DE4316239A1

DE4316239A1 - Verfahren zur Lichtbogenerkennung

Info

Publication number: DE4316239A1
Application number: DE19934316239
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Marschner; Harald Boemig
Original assignee: MARSCHNER HANS HERMANN
Current assignee: MARSCHNER HANS HERMANN
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lichtbogener kennung, welches zur Warnung, Anzeige und zur Auslösung von Schaltvorgängen Anwendung findet.

Bisher sind Verfahren bekannt mit denen es möglich ist, elektrische Lichtbogenbildungen zu erkennen. Allen diesen Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß sie nur örtlich eng begrenzt wirksam und anwendbar sind.

In der Natur und Technik sind unbeabsichtigte bzw. unkontrollier te elektrische Lichtbogenentladungen oft Ursache eines Brandes und stellen allein dadurch eine Gefahrenquelle dar. Zur Aus schließung dieser Gefahrenquellen bedient man sich folgender allgemein bekannter Maßnahmen und Vorrichtungen:

Als prophylaktische Maßnahme das Abbauen des Spannungspotentials bzw. das Entladen desselben durch spezielle Lichtbogenstrecken, wie beispielsweise Blitzableiter, Spitzenionisatoren und Funken strecken an Hochspannungsanlagen.

Allgemein sind bekannt als Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Er kennung einer elektrischen Lichtbogenentladung:

Der Buchholzschutz; sein Einsatz ist nur in Behältern, welche mit Flüssigkeiten gefüllt sind, möglich. Seine Wirkungsweise beruht darauf, daß bei einer elektrischen Lichtbogenentladung die Flüssigkeit verdampft. Die in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen lösen einen Mechanismus aus, der wiederum zu einer Warnung bzw. Abschaltung der zu schützenden Anlage führt. Sein spezielles Einsatzgebiet sind ölgekühlte Transformatoren. - Der Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schutzschalter); seine Wir kungsweise beruht darauf, daß in einem Stromkreis die Summe der zufließenden Ströme mit der Summe der abfließenden Ströme aller betriebsmäßig stromführenden Leiter miteinander verglichen wer den. Bei Ungleichheit der Summen fließt ein sogenannter Fehler strom gegen einen betriebsmäßig nicht stromführenden Leiter. In diesem Falle schaltet seine elektromagnetische Schaltvorrich tung allpolig den Betriebsstromkreis ab. Eine elektrische Licht bogenentladung innerhalb betriebsmäßig stromführender Leiter kann nicht erkannt werden, da die Summen der Ströme - zufließende und abfließende Ströme - gleich bleiben.

Weitere Möglichkeiten zur Erkennung von auf kleinem Raum begrenzten elektrischen Lichtbogenbildungen stellen folgen de Patente dar:

Patent DE 41 36 231 mit einer Schutzvorrichtung für elektrische Maschinen durch Lichtbogenerkennung. Bei dieser Erfindung han delt es sich um eine Vorrichtung, welche durch fotoelektrische Sensoren eine elektrische Lichtbogenbildung in einem kleinen, speziell gefährdetetn Bereich erkennt und zur Auswertung bringt. Ferner ist das Patent JP P 53-75441 bekannt. Bei dieser Erfin dung handelt es sich um die Realisierung des Verfahrens durch eine Vorrichtung, die mittels speziell angeordneter Elektroden die eventuell auftretende Funkenbildung innerhalb eines elektri schen Schalters zur Auswertung bringt.

Ein mit einem beweglichen Kontaktelement sowie stationären Kontaktelementen versehener Schalter enthält eine Leckstrom- Anzeigelampe mit einem in der Nähe der stationären Kontaktele mente führenden Leckstromdetektor um anzuzeigen, wenn sich durch Ablagerung von Kohlenstoffpartikeln auf und in der Umge bung von den Kontaktelementen zwischen mindestens zwei der Kon taktelemente leitfähige Pfade gebildet haben.

Alle bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind nicht in der Lage, innerhalb eines betriebsmäßig stromführenden elek trischen Leitungssystems elektrische Lichtbogenbildungen und Lichtbogenentladungen nachzuweisen oder zu erkennen.

