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Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenschutzsystem gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
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Arbeiten in elektrischen Verteileranlagen werden oftmals vorgenommen, während Teile der betreffenden Anlage weiterhin unter Spannung stehen und aktive Lastkreise betrieben werden. Eine vollständige Stilllegung der Verteileranlage wird dabei in der Regel nicht vorgenommen, da die nachgeschalteten Verbraucher weiterhin betrieben werden sollen, und weil es bei ordnungsgemäßem Ablauf der Arbeiten weder zu einer Beeinträchtigung der Arbeiter, der Arbeiten oder der weiterhin betriebenen Anlage kommt. Allerdings kann bei Arbeiten im Bereich frei liegender, stromführender Leiter nie ausgeschlossen werden, dass es im Zuge der Arbeiten zu einem elektrischen Fehler, meist einen elektrischen Überschlag in Form eines Lichtbogens, kommt. Zu einem derartigen Lichtbogen kann es beispielsweise kommen, wenn ein Arbeiter, beispielsweise durch ein metallisches Werkzeug oder seinen Körper, den Widerstand zwischen zwei Leitern entsprechend reduziert, oder etwa durch versehentlich in den Verteiler fallendes Werkzeug.
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Neben den meist gravierenden Folgen für das Wohlbefinden der beteiligten Arbeiter, kann ein solcher Überschlag als Brandursache eine Gefährdung der gesamten Anlage darstellen.
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Es sind Lichtbogenschutzanlagen für derartige Verteileranlagen bekannt, welche in diese fix integriert sind. Nachteilig an derartigen Lichtbogenschutzanlagen ist, dass diese sehr kostenintensiv sind, und die meiste Zeit über keine Arbeiten ausgeführt werden, welche zu einem Lichtbogen in der betreffenden Anlage führen können. Derartige Lichtbogenschutzanlagen werden daher meist nur in Hauptverteilern eingebaut, nicht jedoch in untergeordnete Verteileranlagen, in welchen jedoch erfahrungsgemäß die meisten derartigen Arbeiten durchgeführt werden, welche zu einem Lichtbogen führen können. Zahlreiche Anlagen sind daher in der täglichen Praxis nur ungenügend vor auftretenden Störlichtbögen geschützt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Lichtbogenschutzsystem der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welchem der Schutz von Menschen und Anlagen bei Arbeiten an stromführenden elektrischen Verteilern verbessert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
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Dadurch können elektrische Anlagen, insbesondere elektrische Verteiler, sowie Arbeiter während der Durchführung von Arbeiten an der betreffenden Anlage sicher gegen die Auswirkungen von Lichtbögen geschützt werden. Dadurch kann der betreffende Schutz ressourcenschonend erreicht werden, indem ein Lichtbogenschutzsystem lediglich für den Zeitraum der Arbeiten an der betreffenden Anlage angeordnet wird, und so ein und dasselbe Lichtbogenschutzsystem täglich betrieben werden kann, jeweils an anderen Anlagen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 10.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren der vorstehend genannten Art anzugeben, mit welcher die eingangs genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welchem der Schutz von Menschen und Anlagen bei Arbeiten an stromführenden elektrischen Verteilern verbessert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 10 erreicht.
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Dadurch können die zum Patentanspruch 1 geltend gemachten vorteilhaften Wirkungen erzielt werden.
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Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossene Zeichnung, in welcher lediglich eine bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines gegenständlichen mobilen Lichtbogenschutzsystems.
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Die einzige Figur zeigt ein mobiles Lichtbogenschutzsystem 1 angeordnet an einer elektrischen Anlage 9 in Form einer Verteileranlage 10. In der Verteileranlage 10 ist ein Schutzschaltgerät 20 angeordnet sowie diesem nachgeschaltet eine Mehrzahl an Verbindern 24, welche die elektrische Verbindung zu diversen Verbaucherstromkreisen herstellen. Die Verteileranlage 10 weist weiters elektrische Leiter 8 in Form von Stromschienen auf.
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Dadurch können elektrische Anlagen 9, insbesondere elektrische Verteiler 10, sowie Arbeiter während der Durchführung von Arbeiten an der betreffenden Anlage 9 sicher gegen die Auswirkungen von Lichtbögen geschützt werden. Dadurch kann der betreffende Schutz ressourcenschonend erreicht werden, indem ein Lichtbogenschutzsystem 1 lediglich für den Zeitraum der Arbeiten an der betreffenden Anlage 9 angeordnet wird.
