Faseroptisch-akustische Lichtbogenerkennung und Zustandsbeobachtung

// Elektronik und Elektrotechnik // Energietechnik // Energieübertragung // Sensorik und Messgeräte
Ref-Nr: 16713

Einleitung / Abstract

Die Erfindung sieht vor, faseroptisch-akustische Sensoren z.B. auf den Stromschienen einer Schaltanlage zu montieren. Es lassen sich mit dem Verfahren der Erfindung Kurzschlüsse mit deutlich kürzeren Reaktionszeiten als mit bereits im Einsatz befindlichen Verfahren erfassen und auswerten. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da im Kurzschlussfall erhebliche Schäden an den Betriebsmitteln und auch Personenschäden drohen, die sich durch rechtzeitiges Intervenieren vermeiden lassen.

Abb. 1: Faseroptischer Sensor zur frühzeitigen Kurzschlussdetektion auf der mittleren Stromschiene einer Schaltanlage.

Hintergrund

Derzeit hat sich für das Erkennen und die Detektion von Lichtbögen, insbesondere in elektrischen Schaltanlagen, eine optische Erfassung des im ersten Augenblick eines Kurzschlusses entstehenden Lichts durchgesetzt. Die Auswertung des emittierten Lichtspektrums sowie die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms werden als Kriterien dazu genutzt, ein weiteres Betriebsmittel zu aktivieren, dass die Auswirkungen eines Lichtbogens reduzieren soll. Dieses zusätzliche Betriebsmittel schließt z.B. die Strombahnen kurz, so dass der Lichtbogen erlischt.

Problemstellung

Die optische Erfassung von Lichtbögen ist seit einigen Jahren bekannt und auch im Einsatz. Anfänglich war die Empfindlichkeit der Messtechnik so hoch, dass das einfache Auslösen eines Fotoblitzes bereits ausreichte, die Lichtbogendetektion auszulösen und damit ganze Energieversorgungseinrichtungen abzuschalten. Das hat zunächst zu einem zurückhaltenden Einsatz der Technik geführt. Dennoch wurde der Ansatz weiterentwickelt. Es wurden Verbesserungen hinsichtlich der Erkennung von Lichtbogenereignissen eingeführt, bei denen das Lichtbogenspektrum genauer analysiert sowie die Stromanstiegsgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Lichtbögen und deren Spektren hängen vom verbrennenden Material ab.

Lösung

Erfindungsgemäß werden die faseroptisch-akustischen Sensoren auf z.B. den Stromschienen einer Schaltanlage montiert. Im Normalbetrieb wird durch den sinusförmigen Spannungsverlauf (und Stromfluss) eine mechanische Schwingung in den Stromschienen angeregt, die sich als 100 Hz Signal erfassen lässt. Mit Hilfe einer Monitoring-Hardware kann dies als Indikator für einen störungsfreien Betrieb gesehen werden. Im Kurzschlussfall wird die überwachte Stromschiene nicht mehr mit einer einzelnen, konstanten Frequenz, sondern mit einem breiten Frequenzspektrum mechanisch angeregt, wobei die Spektrallinien erhebliche Amplituden aufweisen können. Dies lässt sich durch ein Monitoring-System ebenfalls erkennen und nutzen, um intervenierende Maßnahmen autonom auszulösen.

Vorteile

Die einsetzte Technik ist deutlich einfacher zu realisieren und auch preiswerter im Vergleich zu optischen Detektionssystemen. Das Verfahren reduziert drastisch die Auswirkungen von Lichtbögen auf die Energieversorgung und reduziert somit auch drastisch die Gefährdungspotenziale ausgehend vom Betrieb elektrischer Betriebsmittel. Das Verfahren gestattet die Überwachung und das Monitoring von elektrischen Betriebsmitteln.

Anwendungsbereiche

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in allen elektrischen Energieverteilanlagen möglich. Es gibt keine Einschränkung hinsichtlich der Spannungshöhe, ob Niederspannung, Hochspannung, Höchstspannung oder Ultra-Höchstspannung. Auch die Art der Spannung, ob Wechselspannung oder Gleichspannung, spielt keine Rolle.

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