DE4331992A1

DE4331992A1 - Cell-like switching installation which is protected against internal arcs, for distribution of electrical energy

Info

Publication number: DE4331992A1
Application number: DE19934331992
Authority: DE
Inventors: Manfred Herkenrath; Paul Wey; Ferenc Boros; Dietrich Stade; Holger Schau
Original assignee: Kloeckner Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-03-23

Abstract

Internal arcs, which can lead to danger to personnel and to the installation being damaged can occur in switching installations. Selective protection is scarcely possible using known protection devices. A remedy is created in the new, in particular low-voltage, switching installation in that sensors, such as Hall sensors, which detect internal arcs locally are arranged in the individual switching cells, functional areas such as the distribution busbar area, the equipment area or the connecting area, and functional area sections, such as feed busbars or outlet busbars of equipment, in that furthermore these sensors are connected to an associated evaluation and control unit, which is common to at least one group of sensors, and are logically linked there, and in that, furthermore, the evaluation and control unit controls switching operations of the switching and protection apparatuses which are located in the equipment areas. Optical conductor (cable) sensors are also arranged. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine gegen Störlichtbögen gesicherte zellenartige Schaltanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a safeguard against arcing cellular switchgear according to the preamble of claim 1.

Störlichtbögen entstehen in Niederspannungs-Schaltanlagen, wenn eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Leitern oder zwischen Leiter und Erde hergestellt wird, ohne daß ein metallischer Kurzschluß vorliegt, z. B. wenn die Isolation durchbrochen wird oder durch Fehlbedienungen. Dabei werden die spannungsführenden Teile unterschiedlichen Potentials durch eine Plasmasäule überbrückt.Arc faults occur in low voltage switchgear when a direct electrical connection between the conductors or is established between the conductor and earth without a there is a metallic short circuit, e.g. B. if the isolation is broken or due to incorrect operation. The live parts of different potential through a Bridge over the plasma column.

Durch die sehr hohe Plasmatemperatur erwärmt sich die Umgebung des Lichtbogens derart schnell und stark, daß es in der Schaltanlage zum Druckaufbau kommt, der schon nach 15 bis 20 ms sein Maximum erreicht. Häufig ist die Druckbeanspruchung größer als die mechanische Festigkeit der Türen und Trennwände der Schaltschränke. Diese Teile werden dann abgesprengt und mit hoher Geschwindigkeit bewegt.The environment heats up due to the very high plasma temperature of the arc so fast and strong that it is in the Switchgear for pressure build-up comes after 15 to 20 ms reached its maximum. The pressure load is often greater than the mechanical strength of the doors and partitions of the Control cabinets. These parts are then blasted off and with moving at high speed.

Bei Anwesenheit von Personen kann es durch die heißen Gase und durch glühende Teilchen zu erheblichen Verbrennungen kommen. Außerdem kann die von der Plasmasäule ausgehende Strahlung zur Verblitzung der führen.In the presence of people, it can be caused by the hot gases and Glowing particles can cause considerable burns. In addition, the radiation emanating from the plasma column can Flashing of lead.

Aus der CH 676 174 ist eine Lichtbogendetektoreinrichtung bekannt geworden, die unter Verwendung eines Lichtwellenleiter- Sensors einen Lichtbogen in einer Schaltanlage detektiert. Der Lichtbogendetektor erstreckt sich hierbei durch mehrere Schaltzellen. Bei dieser Einrichtung wird unabhängig vom Entstehungsort des Störlichtbogens eine Fehlermeldung weitergegeben.CH 676 174 is an arc detector device become known which using an optical waveguide Sensor detects an arc in a switchgear. Of the Arc detector extends through several Switch cells. With this facility, regardless of An error message is generated where the arcing fault occurred passed on.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß bei einem Störlichtbogenfehler keine selektive Abschaltung erfolgen kann, um beispielsweise durch Reserveeinspeisungen eine Versorgung von Verbrauchern zu sichern. The disadvantage of this arrangement is that with one Arc fault no selective shutdown can take place in order, for example, to provide a supply of To secure consumers.

Hieraus geht auch nicht hervor, wie Störlichtbögen unterhalb einer bestimmten Zeit, beispielsweise 5 ms, derart gelöscht werden, daß ein selektiver Kurzschlußschutz nicht beeinträchtigt wird.This also does not show how arcing faults underneath a certain time, for example 5 ms, deleted in this way be that selective short-circuit protection is not impaired becomes.

Aus der Zeitschrift Elektrotechnik 1982, Heft 6, 523-27, insbesondere Bild 5 und der Patentanmeldung HU 169 992 ist ein Schnellkurzschließer bekannt, der in weniger als 5 ms einen Störlichtbogen löschen soll. In Bild 6 der o.g. Zeitschrift ist ein Netz mit einer Reserveeinspeisung dargestellt, in der die Verwendung des Kurzschließers beschrieben ist.From the magazine Elektrotechnik 1982, issue 6, 523-27, especially picture 5 and patent application HU 169 992 is a Fast short-circuiter known, the one in less than 5 ms Arc fault should extinguish. In picture 6 of the above Magazine is a network with a reserve feed is shown, in which the Use of the short circuiter is described.

Bei einem Störlichtbogen, beispielsweise in der ersten Einspeisung, wird in jedem Fall der Kurzschließer betätigt. Zwar werden Personen zuverlässig geschützt, es ist jedoch in Bereichen, in denen es auf eine sehr hohe Versorgungssicherheit ankommt, nicht hinnehmbar, daß aufgrund beispielsweise von Fehlauslösungen, wie durch Fremdlichteinkopplung oder Störlichtbögen vor dem Einspeiseschalter, ganze Versorgungsbereiche länger ohne Energieversorgung auskommen müssen.In the event of an arcing fault, for example in the first Feed, the short-circuiter is actuated in any case. Though people are reliably protected, but it is in Areas where there is a very high security of supply arrives, unacceptable that due to, for example False triggers, such as by coupling in extraneous light or Arc faults in front of the feed switch, whole Supply areas can do without energy supply for longer have to.

Es sind zahlreiche Richtlinien, Patentliteratur, Fachberichte, sonstige Publikationen und Stand der Technik zum Thema "Störlichtbogenschutz" bekannt.There are numerous guidelines, patent literature, technical reports, other publications and state of the art on the topic "Arc fault protection" known.

Trotz zahlreicher Lösungsvorschläge, hat sich die Unfallentwicklung seit den sechziger Jahren spürbar negativ entwickelt.Despite numerous proposed solutions, the Accident development has been noticeably negative since the 1960s developed.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung eine wirtschaftlich akzeptable Lösung zu finden, um die Sicherheit einer Schaltanlage derart zu erhöhen, daß Störlichtbögen, ohne Gefahr von Fehlauslösungen und Gefährdung von Personen oder Anlagenteilen, sicher und schnell erkannt und die Wirkungen von Störlichtbögen auf wirtschaftlich vertretbare Weise verhindert werden, insbesondere soll hierbei die Selektivität bei Kurzschlüssen und Überströmen erhalten bleiben und die Versorgungssicherheit hoch sein.It is therefore an object of the invention to be economical to find acceptable solution to the security of a Switchgear so increase that arcing without danger of false triggering and endangerment of people or Plant parts, safely and quickly recognized and the effects of Arc faults prevented in an economically justifiable manner be, in particular the selectivity Short circuits and overcurrents are preserved and that Security of supply must be high.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, weiterhin wird die Aufgabe durch die Merkmale des Nebenanspruches 10 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.The object of the invention is characterized by the Features of claim 1 solved, further the task solved by the features of the independent claim 10, while in the Sub-claims particularly advantageous developments of Invention are marked.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.Based on the drawing, in which an embodiment is shown is the invention, further refinements and Improvements of the invention and further advantages be described and explained.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes einer Niederspannungs-Schaltanlage, Fig. 1 is a perspective representation of a section of a low-voltage switchgear,

Fig. 2 den einpoligen Stromlaufplan von der in Fig. 1 dargestellten Schaltanlage, Fig. 2 shows the single-pole circuit diagram of the embodiment shown in Fig. 1 switchgear

Fig. 3 eine des Innenraumes der einzelnen Felder von der Seite, Fig. 3 a of the interior of the individual fields from the side,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Sammelschienen- und Geräteanordnung von vorne, Fig. 4 is a schematic representation of the busbar arrangement and equipment from the front,

Fig. 5 eine Darstellung der Leiterplatte, an der die Sensoren angeschlossen sind, Fig. 5 is an illustration of the circuit board on which the sensors are connected,

Fig. 6 eine Darstellung der Verknüpfung der Sensoren, Fig. 6 illustrates the linking of the sensors,

Fig. 7 eine weitere Darstellung der Verknüpfung, Fig. 7 is a further illustration of the link,

Fig. 8 eine Darstellung einer zentralen Verarbeitung, Fig. 8 is a representation of a central processing

Fig. 9 eine Darstellung einer dezentralen Verarbeitung, Fig. 9 is a representation of a distributed processing,

Fig. 10 eine Prinzipdarstellung des Kurzschließers, Fig. 10 is a schematic diagram of the short,

