DE19830643C2

DE19830643C2 - Lichtbogen-Schutzeinrichtung

Info

Publication number: DE19830643C2
Application number: DE1998130643
Authority: DE
Inventors: Bernd Rohrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: DE19830643A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Schutzeinrich tung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den VDE-Bestimmungen sind verschiedene Schaltungen und Methoden zur Realisierung von wirksamen Personen- und Leitungsschutzmaßnahmen im elektrischen Niederspannungsnetz vorgesehen. Dabei wird der Leitungsschutz in erster Linie durch Strombegrenzung bzw. Überstromabschaltung mit ver schiedenen Schutzgeräten sichergestellt. Diese Schutzein richtungen verhindern eine unzulässige Erwärmung der Lei tungen im Überlast- und Kurzschlußfall. Eine Verhinderung von Bränden in Gebäuden und Anlagen wird dadurch nicht vollständig sichergestellt. So besteht die Gefahr, daß Lichtbögen, beispielsweise durch mangelhafte Leitungs- und Steckverbindungen sowie durch Schaltgeräte infolge mangel hafter Installation oder Materialalterung oder Materialver schmutzung, beim Betrieb von elektrischen Verbrauchern ei nen sehr großen Wärmeeintrag in die Leitungen und Anlagen teile zur Folge haben. Dieser Wärmeeintrag kann so groß werden, daß Umhausungen schmelzen und Brandgefährung für Gebäude und Anlagen besteht.

Aus der EP 0 615 327 ist eine Lichtbogen-Schutzeinrich tung bekannt, bei der aus Stromänderungen di/dt Impulse ab geleitet werden, deren Zahl pro Zeitintervall ermittelt und mit einem Schwellwert verglichen wird, bei dessen Über schreitung ein Abschaltsignal erzeugt wird.

Aus der US 5 818 237 ist eine Einrichtung zur Erkennung von Lichtbogen-Fehlern bekannt, bei der ein Meßgeber den Laststromfluß erfaßt, dessen Meßsignale einer Signalverar beitungseinrichtung zugeführt werden, die aus Stromänderun gen di/dt bipolare Impulse erzeugt, welche von einem Voll weg-Gleichrichter in unipolare Impulse für jede stufenwei se, durch Zünden des Lichtbogens bewirkte Erhöhung des Laststromes über einen vorgegebenen Wert umgewandelt wer den. Impulse, die einen vorbestimmten Wert übersteigen, werden einem Integrator zugeführt, dessen Ausgangssignale mit einem Schwellwert verglichen werden, bei dessen Über schreitung ein Abschaltsignal erzeugt wird.

Nachteile des beschriebenen Standes der Technik sind die feste Verdrahtung und die analoge Technik, wodurch nach Fertigstellung der Schaltung die Empfindlichkeit nicht mehr einstellbar ist und die Funktionsweise festliegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtbogen-Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Entstehung von Lichtbögen schneller und genauer erkannt und Maßnahmen zur Warnung bzw. zur Abschaltung des entsprechenden Stromkreises schneller eingeleitet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufga benlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung verhindert wirksam Gefahren durch fehlerhafte Lichtbogenerscheinungen. Gleich zeitig können betriebsbedingte Lichtbogenerscheinungen von elektrischen Verbrauchern bei der Fehlerauswertung ausge schlossen werden. Solche betriebsbedingten Lichtbogener scheinungen können einmalig auftreten oder treten bei spielsweise bei Stromwendermaschinen mit Kommutator peri odisch auf. Weiterhin berücksichtigt die erfindungsgemäße Aufgabenlösung Netzrückwirkungen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Lichtbogen- Schutzeinrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Lichtbogen- Schutzeinrichtung und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Funktionsweise der Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach den Fig. 1 und 2.

Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt eine Lichtbogen-Schutzeinrichtung 20 für einen Verbraucher 6, dargestellt als Verbraucherwider stand R_V, der aus einem Wechselstromnetzaußenleiter L1 ge speist wird. Mit N ist ein Wechselstromnetz-Mittelleiter bezeichnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Störstelle an beliebiger Stelle im Verbraucherkreis R.

