WO2010096852A1 - Detector unit for detecting high-frequency electric disturbances in electric networks - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a detector unit (1) for detecting high-frequency electric disturbances in electric networks, comprising at least one sensor (2) for the essentially signal-authentic capture of a high-frequency current and/or voltage signal in at least one electric line and the output of a first signal, an analysis unit (3) for the analysis of the first signal in the frequency range and the output of a second signal, and an evaluation unit (4) for comparing the second signal with at least one comparative value. In order to increase accuracy and cost-effectiveness, the invention proposes that at least one frequency converting unit (5) is disposed for reasons of circuitry between the at least one sensor (2) and the analysis unit (3).
Description
DETEKTOREINHEIT ZUR DETEKTION HOCHFREQUENTER ELEKTRISCHER STÖRUNGEN IN ELEKTRISCHEN NETZEN DETECTOR UNIT FOR DETECTING HIGH-FREQUENCY ELECTRICAL INTERFERENCE IN ELECTRICAL NETWORKS
Die Erfindung betrifft eine Detektoreinheit zur Detektion hochfrequenter elektrischer Störungen in elektrischen Netzen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a detector unit for detecting high-frequency electrical interference in electrical networks according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt hochfrequente elektrischer Störungen, etwa Lichtbögen und/oder Fehlerströme, welche in elektrischen Netzen auftreten, zu detektieren, indem das Frequenzspektrum des innerhalb des elektrischen Netzes fließenden Stromes bzw. der anliegenden Spannung auf charakteristische Muster untersucht wird, welche durch die Störung, etwa den Lichtbogen, verursacht werden, und welche auf das Auftreten einer solchen Störung, etwa eines Lichtbogens, schließen lassen. Ein Lichtbogen beispielsweise erzeugt hochfrequente Störungen im MHz-Bereich innerhalb des elektrischen Netzes, deren charakteristische Frequenzverteilung detektiert wird.It is known high-frequency electrical disturbances, such as arcs and / or fault currents that occur in electrical networks to detect by the frequency spectrum of the current flowing within the electrical network or the applied voltage is examined for characteristic patterns caused by the disturbance, such the arc, and which may indicate the occurrence of such a disturbance, such as an arc. An arc, for example, generates high-frequency interference in the MHz range within the electrical network whose characteristic frequency distribution is detected.
Herkömmliche Detektoreinheiten, welche als Lichtbogendetektoren ausgebildet sind, führen daher eine Untersuchung des Stromes bzw. der Spannung in den betreffenden Frequenzbereich durch, in welchen die für einen Lichtbogen charakteristischen Muster erwartet werden. Nachteilig daran ist, dass hiefür entweder analoge Hochfrequenzfilteranordnungen notwendig sind, welche sehr schwer abstimmbar sind, und daher zwangsläufig zu Ungenauigkeiten führen, oder aber digitale Hochfrequenzfilteranordnungen eingesetzt werden, welche zwar sehr exakt abgestimmt werden können, welche jedoch aufgrund der zu untersuchenden hohen Frequenzen und großen Bandbreiten sehr kostenintensiv sind.Conventional detector units, which are designed as arc detectors, therefore, perform an investigation of the current or the voltage in the relevant frequency range in which the characteristic of an arc pattern are expected. The disadvantage of this is that for this either analogue high-frequency filter arrangements are necessary, which are very difficult to tune, and therefore inevitably lead to inaccuracies, or digital high-frequency filter arrangements are used, which although very accurately tuned, but which due to the high frequencies to be examined and large Bandwidths are very costly.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Detektoreinheit der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, und mit welcher eine sowohl präzise als auch kosteneffektive Implementierung einer derartigen Detektoreinheit möglich ist. Erfmdungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.The object of the invention is therefore to provide a detector unit of the type mentioned, with which the mentioned disadvantages can be avoided, and with which a both precise and cost-effective implementation of such a detector unit is possible. According to the invention this is achieved by the features of claim 1.
Dadurch kann eine Detektoreinheit, etwa ein Lichtbogendetektor oder ein Fehlerstromdetektor, mit Bauteilen gebildet werden, welche für niedrigere Frequenzen ausgelegt sind. Derartige Bauteile sind einfacher und kostengünstiger als entsprechende Hochfrequenzbauteile. Dadurch kann eine Detektoreinheit gebildet werden, welche bei gleichen Kosten deutlich genauer ist, als eine herkömmliche derartige Detektoreinheit, bzw.
welche bei vergleichbaren Genauigkeitsanforderungen deutlich günstiger in der Herstellung ist. Dadurch können Detektoreinheiten vermehrt eingesetzt werden, und dadurch dieAs a result, a detector unit, such as an arc detector or a fault current detector, be formed with components which are designed for lower frequencies. Such components are simpler and less expensive than corresponding high-frequency components. As a result, a detector unit can be formed which is significantly more accurate at the same cost than a conventional detector unit of this kind, or which is significantly cheaper to manufacture with comparable accuracy requirements. As a result, detector units can be used increasingly, and thereby the
Sicherheit gegen hochfrequente Fehler, etwa lichtbogeninduzierte Fehler wie Brände, inSafety against high-frequency faults, such as arc-induced faults such as fires, in
Bereichen gesteigert werden, in welchen bisher aus Kostengründen auf einen entsprechendenIncreased areas in which previously for cost reasons on a corresponding
Schutz verzichtet wurde.Protection was waived.
