DE9417398U1 - Lichtbogendetektor, insbesondere zur Erkennung von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen - Google Patents
Lichtbogendetektor, insbesondere zur Erkennung von Störlichtbögen in Niederspannungs-SchaltanlagenInfo
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Description
Klöckner-Moeller GmbH -1- ** * 0 430 GM
08.07.94
Lichtbogendetektor, insbesondere zur Erkennung von
Störlichtbogen in Niederspannungs-Schaltanlagen.
Die Erfindung betrifft einen Lichtbogendetektor nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Oberbegriff des Anspruches 1.
Die bekannten optischen Lichtbogendetektoren, erreichen ihre Auslösesicherheit auf Kosten der Erkennungszeit oder durch
Kombination mit anderen Parametern, wie Strom oder magnetische Felder.
Aus den Fachveröffentlichungen »etz. Bd. 105 (1984) Heft 13 S. 672, Schwarz, Gert, Dipl.-Ing.; Schneller Störlichtbogenschutz
für Schaltanlagen" und "etz. Bd. 104 (1983) Heft 18, S.975-978, Hesse, Josef; Niegel,Manfred; Stahl, Harald; Begrenzung der
Auswirkungen von inneren Lichtbogenstörungen11 ist es bekannt, daß man eine Photodiode dazu verwendet, um einen Storlichtbogen
zu detektieren.
Das Bogenlicht wird in ein elektrisches Signal gewandelt, dessen positiver Anstieg, Frequenzband und Vorhandensein nach 20 ms zur
Gewinnung der Aussage "Störlichtbogen vorhanden" benutzt werden. Elektrische Band- und Tiefpaßfilter sorgen für Selektivität und
elektrische Störfestigkeit.
Fehlauslösungen durch Störlicht werden durch Kombination von vier Parametern der von den Sensoren gelieferten Spannung
vermieden. Nachteilig ist aber die Erhöhung der Sicherheit auf Kosten der Ansprechschnelligkeit des Wächters.
Bekannt ist auch die Verwendung eines Lichtwellenleiters, der am Ende einen Sensorkopf aufweist, bestehend aus einer Fisheye-Linse.
Der Sensor spricht bereits in der Entwicklungsphase des Lichtbogens an, beispielsweise mit einer Reaktionszeit von 1 bis
2 ms. Er spricht aber auch wegen seiner hohen Lichtempfindlichkeit auf anderes starkes Licht an.
Klöckner-Moeller GmbH -2- 0 430 GM
08.07.94
Ein derartiger Sensor ist in dem ABB-Finnendruck "ABB-Technik
5/90" und "elektro-anzeiger 43.Jg. Nr 11 vom 15.11.1990,
Knutson, Ulf; Lars-Erik" beschrieben.
Eine Kombination von elektromagnetisch- und lichtempfindlichen Sensoren bzw. Detektoren, insbesondere für Niederspannungs-Schaltanlagen,
ist aus der EP 0 575 932 Al bekannt.
Bei dieser Kombination werden spezielle Hallsensoren mit Lichtwellenleitern, die eine gefärbte Ummantelung aufweisen, kombiniert. Durch die blaue oder grüne Ummantelung, in die das Licht des Störlichtbogens eingekoppelt wird, erreicht man eine Verbesserung der Auslösesicherheit.
Bei dieser Kombination werden spezielle Hallsensoren mit Lichtwellenleitern, die eine gefärbte Ummantelung aufweisen, kombiniert. Durch die blaue oder grüne Ummantelung, in die das Licht des Störlichtbogens eingekoppelt wird, erreicht man eine Verbesserung der Auslösesicherheit.
Mit einer derartigen Kombination lassen sich Detektionszeiten deutlich kleiner 5 ms, z.B. im Bereich 1 ms realisieren.
Die Färbung allein reicht jedoch nicht aus, um andere Lichtquellen mit starken spektralen Anteilen im Blau- oder Grünbereich sicher auszugrenzen.
Die Färbung allein reicht jedoch nicht aus, um andere Lichtquellen mit starken spektralen Anteilen im Blau- oder Grünbereich sicher auszugrenzen.
