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DE29502452U1 - Arrangement for room-selective detection of arcing faults in switchgear - Google Patents

Arrangement for room-selective detection of arcing faults in switchgear

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Publication number
DE29502452U1
DE29502452U1 DE29502452U DE29502452U DE29502452U1 DE 29502452 U1 DE29502452 U1 DE 29502452U1 DE 29502452 U DE29502452 U DE 29502452U DE 29502452 U DE29502452 U DE 29502452U DE 29502452 U1 DE29502452 U1 DE 29502452U1
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DE
Germany
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optical
arrangement according
arc fault
switchgear
arc
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Expired - Lifetime
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DE29502452U
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German (de)
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Kloeckner Moeller GmbH
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Publication date
Application filed by Kloeckner Moeller GmbH filed Critical Kloeckner Moeller GmbH
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/02Details
    • H01H33/26Means for detecting the presence of an arc or other discharge
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02B13/02Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015Using arc detectors
    • H02H1/0023Using arc detectors sensing non electrical parameters, e.g. by optical, pneumatic, thermal or sonic sensors

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  • Power Engineering (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
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Description

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Anordnung zur raumselektiven Erfassung von Störlichtbögen in SchaltanlagenArrangement for room-selective detection of arc faults in switchgear

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.

Störlichtbögen entstehen z.B. 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, for example, in low-voltage switchgear when a direct electrical connection is made between the conductors or between the conductor and earth without a metallic short circuit being present, e.g. when the insulation is broken or due to incorrect operation. The live parts with different potentials are bridged by a plasma column.

Durch die sehr hohe Plasma temperatur 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.Due to the very high plasma temperature, the area around the arc heats up so quickly and strongly that pressure builds up in the switchgear, reaching its maximum after just 15 to 20 ms. The pressure stress is often greater than the mechanical strength of the doors and partition walls of the switchgear cabinets. These parts are then blown off and moved 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.If people are present, the hot gases and glowing particles can cause serious burns. In addition, the radiation emitted by the plasma column can cause flash burns.

Auch in Mittelspannungs-Schaltanlagen können Störlichtbogen entstehen, die mit Sensoren in bekannter Weise detektiert werden können.Arc faults can also occur in medium-voltage switchgear, and can be detected using sensors in the usual way.

Aus der CH 676 174 ist eine Lichtbogendetektor einrichtung 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 describes an arc detector device that uses a fiber optic sensor to detect an arc in a switchgear. The arc detector extends through several switchgear cells. This device transmits an error message regardless of where the arc fault originates.

Klöckner-Moeller GmbH -2- 09.11.94Klöckner-Moeller GmbH -2- 09.11.94

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Aus der Zeitschrift Elektrotechnik 1982, Heft 6, S23-27, insbesondere Bild 5 ist ein Schnellkurz schließer bekannt, der in weniger als 5ms 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. Jedes Feld ist mit einem Lichtbogensensor ausgestattet, was eine selektive Erfassung prinzipiell ermöglicht. Besondere Maßnahmen zur Fremdlichteinkopplung sind dort jedoch nicht beschrieben.A fast short-circuiter is known from the magazine Elektrotechnik 1982, issue 6, pp. 23-27, especially Figure 5, which is supposed to extinguish an arc fault in less than 5 ms. Figure 6 of the above-mentioned magazine shows a network with a reserve feed, in which the use of the short-circuiter is described. Each field is equipped with an arc sensor, which in principle enables selective detection. However, special measures for coupling in extraneous light are not described there.

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.
Ein derartiger Sensor ist in dem ABB-Firmendruck "ABB-Technik 5/90" und "elektro-anzeiger 43.Jg. Nr 11 vom 15.11.1990, Knutson, Ulf; Lars-Erik" beschrieben.
Another known method is the use of an optical fiber with a sensor head at the end consisting of a fisheye lens. The sensor responds as early as the arc's development phase, for example with a response time of 1 to 2 ms. However, due to its high light sensitivity, it also responds to other strong light.
Such a sensor is described in the ABB company publication "ABB-Technik 5/90" and "elektro-anzeiger 43.Jg. No. 11 from 15.11.1990, Knutson, Ulf; Lars-Erik".