Die Unteransprüche, welche ebenso wie der Patentanspruch 1 gleichzeitig einen Teil derThe dependent claims, which as well as the patent claim 1 at the same time a part of
Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.Describe form, relate to further advantageous embodiments of the invention.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which only preferred embodiments are shown by way of example.
Dabei zeigt:Showing:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Schutzschalters mit einer erstenFig. 1 is a block diagram of a circuit breaker according to the invention with a first
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit, undEmbodiment of a detector unit according to the invention, and
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Schutzschalters mit einer zweitenFig. 2 is a block diagram of a circuit breaker according to the invention with a second
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit.Embodiment of a detector unit according to the invention.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils ein Blockschaltbild eines Schutzschalters, welcher einenFigs. 1 and 2 each show a block diagram of a circuit breaker, which a
Detektoreinheit 1 hochfrequenter elektrischer Störungen in elektrischen Netzen aufweist, welcher wenigstens einen Sensor 2 aufweist zur im Wesentlichen signalgetreuen Aufnahme eines Strom- und/oder Spannungssignals in wenigstens einer elektrischen Leitung undDetector unit 1 high-frequency electrical interference in electrical networks, which has at least one sensor 2 for substantially true-to-life recording of a current and / or voltage signal in at least one electrical line and
Ausgabe eines ersten Signals, welcher weiters eine Analyseeinheit 3 zur Analyse des erstenOutput of a first signal, which further includes an analysis unit 3 for analyzing the first
Signals und Ausgabe eines zweiten Signals, sowie eine Auswerteeinheit 4 zum Vergleich des zweiten Signals mit wenigstens einem Vergleichswert aufweist, wobei schaltungstechnisch zwischen dem wenigstens einen Sensor 2 und der Analyseeinheit 3 wenigstens eineSignal and output of a second signal, and an evaluation unit 4 for comparing the second signal having at least one comparison value, wherein circuitry between the at least one sensor 2 and the analysis unit 3 at least one
Frequenzumsetzungseinheit 5 angeordnet ist. Ein derartiger Schutzschalter ist bevorzugt alsFrequency conversion unit 5 is arranged. Such a circuit breaker is preferred as
Fehlerstromschutzschalter und/oder als Schutzschalter zum Schutz vor lichtbogeninduziertenResidual current circuit breaker and / or as a circuit breaker for protection against arc-induced
Fehlern ausgebildet, wobei die Detektoreinheit als Fehlerstromdetektor bzw. alsErrors formed, wherein the detector unit as a fault current detector or as
Lichtbogendetektor ausgebildet ist.Arc detector is formed.
Dadurch kann eine Detektoreinheit 1, etwa ein Lichtbogendetektor oder einAs a result, a detector unit 1, such as an arc detector or a
Fehlerstromdetektor, mit Bauteilen gebildet werden, welche für niedrigere Frequenzen ausgelegt sind. Derartige Bauteile sind einfacher und kostengünstiger als entsprechendeResidual current detector, are formed with components that are designed for lower frequencies. Such components are simpler and less expensive than corresponding ones
Hochfrequenzbauteile. Dadurch kann eine Detektoreinheit 1 gebildet werden, welche bei gleichen Kosten deutlich genauer ist, als eine herkömmliche derartige Detektoreinheit 1, bzw. welche bei vergleichbaren Genauigkeitsanforderungen deutlich günstiger in der Herstellung ist. Dadurch können Detektoreinheiten 1 vermehrt eingesetzt werden, und dadurch die
Sicherheit gegen hochfrequente Fehler, etwa lichtbogeninduzierte Fehler wie Brände, in Bereichen gesteigert werden, in welchen bisher aus Kostengründen auf einen entsprechenden Schutz verzichtet wurde.High-frequency components. As a result, a detector unit 1 can be formed, which is significantly more accurate at the same cost than a conventional detector unit 1 of this type, or which is significantly cheaper to produce in the case of comparable accuracy requirements. As a result, detector units 1 can be used increasingly, and thereby the Safety against high-frequency errors, such as arc-induced errors such as fires, are increased in areas in which was previously omitted for cost reasons on a corresponding protection.
Erfmdungsgemäße Detektoreinheiten 1 sind zur Detektion hochfrequenter elektrischer Störungen in jeder Art eines elektrischen Netzes vorgesehen. Unter einem elektrischen Netz sind bevorzugt elektrische Energieversorgungs- bzw. -Verteilungsnetze zu verstehen, welche eine vorgebbare Anzahl elektrischer Leitungen aufweisen.Detector units 1 according to the invention are provided for the detection of high-frequency electrical interference in any type of electrical network. Under an electrical network are preferably electrical power supply or distribution networks to understand, which have a predetermined number of electrical lines.