Fig. 11 eine Prinzipdarstellung der Einrichtung an einer Sammelschienenanordnung in einer Niederspannungs schaltanlage, Figure is a schematic representation of the device voltage switchgear. 11 at a bus bar arrangement in a low-voltage,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung der Einrichtung an einer Sammelschienenanordnung in einer Niederspannungs-Schaltanlage, Fig. 12 is a perspective view of the device on a busbar arrangement in a low-voltage switchgear,

Fig. 13 eine Darstellung einer Sammelschienenanordnung mit Abgangsschienen und Hallsensoren von vorne, Fig. 13 is a view of a bus bar assembly with outlet rails and Hall sensors from the front,

Fig. 14 eine Darstellung der in Fig. 3 gezeigten Sammelschienenanordnung von der Seite, Fig. 14 is a view of the bus bar assembly from the side shown in Fig. 3,

Fig. 15 eine Einzelteildarstellung Z der in Fig. 4 gezeigten Sammelschienenanordnung, Fig an exploded view Z of the bus bar assembly shown in Fig. 4. 15,

Fig. 16 eine Darstellung einer Sammelschienenanordnung mit Abgangsschienen und weiteren Hallsensoren, Fig. 16 is a view of a bus bar assembly with outlet rails and further Hall sensors,

Fig. 17 eine Darstellung der in Fig. 6 gezeigten Sammelschienenanordnung von der Seite und FIG. 17 shows a side view of the busbar arrangement shown in FIG. 6 and

Fig. 18 ein erstes Anordnungsbeispiel des Lichtwellenleiters an drei Stromsammelschienen, Fig. 18 is a first arrangement example of the optical waveguide of three busbars,

Fig. 19 ein zweites Anordnungsbeispiel des Lichtwellenleiters an drei Stromsammelschienen, Fig. 19 is a second arrangement example of the optical waveguide of three busbars,

Fig. 20 ein drittes Anordnungsbeispiel des Lichtwellenleiters an drei Stromsammelschienen, Fig. 20, a third arrangement example of the optical waveguide of three busbars,

Fig. 21 ein Anordnungsbeispiel des Lichtwellenleiters an drei Stromsammelschienen und daran vertikal angeschlossenen Stromschienen und Fig. 21 shows an arrangement example of the optical waveguide on three busbars and busbars connected vertically and

Fig. 22 ein anderes Anordnungsbeispiel des Lichtwellenleiters an drei Stromsammelschienen und daran vertikal angeschlossenen Stromschienen. Fig. 22 another arrangement example of the optical waveguide to three current busbars and it vertically connected busbars.

Die Schaltanlage 1 besteht aus einer ersten Einspeisung A, einer zweiten Einspeisung B und einer Reserveeinspeisung R, wie der zugehörige Stromlaufplan zeigt.The switchgear 1 consists of a first feed A, a second feed B and a reserve feed R, as the associated circuit diagram shows.

Hinter der Reserveeinspeisung ist ein Reservetransformator angeordnet, der bei Ausfall einer der beiden Einspeisungen A oder B, durch Zuschalten eines Kuppelschalters, die Versorgung übernimmt.A reserve transformer is located behind the reserve feed arranged, the failure of one of the two feeds A or B, by switching on a tie switch, the supply takes over.

Weiterhin besteht die Schaltanlage 1 aus drei stromsammelschienen-Abschnitte SSA, SSR und SSB, die jeweils von einem Einspeiseschalter EA, ER und EB gespeist werden können. Die Stromsammelschienen-Abschnitte SSA und SSR sowie SSR und SSB sind durch Kuppelschalter KA und KB miteinander verbunden. Mit dem Stromsammelschienen-Abschnitt SSA ist ein erster Abgangsschalter AA verbunden, wobei natürlich auch mehrere Abgänge bzw. Abgangsschalter vorhanden sein können, z. B. zur Einspeisung von mehreren Heizungen.Furthermore, the switchgear 1 consists of three busbar sections SSA, SSR and SSB, each of which can be fed by a feed switch EA, ER and EB. The busbar sections SSA and SSR as well as SSR and SSB are connected to each other by tie switches KA and KB. A first outgoer switch AA is connected to the busbar section SSA. Of course, there can also be several outlets or outgoer switches, e.g. B. for feeding several heaters.

Ein zweiter Abgangsschalter AB ist an dem zweiten Stromsammelschienen-Abschnitt SSB angeschlossen, z. B. zur Einspeisung eines Unterverteilers.A second tap switch AB is on the second Busbar section SSB connected, e.g. B. for Infeed of a sub-distributor.

In der Fig. 2 ist ein Ausschnitt von vier Schränken 11 bis 14 der Schaltanlage 1 gezeigt, wobei die Fig. 3 und 4 weitere Darstellungen dieser vier Schränken 11 bis 14 zeigen.In FIG. 2, a detail of four cabinets 11 to 14 of the switchgear 1 is shown, with Figs. 3 and 4 show additional views of these four cabinets 11 to 14.

Der erste Schrank 11 weist den ersten Abgangsschalter AA aus. In dem zweiten Schrank 12 sind der erste Einspeiseschalter EA und ein später näher erläuterter Kurzschließer angeordnet. Der dritte Schrank 13 beinhaltet den Kuppelschalter KA und der vierte Schrank den Einspeiseschalter ER der Reserveeinspeisung R.The first cabinet 11 has the first outgoing switch AA. The first feed switch EA and a short-circuiter, which will be explained in more detail later, are arranged in the second cabinet 12 . The third cabinet 13 contains the tie switch KA and the fourth cabinet the feed switch ER of the reserve feed R.

Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, erstrecken sich die Stromsammelschienen der Einspeisung A in dem oberen Bereich mindestens über die ersten drei Schränke 11 bis 13. Weitere Abgangsschalter können links davon angeordnet werden, wenn diese Stromsammelschienen nach links hin verlängert werden, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.As shown in FIG. 4, the current busbars of the feed A extend in the upper region at least over the first three cabinets 11 to 13 . Further outgoing switches can be arranged to the left of this if these busbars are extended to the left, as indicated by the dashed lines.

Die Stromsammelschienen der Reserveeinspeisung R sind dagegen in dem mittleren Bereich und in dem dritten und vierten Schrank 13, 14 sowie rechts von diesen Schränken angeordnet.The busbars of the reserve feed R, on the other hand, are arranged in the central area and in the third and fourth cabinets 13 , 14 and to the right of these cabinets.

Die Schaltanlage ist mit Hallsensoren und Lichtwellenleiter- Sensoren zur Erkennung eines Störlichtbogens bestückt. Die nähere Wirkungsweise der Sensoren wird später erläutert.The switchgear is equipped with Hall sensors and fiber optic Equipped with sensors for the detection of an arcing fault. The detailed operation of the sensors will be explained later.

Die Lichtwellenleiter-Sensoren dienen zur globalen (zumindest in gleichen Funktionsräumen ortsunabhängigen) Störlichtbogenerkennung, d. h. zeigen an, daß ein Störlichtbogen eingetreten ist, während die Hallsensoren den genauen Entstehungsort des Störlichtbogens erkennen.The fiber optic sensors are used for global (at least in same functional spaces regardless of location) Arc fault detection, d. H. indicate that an arcing fault has occurred while the Hall sensors the exact Recognize the location of the arcing fault.

Die Störlichtbogenerfassung kann jeweils für ein Schaltfeld erfolgen.The arcing fault detection can be done for one switch panel respectively.

Insgesamt werden in diesen Fall bis zu acht Hallsensoren durch abgeschirmte Signalleitungen einer Erfassungselektronik zugeführt. Der Anschluß erfolgt über eine 25polige D-Sub- Buchse bzw. Stecker 16, der direkt auf einer Leiterplatte 17 aufgebracht ist, wobei die Leiterplatte 17 in einem geerdeten Stahlblechgehäuse unterhalb des Schrankdeckels oder der Verteilerschienen angeordnet ist.In this case, a total of up to eight Hall sensors are fed to detection electronics through shielded signal lines. The connection is made via a 25-pin D-Sub socket or plug 16 , which is attached directly to a circuit board 17 , the circuit board 17 being arranged in a grounded sheet steel housing below the cabinet cover or the distribution rails.

Bis zu drei Lichtwellenleiter (LWL) 17, 18, 19 werden direkt auf der Leiterplatte steckbar oder fest angeordnet, wie in Fig. 5 gezeigt ist.Up to three optical fibers (LWL) 17 , 18 , 19 can be plugged or fixed directly on the circuit board, as shown in Fig. 5.

In einem Schaltfeld werden zusätzlich zu den Hallsensoren ein oder mehrere LWL-Schleifen im Schaltfeld angeordnet und miteinander logisch "ODER" verknüpft.In a control panel, in addition to the Hall sensors or several fiber optic loops arranged in the panel and logically linked "OR".

Die Hallsensoren werden für jeden Anordnungsort jeweils in Gruppen von zwei bis drei Hallsensoren parallel "ODER" verknüpft, was in der Erfassungselektronik erfolgt, wobei die Hallsensoren beispielsweise in den Zwischenraum zweiter Leiter oder Stromschienen sowie zwischen Stromschienen und geerdeten Anlagenteilen angeordnet sein können.The Hall sensors for each location are in Groups of two to three Hall sensors in parallel "OR" linked what is done in the detection electronics, the Hall sensors, for example, in the space between two conductors or busbars and between busbars and grounded Plant parts can be arranged.

