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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsbeleuchtungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsbeleuchtungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Derartige Sicherheitsbeleuchtungsanlage sowie die dazugehörigen Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsbeleuchtungsanlage werden als Sicherheitsbeleuchtung im Falle eines Brandes eingesetzt, wobei die von einem Brand nicht betroffenen Anlagenteile mindestens 30 min. weiter funktionieren müssen.
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Es sind bereits Sicherheitsbeleuchtungsanlagen bekannt geworden, die Zentralbatteriesysteme enthalten, die wiederum aus Bleiakkumulatoren einer Ladeeinrichtung für die Bleiakkumulatoren sowie einer Überwachungs- und Umschalteinrichtung für die anhängigen Endstromkreissicherungen bestehen. Zusammengefasst gehören diese Versorgungssysteme in die Gerätekategorie CPS-Systeme und für kleinere Leistungen in die Gerätekategorie LPS-Systeme.
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Bei Ausfall der allgemeinen Beleuchtungsanlage, aber bei noch vorhandener Netzspannung, erfolgt die Versorgung der Sicherheitsbeleuchtungsstromkreise mit Netzspannung. Bei Ausfall der Netzspannung erfolgt der Bezug nach erfolgter Umschaltung aus den Akkumulatoren.
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Dabei werden je Brandabschnitt mindestens zwei separate Stromkreise benötigt, welche bis in den Endbrandabschnitt mit Funktionserhaltskabel E30 versorgt werden. Diese bekannten Sicherheitsbeleuchtungsanlagen haben den Nachteil, dass sie sehr kostenintensiv sind, weil das Tragsystem und die Kabel eines allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnisses bedürfen.
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Weiterhin wurde bereits eine Überstromschutzeinrichtung für mittels Notstromversorgung gespeiste Netze bekannt, bei der ein Unterbrechungselement mittels einer mit einem voreinstellbaren Sollwert für den Strangstrom beaufschlagbaren Vergleicherschaltung, der eine den Istwert des Strangstromes erfassende Messeinrichtung vorgeordnet ist, abschaltbar ist. (
DE 90 17 973 U1 )
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Gemäß dieser Erfindung wird durch eine ständige Strommessung im Verbraucherstrang der Anstieg des Stromes über den zulässigen Betriebstrom erfasst und das Unterbrechungselement so angesteuert, dass es unmittelbar den Stromfluss zu dem fehlerbehafteten Verbraucher unterbricht, wenn der Istwert den Sollwert des Strangstromes überschreitet.
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Dieser Vorschlag ist jedoch nicht geeignet, um die von einem Brand betroffenen Anlagen mindestens 30 min. weiter funktionieren zu lassen.
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Aus der
EP 978 924 A2 ist eine elektrische Anlage zur Netz- und Ersatzstromversorgung von Sicherheitsleuchten bekannt, denen jeweils eine Betriebsvorrichtung zum Betreiben mindestens einer Lampe zugeordnet ist, wobei eine Überwachungsvorrichtung den Zustand der Stromversorgung der Allgemeinbeleuchtung und/oder der Sicherheitsbeleuchtung überwachen soll.
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Aus der
GB 2436948 A ist eine Sicherheitsbeleuchtung von einem Fluchtweg bekannt, welche ein Niederspannungs-Bussystem mit mindestens einer Stromversorgung, welches vorzugsweise in einer Ringleitung angeordnet ist, und mindestens eine Licht emittierende Diode (LED) umfasst, welche im Notfall aktiviert wird.
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Aus der
DE 283 598 A ist eine Zeitauslösung für elektrische Schalter bekannt, bei welcher die Auslösezeit von dem Sinken der Spannung als Folge einer Überlastung beeinflusst wird, wobei das Zeitrelais, welches von der Auslösestromstärke abhängig oder auch unabhängig sein kann, die Spannung einer Feder beeinflusst, so dass diese Federspannung allmählich zunimmt, bis sie die Haltekraft eines von der Spannung erregten Elektromagneten überwindet, durch dessen Ankerbewegung dann entweder direkt oder indirekt die Auslösung des Schalters erfolgt.