Eine Kombination von elektromagnetisch- und lichtempfindlichen Sensoren bzw. Detektoren, insbesondere für Niederspannungs-Schaltanlagen, ist aus der EP 0 57 5 932 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.
A combination of electromagnetic and light-sensitive sensors or detectors, in particular for low-voltage switchgear, is known from EP 0 57 5 932 A1.
In this combination, special Hall sensors are combined with optical fibers that have a colored sheath. The blue or green sheath, into which the light from the arc fault is coupled, improves the triggering reliability.

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.
With such a combination, detection times of significantly less than 5 ms, e.g. in the range of 1 ms, can be achieved.
However, the coloring alone is not sufficient to reliably exclude other light sources with strong spectral components in the blue or green range.

Ein UV-Sensor zur Lichtbogenerfassung ist aus der DD 254 278 bekannt. Dieser besteht aus einer Fotodiode, einem Lichtwellenleiter, einer Linse, einem UV-Filter und einerA UV sensor for arc detection is known from DD 254 278. It consists of a photodiode, an optical fiber, a lens, a UV filter and a

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optisch aktiven Substanz. Das Licht wird stirnseitig in den Lichtwellenleiter eingekoppelt. Zur selektiven Erfassung sind derartige Sensoren, die relativ kostenintensive Filtersysteme aufweisen, nicht geeignet, da eine Vielzahl von Sensoren erforderlich ist.optically active substance. The light is coupled into the front of the optical fiber. Such sensors, which have relatively expensive filter systems, are not suitable for selective detection, since a large number of sensors are required.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu finden, die kostengünstig ist ohne die optischen Eigenschaften der Sensoren wesentlich zu verändern.The object of the invention is therefore to find an arrangement according to the preamble of claim 1 which is cost-effective without significantly changing the optical properties of the sensors.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.The object of the invention is achieved by the characterizing features of claim 1, while particularly advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß eine Minimierung der Anzahl von kostenintensiven Filtern, wie spezielle Schmalbandfiltern, bei einer raumselektiven Störlichtbogenerfassung realisiert werden kann.The invention provides the advantage that a minimization of the number of cost-intensive filters, such as special narrow-band filters, can be achieved with a space-selective arc fault detection.

Um eine funktionsraumselektive Störlichtbogenerfassung ohne die Erfindung realisieren zu können, müßte je Funktionsraum z.B. ein Schmalbandfilterelement eingesetzt werden. Bei der Anzahl der notwendigen Filterelemente je Schaltzelle sowie der Gesamtgröße einer Schaltanlage wäre eine unvertretbar hohe Vielzahl von Filterelementen erforderlich, was als äußerst kostenintensiv zu bewerten ist. Optische Empfangsdioden, Komparatoren, Schwellwertschalter und ähnliche Bauelemente sind im Vergleich zu den Filterelementen signifikant kostengünstiger, so daß sich durch die Erfindung die Kosten einer selektiven Bewertung in einem vertretbaren Rahmen bewegen.In order to be able to implement functional space-selective arc fault detection without the invention, a narrowband filter element would have to be used for each functional space. Given the number of filter elements required per switchgear cell and the overall size of a switchgear system, an unacceptably high number of filter elements would be required, which would be extremely costly. Optical receiving diodes, comparators, threshold switches and similar components are significantly less expensive than filter elements, so that the invention keeps the costs of selective evaluation within a reasonable range.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere AusgestaltungenThe invention, further embodiments and

• . · . 0 4 • . · . 0 4

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und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.and improvements of the invention and further advantages are described and explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Anordnung zur raumselektiven Erfassung unter Verwendung einer optischen Weiche,Fig. 1 an arrangement for space-selective detection using an optical switch,