Das Wesen dieser Erfindung ist die Erkennung von elektrischen Lichtbögen und Entladungen durch elektronische Auswertung eines Teiles oder mehrerer Teile ihres breitbandigen elektrischen und/ oder elektromagnetischen Frequenzspektrums, welches, physikalisch bedingt, bei elektrischen Lichtbogenbildungen und Entladungen entsteht.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigt dabei

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens

Fig. 2 Schaltungsanordnung einer Lichtbogen-Schutzvor richtung für einen Schaltschrank.

Ausführungsbeispiel 1: wird in Fig. 1 dargestellt. In einer bereits vorhandenen, den Sicherheitsbestiinmuflgen entsprechend mit Fehlerstrom-Schutzscha lter ausgestatteten Elektroinstallation wird die technische Umsetzung der Erfin dung als Abscnaltauslösevorrichtung bei dem Auftreten elek trischer Lichtbogenbildungen, eingefügt.

Als eigentliche Schaltvorrichtung für die betriebsmäßig strom führenden elektrischen Leiter, wird der bereits vorhandene Fehlerstrom-Schutzschalter 1 verwendet. Tritt im Bereich der betriebsmäßig stromführenden elektrischen Leiter 2 nach dem Tiefpaßfilter, bestehend aus den Induktivitäten 3, 4, 5, 6 und der Kapazität 7 eine elektrische Lichtbogenbildung auf, so verbreiten sich auf den betriebsmäßig stromführenden elektri schen Leitern 2, hochfreguente elektromagnetische Signale. Durch den Tiefpaß, bestehend aus den Induktivitäten 3, 4, 5 und 6, sowie der Kapazität 7, wird das Abfließen des hochfre guenten Signalgemisches in Richtung des Fehlerstrom-Schutz schalters 1 und ein netzseitiges Eindringen von hochfrequen ten Signalen verhindert. Die Kapazität 8 bewirkt eine hoch requente Kopplung der betriebsmäßig stromführenden elektri schen Leiter 2.

Das über der Induktivität 6 stehende HF-Signalgemisch wird von den Aktivfiltern 9 und 10 auf unterschiedlichen Frequenzberei chen selektiv verstärkt, beispielsweise 5,5 MHz und 10,7 MHz. Die Ausgangssignale der Aktivfilter 9 und 10 werden durch die Dioden 11 und 12 bzw. 13 und 14, sowie die zugeordneten Spei cherkapazitäten 15 und 16 gleichgerichtet bzw. demoduliert. Das an den Speicherkapazitäten 15 und 16 auftretende Gleich spannungssignal wird durch die RC Kombinationen 17 und 18 bzw. 19 und 20 um vorzugsweise 100 ms verzögert, damit technisch hedingte Lichtbogenbildungen, wie beispielsweise Funken bei Schaltvorgängen 1 zu schützenden elektrischen Leitungssystein, nicht zum Auslösen der Schutzschaltung führen können. Diese verzögerten Gleichspannungssignale werden den Steuereingängen der in Reihe geschalteten Triacstufen 21 und 22 zugeführt. im Falle einer elektrischen Lichtbogenbildung innerhalb des zu schützenden elektrischen Leitungssysteins liegen an den Steuereingangen der in Reihe mit dem Strombegrenzungswider stand 23 geschalteten Triacstufen 21 und 22 zeitgleiche Steuer siqnale an, welche die Triacstufen in leitenden Zustand ver setzen und über den Strombegrenzungswiderstand 23 einen Fehler strom fließen lassen, der somit den Fehlerstrom-Schutzschal ter 1 auslöst. Die Auslösung des Fehlerstrom-Schutzschalters 1 hat zur Folge, daß das zu schützende elektrische Leitungssys tem 2, mit dem aufgetretenen Lichtbogen allpolig vom Netz ge trennt wird. Das Netzteil 24 dient zur Atromversorgung der Aktivfilter 9 und 10.