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Aus der
DE 370 089 A ist eine Einrichtung zum Schutz von unterteilten Leitungsnetzen gegen Betriebsstörungen bekannt, bei denen die Wirkung des Spannungsabfalls in der Leitung auf Zeitrelais dazu benutzt wird, das defekte Leitungsstück ohne Beeinträchtigung der restlichen Teile selbsttätig vom Netz abzutrennen, wobei das Zeitwerk jedes Zeitrelais von einer Hilfs-Spannungsquelle gespeist und deren auf das Zeitwerk wirkende Teilspannung in Abhängigkeit von der Netzspannung geregelt wird.
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Aus der
CH 116 451 A ist eine Einrichtung für den selektiven Überstromschutz elektrischer Netzteile bekannt, bei welcher im Kurzschlussfall die Spannung in vom Netz abgezweigten Relaisspeisestromkreisen sukzessive herabreguliert wird, wodurch die Auslösezeiten dieser Relais beeinflusst wird.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine einfache, sichere und kostengünstige Sicherheitsbeleuchtungsanlage vorzuschlagen, die garantiert, dass die durch einen Brand nicht betroffenen Anlagen mindestens 30 min. geschützt werden.
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Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Anspruchs 1 und verfahrensseitig durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 4.
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Die neue Sicherheitsbeleuchtungsanlage sowie das dazugehörige Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsbeleuchtungsanlage beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik.
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Erfindungsgemäß bei der Anwendung der neuen Sicherheitsbeleuchtungsanlage ist es, dass zur Stromversorgung der Verbraucher die Stromleitung jedes Brandabschnittes mit jeweils einem Brandabschnittsverteiler ausgangsseitig elektrisch verbunden ist, wobei jeder Brandabschnittsverteiler eingangsseitig elektrisch in eine Ringleitung integriert ist, wozu die Ringleitung jeden Brandabschnitt sowie den Elektroraum durchläuft und im Elektroraum mit der Stromversorgung elektrisch verbunden ist. Dadurch werden unter Anwendung des an sich bekannten Verkabelungsprinzips der Ringbustechnik die elektrischen Leitungen auf unterschiedlichen Wegen durch die einzelnen Brandabschnitte verlegt.
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Wird ein Teil des Ringkabels durch Feuer geschädigt und es kommt zu einem Kurzschluss oder Unterbrechungsfehler, werden die vom Brand nicht betroffenen Leitungsteile vom geschädigten Teil im Kurzschlussfall selbständig getrennt und weiterversorgt. Nur der geschädigte Teil des Ringkabelsystems wird von der Versorgung herausgetrennt. Die Funktion vom Brand betroffener Anlagenteile wird eingestellt. Eine Konformität zu den Schutzzielen der bestehenden Leitungsanlagenrichtlinie wird dadurch erreicht.
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Erfindungsgemäß ist es auch, dass innerhalb der Brandabschnittsverteiler die Ringleitung mit der Stromleitung über jeweils eine Anschlussklemme elektrisch verbunden ist, wobei zwischen jeder Anschlussklemme und der Stromleitung jeweils ein Sicherungselement angeordnet ist und beiderseits der Anschlussklemme der Ringleitung jeweils ein Trennrelais, ein TRIAC, eine Messklemme sowie eine Widerstandsmessschaltung mit einem Messwiderstand und einem Relais zur Freischaltung der Widerstandsmessung angeordnet sind. Dadurch kommen Trennelemente zum Einsatz, die in der Lage sind, Kurzschluss- und/oder Unterbrechungsfehler zu erkennen und abzuschalten. Dabei arbeiten die Trennungselemente nach dem Prinzip des Differenzialschutzes in der Hochspannungstechnik.
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Sollte es zur Auslösung mehrerer Trennelemente auf Grund zu geringer Spannungsabfälle kommen, besteht die Notwendigkeit nach Feststellung der intakten Leitungsanlage bis zum nächsten Trennelement, den nachfolgenden Leitungsabschnitt wieder zu versorgen.
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Leitungsunterbrechungen und Kurzschlüsse werden von der Widerstandsmesskombination erfasst und durch die Trennelemente nicht wieder zugeschaltet. Die Notwendigkeit der Abschaltung bzw. der Nichtzuschaltung resultiert aus der Möglichkeit eines nachfolgenden Kurzschlusses.