Ein UV-Lichtbogendetektor zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in
elektrischen Anlagen ist in der DE 33 31 221 Al beschrieben. Der Sensor spricht auch auf ultraviolettes Licht an. Dem Empfänger
ist ein ultraviolettes Licht durchlassender Filter vorgesetzt. Hinter dem Sensor ist ein nur mittel- und hochfrequente
Spannungen durchlassender Hochpaß, ein Start-Stop-Oszillator und ein Zähler angeordnet, damit die Schwankungen des ultravioletten
Lichts als zusätzliches Kriterium ausgewertet werden können.
Nachteilig neben dem schaltungstechnischen Aufwand ist vorallem die lange Erfassungszeit von 20ms. In dieser Zeit hat ein Stör lichtbogen in einer Niederspannungs-Schaltanlage, insbesondere in einem Hauptverteiler, erhebliche Schaden angerichtet.
Nachteilig neben dem schaltungstechnischen Aufwand ist vorallem die lange Erfassungszeit von 20ms. In dieser Zeit hat ein Stör lichtbogen in einer Niederspannungs-Schaltanlage, insbesondere in einem Hauptverteiler, erhebliche Schaden angerichtet.
Ein UV-Sensor zur Lichtbogenerfassung ist auch aus der DD 254 278 bekannt.
Klöckner-Moeller GmbH
-3-
0 430 GM 08.07.94
Bei Niederspannungs-Schaltanlagen besteht weiterhin das Problem, daß Schaltgeräte, wie Leistungsschalter, beim Abschalten
ebenfalls UV-Licht aussenden, dessen optisches Spektrum sich von dem des Störlichtbogens kaum unterscheidet.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen UV-Lichtbogendetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart
zu vebessern, daß er schon in der Entwicklungsphase eines Lichtbogens reagiert, ohne die Erfordernis von zusätzlichen
Sensoren oder Auswertekriterien, wie Frequenz, Strom- oder Spannungsverhalten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen
besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.
In nicht zu erwartender Weise ergibt sich durch den neuen Lichtbogendetektor ein derart hoher Störabstand zum Störlicht,
daß keine zusätzlichen Beurteilungskriterien oder anderswirkenden Sensoren erforderlich sind. Die kurzen
Erkennungszeiten ermöglichen bereits in der Entwicklungsphase
eines Lichtbogens eine Meldung an ein Schutzgerät, beispielsweise einen unterhalb einer Millisekunde arbeitenden
Kurzschließer.
Weiterhin ergibt sich in völlig überraschender Weise eine Störunempfindlichkeit gegenüber Lichtbogen von Schaltgeräten,
beispielsweise Niederspannungs-Leistungsschaltern, deren Lichtbogenlicht durch Beobachtungsfenster austreten kann.
Dies ist nur dadurch zu erklären, daß die UVB-Strahlung, von den Beobachtungsfenstern absorbiert wird, während Störlichtbogenlicht direkt auf den UVB-Sensor auftreten kann.
Dies ist nur dadurch zu erklären, daß die UVB-Strahlung, von den Beobachtungsfenstern absorbiert wird, während Störlichtbogenlicht direkt auf den UVB-Sensor auftreten kann.
Klöckner-Moeller GmbH -4- "* " * 0 430 GM
08.07.94
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.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Lichtbogendetektors,
Fig. 2 eine Strahlungsempfindlichtkeitskurve des Sensors,
Fig. 3 eine typische Messung der spektralen Anteile eines Stör 1 ichtbogens in einer Niederspannungs-Schaltanlage,
Fig. 4 einen typischen Verlauf der Lichtbogenleistung und
Fig. 5 einen typischen Verlauf der Lichtbogenenergie.
Fig. 5 einen typischen Verlauf der Lichtbogenenergie.
Der in Fig. 1 dargestellte Lichtbogendetektor besteht aus einem besonderem Photoempfänger als Sensorelement 2, vorzugsweise
einem SiC-Chip unter Quarzglasfenster, dessen spektrale Empfindlichkeit auf das Emissionspektrum eines Störlichtbogens
zugeschnitten ist. Im wesentlichen wird die UVB-Strahlung aus dem optischen Strahlungsspektrum des Störlichtbogens selektiert
und dessen Intensität bewertet.