In unterschiedlichen Funktionsräumen eines Schaltfeldes, wie Verteilerschienenraum, Geräteraum oder Anschlußraum, ergeben sich dann bis zu acht Anordnungsorte. Es können beispielsweise ein oder zwei Gruppen von Hallsensoren in bis zu 3 Verteilerschienenräumen angeordnet sein. Eine oder zwei Gruppen von Hallsensoren können dann in bis zu zwei Geräteräumen angeordnet sein. Eine Gruppe von Hallsensoren kann in einem Anschlußraum vorhanden sein.In different functional areas of a control panel, such as Distribution rail compartment, equipment compartment or connection compartment then up to eight locations. For example one or two groups of Hall sensors in up to 3 Distribution rail spaces can be arranged. One or two groups Hall sensors can then be used in up to two equipment rooms be arranged. A group of Hall sensors can be used in one Connection space must be available.

In der Erfassungselektronik oder einer andere Signalverarbeitung wird das LWL-Summensignal mit den Signalen der Hallsensoren jeweils einzeln logisch "UND" verknüpft, derart daß unterschiedliche Schalt- und Schutzgeräte, wie Kurzschließer, Leistungsschalter, Einspeiseschalter und Kuppelschalter, angesprochen werden können.In detection electronics or other signal processing becomes the FO sum signal with the signals from the Hall sensors each logically linked "AND" in such a way that different switching and protection devices, such as short-circuiters, Circuit breakers, feed switches and tie switches, can be addressed.

Im einfachsten Fall kann ein Summensignal aus einer "ODER" Verknüpfung der LWL-Sensoren mit einem Summensignal aus einer "ODER" Verknüpfung der Hallsensoren.In the simplest case, a sum signal can be made up of an "OR" Linking the fiber optic sensors with a sum signal from a "OR" combination of the Hall sensors.

In der Erfassungselektronik sind die optischen Sender, Empfänger und Verstärker für die Lichtwellenleiter integriert.In the detection electronics, the optical transmitters are receivers and amplifier for the optical fibers integrated.

Die Logikfunktion für die Verknüpfung der Sensoren und der Ausgangssignale für die Schutz- und Schaltgeräte sind beispielsweise mit GALs, PALs oder EPROMS realisiert und durch Neuprogrammierung veränderbar.The logic function for linking the sensors and the Output signals for the protection and switching devices are realized with GALs, PALs or EPROMS and through Reprogramming changeable.

Die Ausgangssignale für die Schutz- und Schaltgeräte werden von galvanisch getrennten Halbleiterrelais zur Verfügung gestellt und an einer 9poligen SUB-D-Buchse 20 angelegt.The output signals for the protection and switching devices are provided by galvanically isolated semiconductor relays and applied to a 9-pin SUB-D socket 20 .

Die Erfassungselektronik in der auch die logische Verknüpfung der Sensorsignale integriert ist, steuert die entsprechenden Schnittstellen der Schalt- und Schutzgeräte, also durch den 9- poligen D-Sub-Stecker 20.The detection electronics, in which the logical combination of the sensor signals is integrated, controls the corresponding interfaces of the switching and protection devices, that is, by means of the 9-pin D-Sub connector 20 .

Näheres über eine zentrale oder dezentrale Auslösung wird später anhand verschiedener Lösungen erläutert.More on centralized or decentralized triggering will come later explained using different solutions.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, sind in den ersten beiden Schränken 11 und 12 insgesamt 8 Gruppen von Hallsensoren H1 bis H8 in den unterschiedlichsten Funktionsräumen angeordnet, wobei eine Gruppe von zwei Hallsensoren gebildet wird.As shown in FIGS. 3 and 4 show two cabinets 11 and 12 are positioned a total of 8 sets of Hall sensors H1 to H8 in a wide functional spaces in the first, one group is formed by two Hall sensors.

Die einzelnen Funktionsräume sind in bekannter Weise durch Schottwände und dergleichen voneinander getrennt.The individual function rooms are in a known manner Bulkheads and the like separated.

In den Verteilerschienenraum der Schränke 11 und 12 sind zwei Gruppen von Hallsensoren H1 und H2 zwischen den horizontalen Stromsammelschienen nur zur Erfassung eines Störlichtbogens in diesem Bereich angeordnet. Two groups of Hall sensors H1 and H2 are arranged in the distribution rail space of the cabinets 11 and 12 between the horizontal current busbars only for detecting an arcing fault in this area.

In den Geräteraum des ersten Schranks 11 ist im Bereich der vertikalen Anschlußschienen eine dritte und eine vierte Gruppe von Hallsensoren H3 und H4 angeordnet, wobei die dritte Gruppe von Hallsensoren H3 im Bereich der vertikalen Anschlußschienen und die vierte Gruppe H4 im Bereich der vertikalen Abgangsschienen angeordnet ist, also vor und hinter dem Abgangsschalter AA.A third and a fourth group of Hall sensors H3 and H4 are arranged in the equipment compartment of the first cabinet 11 in the region of the vertical connection rails, the third group of Hall sensors H3 being arranged in the region of the vertical connection rails and the fourth group H4 in the region of the vertical outlet rails , in front of and behind the tap switch AA.

Der Anschlußraum der ersten Schranks 11 ist im Bereich der vertikalen Abgangsschienen oder im Bereich der horizontalen Abgangsschienen mit einer fünften Gruppe von Hallsensoren H5 bestückt.The connection space of the first cabinet 11 is equipped with a fifth group of Hall sensors H5 in the region of the vertical outlet rails or in the region of the horizontal outlet rails.

In dem Geräteraum des zweiten Schranks 12 sind weiterhin eine sechste und eine siebte Gruppe von Hallsensoren H6 und H7 angeordnet, wobei diese vor und hinter dem Einspeiseschalter EA angeordnet sind.A sixth and a seventh group of Hall sensors H6 and H7 are also arranged in the equipment room of the second cabinet 12 , these being arranged in front of and behind the feed switch EA.

Eine achte Gruppe von Hallsensoren H8 ist in dem Anschlußraum, der zur Einspeisung dient, vorhanden.An eighth group of Hall sensors H8 is in the connection space, which is used for feeding.

Diese Gruppen von Hallsensoren H1 bis H8 sind, wie schon vorher erläutert, mit einer gemeinsamen Erfassungselektronik verbunden, die in einem der beiden Schränke 11 oder 12 angeordnet sein kann.As already explained above, these groups of Hall sensors H1 to H8 are connected to common detection electronics, which can be arranged in one of the two cabinets 11 or 12 .

Zusätzlich sind drei Schleifen von LWL-Sensoren L1, L2 und L3 angebracht, die sich jeweils über mehrere Schränke erstrecken, wie aus der Fig. 4 zu erkennen ist.In addition, three loops of fiber optic sensors L1, L2 and L3 are attached, each extending over several cabinets, as can be seen from FIG. 4.

Der erste LWL-Sensor L1 ist im Bereich des Verteilerschienenraumes der Schränke 11 und 12 parallel zu den Stromsammelschienen angeordnet. Der zweite LWL-Sensor L2 erstreckt sich über beide Geräteräume der Schränke 11 und 12 quer zu den Abgangs- Einspeise- und Anschlußschienen. Der dritte LWL-Sensor L3 verläuft über die Anschlußräume der Schränke 11 und 12.The first fiber optic sensor L1 is arranged in the area of the busbar space of the cabinets 11 and 12 parallel to the busbars. The second fiber optic sensor L2 extends across both equipment compartments of the cabinets 11 and 12 transversely to the outgoing feed and connecting rails. The third fiber optic sensor L3 runs over the connection spaces of the cabinets 11 and 12 .

Natürlich können weitere Schränke mit Sensoren bestückt werden, die einer weiteren Erfassungselektronik zugeordnet sind.Of course, other cabinets can be equipped with sensors, which are assigned to further detection electronics.

In der Schaltanlage ist der in der Fig. 3 gezeigte Abgangsschalter AA ein Leistungsschalter in bekannter Weise, der beispielsweise eine Abschaltzeit von 15 ms aufweist. Der dort gezeigte Einspeiseschalter EA ist ebenfalls ein Leistungsschalter mit einer Abschaltzeit jedoch von 30 ms. Der Kurzschließer KS bewirkt in mindestens weniger als 5 ms einen metallischen Kurzschluß.In the switchgear, the outgoing switch AA shown in FIG. 3 is a circuit breaker in a known manner, which has a switch-off time of 15 ms, for example. The feed switch EA shown there is also a circuit breaker with a switch-off time of 30 ms. The short-circuiter KS causes a metallic short-circuit in at least less than 5 ms.

Die Zeiten für die Erfassung und Verarbeitung einer Störlichtbogens sind gegenüber den Abschaltzeiten der Schaltgeräte gering, zumindest kleiner als 5 ms.The times for capturing and processing a Arc faults are compared to the switch-off times of Switchgear small, at least less than 5 ms.

Die Schaltanlage ist an einem Netz angeschlossen. Das Netz soll eine derart hohe Kurzschlußleistung aufweisen, daß ein Störlichtbogen in höchstens 20 ms abgeschaltet sein muß, damit weder Anlagenteile beschädigt werden können noch in der Nähe befindlichen Personen verletzt werden können.The switchgear is connected to a network. The network should have such a high short-circuit power that a Arc must be switched off in a maximum of 20 ms so that Neither system parts can be damaged nor in the vicinity people can be injured.