Fig. 2 eine Anordnung zur raumselektiven Erfassung unter Verwendung jeweils zweier Lichtwellenleiter,Fig. 2 an arrangement for spatially selective detection using two optical fibers each,

Fig. 3 eine Darstellung des Filtersystems undFig. 3 a representation of the filter system and

Fig. 4 eine typische Messung der spektralen Transmissionskurve der Gesamtanordnung eines einzelnen Lichtbogensensors.Fig. 4 shows a typical measurement of the spectral transmission curve of the overall arrangement of a single arc sensor.

Innerhalb jeden Funktionsraumes einer Schaltanlage wird ein System 1 zur Festlegung des optischen Empfangsbereiches so positioniert, daß ein in diesem Funktionsraum entstehender Störlichtbogen innerhalb kürzester Zeit detektiert werden kann. Hierbei ist zu beachten, daß der Abstand von dem möglichen Entstehungsort zu dem System 1 möglichst gering ist. Bei dem System 1 handelt es sich hier um ein auf die Stirnfläche eines Lichtwellenleiters 3 aufgesetztes optisches Teil. Das System 1 besteht aus Linsen, wobei diese verschiedene optischen Charakteristika aufweisen können. Die Linsen sitzen in einer an die Lichtwellenleitergeometrie angepaßten Hülse.
Das optische Teil koppelt je nach Empfangscharakteristik der Linsen optische Storlichtbogenstrahlung in die Stirnfläche des angeschlossenen Lichtwellenleiters 3 ein. Auf die Hülse integrierte optische Dämpfungsglieder, z.B. Schwarzglas, nehmen eine erste quantitative Bewertung der Storlichtbogenstrahlung hinsichtlich Störsicherheit vor. In jedem Funktionsraum einer Schaltanlage wird ein solches System positioniert.
Within each functional area of a switchgear, a system 1 is positioned to determine the optical reception area so that an arc fault occurring in this functional area can be detected within the shortest possible time. It is important to ensure that the distance from the possible location of origin to system 1 is as small as possible. System 1 is an optical part placed on the front face of an optical fiber 3. System 1 consists of lenses, which can have different optical characteristics. The lenses are located in a sleeve adapted to the geometry of the optical fiber.
Depending on the reception characteristics of the lenses, the optical part couples optical arc radiation into the front face of the connected optical waveguide 3. Optical attenuation elements integrated into the sleeve, e.g. black glass, carry out an initial quantitative assessment of the arc radiation with regard to interference immunity. Such a system is positioned in each functional area of a switchgear.

Ein Funktionsraum ist hierbei ein Teilbereich eines Verteilerfeldes. Die einzelnen Verteilerfelder, dieA functional area is a sub-area of a distribution panel. The individual distribution panels, the

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Schaltschrankgröße aufweisen, bilden die Schaltanlage.Switch cabinet size form the switchgear.

Die einzelnen Funktionsräume weisen ferner eine unabhängig von anderen Funktionsräumen zu öffnende Schaltschranktür und sind über- und nebeneinander angeordnet.The individual functional rooms also have a control cabinet door that can be opened independently of other functional rooms and are arranged above and next to each other.

Ein Funktionsraum kann aber auch hier ein Einschub sein.However, a functional space can also be an insert here.

Die empfangene optische Storlichtbogenstrahlung wird von einem Lichtwellenleiter 3 zur spektral selektiv arbeitenden Empfangseinrichtung 4 transportiert und dort spektral bewertet und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Empfangseinrichtung 4 wird später näher erläutern. Überschreitet dieses elektrische Signal nach seiner Verstärkung einen Schwellwert in einem ersten Verarbeitungsteil 5 wird ein den Störlichtbogen repräsentierendes elektrisches Ausgangssignal generiert, daß einem Logikteil 6 zugeführt wird.The received optical arc fault radiation is transported by an optical waveguide 3 to the spectrally selective receiving device 4, where it is spectrally evaluated and converted into an electrical signal. The receiving device 4 will be explained in more detail later. If this electrical signal exceeds a threshold value after being amplified in a first processing section 5, an electrical output signal representing the arc fault is generated, which is fed to a logic section 6.