Durch die Selektion und Intensitätsbewertung wird die Lichtbogenstrahlung schnell und zuverlässig von anderen
Lichtquellen unterschieden.
Das Quarzglasfenster kann aber auch ohne in dem Sensor integriert zu sein angeordnet werden. Dies hat dann den Vorteil,
daß bei Beschädigung des Fensters infolge eines Störlichbogens eine einfache Auswechlung des Quarzglasfensters erfolgen kann.
Die zu erkennende optische Störlichtbogenstrahlung wird entweder
direkt oder über eine Anordnung zur Festlegung des räumlichen
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Empfangsbereiches (1) zum Fotoelement bzw. Sensorelement (2)
geleitet.
geleitet.
Die Anordnung zur Festlegung des Empfangsbereiches (1) kann eine W-Strahlung abbildende Einrichtung, z.B. eine Quarzglaslinse,
sein.
Das Fotoelement verarbeitet aufgrund seiner Kennlinie (Fig. 2) der spektralen Empfindlichkeit, Wellenlänge und Amplitude
(spektrale Bestrahlungsstärke in W/m2) im wesentlichen UVB-Anteile der optischen Lichtbogenstrahlung.
Besonders geeignet ist eine UVB-Fotodiode vom Typ OSP 320 T bzw.
UVD 3 00-2 mit einer maximalen Empfindlichkeit bei einer Wellenlänge von 285 nm und einem Bereich der spektralen
Empfindlichkeit von 230 bis 400 nm. Die Halbwertsbreite beträgt etwa 75 nm. Die spektrale Empfindlichkeitskurve dieser Fotodiode
ist in Fig. 2 gezeigt.
Dieses Sensorelement ist in einem hermetisch dichten TO18-Gehäuse
konfektioniert.
Das analoge elektrische Signal wird in einem Verstärker (3) verstärkt und löst nach Überschreiten eines Schwellwertes
geeignete nachgeordnete Schaltgeräte zur Abschaltung eines Störlichtbogens aus.
Die Erfassung arbeitet unabhängig vom Emissionsspektrum des Elektrodenmaterials, das vom Störlichtbogen verdampft wird.
Weiterhin erfolgt die Erfassung störlichtunempfindlich gegenüber Tageslicht und Raumbeleuchtung. Die Ansprechzeit des Lichtbogendetektors liegt im Zeitbereich kleiner 3ms nach Ausbildung eines Störlichtbogens.
Weiterhin erfolgt die Erfassung störlichtunempfindlich gegenüber Tageslicht und Raumbeleuchtung. Die Ansprechzeit des Lichtbogendetektors liegt im Zeitbereich kleiner 3ms nach Ausbildung eines Störlichtbogens.
Die Auslöseschwelle sollte daher derart hoch sein, daß
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0 430 GM 08.07.94
einerseits die Detektionszeit kleiner 3 ms und andererseits das
Verhältnis Störlicht zu Lichtbogenlicht 2% nicht übersteigt.
Die Funktion des Lichtbogendetektors kann mit einer speziellen Testeinrichtung überprüft werden.
Das Verhältnis vom Störlicht zum Lichtbogenlicht beträgt etwa 1 zu 70. Durch eine Auslöseschwelle werden Fehlauslösungen
vermieden.
Das Verhältnis vom Störlicht zum Lichtbogenlicht ergibt sich aus einer Messung des Lichtbogendetektorsignals bei einem Lichtbogen
und aus der Messung mit einem starken Blitzgerät (hier z.B Typ Metz-Mecablitz 60 CT-I, Leitzahl 60), wobei der Lichtbogen und
das Blitzgerät bei gleichen Abstand gemessen werden. Der Lichtbogenstrom ist hier ca. 5000 A.
Wie die Fig. 3 zeigt sind keine starken Spektral linien im UVB-Bereich
zu messen. Überraschend ist es daher daß diese UVB-Anteile zur Erkennung eines Störlichtbogens geeignet sind.
UVB-Strahlung gilt als Strahlung mit einem Wellenlangenbereich
von 280-315 nm.
Die Figuren 4 und 5 zeigen den zeitlichen Verlauf der Leistung und der Energie eines Störlichtbogens.