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Erfindungsgemäß bei der Anwendung des neuen Verfahrens zum Betrieb einer Sicherheitsbeleuchtungsanlage ist es, dass die abgegriffene Spannung eines Anlagenteils gemessen wird und bei Abweichung von einem Sollwert eine Abschaltung der Stromversorgung dieses Anlagenteils nach einer Auslösezeit bewirkt. Dabei basiert das Wirkprinzip auf der Messung des Spannungsabfalls bei Kurzschlussfehlern, womit entsprechend einer festgelegten Auslösekurve gestaffelt die Abschaltung durch die Trennelemente und dementsprechend die Heraustrennung der geschädigten Anlagenteile erfolgt.
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Von besonderem Vorteil ist es darin, wenn die Auslösezeit sich in Abhängigkeit zur abgegriffenen Spannung des Anlagenteils verhält, wobei je kleiner die abgegriffene Spannung des Anlagenteils ist, desto kürzer ist die Auslösezeit. Dadurch werden durch die Trennelemente die Verbraucher mit den größten Spannungsabfällen unverzüglich vom Netz getrennt. Trennelemente mit geringeren Spannungsabfällen kommen nicht zur Abschaltung, da der Kurzschluss bereits unterbrochen ist, bevor die Zeit der Auslösung erreicht wird. Dabei ist ein Trennelement mit einem hohen Spannungsabfall auf der Leitung bei Kurzschluss näher an der Kurzschlussstelle als ein Trennelement mit einem hohen gemessenen Spannungsabfall.
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Die neue Sicherheitsbeleuchtungsanlage sowie das dazugehörige Verfahren soll nun an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
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Dazu zeigen:
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1: Schematische Darstellung der räumlichen Aufteilung der neuen Sicherheitsbeleuchtung,
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2: Schematische Darstellung der Ringleitung der neuen Sicherheitsbeleuchtung
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3: Brandabschnittsverteiler und
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4: Schematische Darstellung des Spannungsabfalls über die Ringleitung.
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Gem. 1 soll die neue Sicherheitsbeleuchtungsanlage beispielhaft für vier Brandabschnitte erläutert werden, wobei sich in jedem Brandabschnitt 1, 1' mindestens eine Stromleitung 2 mit mehreren Verbrauchern 3 befinden. Dabei umfasst jeder Verbraucher 3 mindestens eine Sicherheitsleuchte.
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Zur Stromversorgung der Verbraucher 3 ist die Stromleitung 2 jedes Brandabschnittes 1, 1' mit jeweils einem Brandabschnittsverteiler 4 ausgangsseitig elektrisch verbunden.
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Eingangsseitig ist jeder Brandabschnittsverteiler 4 elektrisch in eine Ringleitung 5 integriert, wozu die Ringleitung 5 jeden Brandabschnitt 1, 1' durchlauft und aus einem separaten Elektroraum 6 gespeist wird. Im Elektroraum 6 ist die Ringleitung 6 mit der Stromversorgung 7 elektrisch verbunden, wobei gem. 2 die Ringleitung 5 aus zwei stromführenden Leitern 8 besteht, welche mit Wechselstrom oder im Bedarfsfall mit Gleichstrom gespeist werden. Dazu weist die Stromversorgung 7 mindestens einen in den Figuren nicht dargestellten Akkumulator auf.
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Jeder Brandabschnittsverteiler 4 wird gemäß 3 durch die Ringleitung 5 von jeweils zwei Seiten über jeweils unterschiedliche Brandabschnitte 1, 1' versorgt. Dazu ist jeder Brandabschnittsverteiler 4 über jeweils eine Anschlussklemme 9 an die elektrischen Leiter 8 der Ringleitung 5 angeschlossen. Innerhalb der Brandabschnittsverteiler 4 ist die Ringleitung 5 mit der Stromleitung 2 ebenfalls über jeweils eine Anschlussklemme 9 elektrisch verbunden, wobei zwischen diesen Anschlussklemmen 9 und den Stromleitungen 2 jeweils ein Sicherungselement 10 angeordnet ist.