Die Lichtbogen-Schutzeinrichtung 20 umfaßt eine Induk tivität (z. B. Magnetspule) L_F und eine Abschalteinrichtung S_F, die zwischen dem Wechselstromnetzaußenleiter L1 und dem Verbraucherkreis R angeordnet ist.

Parallel zur Induktivität L_F ist ein Koppelglied 22, beispielsweise wie dargestellt, ein Opto-Koppler, geschal tet, der die entstehenden Spannungsspitzen du/dt in nahezu gleichwertige Rechtecksignale umformt.

Ein Grundrauschen kann durch Reihenschaltung einer Zenerdiode in den Eingangskreis des Koppelgliedes unter drückt werden (nicht dargestellt).

Der Induktivität L_F kann eine Schmelzsicherung vorge schaltet sein (nicht dargestellt).

Die Abschalteinrichtung S_F und die Induktivität können Teile einer an sich bekannten Überstromschutzeinrichtung 2 sein, die in Form eines Ersatzschaltbildes dargestellt ist, wobei - wie üblich - zusätzlich ein Widerstand R_F* für thermische Auslösung vorhanden ist und die Induktivität L_F (Magnetspule) der magnetischen Kurzschlußauslösung dient.

Das Ausgangssignal des Opto-Kopplers 22 wird einer Aus werteeinheit 24 zugeführt, die einen Micro-Controler zur Auswertung der (digitalen) Rechtecksignale aufweist. Zum Betrieb des Micro-Controlers ist eine Fremdspannung bzw. Hilfsenergie erforderlich, die entweder aus der Datenschie ne einer Hausleittechnik bezogen werden kann oder aus einem Stromwandler 26 am Lastkreis, wenn die Überstromschutzein richtung 2 im Inselbetrieb (also ohne Anbindung an eine Hausleittechnik) betrieben werden soll. In diesem Fall ist eine Energiepufferung für die Meldungen nach Auslösung er forderlich. Im unbelasteten Stromkreis ist keine Auswertung erforderlich.

Die Auswerteeinheit 24 erhält bei der dargestellten Ausführung mit Opto-Koppler 22 als Koppelglied kurze (digi tale) Rechtecksignale, wobei die Auswertung gemäß Block schaltbild nach Fig. 3 erfolgt. Die Rechtecksignale werden einem Vergleicher 27 zugeführt, in dem alle Rechtecksignale ausgeblendet werden, die sicher als bekannte betriebliche Netzrückwirkungen identifiziert werden können. Hierzu wird die charakteristische Lage der Rechtecksignale auf der Netzperiode, die in einem Speicher 28 abgelegt sind, mit gespeicherten Mustern verglichen. In einem Zähler 30 werden die übrig gebliebenen Rechtecksignale für jede Netzperiode gezählt. Das Zählergebnis wird in einem weiteren Verglei cher 32 mit dem aus der vorangegangenen Netzperiode vergli chen. Nach Übergabe des Ergebnisses aus dem Vergleicher 32 wird der Zähler 30 zurückgesetzt. Die ermittelte Differenz Δn wird in einem Additionsspeicher 34 über mehrere Peri oden, im Beispiel zehn Perioden, aufaddiert. Die Perioden zahl wird von einem Zeitgeber 36 geliefert. Ist die Summe größer als eine Vorgabe X, wird ein Warnbit N als Impuls gesetzt. Nach jeder zehnten Periode wird der Additionsspei cher 34 gelöscht und die Addition erneut für zehn Perioden gestartet. Die Bewertung findet in einer Einrichtung 38 statt, in der die positiven Flankenwechsel der Warnbits N innerhalb eines vom Zeitgeber 36 gelieferten Zeitfensters Δt aufaddiert werden. Nach Ablauf des Zeitfensters wird die gebildete Summe mit vorgebbaren Grenzwerten A, B und C ver glichen und es werden entsprechende Maßnahmen wie Meldungen und Abschaltung eingeleitet. Nach erfolgter Bewertung wird der Additionsspeicher 34 gelöscht und wird die Addition für ein weiteres Zeitfenster Δt gestartet. Die Bits für die Warnmeldung "gelb" und "rot" sowie für die Anlage-OK- Meldung "grün" werden nach Ablauf jedes Zeitfensters mit der aktuellen Auswertung überschrieben. Die Meldung "Ab schaltung" durch Lichtbogenfehler wird mit erneutem Ein schalten gelöscht.