Wie insbesondere aus der Fig. 5 zu erkennen ist, ist man bestrebt Störlichtbogen innerhalb der ersten 5 ms zu löschen,
damit die zerstörerische Energie des Lichtbogens begrenzt wird (schraffierte Fläche) . Dies erreicht man mit schnellen
Kurzschließern, z.B. gemäß der G 92 15 609 (DE). Der Lichtbogendetektor in diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht
Detektionszeiten deutlich kleiner als 5ms bei sicherem Störabstand.
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Ein Verwendung zur Lichtbogendetektion in Hochspannungs-Anlagen ist ebenfalls möglich.
Claims (11)
1. Lichtbogendetektor bestehend aus mindestens einem UV-empfindlichen
Sensorelement, insbesondere zur Erkennung von Störlichtbogen in Anlagen, vorzugsweise Niederspannungs-Schaltanlagen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) ein auf UV-Strahlung reargierendes
Element ist, der sein einem Empfindlichkeitsmaximum im Bereich der UVB-Strahlung aufweist.
2. Lichtbogendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) ein Empfimdlichkeitsmaximum bei
285 nm aufweist.
3. Lichtbogendetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) eine
Halbwertsbreite von etwa 75 nm aufweist.
4. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) einen
Bereich der spektralen Empfindlichkeit von 230 bis 400 nm
aufweist.
5. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) ein
Photoelement mit integriertem Quarzglasfenster ist.
6. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) ein SiC-Fotodiodenchip
ist.
7. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sens ore lement (2) in einem
hermetisch dichten T018-Gehäuse konfektioniert ist.
• · . &igr; &igr; i · it
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8. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2) eine
Fotodiode vom Typ OSP 320 T oder UVD 300-2 ist.
9. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschwelle des
Lichtbogendetektors unterhalb von 3ms liegt.
10. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Verstärker
(3) derart eingestellt ist, daß die Eigenstrahlung eines Störlichtbogens in weniger als 3ms optisch erfaßt und zu
einem Signal verarbeitet wird und andererseits das Störlichtsignal 2% des Störlichtbogensignals nicht
übersteigt.
11. Lichtbogendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (1) zur
Festlegung des Empfangsbereiches vorhanden ist.
• · 9 ··
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9417398U DE9417398U1 (de) | 1994-10-29 | 1994-10-29 | Lichtbogendetektor, insbesondere zur Erkennung von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9417398U DE9417398U1 (de) | 1994-10-29 | 1994-10-29 | Lichtbogendetektor, insbesondere zur Erkennung von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9417398U1 true DE9417398U1 (de) | 1996-02-22 |
Family
ID=6915478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9417398U Expired - Lifetime DE9417398U1 (de) | 1994-10-29 | 1994-10-29 | Lichtbogendetektor, insbesondere zur Erkennung von Störlichtbögen in Niederspannungs-Schaltanlagen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9417398U1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19601639A1 (de) * | 1996-01-18 | 1997-07-24 | Abb Patent Gmbh | Auslöseeinrichtung für Hoch-, Mittel- oder Niederspannungsschaltanlagen bei Auftreten eines Störlichtbogens |
| DE19605712A1 (de) * | 1996-02-16 | 1997-08-21 | Sachsenwerk Ag | Luftisolierte Schaltanlage |
| DE102014012014A1 (de) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Audi Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erkennung eines Lichtbogens in einem Kraftfahrzeug |
-
1994
- 1994-10-29 DE DE9417398U patent/DE9417398U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19601639A1 (de) * | 1996-01-18 | 1997-07-24 | Abb Patent Gmbh | Auslöseeinrichtung für Hoch-, Mittel- oder Niederspannungsschaltanlagen bei Auftreten eines Störlichtbogens |
| DE19605712A1 (de) * | 1996-02-16 | 1997-08-21 | Sachsenwerk Ag | Luftisolierte Schaltanlage |
| DE19605712C2 (de) * | 1996-02-16 | 2000-01-20 | Alstom Sachsenwerk Gmbh | Luftisolierte Schaltanlage |
| DE102014012014A1 (de) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Audi Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erkennung eines Lichtbogens in einem Kraftfahrzeug |
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