In dem ersten Verarbeitungsteil 5 sowie einem zweiten Verarbeitungsteil 8 werden die von Empfangsdioden erzeugten elektrischen Signale mittels Operationsverstärker verstärkt und einem Schwellwertschalter zugeführt. Nach Überschreiten eines eingeschalteten Schwellwertes wird ein digitales Ausgangssignal erzeugt.In the first processing part 5 and a second processing part 8, the electrical signals generated by receiving diodes are amplified by means of operational amplifiers and fed to a threshold switch. After a switched-on threshold is exceeded, a digital output signal is generated.

In dem Logikteil 6 erfolgt eine logische UND-Verknüpfung zwischen dem aus dem spektral bewerteten Anteil der Storlichtbogenstrahlung resultierenden Spannungssignal mit einem funktionsraumselektiv erzeugten Spannungssignal, wobei der spektral bewertete Anteil aus der Empfangseinrichtung 4 und den Verarbeitungsteil 5 resultiert.In the logic part 6, a logical AND connection is made between the voltage signal resulting from the spectrally evaluated portion of the arc fault radiation and a voltage signal generated in a functional space-selective manner, the spectrally evaluated portion resulting from the receiving device 4 and the processing part 5.

Durch Aufsplittung der durch das System 1 empfangenen optischen Storlichtbogenstrahlung mittels einer optischen Weiche 2, wie in Fig. 1 gezeigt ist, oder durch optische Ankopplung zweier Lichtwellenleiter direkt an das System 1, wie in der Fig. 2 gezeigt ist, wird einem optischen Entpfangsmodul 7 mit getrennten Empfangselementen 9 optische Storlichtbogenstrahlung zugeführt.By splitting the optical arc radiation received by the system 1 by means of an optical switch 2, as shown in Fig. 1, or by optically coupling two optical waveguides directly to the system 1, as shown in Fig. 2, optical arc radiation is fed to an optical receiving module 7 with separate receiving elements 9.

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In dem Empfangsmodul 7 sind entsprechend der Anzahl der Funktionsräume optische Empfangsdioden integriert, die unabhängig voneinander die je Funktionsraum empfangene optische Störlichtbogenstrahlung auswerten. In diesem Funktionselement wird letz lieh die funktionsraumselektive Bewertung der Störlichtbogenstrahlung vorgenommen. D.h. je nach störlichtbogenbehaftetem Funktionsraum generiert einer der optischen Empfänger in dem Empfangsmodul 7 ein elektrisches Signal, das in dem zweiten Verarbeitungsteil 8 verstärkt wird. Überschreitet dieses elektrische Signal einen in dem zweiten Verarbeitungsteil 8 festgelegten Schwellwert, wird ein den Stör lichtbogen repräsentierendes elektrisches Ausgangssignal von dem zweiten Verarbeitungsteil 8 generiert und dem Logikteil 6 zugeführt.Optical receiving diodes are integrated in the receiving module 7 according to the number of functional spaces, which independently evaluate the optical arc fault radiation received in each functional space. In this functional element, the functional space-selective evaluation of the arc fault radiation is ultimately carried out. This means that depending on the functional space affected by the arc fault, one of the optical receivers in the receiving module 7 generates an electrical signal, which is amplified in the second processing part 8. If this electrical signal exceeds a threshold value set in the second processing part 8, an electrical output signal representing the arc fault is generated by the second processing part 8 and fed to the logic part 6.