Die Induktivität L_F kann durch einen Stromwandler er setzt werden, wobei das Koppelglied 22 eine Strom-Span nungswandlung vornimmt und der Micro-Controler der Auswer teeinheit 24 die durch den Lichtbogenfehler auftretenden Spannungssprünge nach Größe und zeitlichem Verlauf auswer tet.

Die Verwendung eines Micro-Controlers in der Auswerte einheit 24 ermöglicht nach Fertigstellung der Lichtbogen- Schutzeinrichtung noch die Änderung der Einstellung der Empfindlichkeit, beispielsweise durch Änderung der Schwell werte. Die Daten der Ergebnisse können gespeichert werden, wodurch eine spätere Rekonstruktion der Fehlerfälle möglich ist. Vor der Auslieferung der Schaltung kann der Micro- Controler programmiert werden. Zur Änderung von Parametern ist eine Änderung der Hardware nicht notwendig.

Claims

1. Lichtbogen-Schutzeinrichtung für Niederspannungsnetze mit einer Einrichtung zur Erfassung von durch Lichtbö gen bewirkte Stromänderungen und zur Erzeugung von von diesen Stromänderungen abhängigen Signalen, wobei die Einrichtung eine Induktivität und eine Abschalteinrich tung aufweist, die in einen zu überwachenden Verbrau cherkreis geschaltet sind, und über der Magnetspule ab fallende Spannungsimpulse aus dem Verbrauchernetz einem Koppelglied zugeführt werden, dessen Ausgangsimpulse einer Auswerteeinrichtung mit einem Zähler zugeführt werden, welche die Signale mit Referenzwerten vergleicht und bei Über schreitung der Referenzwerte ein Abschaltsignal zur Be tätigung einer Abschalteinrichtung erzeugt, dadurch ge kennzeichnet, daß

- der Zähler (30) zum Zählen der in eine Netzperi ode fallenden Impulse dient

und die Auswerteeinrichtung (24) weiterhin

- einen Vergleicher (32) zum Vergleich aufeinander folgender Zählergebnisse und zur Ermittlung der Differenz (Δn) aufeinanderfolgender Zählergebnisse,
- eine Additionseinrichtung (34) zum Aufaddieren der Differenzwerte (Δn) über eine vorgegebene Zahl von Netzperioden,
- einen weiteren Vergleicher zum Vergleich des Sum menwertes aus der Additionseinrichtung (34) mit ei nem vorgebbaren Wert (X) und zur Abgabe eines Warn impulses, wenn der Summenwert den vorgegebenen Wert übersteigt, und
- eine Einrichtung (38) aufweist, welche die positi ven Flankenwechsel der Warnimpulse über eine vor gebbare Zeit (Δt) zählt und mit vorgebbaren, unter schiedlichen Grenzwerten vergleicht und in Abhän gigkeit vom Vergleichsergebnis Warnsignale und/oder die Abschalteinrichtung (S_F) betätigende Abschalt signale erzeugt.

2. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivität (L_F) eine Schmelz sicherung (R_F) vorgeschaltet ist.

3. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (L_F) und die Ab schalteinrichtung (S_F) Teile einer Überstromschutzein richtung (2) sind.

4. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (22) ein Opto- Koppler ist.

5. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (L_F) durch einen Stromwandler ersetzt ist, das Koppelglied (22) ein Strom-Spannungswandler ist und die Auswerteeinrichtung (24) die durch Lichtbogenfehler auftretenden Strom sprünge nach Größe und zeitlichem Verlauf auswertet.

6. Lichtbogen-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (24) einen Micro-Controler aufweist.