Die Sensoren sind, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, derart verknüpft, daß in Abhängigkeit vom Entstehungsort des Störlichtbogens, also Schrank, Funktionsraum und stromführende Teile, wie netzseitige Anschlußschienen und Abgangsschienen, unterschiedliche Geräte ausgelöst werden.As shown in FIGS. 6 and 7, the sensors are linked in such a way that different devices are triggered depending on the location of the arcing fault, that is to say the cabinet, functional space and current-carrying parts, such as connection rails and outlet rails on the network side.

Aus den Ausgangssignalen der einzelnen LWL-Sensoren L1, L2, L3 wird durch eine ODER-Verknüpfung ein Summensignal gebildet, wie die Fig. 6 zeigt. A sum signal is formed from the output signals of the individual fiber optic sensors L1, L2, L3 by an OR operation, as shown in FIG. 6.

Dieses Summensignal wird einzeln mit den Ausgangssignalen der Hallsensorgruppen H1 bis H8 logisch "UND" verknüpft, wobei die paarweise angeordneten Hallsensoren H1a, H1b, die eine Gruppe bilden, logisch "ODER" verknüpft werden.This sum signal is individually with the output signals of the Hall sensor groups H1 to H8 logically "AND" linked, the Hall sensors H1a, H1b arranged in pairs which form a group form, logically linked "OR".

Die Summensignale X1 bis X8 der Verknüpfung aus LWL- und Hallsensoren werden, wie die Fig. 7 zeigt, wie folgt mit den unterschiedlichen Schalt- und Schutzgeräte verknüpft.The sum signals X1 to X8 of the combination of fiber optic and Hall sensors are, as shown in FIG. 7, linked to the different switching and protection devices as follows.

Das Steuersignal des in der Niederspannungs-Schaltanlage angeordneten Kurzschließers KS wird durch eine ODER-Verknüpfung der Signale X1 bis X3 und X6 gebildet.The control signal of the in the low voltage switchgear arranged short circuiter KS is through an OR operation of the signals X1 to X3 and X6.

Das Steuersignal des in der Niederspannungs-Schaltanlage angeordneten Einspeiseschalters EA wird ebenso durch eine ODER- Verknüpfung der Signale X1 bis X3 und X6 gebildet.The control signal of the in the low voltage switchgear arranged feed switch EA is also replaced by an OR Linkage of the signals X1 to X3 and X6 formed.

Das Steuersignal des in der Niederspannungs-Schaltanlage angeordneten Abgangsschalters EA wird durch eine ODER- Verknüpfung der Signale X4 und X5 gebildet.The control signal of the in the low voltage switchgear arranged outgoing switch EA is replaced by an OR Linkage of the signals X4 and X5 formed.

Das Steuersignal des in der Niederspannungs-Schaltanlage angeordneten Kuppelschalters KS wird durch eine ODER-Verknüpfung der Signale X7 und X8 gebildet.The control signal of the in the low voltage switchgear arranged tie switch KS is through an OR operation of the signals X7 and X8 formed.

Das Steuersignal des außerhalb der Niederspannungs-Schaltanlage angeordneten Mittelspannungs-Schalters MS-LS wird ebenfalls durch eine ODER-Verknüpfung der Signale X7 und X8 gebildet.The control signal of the outside of the low voltage switchgear arranged medium-voltage switch MS-LS is also formed by an OR operation of the signals X7 and X8.

Das Steuersignal des außerhalb der Niederspannungs-Schaltanlage angeordneten Mittelspannungs-Kurzschließers MS-KS wird auch durch eine ODER-Verknüpfung der Signale X7 und X8 gebildet.The control signal of the outside of the low voltage switchgear arranged medium-voltage short-circuiter MS-KS will also formed by an OR operation of the signals X7 and X8.

Im folgenden sollen anhand von drei Fehlerfällen die Arbeitsweise näher erläutert werden.The following are based on three error cases Working method will be explained in more detail.

Der erste Fall stellt einen Störlichtbogen LBS im Sammelschienenbereich dar, wie in der Fig. 1 angedeutet ist, z. B. in dem Sammelschienenraum zwischen zwei Stromsammelschienen in einem der beiden Schränke 11 oder 12 (Ansprechen der Hallsensoren H1 oder H2 und LWL-Sensors L1), im Geräteraum zwischen den netzseitigen Anschlußschienen des Abgangsschalters AA (Ansprechen der Hallsensoren H3 und LWL-Sensor L2) oder im Geräteraum zwischen den mit den Stromsammelschienen verbundenen Anschlußschienen des Einspeiseschalters EA (Ansprechen der Hallsensoren H6 und des LWL-Sensors L2).The first case represents an arc fault LBS in the busbar area, as indicated in FIG . B. in the busbar area between two current busbars in one of the two cabinets 11 or 12 (response of the Hall sensors H1 or H2 and fiber optic sensor L1), in the equipment room between the mains-side connecting bars of the outgoing switch AA (response of the Hall sensors H3 and fiber optic sensor L2) or in the equipment room between the connection rails of the feed switch EA connected to the busbars (response of the Hall sensors H6 and the fiber optic sensor L2).

In diesem Fall wird ein Summensignal durch einen der LWL- Sensoren L1 oder L2 erzeugt, das mit einem Hallsensorsignal eines der Hallsensoren H1, H2, H3, H6 UND-verknüpft wird, wobei der Kurzschließer KS dann betätigt wird und der Einspeiseschalter EA abgeschaltet wird. Der Störlichtbogen wird in weniger als 5 ms gelöscht, wobei durch den Einspeiseschalter EA der Kurzschlußstrom in 30 ms unterbrochen wird.In this case, a sum signal is generated by one of the LWL Sensors L1 or L2 generated that with a Hall sensor signal one of the Hall sensors H1, H2, H3, H6 is AND-linked, where the short-circuiter KS is then actuated and the Feed switch EA is switched off. The arcing fault will deleted in less than 5 ms, with the feed switch EA the short-circuit current is interrupted in 30 ms.

Im zweiten Fall entsteht ein Störlichtbogen LBA im Abgangsbereich des Abgangsschalters AA, wobei der Störlichtbogen entweder im Geräteraum des Abgangsschalters AA (Ansprechen des Hallsensors H4 und des LWL-Sensors L2) oder in dem Anschlußraum des ersten Schranks 11 (Ansprechen des Hallsensors H5 und des LWL-Sensors L3). In diesem Fall wird ein Ausschaltimpuls an den Abgangsschalter AA weitergegeben, der in 15 ms den Störlichtbogen löscht, also unterhalb der zulässigen 20 ms.In the second case, an arcing fault LBA arises in the outgoing area of the outgoer switch AA, the arcing fault either in the equipment room of the outgoing switch AA (response of the Hall sensor H4 and the fiber optic sensor L2) or in the connection space of the first cabinet 11 (response of the Hall sensor H5 and the fiber optic cable Sensor L3). In this case, a switch-off pulse is passed on to outgoer switch AA, which extinguishes the arcing fault in 15 ms, ie below the permissible 20 ms.

Im nächsten Fallbeispiel entsteht ein Störlichtbogen LBE im netzseitigen Bereich des Einspeiseschalters, z. B. im Anschlußraum des zweiten Schranks 12 (Ansprechen des Hallsensors H8 und des LWL-Sensors L3) oder im Geräteraum des Einspeiseschalters EA (Ansprechen des Hallsensors H7 und des LWL-Sensors L2).In the next case example, an arcing fault LBE occurs in the grid-side area of the feed switch, e.g. B. in the terminal compartment of the second cabinet 12 (response of the Hall sensor H8 and the fiber-optic sensor L3) or in the equipment room of the feed switch EA (response of the Hall sensor H7 and the fiber-optic sensor L2).

Hierbei wird ein vorgeordnetes Schaltgerät und ein weiterer Kurzschließer betätigt, beispielweise ein Mittelspannungs- Schalter MS-LS und ein nachgeschalteter Kurzschließer MS-KS auf der Mittelspannungsseite, die in der Fig. 4 dargestellt sind. Der Kurzschließer MS-LS löscht den Störlichtbogen bereits nach 5 ms. Der von diesem Kurzschließer erzeugte metallische Kurzschluß wird dann von dem Mittelspannungs-Schalter MS-LS abgeschaltet.Here, an upstream switching device and a further short-circuiting device are actuated, for example a medium-voltage switch MS-LS and a downstream short-circuiting device MS-KS on the medium-voltage side, which are shown in FIG. 4. The short-circuiter MS-LS extinguishes the arcing fault after 5 ms. The metallic short circuit generated by this short-circuiter is then switched off by the medium-voltage switch MS-LS.

Weiterhin wird dann der Kuppelschalter KA von der Erfassungselektronik zugeschaltet, so daß die an die Stromsammelschienen-Abschnitte SSA angeschlossenen Verbraucher weiterhin durch die Reserveeinspeisung R versorgt werden können, also ohne daß beispielsweise Herstellungsprozesse in der chemischen Industrie unterbrochen werden.Furthermore, the tie switch KA from the Detection electronics switched on, so that to the Busbar sections connected to SSA consumers can still be supplied by the reserve feed R, So without, for example, manufacturing processes in the chemical industry are interrupted.