Erfindungsgemäße Detektoreinheiten 1 sind bevorzugt als Lichtbogendetektor zur Detektion von Lichtbögen in elektrischen Netzen ausgebildet, oder als Fehlerstromdetektor zur Detektion hochfrequenter Fehlerströme in elektrischen Netzen.Inventive detector units 1 are preferably designed as an arc detector for the detection of arcs in electrical networks, or as a fault current detector for detecting high-frequency fault currents in electrical networks.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Funktion und des Aufbaues einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 wird bei Ein- bzw. Ausgängen einzelner Komponenten die Einzahl verwendet, wobei dabei stets sämtliche Leitungen zu verstehen sind, welche für eine Signalübertragung notwendig sind.In the following description of the function and structure of a detector unit 1 according to the invention, the singular number is used for inputs and outputs of individual components, whereby always all lines are to be understood, which are necessary for a signal transmission.
Eine erfindungsgemäße Detektoreinheit 1 weist wenigstens einen Sensor 2 zur im Wesentlichen signalgetreuen Aufnahme eines Strom- und/oder Spannungssignals in wenigstens einer elektrischen Leitung des elektrischen Netzes auf. Ein solcher Sensor 2 ist bevorzugt etwa als bzw. umfassend einen Summenstromwandler, ein Stromwandler, eine Förstersonde, einen Hallgenerator, einen Shunt- Widerstand, ein Voltmeter oder Ähnliches ausgebildet, wobei insbesondere auch die Kombination zweier oder mehrerer Sensoren 2 vorgesehen sein kann. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass jedem Leiter bzw. jeder Leitung des elektrischen Netzes an einer vorgebbaren Stelle ein separater Sensor 2 zugeordnet ist. Der wenigstens eine Sensor 2 gibt ein erstes Signal aus, welches proportional dem Strom- bzw. der Spannung in wenigstens einer Leitung des elektrischen Netzes ist, und welches bevorzugt ein elektrisches Signal ist. Das erste Signal weist dabei etwa bei Auftreten eines Lichtbogens charakteristische spektrale Muster im MHz-Bereich auf. Weiters können im Bereich von Anlagen, welche mit hochfrequenten Strömen arbeiten Frequenzbereiche bestimmt werden, in welchen anlagebedingt mit dem Auftreten hochfrequenter Fehlerströme zu rechnen ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Signal vor dessen Weiterverarbeitung aufbereitet ist. Gemäß den in den Fig. 1 und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsformen ist daher vorgesehen, dass das erste Signal an den Eingang einer Signalaufbereitungseinheit 11 anliegt, bzw. dass der Ausgang des Sensors 2 an einem Eingang der Signalaufbereitungseinheit 11 angeschlossen ist. Durch die Signalaufbereitungseinheit 11 wird das vom Sensor 2 erzeugte
erste Signal an die nachfolgende Verarbeitungsstufe angepasst. Die Signalaufbereitungseinheit 11 umfasst daher je nach Art des ersten Signals, Komponenten ausgewählt aus der Gruppe: Analog/Digitalwandler, Digital/Analogwandler, Treiberstufen, Spannungs-, Strom- und/oder Leistungsverstärker, Impedanzwandler, analoge und/oder digitale Filter- bzw. Entzerrschaltungen und dergleichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, sofern etwa der Sensor 2 bereits ein erstes Signal erzeugt, welches für eine weitere Verarbeitung in der erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 geeignet ist, dass auf die Implementierung einer Signalaufbereitungseinheit 11 verzichtet werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Signal, welches vorzugsweise in der Signalaufbereitungseinheit 11 aufbereitet wurde, an dem Eingang einer Frequenzumsetzungseinheit 5 anliegt. In der Frequenzumsetzungseinheit 5 wird das Signal für die Weiterverarbeitung in der nachfolgenden Analyseeinheit 3 verändert. Schaltungstechnisch ist daher - wenigstens mittelbar - zwischen dem wenigstens einen Sensor 2 und der Analyseeinheit 3 wenigstens eine Frequenzumsetzungseinheit 5 angeordnet. Die Analyseeinheit 3 ist dabei bevorzugt als digitale Filtereinheit oder als digitale Transformationseinheit ausgebildet, . wodurch eine Bewertung charakteristischer Frequenzmuster des ersten Signals im Frequenzbereich oder im Zeitbereich möglich sind. Die Analyseeinheit 3 ist dabei bevorzugt in einem integrierten Bauteil implementiert, insbesondere in einem digitalen Signalprozessor (DSP), einem Mikroprozessor oder - Controller (μP, μC) und/oder einem Field Programable Gate Array (FPGA). Um den Einsatz möglichst kostengünstiger Bauteile für die Implementierung der Analyseeinheit 3 einsetzen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Frequenzumsetzungseinheit 5 zum Umsetzen eines hochfrequenten Signals in ein niederfrequentes Signal ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Ausbildung der Frequenzumsetzungseinheit 5 als sog. Abwärtsmischer vorgesehen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Frequenzumsetzungseinheit 5 als analoge Frequenzumsetzungseinheit 5 ausgebildet ist, wodurch ein analoges erstes . Signal ohne