In dem Logikteil 6 erfolgt die bereits erläuterte UND-Verknüpfung beider elektrischen Signale zu einem Summensignal, daß ein entsprechendes Schaltgerät zur Ausschaltung des Störlichtbogens anregen kann. Das Schaltgerät kann ein Leistungsschalter oder ein Kurzschließer oder beides sein.
In dem Logikteil kann eine getrennte UND-Verknüpfung und eine Anzeige bestehend aus Leuchtdioden vorhanden sein, die den Entstehungsort des Störlichtbogens, d.h. den Funktionsraum, anzeigt.
In the logic part 6, the already explained AND operation of both electrical signals takes place to form a sum signal that can trigger a corresponding switching device to switch off the arc fault. The switching device can be a circuit breaker or a short-circuiter or both.
In the logic part, there may be a separate AND operation and a display consisting of light-emitting diodes that indicate the location of the arc fault, i.e. the functional area.

Eine von dem Existenzort eines Störlichtbogens abhängige Ansteuerung von mehreren Schaltgeräten ist möglich, wenn eine getrennte UND-Verknüpfung der aus beiden Verarbeitungsteilen 5, 8 gewonnenen Signale erfolgt, wobei dann das Logikteil 6 mit mehreren getrennten Ausgängen versehen ist, die mit getrennten Anschlußklemmen verbunden sind.A control of several switching devices dependent on the location of an arc fault is possible if a separate AND operation of the signals obtained from both processing parts 5, 8 is carried out, whereby the logic part 6 is then provided with several separate outputs which are connected to separate connection terminals.

Die Fig. 3 zeigt eine detaillierte Darstellung der Empfangseinrichtung 4, die aus einem Filtersystem und einer Photodiode besteht.Fig. 3 shows a detailed representation of the receiving device 4, which consists of a filter system and a photodiode.

Das Filtersystem besteht aus vier Komponenten 7a, 5',6',7b, dieThe filter system consists of four components 7a, 5',6',7b, which

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mit zwischenliegenden Schwächungsschichten Sl bis S4 zur Lichtabschwächung und Kittschichten Kl bis K4 versehen sind.with intermediate weakening layers Sl to S4 for light attenuation and cement layers Kl to K4.

Als oben aufliegende erste Komponente 7a ist ein Blauglas mit einer ersten auf gedämpf ten Schwächungsschicht Sl vorhanden, die mit einer zweiten Komponente 51 -bestehend aus einem Grauglas mit einem aufgedämften Interferenzfilter I- durch eine erste Kittschicht Kl verbunden ist. Anschließend folgt eine zweite Kittschicht K2, ein optisches Glas (BK7) mit einer zweiten auf gedämpf ten S chwächungs schicht S2, die hier als dritte Komponente 61 bezeichnet wird. Danach folgt eine dritte Kittschicht K3, eine auf einem Blauglas aufgedämpfte dritte Schwächungsschicht S3, eine vierte Schwächungsschicht S4 hinter dem Blauglas, eine aufgedämpfte SiO2-Schutzschicht und eine vierte Kittschicht K4 zur Verbindung mit der Photodiode D.The first component 7a on top is a blue glass with a first attenuated weakening layer S1, which is connected to a second component 51 - consisting of a gray glass with an attenuated interference filter I - by a first cement layer K1. This is followed by a second cement layer K2, an optical glass (BK7) with a second attenuated weakening layer S2, which is referred to here as the third component 61. This is followed by a third cement layer K3, a third attenuation layer S3 attenuated on a blue glass, a fourth attenuation layer S4 behind the blue glass, an attenuated SiO 2 protective layer and a fourth cement layer K4 for connection to the photodiode D.

