuerleistungswandlers 140 verfügbar ist, proportional zu der Spannung auf dem überwachten Leiter 18 sein. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Rücksetz-Stromkreis 56 durch den Halte-Aus-Stromkreis 58 gesperrt werden, ohne daß mindestens 60 Volt an der Anzeigeanordnung 14 verfügbar sind. Als Folge wird die Fehleranzeigeeinrichtung 80 durch den Rücksetz-Stromkreis 56 zurückgesetzt, um einen "normalen" Zustand anzuzeigen, wenn mehr als 60 Volt über die Leitungen 130 und 132 erscheinen. Wenn weniger als 60 Volt vorhanden sind, wird die Fehleranzeigeeinrichtung 80 nicht zurückgesetzt, sondern verbleibt dabei, einen "Fehler-" oder "Alarm-" Zustand zu zeigen.
• Der Halte-Aus-Stromkreis 58 weist allgemein eine Zener-Diode 104, einen Transistor 106, einen Transistor 108 und Widerstände 110, 112 auf. Diese Kombination arbeitet so, um die Rücksetzfunktion zu sperren, wenn die ankommende AC-Spannung geringer als 60 Volt über die Leitungen 130,132 ist. Die Kombination der Zener-Diode 104 und des Transistors 106 weist einen Spannungsregulator auf, der die Spannung an dem Stromkreis auf ungefähr 12,7 Volt begrenzt. Wenn dieser Spannungspegel erreicht ist wird die Zener-Diode 104 durchbrechen und Strom wird durch sie zu der Basis des Transistors 106 fließen, wodurch der Transistor 106 eingeschaltet wird. Der Widerstand 110 ist mit dem Kollektor des Transistors 106 und der Basis des Transistors 108 verbunden, um diese Transistoren vorzuspannen. Wenn der Transistor 106 eingeschaltet wird, schaltet sich der Transistor 108 ab. Mit dem Transistor 108 abgeschaltet wird der Rücksetz-Zeitgeber 64b freigegeben und beginnt damit, zu arbeiten. Demgemäß schaltet sich, wenn dort eine ausreichende Spannung über den Spannungsregulator vorhanden ist, der aus der Zener-Diode 104 und dem Transistor 106 aufgebaut ist, der Transistor 106 ein, wodurch sich der Transistor 108 abschaltet, was dem Rücksetz-Zeitgeber 64b ermöglicht, wieder zu arbeiten. Umgekehrt wird der Stromkreis den Rücksetzvorgang auf Aus halten oder verzögern, bis dort mindestens 12,7 Volt DC über den Widerstand 126 vorhanden sind, was 60 Volt auf den ankommenden Leitungen 130 und 132 entspricht. Demzufolge verhindert der Halte-Aus-Stromkreis, daß die Anzeigeeinrichtung zurückgesetzt wird, wenn dort nicht mindestens 60 Volt zu der Anzeigeanordnung 14 von dem Steuerleistungswandler 140 vorhanden sind.
• in dem Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, sind die nachfolgenden, elektrischen Komponenten zur Verwendung in dem Stromkreis der Sensoranordnung 12 und der Anzeigeanordnung 14 geeignet:

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Feststellen einer Störung in einem überwachten elektrischen Leiter (18), die umfaßt:

eine Einrichtung (12, 22) zum Erfassen einer Störung in dem Leiter (18);

eine von der Erfassungseinrichtung entfernte Einrichtung (14) zum Anzeigen des Vorhandenseins einer Störung in dem elektrischen Leiter (18);

eine Einrichtung ((40, 16, 62), die das Vorhandensein der von der Erfassungseinrichtung erfaßten Störung an die Anzeigeeinrichtung (14) meldet; und

eine Einrichtung (56) zum automatischen Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtung (14),

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum automatischen Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtung einen Spannungswandler (140) mit einer Primärwicklung, die mit dem elektrischen Leiter (18) verbunden ist, umfaßt, wobei die Vorrichtung des weiteren eine Einrichtung (58) umfaßt, die mit einer Sekundärwicklung des Wandlers verbunden ist und von selbiger eine Spannung empfängt, die der Spannung in dem Leiter proportional ist, um die automatische Funktion der Rücksetzeinrichtung (56) zu sperren, sofern keine vorgegebene Minimalspannung in dem elektrischen Leiter (18) vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Meldeeinrichtung (40, 16, 62) die Erfassungseinrichtung (12, 22) elektrisch von der Anzeigeeinrichtung (14) isoliert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (12, 22) das Vorhandensein eines Überstromzustandes in dem überwachten elektrischen Leiter erfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Erfassungseinrichtung (12, 22) einen Stromwandler (20) umfaßt, der mit dem Leiter (18) verbunden ist, um den Strom in den Leiter (18) zu erfassen.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rücksetzeinrichtung (56) die Anzeigeeinrichtung (14) kontinuierlich in regelmäßigen Zeitabständen zurücksetzt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sperreinrichtung (58) eine Sperrschaltung umfaßt, die die Rücksetzeinrichtung (56) abschaltet, wenn die vorgegebene Minimalspannung nicht in dem überwachten Leiter vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Meldeeinrichtung (40, 16, 62) einen faseroptischen Signalweg (16) umfaßt; eine Einrichtung (40), die einen Lichtimpuls über den faseroptischen Signalweg überträgt; sowie eine Einrichtung (62), die den Lichtimpuls empfängt und ein Signal zu der Anzeigeeinrichtung (54) leitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Übertragungseinrichtung (40) eine Leuchtdiode sowie einen einseitigen Siliziumschalter (38) umfaßt, der geschlossen wird, so daß ein Strom zu der Leuchtdiode fließen kann, wenn eine vorgegebene Spannung über den Schalter (38) auftritt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Übertragungseinrichtung (40) des weiteren einen Widerstand umfaßt, der bewirkt, daß die vorgegebene Spannung über den einseitigen Siliziumschalter (38) auftritt, wenn von der Erfassungseinrichtung (12, 22) ein Störungszustand erfaßt worden ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des weiteren eine manuell zu betätigende Schalteinrichtung (34, 48, 50) umfaßt, die dazu dient, die Vorrichtung zu prüfen, indem die Meldeeinrichtung (40, 16, 62) veranlaßt wird, ein Signal an die Anzeigeeinrichtung (14) abzugeben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Schalteinrichtung einen magnetischen Zungenschalter (50) umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen Zeitgeber (64) in der Anzeigeeinrichtung (14) enthält, wobei der Zeitgeber (64) ein Signal von der Meldeeinrichtung (40, 16, 62) empfängt und beim Empfang des Signals einen Ausgangsimpuls sendet, durch den die Anzeigeeinrichtung (14) aus einem ersten Normal-Anzeigezustand in einen zweiten Störungs-Anzeigezustand wechselt und durch den die Rücksetzeinrichtung (56) das Zurücksetzen der Anzeigeeinrichtung (14) um einen vorgegebenen Zeitraum verzögert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Zeitgeber (64) ein Doppel-CMOS-Zeitgeberbaustein ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei ein Teil (64) des Doppel-Zeitgeberbausteins die Anzeigeeinrichtung (14) auslöst und der andere Teil (64b) die Rücksetzeinrichtung (56) auslöst.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzeigeeinrichtung (14) einen Widerstand (126) enthält, der den Spannungspegel einstellt, bei dem die Sperreinrichtung (58) aktiviert wird.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (12, 22) eine Einrichtung (32) zum Einstellen des Pegels eines vorgegebenen Maximalstroms in dem elektrischen Leiter enthält.