Ausführungsbeispiel 2: wird in der Fig. 2 näher dargestellt. Diese zeigt die Schaltungsanordnung einer Lichtbogen-Schutzvor richtung für einen Schaltschrank, welcher vor den Auswirkungen einer elektrischen Lichtbogenbildung geschützt wird. Dazu ist die nachstehend beschriebene Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in den zu schützenden Schalt schrank, montiert.

Durch eine Induktivität 24′ werden die elektromagnetischen Sig nale die ein elektrischer Lichtbogen abstrahlt, in elektrische Signale in Form von Wechselspannung, umgesetzt. Eine Kapazität 25 dient der galvanischen Trennung und der Wechselspannungsmä ßigen Kopplung der als Gleichrichter und Spannungsverdoppler geschalteten Dioden 26 und 27, mit ihrer zugeordneten Kapazi tät 28 als Ladekondensator. Das erhaltene Gleichspannungssignal wird durch den Operationsverstärker 29 verstärkt. Die Widerstän de 30 und 31 bestimmen die Verstärkung des Operationsverstär kers 29. Durch die Ruhekontakte 34 des Relais 33, welches dem Operationsverstärker 29 nachgeschaltet ist, wird ein gal vanisch getrennter Schaltausgang 35 realisiert.

Die Kapazität 32 verzögert das Ausgangssignal des Operations versärkers 29 derart, daß kurzzeitig technisch bedingte Lichtbögen wie Schaltvorgänge im zu schützenden Schaltschrank nicht wirksam werden.

Der galvanisch getrennte Schaltausgang 35 wird im Ausführungs beispiel zur Auslösung des im vorhandenen Schaltschrank befind lichen Hauptschalters genutzt.

Bezugszeichenliste

1 - FI-Schutzschalter
2 - betriebsmäßig stromführender Leiter
3 - Induktivität
4 - Induktivität
5 - Induktivität
6 - Induktivität
7 - Kapazität
8 - Kapazität
9 - Aktivfilter
10 - Aktivfilter
11 - Diode
12 - Diode
13 - Diode
14 - Diode
15 - Kapazität
16 - Kapazität
17 - Widerstand
18 - Kapazität
19 - Widerstand
20 - Kapazität
21 - Triacstufe
22 - Triacstufe
23 - Widerstand
24′ - Induktivität
24 - Netzteil
25 - Kapazität
26 - Diode
27 - Diode
28 - Kapazität
29 - Operationsverstärker
30 - Widerstand
31 - Widerstand
32 - Kapazität
33 - Relais
34 - Ruhekontakte
35 - galvanisch getrennter 5chaltausgang
36 - Netzteil.

Claims

1. Verfahren zur Lichtbogenerkennung dadurch gekennzeichnet, daß aus dem breitbandigen Frequenzspektrum von elektrischen und/oder elektromagnetischen Signalen einer elektrischen Lichtbogenbildung mittels elektronischer Auswertung mehrerer, durch Selektion erhaltener Frequenzbereiche mittels Aktiv filtern (9; 10), deren Modulationsinhalte auf Idendität durch gleichzeitiges Anliegen der Gleichspannungssignale an den Triacs (20; 21) verglichen werden und bei Vorliegen dieser, Schaltvorgänge ausgelöst werden.

2. Verfahren zur Lichtbogenerkennung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein einer entsprechend hohen hochfrequenten Feldstärke, durch induktive und/oder kapazitive Auskopplung des Signals mit nachfolgender Verstär kung, ein Schaltvorgang ausgelöst wird.

3. Verfahren zur Lichtbogenerkennung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in einem, von elektrisch/elektromecha nischen Signalen abgeschirmten Raum, ein breitbandiges elek trisch/elektromagnetisches Signal durch Induktivität (24′) empfangen wird, nachfolgend vorzugsweise zuerst gleichgerich tet mittels Gleichrichter (26; 27) und nachfolgend verstärkt wird, vorzugsweise mit Operationsverstärker (29) und mittels des erhaltenen Gleichspannungssignales ein Schaltvorgang, vorzugsweise mittels Relais (33) ausgelöst wird.