DE19830643C2 - Lichtbogen-Schutzeinrichtung - Google Patents
Lichtbogen-SchutzeinrichtungInfo
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- DE19830643C2 DE19830643C2 DE1998130643 DE19830643A DE19830643C2 DE 19830643 C2 DE19830643 C2 DE 19830643C2 DE 1998130643 DE1998130643 DE 1998130643 DE 19830643 A DE19830643 A DE 19830643A DE 19830643 C2 DE19830643 C2 DE 19830643C2
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
- H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
- H02H1/0015—Using arc detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/44—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to the rate of change of electrical quantities
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- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Schutzeinrich
tung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
In den VDE-Bestimmungen sind verschiedene Schaltungen
und Methoden zur Realisierung von wirksamen Personen- und
Leitungsschutzmaßnahmen im elektrischen Niederspannungsnetz
vorgesehen. Dabei wird der Leitungsschutz in erster Linie
durch Strombegrenzung bzw. Überstromabschaltung mit ver
schiedenen Schutzgeräten sichergestellt. Diese Schutzein
richtungen verhindern eine unzulässige Erwärmung der Lei
tungen im Überlast- und Kurzschlußfall. Eine Verhinderung
von Bränden in Gebäuden und Anlagen wird dadurch nicht
vollständig sichergestellt. So besteht die Gefahr, daß
Lichtbögen, beispielsweise durch mangelhafte Leitungs- und
Steckverbindungen sowie durch Schaltgeräte infolge mangel
hafter Installation oder Materialalterung oder Materialver
schmutzung, beim Betrieb von elektrischen Verbrauchern ei
nen sehr großen Wärmeeintrag in die Leitungen und Anlagen
teile zur Folge haben. Dieser Wärmeeintrag kann so groß
werden, daß Umhausungen schmelzen und Brandgefährung für
Gebäude und Anlagen besteht.
Aus der EP 0 615 327 ist eine Lichtbogen-Schutzeinrich
tung bekannt, bei der aus Stromänderungen di/dt Impulse ab
geleitet werden, deren Zahl pro Zeitintervall ermittelt und
mit einem Schwellwert verglichen wird, bei dessen Über
schreitung ein Abschaltsignal erzeugt wird.
Aus der US 5 818 237 ist eine Einrichtung zur Erkennung
von Lichtbogen-Fehlern bekannt, bei der ein Meßgeber den
Laststromfluß erfaßt, dessen Meßsignale einer Signalverar
beitungseinrichtung zugeführt werden, die aus Stromänderun
gen di/dt bipolare Impulse erzeugt, welche von einem Voll
weg-Gleichrichter in unipolare Impulse für jede stufenwei
se, durch Zünden des Lichtbogens bewirkte Erhöhung des
Laststromes über einen vorgegebenen Wert umgewandelt wer
den. Impulse, die einen vorbestimmten Wert übersteigen,
werden einem Integrator zugeführt, dessen Ausgangssignale
mit einem Schwellwert verglichen werden, bei dessen Über
schreitung ein Abschaltsignal erzeugt wird.
Nachteile des beschriebenen Standes der Technik sind
die feste Verdrahtung und die analoge Technik, wodurch nach
Fertigstellung der Schaltung die Empfindlichkeit nicht mehr
einstellbar ist und die Funktionsweise festliegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine Lichtbogen-Schutzeinrichtung der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß die Entstehung von Lichtbögen
schneller und genauer erkannt und Maßnahmen zur Warnung
bzw. zur Abschaltung des entsprechenden Stromkreises
schneller eingeleitet werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1
gelöst.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufga
benlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung verhindert wirksam
Gefahren durch fehlerhafte Lichtbogenerscheinungen. Gleich
zeitig können betriebsbedingte Lichtbogenerscheinungen von
elektrischen Verbrauchern bei der Fehlerauswertung ausge
schlossen werden. Solche betriebsbedingten Lichtbogener
scheinungen können einmalig auftreten oder treten bei
spielsweise bei Stromwendermaschinen mit Kommutator peri
odisch auf. Weiterhin berücksichtigt die erfindungsgemäße
Aufgabenlösung Netzrückwirkungen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Lichtbogen-
Schutzeinrichtung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Lichtbogen-
Schutzeinrichtung und
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Funktionsweise der
Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach den Fig.
1 und 2.
Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnung sind mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt eine Lichtbogen-Schutzeinrichtung 20
für einen Verbraucher 6, dargestellt als Verbraucherwider
stand RV, der aus einem Wechselstromnetzaußenleiter L1 ge
speist wird. Mit N ist ein Wechselstromnetz-Mittelleiter
bezeichnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Störstelle
an beliebiger Stelle im Verbraucherkreis R.
