SWITCHING DEVICE FOR THE DETECTION OF FAULT ARCS IN ELECTRICAL INSTALLATIONS

Abstract: 1. A switching device for detecting fault arcs in electrical installations, comprising a photo-electric receiver (1), means for signal processing, such as at least one amplifier (2, 4) and at least one timer stage and a signal generator, characterised by the following features : a) a sensor which also responds in the region of ultraviolet light and emits voltages corresponding to the light is used as a photo-electric receiver (1) ; b) the receiver (1) is preceded by a filter which only allows ultraviolet light to pass ; c) the receiver (1) is followed by a first amplifier (2), d) the first amplifier (2) is followed by a high-pass filter (3) which only allows voltages of medium and high frequency to pass through ; e) a start-stop oscillator (5) is arranged following the high-pass filter (3) ; f) the start-stop oscillator (5) is followed by a counter (6) designed to count the oscillations emanating from the start-stop oscillator (5) and transmit an output signal after having obtained a predetermined oscillation frequency ; and g) a switching threshold (7) in the form of a Schmitt- trigger stage, which switches through above a predetermined voltage, arranged parallel to the first amplifier (2), the high-pass filter (3) and a second amplifier (4) arranged following the high-pass filter (3).

Description: Schalteinrichtung zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Bislang wurden zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen der anstehende Strom und auftretendes Licht als Kriterien für das Anstehen eines Fehlerlichtbogens verwendet. Es wurde dabei davon ausgegangen, dass nur oberhalb eines bestimmten Uberstro- mes und eines eine Mindeststärke überschreitenden Lichtes, als Folge beispielsweise eines Kurzschlusses, ein Fehlerlichtbogen anstehen kann, vor dem die zugeordnete Anlage zu schützen ist. Einrichtungen, die zum Schutze von Anlagen vor Fehlerlichtbogen sowohl Strom als auch Licht als Massstab verwenden, sind aufwendig. Es ist auch eine Schalteinrichtung zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches bekannt, bei der die Änderung der Helligkeit und die Auf summierung der Änderungen der Helligkeit als Massstab dafür herangezogen wird, ob ein Fehlerlichtbogen ansteht oder nicht. Zur Vereinfachung wurde hier bewusst auf das Kriterium Strom verzichtet (DE-AS 28 40 790). Aufgabe der Erfindung ist es, die Schalteinrichtung zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen der im Oberbegriff des Patentanspruches ge nannten Art so auszubilden, dass sie ebenfalls, jedoch auf andere Weise, nur mit dem Licht als alleiniges Kriterium für das Anstehen eines Fehlerlichtbogens auskommt. Die angestrebte Lösung der Aufgabe soll für die Erfassung von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen einen weiteren gangbaren Weg aufzeigen, der noch einfacher und sicherer ist. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebene Ausbildung gelöst. Die gefundene Lösung hebt sich vom Bekannten besonders dadurch ab, dass bei ihr ultraviolettes Licht und dessen Schwankungen als Kriterium für das Anstehen eines Fehlerlichtbogens dienen. Die Schalteinrichtung nach der Lehre des Patentanspruches kann in sehr hohen Masse Licht eines Fehlerlichtbogens von Licht unterscheiden, dessen Quellen für die zu schützende Anlage ungefährlich sind. Die Gefahr von Fehlabschaltungen der Anlage wegen eines vermeintlichen Fehlerlichtbogens ist damit praktisch beseitigt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einem Blockschaltbild dargestellt. In der Zeichnung ist mit 1 ein photoelektrischer Empfänger einer Schalteinrichtung zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen bezeichnet. Dieser Empfänger 1 setzt auf ihn auftreffendes Licht, auch ultraviolettes Licht, in eine der jeweiligen Lichtstärke entsprechende Spannung um. Als Empfänger 1 ist ein entsprechend dotierter Silizium-Halbleiter geeignet, beispielsweise eine Fotodiode oder ein Fotoelement. Auf nicht dargestelite Weise ist dem Empfänger ein Filter vorgesetzt, der nur für ultraviolettes Licht durchlässig ist und somit anderes Licht vom Empfänger fernhält. Der auf ultraviolettes Licht ansprechende Empfänger 1 und der Filter wurden aus der Erkenntnis heraus gewählt, dass das Licht eines Fehlerlichtbogens einen besonders hohen Anteil an ultraviolettem Licht besitzt, der schon für sich ein starkes Indiz für das Vorhandensein eines Fehlerlichtbogens ist. Demgegenüber besitzen das Tageslicht, zur Beleuchtung verwendetes künstliches Licht und von anderen, in der Nähe einer elektrischen Anlage befindlichen Lichtquellen ausgehendes Licht weit weniger ultraviolette Anteile. Die vom Empfänger 1 infolge Lichteinfalles abgegebene Spannung ist für eine Weiterverarbeitung zu einem Signal zu gering. Hinter dem Empfänger 1 ist deshalb ein erster Verstärker 2 vorgesehen, mit dem die vom Enpfänger bei ultraviolettem Lichteinfall ausgehende Spannung auf eine für eine Signalverarbeitung verw- baren Wert anhebbar ist. An den ersten Verstärker schliesst sich ein Hochpass 3 an, der nur mittel- und hochfrequente Spannungsanteile durchlässt, die ein weiteres Indiz für das Anstehen eines Fehlerlichtbogens sind. Dem Hochpass 3 ist zunächst ein zweiter Verstärker 4 und sodann ein Start-Stop-Oszillator nachgeordnet, der nach Massgabe der an ihm anstehenden mittel- und hochfrequenten Spannungen Schwingungen konstanter Frequenz erzeugt, die mit einem Zähler 6 gezählt werden, der sich in Reihe hinter dem Oszillator 5 befindet. Der Zähler 6 ist so ausgebildet, dass er dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn er eine vorgegebene Anzahl von Schwingungen addiert hat. Bleibt die vom Zähler 6 festgestellte Anzahl Schwingungen unterhalb der vorgegebenen Anzahl, kann davon ausgegangen werden, dass der diese Schwingungen verursachende Einfall ultravioletten Lichtes in den Empfänger nicht von einem die zu schützende Anlage gefährdenden Fehlerlichtbogen stammt. Wird dagegen die vorgegebene Anzahl Schwingungen überschritten, ist das ein sicheres Anzeichen dafür, dass der Em- pfänger 1 vom Licht eines eventuell Schaden hervorrufenden Lichtbogens erregt wurde. Der Zähler 6 wird nach einer vorgegebenen Zeit zurückgesetzt. Da Jedoch auch von einem Fehlerlichtbogen ausgehendes Licht hohe niederfrequente Spannungen erzeugen kann, ist eine Schaltschwelle 7 in Form eines oberhalb einer vorgegebenen Spannung durchschaltenden Schmitt-Triggers vorgesehen. Die Schaltschwelle 7 ist in einer Leiterbahn 8 angeordnet, die den ersten Verstärker 2, den Hochpass 3 und den zweiten Verstärker 4 überbrückt und an den Start-Stop-Oszillator direkt angeschlossen ist. Wird zum Beispiel eine Verzugszeit von 20 ms vorgesehen, so ist bei einem bis 16 zählenden Zähler eine Frequenz des Start-Stop-Oszillators von 16 Schwingungen = 0,8 kHz 20 ms einzustellen. 1 Patentanspruch 1 Figur