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Das mobile Lichtbogenschutzsystem 1 weist wenigstens einen Lichtbogensensor 2, eine Auswerte- und Steuereinheit 3 und eine Lichtbogenlöscheinrichtung 4 auf.
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Der Lichtbogensensor 2 ist bevorzugt als optischer Lichtbogensensor 2 ausgebildet und umfasst bevorzugt wenigstens einen Lichtsensor 11, welcher etwa als Fotodiode bzw. als Belichtungs- oder Bildsensor ausgebildet ist, wie diese in Digitalkameras verbaut werden.
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Der Lichtbogensensor 2 ist entweder stationär oder als mobiler Lichtbogensensor 2 ausgebildet. Bei der stationären Ausbildung des Lichtbogensensors 2 ist bevorzugt vorgesehen, dass dieser als optischer Liniensensor ausgebildet ist, und in der Anlage 9 fest eingebaut ist, und dort verbleibt.
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Es hat sich gezeigt, dass lediglich die optische Detektion ein sicheres Erfassen eines Lichtbogens ermöglicht, ohne Fehlauslösungen zu verursachen. Akustische Detektionen haben sich dabei, insbesondere für die angestrebte Einsatzumgebung bei großen Anlagen, als ungeeignet erwiesen, da diese selbst bei einem hohen Aufwand der akustischen Signalaufnahme und anschließender Mustererkennung vielfach Fehlauslösungen verursachen. Die optische Erfassung eines Lichtbogens gelingt hingegen aufgrund der kurzzeitig erheblichen Lichtintensität eines Lichtbogens, selbst bei indirekter Beleuchtung des Lichtsensors 11 sicher, wobei der erforderliche technische Aufwand geringer ist, als bei einem akustischen Sensor, und kaum Fehlerfassungen auftreten.
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Sowohl ein stationär ausgebildeter bzw. angeordneter Lichtbogensensor 2 als auch ein mobiler Lichtbogensensor 2 weisen bevorzugt optische Linsen auf, um den Erfassungsbereich 21 des Lichtsensors 11 vorgebbar zu beeinflussen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Lichtbogensensor 2 zum Tragen durch einen Menschen, insbesondere an einem Menschen befestigbar, ausgebildet ist, sodass dessen Hände weiterhin frei sind. Bei elektrischen Arbeiten an stromführenden Leitern passieren Unfälle bzw. Lichtbögen meist in der unmittelbaren Umgebung der beteiligten Personen bzw. Arbeiter. Durch die gegenständliche Ausbildung des Lichtbogensensors 2 wird genau der Bereich erfasst, in welchem die höchste Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Lichtbogens gegeben ist.
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In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass der Lichtbogensensor 2 ein Sensorgehäuse 12 aufweist, dass an einer ersten Gehäuseseite 13 des Sensorgehäuses 12 wenigstens ein Befestigungsmittel 14 zur Befestigung des Lichtbogensensors 2 an einem Menschen und/oder einem Kleidungsstück angeordnet ist, und dass an einer zweiten Gehäuseseite 15 des Sensorgehäuses 12 der wenigstens eine Lichtsensor 11 angeordnet ist. Dadurch kann der Lichtbogensensor 2 einfach an einem Kleidungsstück eines Arbeiters befestigt, oder fix in diese integriert werden. Die einzige Figur zeigt eine stilisiert dargestellte Klammer als Befestigungsmittel 14. Eine weitere bevorzugte, nicht dargestellte Ausführungsform eines Lichtbogensensors 2 sieht vor, diesen ähnlich einer Stirntaschenlampe auszubilden, wodurch der Lichtbogensensor 2 am Kopf oder Helm eines Arbeiters befestigt werden kann.
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Der Lichtbogensensor 2 weist einen nachrichtentechnischen Ausgang 5 zur Datenübertragung an die Auswerte- und Steuereinheit 3 auf, welcher bevorzugt als Funkschnittstelle bzw. als Teil einer Funkschnittstelle des Lichtbogensensors 2 ausgebildet ist. Dabei kann jegliche Art einer Funkschnittstelle, etwa zufolge einem standardisierten Übertragungsprotokoll, wie beispielsweise Bluetooth oder IEEE 802.11, vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, den Lichtbogensensor 2 leitungsgebunden mit einer externen Funkschnittstelle zu verbinden. Durch die Verwendung einer Funkschnittstelle kann die Bewegungsfreiheit des Arbeiters sichergestellt werden, wobei ebenfalls keine Sichtverbindung zwischen dem Lichtbogensensor 2 und der Auswerte- und Steuereinheit 3 erforderlich ist. Durch die Funkschnittstelle kann die Arbeitssicherheit des betreffenden Arbeiters erhöht werden, da keine Leitungen von dem Arbeiter abstehen, und damit die Gefahr des Verhedderns nicht gegeben ist.