Im ersten Fall (LBS) kann alternativ nur ein Steuersignal an dem Kurzschließer KS erfolgen. Die jeweils einspeisenden Zweige werden durch den standardmäßig eingebauten Kurzschlußschutz selektiv abgeschaltet.In the first case (LBS), only one control signal can alternatively be on the Short circuiter KS. The respective feeding branches by the built-in short-circuit protection selectively switched off.

Im zweiten Fall (LBA) kann alternativ ein Steuersignal an den Kurzschließer KS und den Einspeiseschalter EAf eventuell auch des Abgangsschalters AA, weitergegeben werden.In the second case (LBA), a control signal can alternatively be sent to the Short-circuiter KS and the feed switch EAf may also be of the outgoing switch AA.

Im dritten Fall (LBE) kann alternativ nur ein Steuersignal an den Mittelspannungs-Schalter MS-LS weitergegeben werden oder auch zusätzlich oder ausschließlich an den Kurzschließer KS.In the third case (LBE), only one control signal can alternatively be applied the medium-voltage switch MS-LS are passed on or also in addition or exclusively to the short circuiter KS.

In komplexen Niederspannungs-Schaltanlagen können eine Vielzahl von Sensoren und daher mehrere Erfassungseinheiten erforderlich sein. Die Informationsübertragung zur Auslösung der Schaltvorgänge kann zentral oder dezentral erfolgen, wie anhand der Fig. 8 und 9 erläutert werden soll.In complex low-voltage switchgear, a large number of sensors and therefore several detection units may be required. The information transmission for triggering the switching processes can take place centrally or decentrally, as will be explained with reference to FIGS. 8 and 9.

Die Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt einer Niederspannungs- Schaltanlage, die aus Schaltzellen, in den Zellen angeordneten Microcontrollern C, mit den Microcontrollern verbundenen LWL- und Hallsensoren, Schalt- oder Schutzgeräte, wie Leistungsschalter LS und Kurzschließer KS, die direkt mit den Microcontrollern oder mit einer Zentraleinheit durch Steuerleitungen verbunden sind, wobei die einzelnen Microcontroller und die Zentraleinheit durch eine optische Datenleitung, die als gestrichelte Linie dargestellt ist, verbunden sind. Fig. 8 shows a section of a low-voltage switchgear, consisting of switch cells arranged in the cells microcontrollers C, with the microcontrollers associated fiber optic and Hall sensors, control or safety equipment, such as circuit breakers LS, and short-circuiting device KS, directly related to the microcontrollers or are connected to a central unit by control lines, the individual microcontrollers and the central unit being connected by an optical data line, which is shown as a dashed line.

In jeder Schaltzelle wird der aufgetretene Fehler detektiert und ohne Entscheidung über die auszuführenden Schalthandlungen an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen. In der Zentraleinheit wird in Abhängigkeit vom aktuellen Schaltzustand der Anlage, eine Entscheidung über die auszuführenden Schalthandlungen getroffen.The error that has occurred is detected in each switch cell without deciding on the switching operations to be carried out transferred to the central processing unit. In the Central unit is dependent on the current switching status the plant to make a decision about what to do Switching operations taken.

Lediglich das Abschalten der Leistungsschalter in den Abgangszellen kann autonom in jeder Zelle erfolgen, da diese Entscheidung ausschließlich aus zelleninternen Kriterien abgeleitet werden kann.Only the circuit breakers in the Outgoing cells can be done autonomously in each cell as this Decision based solely on internal criteria can be derived.

Die Signalübertragung wird mit Rücksicht auf die EMV über eine optische Datenleitung erfolgen.The signal transmission is carried out with regard to the EMC optical data line.

In der Fig. 9 ist ein Ausschnitt einer Niederspannungs- Schaltanlage mit dezentraler Auslösung der Schaltgeräte gezeigt. FIG. 9 shows a section of a low-voltage switchgear with decentralized triggering of the switching devices.

Die einzelnen Schaltzellen weisen jeweils eine Logik-Einheit mit Halbleiterrelais und an dieser Logik-Einheit angeschlossenen Sensoren. Die einzelnen Logik-Einheiten und die Schaltgeräte sind durch eine Steuerleitung SL verbunden.The individual switch cells each have a logic unit Solid state relay and connected to this logic unit Sensors. The individual logic units and the switching devices are connected by a control line SL.

In jeder Schaltzelle wird aus dem erkannten Fehler in Abhängigkeit von der Fehlerstelle direkt ein Auslösesignal für das entsprechende Schaltgerät erzeugt. Dieses Signal wird von einem Halbleiterelais HR auf die Steuerleitung gegeben und kann somit einen entsprechenden Auslöser im anzusprechenden Schaltgerät betätigen.In each switch cell, the detected error is in Depending on the fault location, a trigger signal for the corresponding switching device is generated. This signal is from a semiconductor relay HR on the control line and can thus a corresponding trigger in the to be addressed Actuate switchgear.

Die Fig. 10 zeigt den Kurzschließer KS, der in bekannter Weise ausgeführt werden kann. Fig. 10 shows the short-circuiting device CS, which can be carried out in a known manner.

Bei einem Störlichtbogen wird kurzzeitig ein hoher Strom Ic aus einem Energiespeicher einer Spule N zugeschaltet. Infolge der Kräfte, die durch den Induktionsstrom in den becherartigen Metallteilen K1 und K2 entstehen, wird ein metallischer Kurzschluß zwischen den kurzzuschließenden Teilen XR und YR erzeugt.In the event of an arcing fault, a high current Ic is briefly generated connected to an energy storage device of a coil N. As a result of Forces caused by the induction current in the cup-like Metal parts K1 and K2 arise, becomes a metallic Short circuit between the XR and YR parts to be short-circuited generated.

Im folgenden soll die Hallsensoren H1 bis H8 näher erläutert werden, wobei hierzu bezogenen Figuren und Bezugszeichen mit einem hochgestellten Beistrich versehen sind.Hall sensors H1 to H8 will be explained in more detail below are, for this purpose related figures and reference numerals with are provided with a superscript.

Die Anordnung und Wirkungsweise wird anhand von einfachen nachstehenden Beispielen ohne direkten Bezug auf die vorhergehenden komplexen Beispiele erläutert.The arrangement and mode of operation is based on simple examples below without direct reference to the previous complex examples explained.

Wie in der Fig. 11 angedeutet ist, sind zwei Hallsensoren 1′ in dem Sammelschienenraum 2′ einer Niederspannungs-Schaltanlage zwischen den Stromsammelschienen 3′ angeordnet.As indicated in Fig. 11, two Hall sensors 1 'are arranged in the busbar space 2 ' of a low-voltage switchgear between the busbars 3 '.

Das von den Hallsensoren 1′ erzeugte Signal wird einer hier nicht näher erläuterten Auswerteschaltung 4′ zugeführt, die das Signal verarbeitet und bei einem Störlichtbogen oder einem anderen Querfehler senkrecht zu den Stromsammelschienen 3′ ein selektiv arbeitendes Schalt- oder Schutzgerät 5′ ansteuert, welches durch schnelle Kontaktöffnung die Wirkdauer des Störlichtbogens verringert. The signal generated by the Hall sensors 1 'is supplied to an evaluation circuit 4 ', which is not explained in more detail here, which processes the signal and, in the event of an arcing fault or another transverse fault perpendicular to the busbars 3 ', drives a selectively operating switching or protective device 5 ', which is controlled by Fast contact opening reduces the duration of the arcing fault.

Ebenso möglich ist anstelle eines Schaltgerätes, eine einen definierten, für die Anlage unschädlichen Kurzschluß erzeugende Vorrichtung zu verwenden.Instead of a switching device, a one is also possible defined short-circuit generating harmless to the system Device to use.

Die Hallsensoren 1′ sind omnipolare, digitale Hallsensoren 1′, die ihren Schaltzustand ändern, wenn ein Magnetfeld parallel zur Sensoroberfläche in den Wirkungsbereich der Sensoren gelangt. Dabei ändern die Hallsensoren 1′ ihren Schaltzustand unabhängig von der Richtung des auf sie wirkenden Magnetfeldes (Nord-Süd oder Süd-Nord-Richtung). Schalten die Hallsensoren beispielweise bei einem Magnetfeld der Nord-Süd-Richtung ein, werden bei Unterschreiten der magnetischen Einschaltflußdichte, z. B. mit Hilfe eines Magnetfeldes der Süd-Nord-Richtung, die Hallsensoren 1′ wieder in ihren Ausgangszustand zurück versetzt. Es entsteht ein Rechteckverlauf des Hallsignals.The Hall sensors 1 'are omnipolar, digital Hall sensors 1 ', which change their switching state when a magnetic field parallel to the sensor surface comes into the range of the sensors. The Hall sensors 1 'change their switching state regardless of the direction of the magnetic field acting on them (north-south or south-north direction). If the Hall sensors switch on, for example, in a magnetic field in the north-south direction, the magnetic switch-on flux density, e.g. B. with the help of a magnetic field of the south-north direction, the Hall sensors 1 'back to their original state. There is a rectangular course of the Hall signal.