A/D- Wandlung direkt in eine niedrigere Frequenz umgesetzt werden kann. Dadurch kann auf den Einsatz eines A/D-Wandlers mit hoher Abtastfrequenz verzichtet werden, ohne einen Informationsverlust bei den für die weitere Analyse besonders interessanten hohen Frequenzen hinnehmen zu müssen.A detector unit 1 according to the invention has at least one sensor 2 for essentially signal-true recording of a current and / or voltage signal in at least one electrical line of the electrical network. Such a sensor 2 is preferably designed approximately as or comprising a summation current transformer, a current transformer, a Förster probe, a Hall generator, a shunt resistor, a voltmeter or the like, wherein in particular the combination of two or more sensors 2 may be provided. It is preferably provided that each conductor or each line of the electrical network at a predetermined location, a separate sensor 2 is assigned. The at least one sensor 2 outputs a first signal, which is proportional to the current or the voltage in at least one line of the electrical network, and which is preferably an electrical signal. The first signal has characteristic spectral patterns in the MHz range, for example when an arc occurs. Furthermore, it is possible to determine frequency ranges in the range of systems which work with high-frequency currents, in which case the occurrence of high-frequency fault currents can be expected due to the system. It is preferably provided that the first signal is processed before its further processing. According to the preferred embodiments shown in FIGS. 1 and 2, it is therefore provided that the first signal is applied to the input of a signal conditioning unit 11, or that the output of the sensor 2 is connected to an input of the signal conditioning unit 11. The signal conditioning unit 11 generates the signal generated by the sensor 2 first signal adapted to the subsequent processing stage. Depending on the type of the first signal, the signal conditioning unit 11 therefore comprises components selected from the group: analog / digital converters, digital / analog converters, driver stages, voltage, current and / or power amplifiers, impedance converters, analog and / or digital filter or equalizer circuits and the same. However, it can also be provided if, for example, the sensor 2 already generates a first signal which is suitable for further processing in the detector unit 1 according to the invention, that the implementation of a signal conditioning unit 11 can be dispensed with. According to the invention, it is provided that the first signal, which was preferably processed in the signal conditioning unit 11, is present at the input of a frequency conversion unit 5. In the frequency conversion unit 5, the signal for further processing in the subsequent analysis unit 3 is changed. Circuitry is therefore - at least indirectly - between the at least one sensor 2 and the analysis unit 3, at least one frequency conversion unit 5 is arranged. The analysis unit 3 is preferably designed as a digital filter unit or as a digital transformation unit,. whereby an evaluation of characteristic frequency patterns of the first signal in the frequency domain or in the time domain are possible. The analysis unit 3 is preferably implemented in an integrated component, in particular in a digital signal processor (DSP), a microprocessor or controller (μP, μC) and / or a field programmable gate array (FPGA). In order to use the most cost-effective components possible for the implementation of the analysis unit 3, it is preferably provided that the frequency conversion unit 5 is designed to convert a high-frequency signal into a low-frequency signal. The embodiment of the frequency conversion unit 5 is preferably provided as a so-called down converter. It can be provided that the frequency conversion unit 5 is designed as an analog frequency conversion unit 5, whereby an analog first. Signal without A / D conversion can be converted directly into a lower frequency. As a result, it is possible to dispense with the use of an A / D converter with a high sampling frequency without having to accept information loss at the high frequencies of particular interest for further analysis.
Es kann auch vorgesehen, dass die Frequenzumsetzungseinheit 5 als digitale Frequenzumsetzungseinheit ausgebildet ist. Dies ist etwa vorteilhaft, wenn das erste Signal bereits in digitaler Form vorliegt, etwa wenn der Sensor 2 bereits ein digitales erstes Signal
ausgibt. Eine digital ausgebildete Frequenzumsetzungseinheit 5 eröffnet zudem weitere Möglichkeiten der Signalmanipulation.It can also be provided that the frequency conversion unit 5 is designed as a digital frequency conversion unit. This is approximately advantageous if the first signal already exists in digital form, for example if the sensor 2 already has a digital first signal outputs. A digitally formed frequency conversion unit 5 also opens up further possibilities of signal manipulation.