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Beiderseits der Anschlussklemme 9 der Stromleitung 2 sind im Brandabschnittsverteiler 4 jeweils ein Trennrelais 11, ein TRIAC 12 und eine Messklemme 13 angeordnet und jeweils mit einer Steuereinheit 14 elektrisch verbunden. Außerdem sind beiderseits der Anschlussklemme 9 jeweils paarweise die elektrischen Leiter 8 über ein Messwiderstand 15 und einem Relais 16 zur Freischaltung der Widerstandsmessung miteinander verbindbar, wobei zur Ansteuerung das Relais 16 elektrisch ebenfalls an die Steuereinheit 14 angeschlossen ist.
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Weiterhin ist die Steuereinheit 14 mit einer Steuerleitung 17 elektrisch verbunden.
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Die Funktionsweise der neuen Sicherheitsbeleuchtungsanlage soll an nachfolgenden Betriebszuständen erklärt werden:
- – Normalbetrieb,
- – Kurzschluss in Stromleitung 2,
- – Kabelbruch in Stromleitung 2,
- – Kurzschluss in Ringleitung 5 und
- – Kabelbruch in Ringleitung 5.
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Im Normalbetrieb liegt auf der Ringleitung 5 jeweils vom Elektroraum 6 bis in die einzelnen Brandabschnitte 1 eine 220 V Wechselspannung an. Diese Spannung wird in den Brandabschnittsverteiler 4 der einzelnen Brandabschnitte 1 beiderseitig über die Anschlussklemme 9 zur Stromversorgung der Steuereinheit 14 abgegriffen und gleichzeitig gemessen. Ist die gemessene Spannung über die Messklemme 13 ungefähr 220 V Wechselspannung, dann wird durch die Steuereinheit 14 die Trennrelais 11, 11' geschlossen, wodurch einerseits über die Stromleitungen 2 die jeweiligen Verbraucher 3 der beiden angrenzenden Brandabschnitte 1 und andererseits der den Brandabschnitten 1 jeweils benachbarte Brandabschnitt 1' mit der 220 V Wechselspannung versorgt wird.
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In den Brandabschnittsverteiler 4 der benachbarten Brandabschnitte 1' wiederholt sich der zuvor beschriebene Einschaltvorgang bis die Ringleitung 5 geschlossen ist und alle Verbraucher 3 über ihre jeweiligen Stromleitungen 2 der Brandabschnitte 1, 1' mit der der 220 V Wechselspannung versorgt werden. Dann befindet sich die neue Sicherheitsbeleuchtungsanlage im Normalbetrieb.
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Tritt nun in einer Stromleitung 2 oder in an einem Verbraucher 3 eines Brandabschnittes 1, 1' ein Kurzschluss auf, dann wird der Stromfluss in der betreffenden Stromleitung 2 durch ihr Sicherungselement 10 unterbrochen. Üblicherweise ist als Sicherungselement 10 eine Schmelzsicherung oder ein Sicherungsautomat denkbar, die durch den Kurzschlussstrom durchbrennt bzw. das durch den Kurzschlussstrom thermisch ausgelöst wird.
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Bei einem Kurzschluss in der Ringleitung 5, beispielhaft an einer Kurzschlussstelle 18, erfolgt eine Einsenkung der Betriebsspannung 19 in der Ringleitung 5 vom Elektroraum 6 in Richtung Kurzschlussstelle 18 gemäß 4. Diese Einsenkung der Betriebsspannung 19 wird in den einzelnen Brandabschnittsverteilern 4, 4' über die Messklemmen 13, 13' durch die Steuereinheit 14 erfasst. Dabei besitzt jede Steuereinheiten 14 eine messspannungsabhängige Auslösezeit. Deshalb würde jede Steuereinheit 14 gemäß der in Tab. 1 beispielhaft angegebenen Auslösezeiten auslösen, wobei aber nur die am nächsten an der Kurzschlussstelle 18 befindlichen Steuereinheiten 14 tatsächlich auslösen und die Ringleitung 5 in Richtung Kurzschlussstelle 18 unterbrechen. Da nach den Unterbrechungen der Ringleitung 5 in Richtung Kurzschlussstelle 18 durch die entsprechenden Trennrelais 11, 11' kein Kurzschluss mehr in der Ringleitung 5 vorliegt, ist die Wechselspannung in der Ringleitung 5 wieder 220 V und die restlichen Steuereinheiten 14 lösen nicht aus.