Bei einem Störlichtbogen z.B. in einer Niederspannungs-Schaltanlage an Kupfersammeischienen entsteht eine besonders markante Spektrallinie bei der Wellenlänge 522 nm. Weitere Spektral linien liegen im sichtbaren sowie UV-Bereich. Bei den hier verwendeten Schmalbandfiltern handelt es sich um Filter für den sichtbaren Spektralbereich des Lichts.In the case of an arc fault, e.g. in a low-voltage switchgear on copper busbars, a particularly striking spectral line is created at a wavelength of 522 nm. Other spectral lines are in the visible and UV range. The narrowband filters used here are filters for the visible spectral range of light.

Die Transmissionskurve des Schmalbandfilters ist in der Fig. 4 dargestellt. Das Empfindlichkeitsmaximum des Filtersystems (Fig. 4) stimmt im wesentlichen mit der typischen Spektralkennlinien von 522 nm überein. Die Transmission dieses eigentlichen Filters beträgt etwa 50% im Maximum und fällt zu größeren und kleineren Wellenlängen stark ab.The transmission curve of the narrowband filter is shown in Fig. 4. The sensitivity maximum of the filter system (Fig. 4) essentially corresponds to the typical spectral characteristics of 522 nm. The transmission of this actual filter is about 50% at the maximum and drops sharply at longer and shorter wavelengths.

Obwohl das gesamte Filtersystem insgesamt eine Transmission bei 522 nm von nur 0,3% aufweist, ist eine sichere Detektion von Störlichtbögen, insbesondere in Niederspannungs-Schaltanlagen möglich.Although the entire filter system has a transmission of only 0.3% at 522 nm, reliable detection of arc faults is possible, especially in low-voltage switchgear.

Die Auslöseschwelle sollte derart hoch sein, daß die Detektionszeit kleiner 3 ms ist. Das Störsignal darf dabei max. 2 0% vom Lichtbogenlichtsignal betragen.The trigger threshold should be high enough that the detection time is less than 3 ms. The interference signal may not exceed 20% of the arc light signal.

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Die Empfangseinrichtung 4 kann auch aus anderen Filtern mit anderen Wellenlängenbereichen, z.B. 410 nm oder im UV-Bereich.The receiving device 4 can also consist of other filters with other wavelength ranges, e.g. 410 nm or in the UV range.

Wichtig ist, daß die optische Eigenstrahlung eines Störlichtbogens unabhängig von dessen Entstehungsort in einem abgeschotteten Raum, z.B Funktionsraum, in die Stirnfläche eines in diesem Raum positionierten Lichtwellenleiters 3 eingekoppelt und einer gemeinsamen spektral selektiv arbeitenden Empfangseinrichtung 4, bestehend aus einem optischen Filterelement, zur Ja-Nein-Bewertung der Störlichtbogenexistenz in einem beliebigen abgeschotteten Raum der Schaltanlage zugeführt wird und mit Hilfe eines jeden Raum, d.h. Funktionsraum, speziell zugeordneten nicht spektral selektiv arbeitenden optischen Empfangsmoduls 7 mittels Lichtwellenleiter 3 die Lichtbogenstrahlung zugeführt wird.It is important that the optical radiation of an arc fault, regardless of its place of origin in a sealed-off room, e.g. functional room, is coupled into the front face of an optical waveguide 3 positioned in this room and fed to a common spectrally selective receiving device 4, consisting of an optical filter element, for the yes/no evaluation of the existence of an arc fault in any sealed-off room of the switchgear and the arc radiation is fed by means of an optical waveguide 3 with the help of a non-spectral selective optical receiving module 7 specifically assigned to each room, i.e. functional room.

Für die funktionsraumselektive von Störlichtbögen speziell in Niederspannungs-Schaltanlagen ist es wichtig, daß mit Hilfe eines spektral selektiv arbeitenden optischen Filterelements ein Stör lichtbogen innerhalb von 3 ms detektiert wird und mit Hilfe eines nicht spektral arbeitenden optischen Empfängers die Storlichtbogenstrahlung einzelnen Funktionsräumen der Schaltanlage zugeordnet werden kann.For the functional space-selective detection of arc faults, especially in low-voltage switchgear, it is important that an arc fault is detected within 3 ms using a spectrally selective optical filter element and that the arc fault radiation can be assigned to individual functional spaces of the switchgear using a non-spectral optical receiver.