Die Frequenzumsetzungseinheit 5 ist bevorzugt als Mischer im Sinne der Nachrichtentechnik ausgebildet, wobei ein Eingangssignal mit einer Eingangsfrequenz mit einem lokal generierten Oszillatorsignal zu einem Ausgangssignal gemischt wird, welches gemäß der bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Lichtbogendetektors 1 eine niedrigere Frequenz aufweist, als das Eingangsignal. Derartige Frequenzumsetzungseinheiten 5 sind etwa aus der Nachrichtentechnik, vor allem der Radio, Funk- und/oder Fernsehtechnik, bekannt zum Umsetzen des hochfrequenten Eingangssignals auf eine Zwischenfrequenz (ZF), und können entsprechend ausgebildet sein.The frequency conversion unit 5 is preferably designed as a mixer in the sense of telecommunications, wherein an input signal is mixed with an input frequency with a locally generated oscillator signal to an output signal, which according to the preferred embodiment of an arc detector 1 according to the invention has a lower frequency than the input signal. Such frequency conversion units 5 are known for example from telecommunications, especially the radio, radio and / or television technology, known for converting the high-frequency input signal to an intermediate frequency (IF), and can be designed accordingly.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung ist vorgesehen, dass die Frequenzumsetzungseinheit 5 wenigstens eine Unterabtasteinheit, vorzugsweise umfassend einen Analog/Digital-Wandler, aufweist, zur vorgebbaren Unterabtastung des ersten Signals. Dabei ist vorgesehen, dass das erste Signal digital abgetastet wird, wobei das Shannonsche Abtastheorem bewusst und vorgebbar verletz wird, indem mit einer Samplingfrequenz abgetastet wird, welche deutlich geringer ist als die doppelte höchst auftretende Frequenz. Dies führt zu einer Abwärtsmischung des abgetasteten ersten Signals auf eine geringere Frequenz. Eine derartige Unterabtasteinheit ist etwa unter der Bezeichnung Bandpassunterabtastung bekannt. Die Abtastfrequenz dieser Unterabtasteinheit, wird bewusst so gewählt, das ein kontrolliertes Aliasing auftritt, also die Frequenzumsetzung stattfindet. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abtastfrequenz vorgebbar veränderbar ist, insbesondere das die Abtastfrequenz durch weitere Komponenten der Detektoreinheit 1, etwa der Analyseeinheit 3 und/oder der Auswerteeinheit 4 veränderbar sind.According to a particularly preferred embodiment of the subject invention, it is provided that the frequency conversion unit 5 has at least one sub-sampling unit, preferably comprising an analog-to-digital converter, for preselectable subsampling of the first signal. It is provided that the first signal is sampled digitally, whereby the Shannon sampling theorem is intentionally and specifially infringed by being sampled at a sampling frequency which is significantly less than twice the highest occurring frequency. This results in a downward mixing of the sampled first signal to a lower frequency. Such a sub-sampling unit is known as bandpass subsampling. The sampling frequency of this sub-sampling unit, is deliberately chosen so that a controlled aliasing occurs, so the frequency conversion takes place. It is preferably provided that the sampling frequency can be variably changed, in particular that the sampling frequency by other components of the detector unit 1, such as the analysis unit 3 and / or the evaluation unit 4 can be changed.
Da es bei der Umsetzung des hochfrequenten ersten Signals in ein niederfrequentes Signal mittels einer Unterabtasteinheit dazu führen kann, dass es zu Vermischungen mit Signalteilen tiefer Frequenzen kommen kann, sowie bei hochfrequenten Signalteilen zu einem Auftreten von Vielfachen der Abtastfrequenz kommen kann, ist in diesem Zusammenhang in Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass schaltungstechnisch zwischen dem wenigstens einen Sensor 2 und der Frequenzumsetzungseinheit 5 wenigstens eine Signalaufbereitungseinheit 11 angeordnet ist, welche einen Bandpassfilter mit vorgebbarer Filtercharakteristik umfasst.
Durch den Bandpassfilter kann exakt und vorgebbar das Frequenzband weiterverarbeitet werden, bei welchem keine Abtastfehler zu erwarten sind.In the context of the implementation of the high-frequency first signal into a low-frequency signal by means of a subsampling unit, it can lead to mixing with signal portions of low frequencies, and in the case of high-frequency signal components an occurrence of multiples of the sampling frequency can occur Further development of the above-described embodiment of the subject invention preferably provided that circuitry is arranged between the at least one sensor 2 and the frequency conversion unit 5 at least one signal conditioning unit 11, which comprises a band-pass filter with predeterminable filter characteristic. Through the bandpass filter, the frequency band can be processed exactly and specifiable, in which no sampling errors are to be expected.