Die Lichtbogen-Schutzeinrichtung 20 umfaßt eine Induk
tivität (z. B. Magnetspule) LF und eine Abschalteinrichtung
SF, die zwischen dem Wechselstromnetzaußenleiter L1 und dem
Verbraucherkreis R angeordnet ist.
Parallel zur Induktivität LF ist ein Koppelglied 22,
beispielsweise wie dargestellt, ein Opto-Koppler, geschal
tet, der die entstehenden Spannungsspitzen du/dt in nahezu
gleichwertige Rechtecksignale umformt.
Ein Grundrauschen kann durch Reihenschaltung einer
Zenerdiode in den Eingangskreis des Koppelgliedes unter
drückt werden (nicht dargestellt).
Der Induktivität LF kann eine Schmelzsicherung vorge
schaltet sein (nicht dargestellt).
Die Abschalteinrichtung SF und die Induktivität können
Teile einer an sich bekannten Überstromschutzeinrichtung 2
sein, die in Form eines Ersatzschaltbildes dargestellt ist,
wobei - wie üblich - zusätzlich ein Widerstand RF* für
thermische Auslösung vorhanden ist und die Induktivität LF
(Magnetspule) der magnetischen Kurzschlußauslösung dient.
Das Ausgangssignal des Opto-Kopplers 22 wird einer Aus
werteeinheit 24 zugeführt, die einen Micro-Controler zur
Auswertung der (digitalen) Rechtecksignale aufweist. Zum
Betrieb des Micro-Controlers ist eine Fremdspannung bzw.
Hilfsenergie erforderlich, die entweder aus der Datenschie
ne einer Hausleittechnik bezogen werden kann oder aus einem
Stromwandler 26 am Lastkreis, wenn die Überstromschutzein
richtung 2 im Inselbetrieb (also ohne Anbindung an eine
Hausleittechnik) betrieben werden soll. In diesem Fall ist
eine Energiepufferung für die Meldungen nach Auslösung er
forderlich. Im unbelasteten Stromkreis ist keine Auswertung
erforderlich.
Die Auswerteeinheit 24 erhält bei der dargestellten
Ausführung mit Opto-Koppler 22 als Koppelglied kurze (digi
tale) Rechtecksignale, wobei die Auswertung gemäß Block
schaltbild nach Fig. 3 erfolgt. Die Rechtecksignale werden
einem Vergleicher 27 zugeführt, in dem alle Rechtecksignale
ausgeblendet werden, die sicher als bekannte betriebliche
Netzrückwirkungen identifiziert werden können. Hierzu wird
die charakteristische Lage der Rechtecksignale auf der
Netzperiode, die in einem Speicher 28 abgelegt sind, mit
gespeicherten Mustern verglichen. In einem Zähler 30 werden
die übrig gebliebenen Rechtecksignale für jede Netzperiode
gezählt. Das Zählergebnis wird in einem weiteren Verglei
cher 32 mit dem aus der vorangegangenen Netzperiode vergli
chen. Nach Übergabe des Ergebnisses aus dem Vergleicher 32
wird der Zähler 30 zurückgesetzt. Die ermittelte Differenz
Δn wird in einem Additionsspeicher 34 über mehrere Peri
oden, im Beispiel zehn Perioden, aufaddiert. Die Perioden
zahl wird von einem Zeitgeber 36 geliefert. Ist die Summe
größer als eine Vorgabe X, wird ein Warnbit N als Impuls
gesetzt. Nach jeder zehnten Periode wird der Additionsspei
cher 34 gelöscht und die Addition erneut für zehn Perioden
gestartet. Die Bewertung findet in einer Einrichtung 38
statt, in der die positiven Flankenwechsel der Warnbits N
innerhalb eines vom Zeitgeber 36 gelieferten Zeitfensters
Δt aufaddiert werden. Nach Ablauf des Zeitfensters wird die
gebildete Summe mit vorgebbaren Grenzwerten A, B und C ver
glichen und es werden entsprechende Maßnahmen wie Meldungen
und Abschaltung eingeleitet. Nach erfolgter Bewertung wird
der Additionsspeicher 34 gelöscht und wird die Addition für
ein weiteres Zeitfenster Δt gestartet. Die Bits für die
Warnmeldung "gelb" und "rot" sowie für die Anlage-OK-
Meldung "grün" werden nach Ablauf jedes Zeitfensters mit
der aktuellen Auswertung überschrieben. Die Meldung "Ab
schaltung" durch Lichtbogenfehler wird mit erneutem Ein
schalten gelöscht.
Die Induktivität LF kann durch einen Stromwandler er
setzt werden, wobei das Koppelglied 22 eine Strom-Span
nungswandlung vornimmt und der Micro-Controler der Auswer
teeinheit 24 die durch den Lichtbogenfehler auftretenden
Spannungssprünge nach Größe und zeitlichem Verlauf auswer
tet.