Claims (1)

SchutzansprücheProtection claims Anordnung zur raumselektiven Erfassung von Störlichtbogen in Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie, bestehend aus Lichtbogendetektoren mit Lichtwellenleitern, in die die optische Eigenstrahlung eines Störlichtbogens eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus mindestens einer spektral selektiv arbeitenden Empfangseinrichtung (4), aus mindestens einem nicht spektral selektiv arbeitenden optischen Empfangsmodul (7) und einem Logikteil (6) zur logischen Verknüpfung der Signale der Empfangseinrichtung (4) und des Empfangsmoduls (7) besteht, wobei die Empfangsflächen der Lichtwellenleiter (3) in abgeschotteten Räumen der Schaltanlage angeordnet sind, und daß die einzelnen den Räumen zugeordneten Lichtwellenleitern (3) getrennten Empfangselementen (9) des Empfangsmoduls (7) zugeordnet sind, während ein aus den einzelnen Räumen abgeleitetes Summensignal der Empfangseinrichtung (4) zugeführt wird.Arrangement for the room-selective detection of arc faults in switchgear for the distribution of electrical energy, consisting of arc detectors with optical waveguides into which the optical radiation of an arc fault is coupled, characterized in that the arrangement consists of at least one spectrally selective receiving device (4), of at least one non-spectral selective optical receiving module (7) and a logic part (6) for logically linking the signals of the receiving device (4) and the receiving module (7), the receiving surfaces of the optical waveguides (3) being arranged in sealed-off rooms of the switchgear, and that the individual optical waveguides (3) assigned to the rooms are assigned to separate receiving elements (9) of the receiving module (7), while a sum signal derived from the individual rooms is fed to the receiving device (4). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenstrahlung eines Störlichtbogens an den Stirnflächen der Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.Arrangement according to claim 1, characterized in that the inherent radiation of an arc fault is coupled into the end faces of the optical waveguides. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschotteten Räume Funktionsräume sind.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the partitioned rooms are functional rooms. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spektral selektiv arbeitenden Empfangseinrichtung (4) aus mindestens einem optischen Filterelement besteht.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the spectrally selective receiving device (4) consists of at least one optical filter element. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spektral selektiv arbeitenden Empfangseinrichtung (4) aus mindestens einem Interferenzfilter besteht.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the spectrally selective receiving device (4) consists of at least one interference filter. Klöckner-Moeller GmbHKlöckner-Moeller GmbH 09.11.94 0 432 GM09.11.94 0 432 GM 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spektral selektiv arbeitenden Empfangseinrichtung (4) aus mindestens einem optischen Filter mit einem Empfindlichkeitsmaximum bei einer Wellenlänge von etwa 522 nm besteht.6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the spectrally selective receiving device (4) consists of at least one optical filter with a sensitivity maximum at a wavelength of approximately 522 nm. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeden Funktionsraumes einer Schaltanlage ein mit den einzelnen Lichtwellenleiter (3) wirkendes System (1) zur Festlegung des optischen Empfangsbereiches so positioniert wird, daß ein in diesem Funktionsraum entstehender Störlichtbogen innerhalb von 3 ms detektiert werden kann.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that within each functional space of a switchgear a system (1) acting with the individual optical waveguides (3) for determining the optical reception area is positioned so that an arc fault occurring in this functional space can be detected within 3 ms. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein System (1) vorhanden ist, daß aus einem auf die Stirnfläche eines Lichtwellenleiters (3) aufgesetzten optischen Teil besteht, das Linsen aufweist, wobei die Linsen verschiedene optischen Charakteristika aufweisen und in einer an die Lichtwellenleitergeometrie angepaßten Hülse sitzen können.8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a system (1) is present which consists of an optical part which is placed on the end face of an optical waveguide (3) and which has lenses, wherein the lenses have different optical characteristics and can be seated in a sleeve adapted to the optical waveguide geometry. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse mit integrierten optischen Dämpfungsgliedern vorhanden ist, wobei die optischen Dämpfungsglieder eine erste quantitative Bewertung der Störlichtbogenstrahlung hinsichtlich Störsicherheit vornehmen.9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a sleeve with integrated optical attenuation elements is present, wherein the optical attenuation elements carry out a first quantitative evaluation of the arc fault radiation with regard to interference immunity. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verarbeitungsteil (5) sowie einem zweiten Verarbeitungsteil (8) die von Empfangsdioden erzeugten elektrischen Signale mittels Operationsverstärker verstärkt und einem Schwellwertschalter zugeführt werden, wobei nach Überschreiten eines eingeschalteten Schwellwertes ein digitales Ausgangssignal erzeugt wird.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in a first processing part (5) and a second processing part (8) the electrical signals generated by receiving diodes are amplified by means of operational amplifiers and fed to a threshold switch, whereby a digital output signal is generated after a switched-on threshold is exceeded. KlöcJcner-Moeller GmbHKlöcJcner-Moeller GmbH 09.11.94 0 432 GM09.11.94 0 432 GM 11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Logikteil (6) eine logische UND-Verknüpfung zwischen dem aus dem spektral bewerteten Anteil der Störlichtbogenstrahlung resultierenden Spannungssignal mit einem funktionsraumselektiv erzeugten Spannungssignal erfolgt, wobei der spektral bewertete Anteil aus der Empfangseinrichtung (4) und den Verarbeitungsteil (5) resultiert.11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the logic part (6) a logical AND link is made between the voltage signal resulting from the spectrally evaluated portion of the arc fault radiation and a voltage signal generated in a functional space-selective manner, the spectrally evaluated portion resulting from the receiving device (4) and the processing part (5). 12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auf splittung der durch ein System (1) empfangenen optischen Störlichtbogenstrahlung mittels einer optischen Weiche (2) einem optischen Empfangsmodul (7) optische Störlichtbogenstrahlung zugeführt wird.12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that optical arc fault radiation is fed to an optical receiving module (7) by splitting the optical arc fault radiation received by a system (1) by means of an optical switch (2). 13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufsplittung der durch ein System (1) empfangenen optischen Störlichtbogenstrahlung mittels optischer Ankopplung zweier Lichtwellenleiter (3) direkt an das System (1) einem optischen Empfangsmodul (7) optische Störlichtbogenstrahlung zugeführt wird (Fig. 2).13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that optical arc fault radiation is fed to an optical receiving module (7) by splitting the optical arc fault radiation received by a system (1) by means of optical coupling of two optical waveguides (3) directly to the system (1) (Fig. 2). 14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Empfangsmodul (7) entsprechend der Anzahl der Funktionsräume einer Schaltanlage optische Empfangsdioden integriert sind, die unabhängig voneinander die je Funktionsraum empfangene optische Störlichtbogenstrahlung auswerten.14. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that optical receiving diodes are integrated in a receiving module (7) corresponding to the number of functional spaces of a switchgear, which independently of one another evaluate the optical arc fault radiation received for each functional space. 15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Logikteil mindestens ein Schaltgerät ansteuert, daß ein Leistungsschalter oder ein Kurzschließer oder beides ist.15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the logic part controls at least one switching device that is a circuit breaker or a short-circuiter or both. * 4* 4 Klöckner-Moeller GmbHKlöckner-Moeller GmbH -12--12- 09.11.94 0 432 GM09.11.94 0 432 GM 16. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschotteten Räume Funktionsräume einer Niederspannungs-Schaltanlage sind.16. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the partitioned rooms are functional rooms of a low-voltage switchgear.
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