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Kommt es auf Grund zu geringer Spannungsabfälle zur Auslösung mehrerer Trennrelais 11, 11' in den Brandabschnittsverteilern 4, wird eine Wiederzuschaltung des Teils der Ringleitung 5 nach Feststellung der Kurzschlussfreiheit auf der Ringleitung 5 automatisch vorgenommen.
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Bei den abgeschalteten Brandabschnittsverteilern 4 sind die Trennrelais 11, 11' geöffnet und es wird über die jeweiligen Messklemmen 13 geprüft, in welchem angrenzende Teil der Ringleitung 5 noch eine Spannung anliegt. Liegt im angrenzenden Teil der Ringleitung 5 keine Spannung an, dann werden die Kontakte der Relais 16 über den Messwiderstand 15 geschlossen und der Leitungswiderstand gemessen.
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Wird durch Messung des Widerstandswertes des Messwiderstandes 15 ein zulässiger Widerstandswert bestätigt, dann liegt eine betriebssichere Verbindung der Ringleitung 5 zwischen zwei Brandabschnittsverteilern 4 vor und es erfolgt eine automatische Zuschaltung des Teils der Ringleitung 5.
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Die Zuschaltung der gesamten Anlage erfolgt immer aus der Energieflussrichtung.
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Der Einsatz der TRIAC 12 soll ein schnelles Schalten im Falle eines Kurzschlusses ermöglichen. Die Trennung der Schaltung mit dem geforderten Kontaktabstand erfolgt über die Relaiskontakte des Relais 16.
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Die Versorgung der Brandabschnittsverteiler 4 erfolgt bei vorhandener Netzspannung mit einer Wechselspannung 230 V und bei Ausfall der Netzspannung über Gleichspannung aus dem mindestens einen Akkumulator.
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Der Anlagenaufbau der Sicherheitsbeleuchtungszentrale im Elektroraum 6 sowie die notwendigen Anzeige und Schaltmöglichkeiten sollen der DIN EN 50171 entsprechen.
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Die durch Normen DIN DVE 0108-100 und DIN 1838 vorgegebenen Umschaltzeiten sollen eingehalten werden.
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Die Steuerleitung 17 wird zur Schnellumschaltung der Brandabschnittsverteiler 4 bei Ausfall der allgemeinen Stromversorgung auf die Reservestromversorgung benötigt.
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Die sonst übliche Einschaltung der Brandschutzverteiler nacheinander in Stromflussrichtung über die Messung der Durchgängigkeit der Leitungen steht im Widerspruch zur in der Norm DIN VDE 0100-718 genannten Umschaltzeit von 1 Sekunde.
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Bei Sicherheitsbeleuchtungsanlagen mit einer Umschaltzeit von 15 Sekunden kann auf diese direkte Ansteuerung verzichtet werden.
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Im Falle einer Schädigung der Steuerleitung
17 durch Kurzschluss oder Unterbrechung darf nur die Funktion „Schnelleinschaltung” beeinträchtigt sein. Die Zuschaltung erfolgt dann nach dem Messvorgang an jedem Teilabschnitt des Ringes. Tab. 1: Auslösezeiten (Beispielwerte)
| Betriebsspannung [V] | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 |
| Spannungsabfall [V] | 0 | 22 | 44 | 66 | 88 | 110 | 132 | 154 | 176 | 198 | 220 |
| abgegriffene Spannung [V] (Versorgungsspannung) | 220 | 198 | 176 | 154 | 132 | 110 | 88 | 66 | 44 | 22 | 0 |
| Auslösezeit [s] | 0,0 | 5,0 | 4,5 | 4,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 0,5 |
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Brandabschnitt
- 2
- Stromleitung
- 3
- Verbraucher
- 4
- Brandabschnittsverteiler
- 5
- Ringleitung
- 6
- Elektroraum
- 7
- Stromversorgung
- 8
- elektrischer Leiter
- 9
- Anschlussklemme
- 10
- Sicherungselement
- 11, 11'
- Trennrelais
- 12
- TRIAC
- 13
- Messklemme
- 14
- Steuereinheit
- 15
- Messwiderstand
- 16
- Relais
- 17
- Steuerleitung
- 18
- Kurzschlussstelle
- 19
- Einsenkung der Betriebsspannung