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Das mobile Lichtbogenschutzsystem 1 weist eine Auswerte- und Steuereinheit 3 auf, welche einen nachrichtentechnischen Eingang 6 zum Empfang von Daten des Lichtbogensensors 2 aufweist, welcher nachrichtentechnische Eingang 6 entsprechend kompatibel zum nachrichtentechnischen Ausgang 5 des Lichtbogensensors 2 ausgebildet ist.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 3 weist wenigstens eine Logik- und/oder Recheneinheit 25, insbesondere einen Mikrocomputer auf, welche mit dem nachrichtentechnischen Eingang 6 verbunden ist, und welche die vom Lichtbogensensor 2 ermittelten Daten bearbeitet und bewertet und derart entscheidet ob ein Lichtbogen detektiert wurde. Entsprechende Algorithmen sind der Literatur beschrieben und dem Fachmann bekannt.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 3 ist mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung 4 des mobile Lichtbogenschutzsystems 1 steuerungstechnisch verbunden. Bevorzugt und wie in der einzigen Figur dargestellt, ist vorgesehen, dass die Auswerte- und Steuereinheit 3 und die Lichtbogenlöscheinrichtung 4 zusammen in einem gemeinsamen tragbaren Gehäuse 16 angeordnet sind. Um als Gehäuse 16 tragbar zu sein, weist das betreffende Gehäuse 16 bevorzugt wenigstens einen Handgriff auf, sowie eine Masse, welche es erlaubt diese manuell zu befördern.
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Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Anlage 9 wenigstens ein Abteil, insbesondere eine entsprechende Anzahl an Abteilen, aufweist, welches zur Anordnung der Auswerte- und Steuereinheit 3 und/oder der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 und/oder dem gemeinsamen Gehäuse 16 und/oder der Stromanstiegsermittlungseinheit 18 ausgebildet ist, und dass das Abteil elektrische Anlagenanschlüsse zum Verbinden mit den elektrischen Leistungsanschlüssen 7 der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 und/oder der Stromanstiegsermittlungseinheit 18 aufweist, wodurch eine gefahrlose Anordnung der Auswerte- und Steuereinheit 3 und/oder der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 und/oder der Stromanstiegsermittlungseinheit 18 möglich ist.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung 4 weist eine vorgebbare Anzahl elektrischer Leistungsanschlüsse 7 zum temporären Verbinden der Lichtbogenlöscheinrichtung 4 mit elektrischen Leitern 8, insbesondere Stromschienen, einer elektrischen Anlage 9, insbesondere einer elektrischen Verteileranlage 10, auf. Die betreffenden Leistungsanschlüsse 7 sind bevorzugt derart ausgebildet, dass diese an stromführenden Leitern 8 gefahrlos angesteckt werden können. Derartige Anschlüsse bzw. Kontakte sind dem Fachmann bekannt, und sind etwa als Shuttertechnik bzw. umfassend Lyrakontakte ausgebildet.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass eine, von der Auswerte- und Steuereinheit 3 separate, Lichtbogenlöscheinrichtung 4 fix innerhalb einer elektrischen Anlage angeschlossen ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 4 eine Kurzschlussvorrichtung 17 zum Verursachen eines Kurzschlusses zwischen den Leistungsanschlüssen 7 aufweist. Beim Auftreten eines Lichtbogen in einer elektrischen Verteileranlage 10 muss dieser Lichtbogen innerhalb weniger Millisekunden gelöscht werden, um weiteren Schaden an der Anlage sicher zu vermeiden. Es hat sich als sicher erwiesen, zum Löschen des Lichtbogens einen schnellen und massiven, daher niederohmigen, Kurzschluss zwischen sämtlichen Leitern 8 der betreffenden Anlage herzustellen. Danach wird die betreffende Anlage 9 entweder aufgrund der Kurzschlussschutzfunktion des Schutzschaltgeräts 20 abgeschaltet, oder durch direkte Ansteuerung und Auslösung des Schutzschaltgeräts 20.