Die Verwendung eines Micro-Controlers in der Auswerte
einheit 24 ermöglicht nach Fertigstellung der Lichtbogen-
Schutzeinrichtung noch die Änderung der Einstellung der
Empfindlichkeit, beispielsweise durch Änderung der Schwell
werte. Die Daten der Ergebnisse können gespeichert werden,
wodurch eine spätere Rekonstruktion der Fehlerfälle möglich
ist. Vor der Auslieferung der Schaltung kann der Micro-
Controler programmiert werden. Zur Änderung von Parametern
ist eine Änderung der Hardware nicht notwendig.
Claims (6)
1. Lichtbogen-Schutzeinrichtung für Niederspannungsnetze
mit einer Einrichtung zur Erfassung von durch Lichtbö
gen bewirkte Stromänderungen und zur Erzeugung von von
diesen Stromänderungen abhängigen Signalen, wobei die
Einrichtung eine Induktivität und eine Abschalteinrich
tung aufweist, die in einen zu überwachenden Verbrau
cherkreis geschaltet sind, und über der Magnetspule ab
fallende Spannungsimpulse aus dem Verbrauchernetz einem
Koppelglied zugeführt werden, dessen Ausgangsimpulse
einer Auswerteeinrichtung mit einem Zähler zugeführt werden, welche die
Signale mit Referenzwerten vergleicht und bei Über
schreitung der Referenzwerte ein Abschaltsignal zur Be
tätigung einer Abschalteinrichtung erzeugt, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- - der Zähler (30) zum Zählen der in eine Netzperi ode fallenden Impulse dient
- - einen Vergleicher (32) zum Vergleich aufeinander folgender Zählergebnisse und zur Ermittlung der Differenz (Δn) aufeinanderfolgender Zählergebnisse,
- - eine Additionseinrichtung (34) zum Aufaddieren der Differenzwerte (Δn) über eine vorgegebene Zahl von Netzperioden,
- - einen weiteren Vergleicher zum Vergleich des Sum menwertes aus der Additionseinrichtung (34) mit ei nem vorgebbaren Wert (X) und zur Abgabe eines Warn impulses, wenn der Summenwert den vorgegebenen Wert übersteigt, und
- - eine Einrichtung (38) aufweist, welche die positi ven Flankenwechsel der Warnimpulse über eine vor gebbare Zeit (Δt) zählt und mit vorgebbaren, unter schiedlichen Grenzwerten vergleicht und in Abhän gigkeit vom Vergleichsergebnis Warnsignale und/oder die Abschalteinrichtung (SF) betätigende Abschalt signale erzeugt.
2. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Induktivität (LF) eine Schmelz
sicherung (RF) vorgeschaltet ist.
3. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Induktivität (LF) und die Ab
schalteinrichtung (SF) Teile einer Überstromschutzein
richtung (2) sind.
4. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Koppelglied (22) ein Opto-
Koppler ist.
5. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Induktivität (LF) durch einen
Stromwandler ersetzt ist, das Koppelglied (22) ein
Strom-Spannungswandler ist und die Auswerteeinrichtung
(24) die durch Lichtbogenfehler auftretenden Strom
sprünge nach Größe und zeitlichem Verlauf auswertet.
6. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (24) einen
Micro-Controler aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998130643 DE19830643C2 (de) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Lichtbogen-Schutzeinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998130643 DE19830643C2 (de) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Lichtbogen-Schutzeinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19830643A1 DE19830643A1 (de) | 2000-01-13 |
DE19830643C2 true DE19830643C2 (de) | 2000-11-30 |
Family
ID=7873425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998130643 Expired - Fee Related DE19830643C2 (de) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Lichtbogen-Schutzeinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19830643C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3771053B1 (de) * | 2019-07-26 | 2024-05-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Störlichtbogenüberwachungseinrichtung insbesondere für niederspannungsschaltanlagen |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0615327A2 (de) * | 1993-02-26 | 1994-09-14 | Eaton Corporation | Auf wiederholte, durch Störlichtbogenentladung verursachte Einschaltströme, ansprechender Schalter |
US5818237A (en) * | 1996-06-10 | 1998-10-06 | Eaton Corporation | Apparatus for envelope detection of low current arcs |
-
1998
- 1998-07-09 DE DE1998130643 patent/DE19830643C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0615327A2 (de) * | 1993-02-26 | 1994-09-14 | Eaton Corporation | Auf wiederholte, durch Störlichtbogenentladung verursachte Einschaltströme, ansprechender Schalter |
US5818237A (en) * | 1996-06-10 | 1998-10-06 | Eaton Corporation | Apparatus for envelope detection of low current arcs |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3771053B1 (de) * | 2019-07-26 | 2024-05-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Störlichtbogenüberwachungseinrichtung insbesondere für niederspannungsschaltanlagen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19830643A1 (de) | 2000-01-13 |
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