Die Hallsensoren 1′ sind wie in der Fig. 12 zu erkennen ist, mit ihrer Oberfläche parallel und im Abstand d von einigen Zentimetern, vorzugsweise drei Zentimetern, zu den Stromsammelschienen 3′ angeordnet.The Hall sensors 1 'are as shown in Fig. 12, with their surface parallel and at a distance d of a few centimeters, preferably three centimeters, to the busbars 3 ' arranged.

Hierbei sind die Hallsensoren 1′ derart angeordnet, daß sie ihren Schaltzustand nur ändern, wenn ein Magnetfeld parallel zu der Y-Z-Ebene des in der Fig. 12 dargestellten Koordinatensystems verläuft.Here, the Hall sensors 1 'are arranged such that they only change their switching state when a magnetic field runs parallel to the YZ plane of the coordinate system shown in FIG. 12.

Zwischen den beiden oberen Stromsammelschienen 3′ ist ein Störlichtbogen dargestellt. Das durch den Fehlerstrom verursachte Magnetfeld B verläuft im wesentlichen parallel zur X-Z-Ebene, wodurch der Hallsensor 1′ ein Ausgangssignal erzeugt.An arcing fault is shown between the two upper busbars 3 '. The magnetic field B caused by the fault current runs essentially parallel to the XZ plane, whereby the Hall sensor 1 'generates an output signal.

Kurzschlußströme in den Stromsammelschienen, infolge satter Kurschlüsse, sollen dagegen durch die den Lichtbogendetektor nicht erfaßt werden. Der mit Ik bezeichnete Kurzschlußstrom in der obersten Stromsammelschiene 3′ erzeugt ein in dem Wirkungsbereich des Hallsensors und in Y- und X-Richtung verlaufendes Magnetfeld, das jedoch kein Ausgangssignal verursacht.Short-circuit currents in the busbars, as a result of saturated short circuits, should not be detected by the arc detector. The short-circuit current denoted by Ik in the uppermost current busbar 3 'generates a magnetic field running in the effective range of the Hall sensor and in the Y and X directions, but which does not cause an output signal.

Die Fig. 13 zeigt die Anordnung der Hallsensoren S1, S2 zur Erfassung eines Störlichtbogens an den horizontal angeordneten Hauptsammelschienen 6′, ohne daß der Betriebsstrom der vertikal angeordneten Abgangsschienen 7′ ein Hallsignal generiert, wobei die Hallsensoren nur angedeutet sind. Fig. 13 shows the arrangement of the Hall sensors S1, S2 for detecting an arc fault on the horizontally arranged main bus bars 6 ', without that the operating current of the vertically arranged outlet rails 7', a Hall signal generated, wherein the Hall sensors are only indicated.

Jeder der beiden Hallsensoren S1, S2 wird so innerhalb der Distanz h1, also zwischen den Stromsammelschienen, angebracht, daß sie gleichzeitig mit ihrer Längsseite innerhalb der Distanz bzw. Breite b1 der Abgangsschienen 7′ positioniert sind, wobei die Distanz b1 der Stromschienendicke der Abgangsschienen 7′ entspricht, wie aus der Einzelheitdarstellung Z in der Fig. 14 dargestellt ist und wobei ferner die Längsseite der Hallsensoren S1, S2 der Arbeitsrichtung entspricht.Each of the two Hall sensors S1, S2 is positioned within the distance h1, that is, between the busbars, that they are positioned with their long sides simultaneously within the distance or width b1 of the outlet rails 7 ', the distance b1 being the busbar thickness of the outlet rails 7 'Corresponds, as shown in the detail representation Z in Fig. 14 and wherein the longitudinal side of the Hall sensors S1, S2 corresponds to the working direction.

Die Entfernung 1 zwischen der Abgangsschiene und dem Hallsensor S1 oder S2 sollte so gering wie möglich sein. Mit dieser Positionierung wird gewährleistet, daß das vom Betriebsstrom in vertikalen Stromschienensystem aufgebaute Magnetfeld in jedem Fall senkrecht den Hallsensor S1 bzw. S2 durchsetzt und damit nicht zur Generierung eines Hallsignals führt. Gleichzeitig durchdringt das Magnetfeld, welches vom Betriebsstrom durch das horizontale Stromschienensystem aufgebaut wird, ebenfalls die Sensoroberfläche im wesentlichen senkrecht.The distance 1 between the outlet rail and the Hall sensor S1 or S2 should be as small as possible. This positioning ensures that the magnetic field built up by the operating current in a vertical busbar system in each case passes perpendicularly through the Hall sensor S1 or S2 and thus does not lead to the generation of a Hall signal. At the same time, the magnetic field, which is built up by the operating current through the horizontal busbar system, also penetrates the sensor surface essentially vertically.

Die tangentiale Magnetfeldkomponente, die parallel zur Sensoroberfläche wirkt, verläuft senkrecht zur Arbeitsrichtung des Sensors und kann aus diesem Grund auch keine Hallsignalgenerierung initiieren.The tangential magnetic field component that is parallel to the Sensor surface acts, runs perpendicular to the working direction of the sensor and therefore cannot Initiate Hall signal generation.

Bei Positionierung der Sensoren gemäß Fig. 13 und Fig. 15 wird durch einen Betriebsstromfluß im horizontalen und vertikalen Stromschienensystem kein Hallsignal von den Sensoren generiert. Nur bei einem Störlichtbogen wird ein Hallsignal erzeugt. Die Tangentialkomponente des durch den Störlichtbogen im horizontalen Sammelschienensystem aufgebauten Magnetfeldes verläuft in diesem Fall parallel zur Arbeitsrichtung des Sensors und überschreitet dessen Einschaltflußdichte.In positioning of the sensors of FIG. 13 and FIG. 15 is generated by a Betriebsstromfluß in the horizontal and vertical busbar system no Hall signal from the sensors. A Hall signal is only generated in the event of an arcing fault. In this case, the tangential component of the magnetic field built up by the arcing fault in the horizontal busbar system runs parallel to the working direction of the sensor and exceeds its switch-on flux density.

Durch die Anordnung in der Fig. 13 kann nur ein Störlichtbogen im horizontalen Schienensystem detektiert werden. Deshalb ist es vorteilhaft, ebenfalls im vertikalen Bereich Sensorik einzusetzen. Hierbei werden Hallsensoren S3 und S4 analog zu den Hallsensoren S1, S2 zwischen den Abgangsschienen 7′ angeordnet, wie in der Fig. 17 dargestellt ist.Due to the arrangement in FIG. 13, only an arcing fault can be detected in the horizontal rail system. It is therefore advantageous to also use sensors in the vertical area. Here, Hall sensors S3 and S4 are arranged analogously to the Hall sensors S1, S2 between the outlet rails 7 ', as shown in FIG. 17.

Im folgenden soll die LWL-Sensoren L1 bis L8 näher erläutert werden, wobei hierzu bezogenen Figuren und Bezugszeichen mit einem doppelten hochgestellten Beistrich versehen sind.The fiber optic sensors L1 to L8 are explained in more detail below are, for this purpose related figures and reference numerals with are provided with a double superscript.

Die in den Fig. 18 bis 22 gezeigte Einrichtung ist jeweils zur Überwachung eines Störlichtbogens in dem störlichtbogengefährdeten Sammelschienenraum einer Niederspannungs-Schaltanlage angeordnet.The device shown in FIGS . 18 to 22 is arranged in each case for monitoring an arcing fault in the busbar compartment of a low-voltage switchgear system which is at risk of an arcing fault.

Die Einrichtung 1′′ besteht aus einem Lichtwellenleiter 2′′, einer elektronischen Schaltung 3′′ mit einer Leuchtdiode mit konstanten Lichtstrahl bestimmter Wellenlänge am Anfang des Lichtwellenleiters 1′′ und einem Empfänger am Ende des Lichtwellenleiters 1′′. Dieser Lichtstrahl wird zur Überwachung der Schutzeinrichtung genutzt. Hierdurch vermeidbare Störungen sind die Drift von Bauelementen und das mechanische Beschädigen des Lichtwellenleiters. Entwickelt sich in dem Sammelschienenraum ein Störlichtbogen, wird dessen Licht in den Lichtwellenleiter durch seine Ummantellung eingekoppelt. Dieses zusätzlich eingekoppelte Licht führt zu einer Anhebung des von einer Auswerteschaltung empfangenen Lichtpegels. Die elektronische Schaltung 3′′ erzeugt eine dem Lichtpegel proportionale Spannung.The device 1 '' consists of an optical fiber 2 '', an electronic circuit 3 '' with a light-emitting diode with a constant light beam of a certain wavelength at the beginning of the optical fiber 1 '' and a receiver at the end of the optical fiber 1 ''. This light beam is used to monitor the protective device. Faults that can be avoided in this way are the drift of components and the mechanical damage to the optical waveguide. If an arcing fault develops in the busbar area, its light is coupled into the optical waveguide through its sheathing. This additionally coupled light leads to an increase in the light level received by an evaluation circuit. The electronic circuit 3 '' generates a voltage proportional to the light level.