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausbildung der Kurzschlussvorrichtung 17 ist vorgesehen, dass diese je Phase bzw. Neutralleiter des betreffenden Netzes jeweils eine mit diesen verbundene Kupferplatte aufweist. Die einzelnen Kupferplatten sind in Form eines Stapels angeordnet, wobei zwischen den einzelnen Kupferplatten Isolierschichten angeordnet sind. Zur Herstellung des Kurzschlusses werden Metallbolzen von Sprengladungen durch die Kupferplatten und die Isolierschichten geschossen, wodurch sehr schnell ein massiver Kurzschluss gebildet wird, wodurch die Potentialdifferenz beim Lichtbogen zusammenbricht, und der Lichtbogen verlischt.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausbildung der Kurzschlussvorrichtung 17 ist vorgesehen, dass diese Leistungshalbleiterbauteile aufweist, welche sämtliche Leiter der Anlage mit einer massiven Kupferschiene verbinden können. Um im Fall eines auftretenden Lichtbogens, und dem nachfolgenden Kurzschließen der Leiter 8, ein Schutzschaltgerät 20 der betreffenden Anlage zu schonen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auswerte- und Steuereinheit 3 einen Auslöseausgang 19 zum Ansteuern eines Auslösers eines Schutzschaltgeräts 20 der elektrischen Anlage 9 aufweist. Dadurch ist das direkte Auslösen eines Schutzschaltgeräts 20 möglich. Dadurch kann die Trennung der Kontakte des Schutzschaltgeräts 20 bereits veranlasst bzw. begonnen werden, ehe ein Kurzschlussauslöser des betreffenden Schutzschaltgeräts 20 anspricht. Dadurch werden etwaige Verzögerungseinstellungen des Schutzschaltgeräts 20 überbrückt. Bevorzugt wird ein Unterspannungsauslöser des Schutzschaltgeräts 20 angesteuert.
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Bevorzugt erfolgt die Verbindung zwischen dem Auslöseausgang 19 und dem Schutzschaltgerät 20 leitungsgebunden, da dies schnell und störsicher ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des gegenständlichen mobilen Lichtbogenschutzsystems 1 ist vorgesehen, dass das Lichtbogenschutzsystem 1 weiters wenigstens eine Stromanstiegsermittlungseinheit 18 umfasst, und dass die Stromanstiegsermittlungseinheit 18 mit der Auswerte- und Steuereinheit 3 nachrichtentechnisch verbunden ist. Die Stromanstiegsermittlungseinheit 18 weist wenigstens einen Stromsensor auf, welcher fest in der Anlage integriert sein kann, oder aber ebenfalls mobil ausgeführt sein kann, etwa in Form von Stromzangen oder umfassend Hallsensoren. Durch die zusätzlichen Informationen den Stromverlauf betreffend, kann die Entscheidung ob ein Lichtbogen vorherrschend ist, weiter gesteigert werden. Bevorzugt ist die Stromanstiegsermittlungseinheit 18 schaltungstechnisch zwischen dem, die Anlage versorgenden Transformator und dem ersten Schutzschaltgerät 20 der Anlage 9 angeordnet, und erfasst derart die Gesamtstromaufnahme der Anlage 9. Die Stromanstiegsermittlungseinheit 18 bzw. die Stromsensoren können auch in Subverteilern angeordnet werden, daher an den Zuführungsleitungen des zu schützenden Bereichs, wodurch im Fehlerfall nur ein Teil der gesamten Anlage abgeschaltet wird.
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Bei einem Verfahren zur Durchführung einer Arbeit an einer stromführenden elektrischen Anlage 9 ist vorgesehen, dass die Leistungsanschlüsse 7 des gegenständlichen mobilen Lichtbogenschutzsystems 1 mit elektrischen Leitern 8 der elektrischen Anlage 9 verbunden werden. Ein Lichtsensor 11 eines Lichtbogensensors 2 des mobilen Lichtbogenschutzsystems 1 wird auf die Anlage 9 gerichtet, bzw. wird dieser an einem, die Arbeit durchführenden Arbeiter befestigt, und zwar derart, dass der Erfassungsbereich 21 des Lichtbogensensors 2 wenigstens bei Durchführung der Arbeiten auf die Anlage bzw. die Hände des Arbeiters gerichtet ist. Der Lichtbogensensor 2 wird nachrichtentechnisch mit einer Auswerte- und Steuereinheit 3 des Lichtbogenschutzsystems 1 verbunden. Nachfolgend kann die Arbeit an der elektrischen Anlage 9 durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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