Bei einer bevorzugten Ausbildung der gegenständlichen Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine erste Frequenzumsetzungseinheit 5, 6 und eine zweite Frequenzumsetzungseinheit 5, 7 schaltungstechnisch parallel angeordnet sind, wie dies etwa bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 vorgesehen ist, wobei hiebei weiters bevorzugt vorgesehen ist, dass die Ausgänge der ersten und zweiten Frequenzumsetzungseinheiten 5, 6, 7 schaltungstechnisch an Eingänge einer Multiplexeinheit 8 angeschlossen sind. Es kann vorgesehen sein weitere Frequenzumsetzungseinheiten 5 parallel anzuordnen. Dadurch können jeweils Frequenzumsetzungseinheiten 5 eingesetzt werden, welche auf andere Frequenzbereiche abgestimmt sind. Die Multiplexeinheit 8 schaltet dabei jeweils nur eine Frequenzumsetzungseinheit 5 an die Analyseeinheit 3 durch. Dadurch kann die Analyseeinheit 3 zur Analyse lediglich eines sehr schmalen bzw. engen Frequenzbandes ausgebildet werden. Eine derartige Analyseeinheit 3 kann mit einfachen Bauteilen kostengünstig und trotzdem präzise ausgebildet werden.In a preferred embodiment of the subject invention, it is provided that at least one first frequency conversion unit 5, 6 and a second frequency conversion unit 5, 7 are arranged in parallel in terms of circuitry, as is provided for example in the embodiment according to FIG. 2, wherein hiebei is further preferably provided, the outputs of the first and second frequency conversion units 5, 6, 7 are connected in terms of circuitry to inputs of a multiplex unit 8. It can be provided to arrange further frequency conversion units 5 in parallel. As a result, frequency conversion units 5 can be used in each case, which are tuned to other frequency ranges. The multiplex unit 8 switches in each case only one frequency conversion unit 5 to the analysis unit 3. As a result, the analysis unit 3 can be designed to analyze only a very narrow or narrow frequency band. Such an analysis unit 3 can be formed inexpensively and nevertheless precisely with simple components.
Der Ausgang der Analyseeinheit 3 ist an den Eingang einer Auswerteeinheit 4 angeschlossen, zum Vergleich des zweiten Signals mit wenigstens einem Vergleichswert. Hiezu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auswerteeinheit 4 eine Speichereinheit mit wenigstens einem abgespeicherten Vergleichswert, insbesondere wenigstens einem Vergleichsfrequenzmuster und/oder einem Grenzwert, aufweist. Die Auswerteeinheit 4 vergleicht die von der Analyseeinheit 3 erzeugten bzw. aus dem ersten Signal mittelbar gebildeten Frequenzmuster mit einem abgespeicherten Vergleichswert bzw. einem etwa in Form von Hardware, etwa als Filterstrecke, implementierte Vergleichsmuster. Bei Erkennen bzw. Detektieren eines Lichtbogens ist vorzugsweise eine Ausgabe eines Detektionssignals vorgesehen, welches etwa eine Kontroll- und/oder Warnvorrichtung ansteuert, bzw. wenigstens mittelbar zur Abschaltung des elektrischen Netzes führt. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße Detektoreinheit 1 mit einem Schaltgerät zum Abschalten des durch die Detektoreinheit 1 überwachten elektrischen Netzes in nachrichtentechnischer Wirkverbindung steht.The output of the analysis unit 3 is connected to the input of an evaluation unit 4, for comparison of the second signal with at least one comparison value. For this purpose, it is preferably provided that the evaluation unit 4 has a memory unit with at least one stored comparison value, in particular at least one comparison frequency pattern and / or a limit value. The evaluation unit 4 compares the frequency pattern generated by the analysis unit 3 or formed indirectly from the first signal with a stored comparison value or a comparison pattern implemented approximately in the form of hardware, for example as a filter path. Upon detection or detection of an arc, an output of a detection signal is preferably provided, which controls, for example, a control and / or warning device, or at least indirectly leads to the disconnection of the electrical network. Therefore, it is preferably provided that a detector unit 1 according to the invention with a switching device for switching off the monitored by the detector unit 1 electrical network is in communication technology operative connection.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße Detektoreinheit 1 Teil eines Schutzschalters 9 bzw. eines Fehlerstromschutzschalters ist. Die gegenständliche Erfindung umfasst daher weiters einen Schutzschalter 9 mit Schaltkontakten zum vorgebbaren Trennen wenigstens eines elektrischen Leiters, welche Schaltkontakte von einer Auslöseeinheit 10
ansteuerbar sind, wobei der Schutzschalter 9 einen Lichtbogendetektor 1 umfasst, und die Auslöseeinheit 10 von dem Lichtbogendetektor 1 ansteuerbar ist, wobei der Lichtbogendetektor 1 als erfmdungsgemäße Detektoreinheit 1 ausgebildet ist. Dadurch können die vorbeschriebenen Vorteile einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 bei einem Schutzschalter angewendet werden. Die Fig. 1 und 2 zeigen bevorzugte Ausbildungen eines derartigen Schutzschalters 9, wobei die Schaltkontakte, sowie die Leitungen des zu schützenden elektrischen Netzes nicht dargestellt sind. Der Schutzschalter 9, insbesondere die Ausgestaltung der Schaltkontakte oder der Auslöseeinheit 10, ist bevorzugt zufolge der bekannten Ausbildung eines Schutzschalters 9 ausgebildet, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Schutzschalter 9 netzspannungsabhängig und/oder netzspannungsunabhängig ausgebildet ist.It is particularly preferred that a detector unit 1 according to the invention is part of a circuit breaker 9 or a residual current circuit breaker. The subject invention therefore further includes a circuit breaker 9 with switching contacts for the predetermined separation of at least one electrical conductor, which switch contacts of a trip unit 10th can be controlled, wherein the circuit breaker 9 comprises an arc detector 1, and the trip unit 10 is controlled by the arc detector 1, wherein the arc detector 1 is formed as erfmdungsgemäße detector unit 1. Thereby, the above-described advantages of a detector unit 1 according to the invention can be applied to a circuit breaker. Figs. 1 and 2 show preferred embodiments of such a circuit breaker 9, wherein the switching contacts, and the lines of the electrical network to be protected are not shown. The circuit breaker 9, in particular the design of the switching contacts or the trip unit 10, is preferably formed according to the known design of a circuit breaker 9, wherein it may be provided in particular that the circuit breaker 9 is formed netzspannungabhängig and / or mains voltage independent.