Claims: Patentanspruch Schalteinrichtung zum Erfassen von Fehlerlichtbogen in elektrischen Anlagen, mit einem fotoelektrischen Empfänger, Mitteln zur Signalaufbereitung, wie mindestens einem Verstärker und mindestens einer Zeitstufe, und einem Signalgeber, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Merkmale: a) als fotoelektrischer Empfänger (1) ist ein Sensor eingesetzt, der auch im Bereich des ultravioletten Lichtes anspricht und dem Licht entsprechende Spannungen abgibt, b) dem Empfänger (1) ist ein nur ultraviolettes Licht durchlassender Filter vorgesetzt, c) hinter dem Empfänger (1) ist ein erster Verstärker (2) angeordnet, d) dem ersten Verstärker (2) ist ein nur mittelsund hochfrequenter Spannungen durchlassender Hochpass (3) nachgeordnet, e) hinter dem Hochpass (3) befindet sinh ein Start- Stop-Oszillator (5), f) anschliessend an den Oszillator (5) ist ein Zähler (6) vorgesehen, der zum Zählen der vom Oszillator (5) ausgehenden Schwingungen und nach Erreichen einer vorgegebenen Schwingungszahl, zur Abgabe eines Ausgangssignals ausgebildet ist, g) parallel zum ersten Verstärker (282 dem Hochpass (3) und zu einem hinter dem Hochpass (3) angeordneten zweiten Verstärker (4) ist eine Schaltschwelle (7) in Form eines oberhalb einer vorgegebenen Spannung durchschaltenden Schmitt-Triggers vorgesehen.

Inventors: BAYER, HELMUT, KAIRIES, BERND-JURGEN, Kairies, Bernd-Jürgen
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: H02H1
IPC codes: H02H1