Nach Überschreiten eines an der Auswerteschaltung einstellbaren Schaltpegels wird ein Signal erzeugt, welches von einem selektiv arbeitenden Schutzgerät 4′′ zum Abschalten des störlichtbogenhavarierten Schaltanlagenteiles oder einer anderen geeigneten Vorrichtung genutzt werden kann. Die Auswerteschaltung befindet sich in einem nicht störlichtbogen gefährdetem Ort.After exceeding a switch level adjustable at the evaluation circuit, a signal is generated which can be used by a selectively operating protective device 4 '' to switch off the arcing-damaged switchgear part or another suitable device. The evaluation circuit is in a location that is not at risk of an arc fault.

Der Lichtwellenleiter 2′′ besteht aus einer Gradientenfaser mit einem Kern von etwa 0,06 mm, einem Mantel von etwa 0,12 min und einem zweiten Mantel oder Primärschutz bestehend aus einem eingefärbten Acrylat mit einem Durchmesser von etwa 0,25 mm mit einer grünen oder blauen Färbung. Hierdurch weist der Lichtwellenleiter 2′′ sowohl aus der Sicht der Lichteinkopplung durch Störlichtbögen als auch im Hinblick auf die Unempfindlichkeit gegenüber Fremdlicht günstige Eigenschaften auf. Die mechanische Festigkeit und erforderlichen Biegeradien werden ebenfalls erreicht. Die optische Dämpfung des Lichtwellenleiters beträgt 3 bis 4 Db/km bei 850 nm bzw. 0,5 bis 1,5 Db/km bei 1300 nm.The optical fiber 2 '' consists of a gradient fiber with a core of about 0.06 mm, a jacket of about 0.12 min and a second jacket or primary protection consisting of a colored acrylate with a diameter of about 0.25 mm with a green or blue coloring. As a result, the optical waveguide 2 '' both from the point of view of light coupling through arcing and in terms of insensitivity to external light favorable properties. The mechanical strength and required bending radii are also achieved. The optical attenuation of the optical fiber is 3 to 4 Db / km at 850 nm or 0.5 to 1.5 Db / km at 1300 nm.

Lichtwellenleiter mit einer blauen Ummantelung weisen bei größeren Strömen ein sicheres Erfassungsverhalten auf bei geringer Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung, während Lichtwellenleiter mit grüner Ummantelung auch noch bei kleineren Strömen, beispielsweise Ik= 4 Ka, die Anforderungen an ein schnelles und sicheres Erfassen erfüllen. Die Lichtwellenleiter mit grüner Ummantelung ist also vorzugsweise im Bereich kleiner Ströme einzusetzen, während die Lichtwellenleiter mit einer blauen Ummantellung bei größeren Strömen sinnvoll ist.Optical fibers with a blue cladding demonstrate larger currents reliable detection behavior at less likely to trigger incorrectly while Optical fiber with green sheathing even for smaller ones Stream, for example Ik = 4 Ka, the requirements for quick and safe detection. The optical fibers with a green coating is therefore preferably smaller in the range To use currents while the optical fibers with a blue sheathing makes sense for larger currents.

In Niederspannungs-Schaltanlagen als Hauptverteilungen ist aufgrund der größeren zur Verfügung stehenden Kurzschlußleistung und der damit verbundenen großen Fehlerströme vorzugsweise der Lichtwellenleiter mit der blauen Ummantellung einzusetzen. Ein weiterer Aspekt ist, daß in Hauptverteilungen die Schutztechnik sehr zuverlässig arbeiten muß, weil eine Fehlauslösung schwerwiegende Folgen für angeschlossene Geräte haben kann. Deswegen ist die weniger störanfällige blaue Ummantellung hier zu bevorzugen, weil eine geringere Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung besteht und bei Lichtbogenfehlern in jedem Fall eine ausreichende Strahlungsleistung zur Verfügung steht.In low-voltage switchgear as main distributors due to the larger short-circuit power available and the associated large fault currents, preferably the Use optical fibers with the blue sheathing. A another aspect is that in main distributions the protection technology must work very reliably because of a false trigger can have serious consequences for connected devices. That's why the blue jacket is less prone to failure to prefer because of a lower probability of a There is false triggering and in the event of arcing faults in any case sufficient radiation power is available.

Durch die Verwendung von handelsüblichen Lichtwellenleitern mit einer gefärbten Ummantellung, die bisher lediglich zur Unterscheidung von anderen Lichtwellenleitern in der Signalübertragung vorgesehen war sind zusätzliche Filter nicht erforderlich.By using commercially available optical fibers with a colored sheathing that was previously only used for Differentiation from other optical fibers in the Additional filters were not intended for signal transmission required.

Um eine hohe Anlagensicherheit zu gewährleisten, ist eine zuverlässige Funktion der Erfassungsschaltung erforderlich. Es muß gewährleistet sein, daß bei kleinsten Lichtbogenleistungen die Erfassungseinrichtung sicher anspricht und trotzdem ein ausreichender Störpegel-Nutzpegel eingehalten wird. Eine Fehlauslösung bei zu kleinem Abstand Störpegel-Nutzpegel kann zur Abschaltung wichtiger Verbraucher und ein Nichtansprechen bei zu großem Abstand Störpegel-Nutzpegel zur Zerstörung der Anlage führen.To ensure a high level of plant security, reliable function of the detection circuit required. It it must be ensured that at the lowest arc power the detection device responds safely and still one sufficient noise level useful level is maintained. A Incorrect triggering when the distance is too short to shutdown key consumers and a non-response if the distance is too large, the usable noise level will destroy the System.

Damit eine ausreichende Sicherheit vor Störlicht gegeben ist, beträgt der maximale Störpegel in diesem Ausführungsbeispiel mindestens 30 Prozent jedoch höchstens 50 Prozent des Nutzpegels. Eine weitere Vergrößerung des Störanstandes erhöht zwar die Sicherheit vor Störlicht, jedoch wird gleichzeitig die Erfassung von Störlichtbögen erschwert, weil die Schaltschwelle eventuell nicht mehr erreicht wird. Außerdem werden die Erfassungszeiten größer, so daß eine Erfassung im Bereich weniger Millisekunden nicht mehr erreicht ist.So that there is sufficient security against stray light, is the maximum noise level in this embodiment at least 30 percent but at most 50 percent of the Useful level. A further increase in the level of interference increased the security against stray light, but at the same time the Detection of arcing is difficult because of the switching threshold may no longer be reached. In addition, the Acquisition times longer, so that an acquisition in the area less milliseconds is no longer achieved.

Der Lichtwellenleiter ist in einem Abstand von etwa 50 mm von den Sammelschienen entfernt angeordnet. Sowohl oberhalb als auch unterhalb des Sammelschienensystems weist dieser in etwa den gleichen Abstand auf. Der Abstand kann verringert werden. Der Lichtwellenleiter sollte jedoch nicht direkt auf die Sammelschienen angeordnet werden, weil dort die abschattende Wirkung der Sammelschienen am größten ist.The optical fiber is at a distance of about 50 mm from arranged the busbars away. Both above and underneath the busbar system, this roughly shows that same distance on. The distance can be reduced. Of the However, fiber optics should not directly on the Busbars are arranged because there is the shadowing Effect of the busbars is greatest.

Günstig ist es auch, den Lichtwellenleiter in einem Abstand anzuordnen, der den Sammelschienenabstand entspricht.It is also beneficial to keep the optical fiber at a distance to be arranged, which corresponds to the busbar distance.

Die Fig. 18 zeigt eine Anordnung mit drei Stromsammelschienen 5′′, 6′′ und 7′′ und einem Lichtwellenleiter 2′′, der senkrecht zu diesen angeordnet ist und um alle drei Stromsammelschienen 5′′, 6′′ und 7′′ gewickelt ist, ohne diese zu berühren. Entsteht ein Störlichtbogen zwischen zwei Stromsammelschienen, kann dieser als linienförmige Strahlungsquelle angesehen werden. Der Lichtwellenleiter 2′′ liegt dann parallel zu dem Störlichtbogen. Die Strahlung wird radialsymmetrisch abgegeben und trifft den Lichtwellenleiter an geraden oder schwach gekrümmten Stellen. Das hierbei auftreffende Licht wird infolge von mikroskopischen Krümmungen der Lichtwellenleiterachse eingekoppelt. Die auf die Manteloberfläche des Lichtwellenleiters auftreffende Strahlung im Strahlungsmaximum ist durch diese Anordnung hoch im Vergleich zu dem Fremdlicht, so daß bereits in der Entstehungsphase des Störlichtbogens, also im Bereich kleiner 5 ms, eine Erkennung erfolgt. Durch die Filterwirkung der Ummantelung wird dieses Verhalten noch günstiger. Fig. 18 shows an arrangement with three busbars 5 '', 6 '' and 7 '' and an optical fiber 2 '', which is arranged perpendicular to this and around all three busbars 5 '', 6 '' and 7 '' is wound without touching it. If an arcing fault occurs between two busbars, this can be viewed as a linear radiation source. The optical fiber 2 '' is then parallel to the arcing fault. The radiation is radially symmetrical and hits the optical fiber at straight or slightly curved points. The light incident here is injected as a result of microscopic curvatures of the optical waveguide axis. Due to this arrangement, the radiation at the radiation maximum striking the outer surface of the optical waveguide is high in comparison to the external light, so that a detection takes place already in the phase in which the arcing fault arises, that is to say in the range of less than 5 ms. The filter effect of the casing makes this behavior even more favorable.