Wie bereits dargelegt ist ebenfalls bevorzugt vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße Detektoreinheit Teil eines Fehlerstromschutzschalters ist. Die gegenständliche Erfindung umfasst daher weiters einen Fehlerstromschutzschalter mit Schaltkontakten zum vorgebbaren Trennen wenigstens eines elektrischen Leiters, welche Schaltkontakte von einer Auslöseeinheit 10 ansteuerbar sind, wobei der Fehlerstromschutzschalter einen Fehlerstromdetektor umfasst, und die Auslöseeinheit 10 von dem Fehlerstromdetektor ansteuerbar ist, wobei der Fehlerstromdetektor als erfindungsgemäße Detektoreinheit 1 ausgebildet ist. Dadurch können die vorbeschriebenen Vorteile einer erfindungsgemäßen Detektoreinheit 1 bei einem Fehlerstromschutzschalter angewendet werden. Der Fehlerstromschutzschalter, insbesondere die Ausgestaltung der Schaltkontakte oder der Auslöseeinheit 10, ist bevorzugt zufolge der bekannten Ausbildung eines Fehlerstromschutzschalters ausgebildet, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Fehlerstromschutzschalter netzspannungsabhängig und/oder netzspannungsunabhängig ausgebildet ist. Weiters ist eine Kombination aus einem erfindungsgemäßen Fehlerstromschutzschalter und einem erfindungsgemäßen Schutzschalter 9 vorgesehen. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.
As already stated, it is likewise preferably provided that a detector unit according to the invention is part of a fault current circuit breaker. The subject invention therefore further includes a residual current circuit breaker with switch contacts for specifiable disconnection of at least one electrical conductor, which switch contacts are controlled by a trip unit 10, wherein the residual current circuit breaker comprises a fault current detector, and the trip unit 10 is controlled by the fault current detector, wherein the fault current detector as a detector unit according to the invention 1 is formed. Thereby, the above-described advantages of a detector unit 1 according to the invention can be applied to a fault current circuit breaker. The residual current circuit breaker, in particular the design of the switching contacts or the trip unit 10, is preferably formed according to the known design of a residual current circuit breaker, wherein it may be provided in particular that the residual current circuit breaker is formed Netzspannungabhängig and / or mains voltage independent. Furthermore, a combination of a residual current circuit breaker according to the invention and a circuit breaker 9 according to the invention is provided. Further embodiments according to the invention have only a part of the features described, wherein each feature combination, in particular also of various described embodiments, can be provided.
Claims
1. Detektoreinheit (1) zur Detektion hochfrequenter elektrischer Störungen in elektrischen Netzen, welcher wenigstens einen Sensor (2) aufweist zur im Wesentlichen signalgetreuen Aufnahme eines hochfrequenten Strom- und/oder Spannungssignals in wenigstens einer elektrischen Leitung und Ausgabe eines ersten Signals, welcher weiters eine Analyseeinheit (3) zur Analyse des ersten Signals und Ausgabe eines zweiten Signals, sowie eine Auswerteeinheit (4) zum Vergleich des zweiten Signals mit wenigstens einem Vergleichswert aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass schaltungstechnisch zwischen dem wenigstens einen Sensor (2) und der Analyseeinheit (3) wenigstens eine Frequenzumsetzungseinheit (5) angeordnet ist.1. Detector unit (1) for detecting high-frequency electrical interference in electrical networks, which has at least one sensor (2) for substantially true-to-life recording of a high-frequency current and / or voltage signal in at least one electrical line and output of a first signal, which further one Analysis unit (3) for analyzing the first signal and output of a second signal, and an evaluation unit (4) for comparing the second signal having at least one comparison value, characterized in that circuitry between the at least one sensor (2) and the analysis unit (3 ) at least one frequency conversion unit (5) is arranged.
2. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumsetzungseinheit (5) zum Umsetzen eines hochfrequenten Signals in ein niederfrequentes Signal ausgebildet ist.Second detector unit (1) according to claim 1, characterized in that the frequency conversion unit (5) is designed for converting a high-frequency signal into a low-frequency signal.
3. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumsetzungseinheit (5) als analoge Frequenzumsetzungseinheit ausgebildet ist.3. detector unit (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the frequency conversion unit (5) is designed as an analog frequency conversion unit.
4. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumsetzungseinheit (5) als digitale Frequenzumsetzungseinheit ausgebildet ist.4. detector unit (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the frequency conversion unit (5) is designed as a digital frequency conversion unit.
5. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumsetzungseinheit (5) wenigstens eine Unterabtasteinheit, vorzugsweise umfassend einen Analog/Digital-Wandler, aufweist, zur vorgebbaren Unterabtastung des ersten Signals.5. Detector unit (1) according to claim 4, characterized in that the frequency conversion unit (5) has at least one sub-sampling unit, preferably comprising an analog / digital converter, for the predefinable subsampling of the first signal.
6. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass schaltungstechnisch zwischen dem wenigstens einen Sensor (2) und der Frequenzumsetzungseinheit (5) wenigstens eine Signalaufbereitungseinheit (11) angeordnet ist, welche vorzugsweise einen Bandpassfilter mit vorgebbarer Filtercharakteristik umfasst. 6. detector unit (1) according to claim 5, characterized in that circuitry between the at least one sensor (2) and the frequency conversion unit (5) at least one signal conditioning unit (11) is arranged, which preferably comprises a bandpass filter with predeterminable filter characteristic.
7. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Frequenzumsetzungseinheit (5, 6) und eine zweite Frequenzumsetzungseinheit (5, 7) schaltungstechnisch parallel angeordnet sind.7. Detector unit (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one first frequency conversion unit (5, 6) and a second frequency conversion unit (5, 7) are arranged in circuit parallel.
8. Detektoreinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der ersten und zweiten Frequenzumsetzungseinheiten (5, 6, 7) schaltungstechnisch an Eingänge einer Multiplexeinheit (8) angeschlossen sind.8. detector unit (1) according to claim 7, characterized in that the outputs of the first and second frequency conversion units (5, 6, 7) are connected by circuitry to inputs of a multiplex unit (8).
9. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (3) als digitale Filtereinheit ausgebildet ist.9. detector unit (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the analysis unit (3) is designed as a digital filter unit.
10. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (3) als digitale Transformationseinheit ausgebildet ist.10. Detector unit (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the analysis unit (3) is designed as a digital transformation unit.
11. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) eine Speichereinheit mit wenigstens einem abgespeicherten Vergleichswert, insbesondere wenigstens einem Vergleichsfrequenzmuster und/oder einem Grenzwert, aufweist.11. The detector unit according to claim 1, wherein the evaluation unit has a memory unit with at least one stored comparison value, in particular at least one comparison frequency pattern and / or a limit value.
12. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (1) als Lichtbogendetektor zur Detektion von Lichtbögen in elektrischen Netzen ausgebildet ist.12. Detector unit (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the detector unit (1) is designed as an arc detector for the detection of arcs in electrical networks.
13. Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (1) als Fehlerstromdetektor zur Detektion hochfrequenter Fehlerströme in elektrischen Netzen ausgebildet ist.13. Detector unit (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the detector unit (1) is designed as a fault current detector for detecting high-frequency fault currents in electrical networks.
14. Schutzschalter (9) mit Schaltkontakten zum vorgebbaren Trennen wenigstens eines elektrischen Leiters, welche Schaltkontakte von einer Auslöseeinheit (10) ansteuerbar sind, wobei der Schutzschalter (9) einen Lichtbogendetektor umfasst, und die Auslöseeinheit (10) von dem Lichtbogendetektor ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogendetektor als Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist. 14. Circuit breaker (9) with switch contacts for the predeterminable separation of at least one electrical conductor, which switching contacts of a trip unit (10) are controllable, wherein the circuit breaker (9) comprises an arc detector, and the trip unit (10) is actuated by the arc detector, characterized in that the arc detector is designed as a detector unit (1) according to one of claims 1 to 11.
15. Fehlerstromschutzschalter mit Schaltkontakten zum vorgebbaren Trennen wenigstens eines elektrischen Leiters, welche Schaltkontakte von einer Auslöseeinheit (10) ansteuerbar sind, wobei der Fehlerstromschutzschalter einen Fehlerstromdetektor umfasst, und die Auslöseeinheit (10) von dem Fehlerstromdetektor ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerstromdetektor als Detektoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist. 15. Residual current circuit breaker with switch contacts for predetermined detachment of at least one electrical conductor, which switch contacts of a trip unit (10) are controllable, wherein the residual current circuit breaker comprises a fault current detector, and the trip unit (10) is controlled by the fault current detector, characterized in that the fault current detector Detector unit (1) according to one of claims 1 to 11 is formed.
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