Die Radien der Biegungen des Lichtwellenleiters sind hier und in den nächsten Beispielen im Bereich der Lichteinkopplung relativ groß, beispielsweise größer 40 mm, so daß das Fremdlicht erschwert eingekoppelt wird. The radii of the bends in the optical fiber are here and in the next examples in the area of light coupling relative large, for example larger than 40 mm, so that the extraneous light is difficult to couple.

Der Lichtwellenleiter 2′′ kann auch, wie in der Fig. 19 gezeigt ist, mehrfach um jede Stromsammelschiene 5 gewickelt werden und zwar auch über die volle Länge oder über wesentliche Teile davon angeordnet werden. Ein Störlichtbogen ist dann immer sehr nah an dem Lichtwellenleiter, so daß genügend Licht in der frühen Entstehungsphase eingekoppelt wird und eine besonders schnelle Erkennung möglich ist. Zwar besteht hier die erhöhte Gefahr, daß der Lichtwellenleiter bei einem Störlichtbogen zerstört wird, dies erfolgt aber nach der Detektion.The optical waveguide 2 '' can also, as shown in Fig. 19, be wrapped several times around each busbar 5 and that can be arranged over the full length or over substantial parts thereof. An arcing fault is then always very close to the optical waveguide, so that sufficient light is coupled in in the early phase of development and a particularly quick detection is possible. Although there is an increased risk here that the optical waveguide is destroyed in the event of an arcing fault, this takes place after the detection.

Eine andere Anordnung des Lichtwellenleiter zeigt die Fig. 20. Dort ist der Lichtwellenleiter vor den Stromsammelschienen mäanderförmig angeordnet. Auch eine Anordnung hinter den Stromsammelschienen ist möglich. Der Lichtwellenleiter 2′′ verläuft über weite Bereiche parallel zu den Stromsammelschienen etwa in gleichen Abstand, so daß mit einer relativ geringen Lichtwellenleiterlänge ein großes Erfassungsgebiet sicher erfaßt wird.Another arrangement of the optical waveguide is shown in FIG. 20. There, the optical waveguide is arranged in a meandering fashion in front of the busbars. An arrangement behind the busbars is also possible. The optical waveguide 2 '' runs over wide areas parallel to the busbars at approximately the same distance, so that a large detection area is reliably detected with a relatively short optical fiber length.

Sind Anschlußschienen vorhanden, wie in der Fig. 21 abgebildet ist oder auch Feldsammelschienen, dann kann der gleiche Lichtwellenleiter auch um diese senkrechten Schienen gewickelt sein.If connection rails are present, as shown in FIG. 21, or also field busbars, the same optical waveguide can also be wound around these vertical rails.

In der Fig. 22 ist eine Anordnung gezeigt, bei der der Lichtwellenleiter 2′′ auch zwischen Stromabgriffen gewickelt werden kann. In diesem Bereich ist die Entstehung eines Störlichtbogens am wahrscheinlichsten.In Fig. 22 an arrangement is shown in which the optical fiber can also be wound between current taps 2 ''. In this area, an arc is most likely to occur.

Zur Verhinderung von Fehlauslösung können in bekannter Weise weiter Kriterien, wie Stromanstieg oder Spannungseinbruch, herangezogen werden.To prevent false tripping can be done in a known manner further criteria, such as current increase or voltage drop, be used.

In einer Schaltanlage, insbesondere in einer Niederspannungs- Schaltanlage, kann jeder Funktionsraum, wie Schienenraum, Geräteraum und Anschlußraum, mit einem separaten Lichtwellenleiter versehen sein.In a switchgear, especially in a low voltage Switchgear, any functional space, such as rail space, Equipment compartment and connection compartment, with a separate one Optical fibers should be provided.

Die Anordnung des Lichtwellenleiters kann auf Schottplatten und anderen, in Stromschienennähe vorhandene, ebene Anlagenteile erfolgen, wobei die Befestigung des Lichtwellenleiters durch Aufkleben oder durch Aufkleben oder durch Befestigungselemente, wie Befestigungsösen oder Abstandshalter, erfolgen kann. In Hauptverteiler-Schienensystemen können für die Befestigung Stromschienenhalterungen genutzt werden, beispielsweise an Halterungen wie sie in der DE-PS 40 13 312 gezeigt und beschrieben sind. Der Lichtwellenleiter kann dann durch dafür vorgesehenen Bohrungen geführt werden.The arrangement of the optical fiber can be on bulkhead plates and other, flat system parts close to the busbar take place, with the attachment of the optical fiber by Gluing or by gluing or by fasteners, such as fastening eyes or spacers. In main distribution rail systems can be used for fastening Busbar holders are used, for example Mounts as shown in DE-PS 40 13 312 and are described. The optical fiber can then be used for this provided holes are performed.

In Hauptverteiler-Schienensystemen ist es besonders vorteilhaft, wenn der Lichtwellenleiter längs zu den Stromsammelschienen zentrisch im Schienenzwischenraum angeordnet ist.In main distribution busbar systems, it is particularly advantageous if the optical fiber runs longitudinally to the busbars is arranged centrally in the space between the rails.

Dagegen ist es in Geräteanschlußräumen besonders günstig, wenn der Lichtwellenleiter quer zu den Stromschienen, als schleife oder wendelförmig, z. B. auf einer Schottplatte, angeordnet ist. Bei Angangsschienen, die länger als 300 mm sind, ist eine Längsverlegung günstig.In contrast, it is particularly favorable in device connection rooms if the fiber optic cable across the conductor rails as a loop or helical, e.g. B. is arranged on a bulkhead plate. For connecting rails that are longer than 300 mm, one is Longitudinal laying cheap.

Der Lichtwellenleiter ist vorteilhafterweise in unmittelbarer Nähe oder um spannungsführende Teile angeordnet, wobei eine direkte Berührung der spannungsführenden Teile, bzw. eine anliegende Anordnung, nicht ausgeschlossen ist, also auch unter dem Begriff "in unmittelbarer Nähe" zu verstehen ist.The optical waveguide is advantageously in the immediate vicinity Arranged near or around live parts, one direct contact with the live parts, or a adjacent arrangement, is not excluded, also under the term "in the immediate vicinity" is to be understood.

Die Hallsensoren in diesen Beispielen sind auf magnetische Felder reargierende Sensoren und sind im Gegensatz zu magnetempfindliche Sensoren, wie Strom- und Spannungswandler strom und spannungsunabhängig.The Hall sensors in these examples are magnetic Fields reargender sensors and are in contrast to magnetically sensitive sensors such as current and voltage transformers current and voltage independent.

Die Schaltschrankgehäuse aus Blech oder Metall stellen eine Barriere für externe Magnetfelder, die sonst in die Hallsensoren eingekoppelt werden könnten.The control cabinet housings made of sheet metal or metal provide one Barrier for external magnetic fields that would otherwise appear in the Hall sensors could be coupled.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Hallsensor mit Epoxidharz geschützt ist.It is particularly advantageous if the Hall sensor with epoxy resin is protected.

Claims

1. Protected against accidental arcing cell-like switchgear for the distribution of electrical energy, in particular low-voltage switchgear, characterized in that a local arcing sensor (H1 to H8) in the individual switchgear cells ( 11 to 13 ), functional rooms, such as distribution rail space, equipment room or connection space and functional space Sections, such as supply or outlet rails of devices, are arranged such that these sensors (H1 to H8) are connected to an associated evaluation and control unit common to at least one group of sensors and are logically linked there and that the evaluation and control unit Controls switching operations of the switching and protection devices (EA, AA, KS, KA) located in the equipment rooms.

2. Switchgear according to claim 1, characterized in that additionally a global, location-independent detection of the Arc fault using additional sensors (L1 to L3) and that the sensors (H1 to H8) with the additional sensors can be logically AND linked.

3. Switchgear according to claim 1 or 2, characterized characterized that additionally outside the switch cells arranged switching and protection devices (MS-KS, MS-LS) from the Evaluation and control unit can be controlled.

4. Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors (H1 to H8) Hall sensors are.

5. Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that the additional sensors (L1 to L3) are fiber optic sensors.

6. Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that the additional sensors (L1 to L3) extend through common functional spaces.

7. Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that a short-circuiter (KS) is actuated when, when an arcing fault arises, for a short time a high current (Ic) from an energy storage device into a Coil (N) is switched on, which continues as a result of Forces caused by the induction current in under a vacuum standing cup-like metal parts (KI and K2), a metallic short between the short-circuiting parts (XR and YR).

8. Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that a short-circuiter (KS) is actuated when the arc originates upstream circuit breakers a longer opening time has as the permissible arc life.

9. Switchgear according to one of the preceding claims, characterized in that from an OR operation additional sensors (L1 to L3) form a sum signal that is connected individually with the output signal of the sensors (H1 to H8) AND is linked.

10. Switchgear, in particular according to one of the preceding Claims, characterized in that at least one photosensitive sensor element is present that at least one light-insensitive sensor element is available is that a switching or protection device from a signal an AND operation of at least one photosensitive Sensor element and at least one light-insensitive Sensor element is actuated.

11. Switchgear according to claim 10, characterized in that the light-insensitive sensors current and are independent of voltage.

12. Switchgear according to claim 11, characterized in that the light-insensitive sensors to magnetic fields rear sensors are.