AT502096A1

AT502096A1 - Verfahren und vorrichtung zur lichtbogenerkennung an elektrischen kontakten

Info

Publication number: AT502096A1
Application number: AT4702005A
Authority: AT
Inventors: Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss; Georg Dipl Ing Brauner; Franz Dipl Ing Pirker
Original assignee: Oesterreichisches Forschungs U
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2007-01-15
Also published as: AT502096B1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lichtbogenerkennung an elektrischen Kontakten
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung von elektrischen Lichtbögen. Bleibt beim Öffnen eines mechanischen Kontakts ein Lichtbogen stehen, so ist keine Unterbrechung gelungen. Um das zu erkennen kann man in Serie zum Kontakt einen Stromsensor anordnen. Alle Stromsensoren sind jedoch teuer und erzeugen einen zusätzlichen Spannungsabfall im Kreis. Weiters sind optische und thermische Sensoren denkbar. Die optische Erkennung erfordert relativ teure optische Sensoren und eine Beseitigung von Fremdlicht. Die Thermosensoren müssen nahe am Kontakt - ein direkter Einbau bei der Kontaktstelle würde die mechanischen und elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen - eingebaut werden.
Hier wird nun vorgeschlagen, die bei einem Lichtbogen entstehende elektromagnetische Abstrahlung zu detektieren.

Dies kann sehr einfach über eine Empfangsspule geschehen. Diese wird um den Kontakt herum oder in bestimmtem Abstand vom Kontakt angeordnet. Ein auftretender Lichtbogen induziert in der Spule eine Spannung, die ausgewertet zur Erkennung eines Lichtbogens führt. Um die Auswirkung von Fremdfeldern zu vermeiden, sind geeignete Abschirmmassnahmen vorzusehen. Auch zwei (oder mehrere) räumlich versetzt angeordnete Spulen ermöglichen eine gewisse Selektivität und Ortung der Strahlungsquelle, um damit ein Ausscheiden von Fremdfeldern zu erreichen. Weiters können durch Filtermassnahmen andere Spektralkomponenten, die von Fremdfeldem herrühren, beseitigt werden.
Eine einfache Vorrichtung zur Erkennung eines elektrischen Lichtbogens in einem Kontakt besteht aus einer, um den Kontakt oder in der Nähe des Kontakts angeordnete, Spule mit zugehöriger Auswerteelektronik.

Eine sehr einfache Lösung ist es, an einem Anschluss der Spule eine Diode (z.B. eine Schottky Diode, wegen der geringen Flussspannung) zu schalten und zwischen dem zweiten Anschluss der Spule und dem zweiten Anschluss der Diode eine Parallelschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand anzuordnen und dieses so entstehende Signal weiter zu verarbeiten. Wenn eine bestimmte Schwelle überschritten wird, wird ein Komparator umgeschaltet und damit der Lichtbogen signalisiert. Die entstehende Polarität der Spannung am Kondensator hängt davon ab, wie die Diode in den Kreis geschaltet wird. Durch die Einfügung des Kondensators ist eine Filterwirkung erreicht. Es muss eine gewisse Zeit ein Signal in der Spule induziert werden, um den Kondensator bis zur eingestellten Komparatorschwelle aufzuladen.

Dadurch führen kurze Störungen oder kurze, beim Schalten
AR03/fh/19.2.2005 1 auftretende Lichtbögen nicht zur Auslösung der Erkennung. Der Kondensator wird über den parallel liegenden Widerstand wieder entladen. Nach Beendigung des Lichtbogens sinkt daher die Spannung wieder unter die durch die Hysterese im Komparator eingestellte untere Schwelle und lässt den Komparator zurückkippen.
Man kann auch durch Parallelschaltung eines Kondensators, dem zur Beeinflussung der Kreisgüte ein Widerstand parallel oder in Serie geschaltet ist, zur Spule, Selektivität des Empfangsspektrums erreichen, um störende Einflüsse von anderen elektromagnetischen Strahlungsquellen zu vermeiden.
Neben dieser einfachen und daher auch sehr preisgünstigen Vorrichtung ist nach oben keine Begrenzung des Aufwands möglich.

Auswertung des an der Spule entstehenden Spektrums mit FFT, die auf einem Signalprozessor oder MikroController implementiert ist, aufwendige Filter und ähnliches. Die einfache Lösung wird aber für die meisten Fälle in der Praxis ausreichen.
Für die Realisierung mit zwei (oder mehreren) Empfangsspulen, die räumlich versetzt angeordnet sind, gelten die gleiche Realisierungsrichtlinien wie für das System mit einer Empfangsspule. Die Auswertung der beiden entstehenden Kondensatorspannungen muss der mechanischen Anordnung der Spule Rechnung tragen.
Ordnet man zwei oder mehrere Spulen mechanisch parallel auf verschiedenen Seiten des Kontakts an und schaltet sie so in Serie, dass das Feld des Lichtbogens gleichsinnig empfangen wird, so addieren sich die in den Spulen induzierten Spannungen.

Die Spannungen die von einem externen (homogenen) Feld verursacht werden subtrahieren sich und heben sich daher auf.
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung der Antriebsspule des Schaltgeräts als Empfangsspule.
AR03/fh/19.2.2005

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erkennung eines elektrischen Lichtbogens an einem Schaltkontakt, wobei das von dem Lichtbogen abgestrahlte Hochfrequenzspektrum detektiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Vorrichtung zum Empfang des bei Ausbildung eines Lichtbogen an dem Schaltkontakt (1) abgestrahlten Hochfrequenzspektrums eine oder mehrere Empfangsspulen (2) aufweist,

- dass in Serie zu der(n) Empfangsspule(n) (2) jeweils eine Diode (3) und ein Kondensator (4) geschaltet sind, wobei dem Kondensator (4) zur Entladung ein Widerstand (5) parallel geschaltet ist,

- dass an den Kondensator (4) ein Komparator (6) angeschlossen ist und die Spannung des Kondensators (4) dem Komparator (6) zugeführt ist, und

- dass im Komparator (6) ein Vergleich des einlangenden Signals mit einem Schwellwert und bei Übersteigen des Schwellwertes eine Anzeige an einer Anzeigeeinheit (10) erfolgt.

1. Verfahren zur Erkennung eines elektrischen Lichtbogens in einem Kontakt dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Lichtbogen abgestrahlte Hochfrequenzspektrum detektiert und zur Anzeige gebracht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Empfangsspule (2) ein zweiter Kondensator (7) geschaltet ist, dem zur Einstellung der Kreisgüte ein zweiter Widerstand (8) parallel oder in Serie geschaltet ist.

2. Vorrichtung zur Erkennung eines elektrischen Lichtbogens in einem Kontakt dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Lichtbogen abgestrahlte Hochfrequenzspektrum durch eine oder mehrere Spulen empfangen wird, und wenn das Empfangssignal eine vorgegeben Schwelle übersteigt dies zur Anzeige gebracht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem von der Empfangsspule (2) und dem Kondensator (4) gebildeten Empfangskreis und dem Komparator (6) ein Trennverstärker (9) oder eine auf einem Signalprozessor oder Mikrocontroller implementierte FFT geschaltet ist.

3. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu den Empfangsspulen je eine Diode und ein Kondensator geschaltet wird, dem zur Entladung ein Widerstand parallel geschaltet ist, und die Spannung am Kondensator einem Komparator zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung gegen Fremdfelder abgeschirmt ist.

4. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Spule ein zweiter Kondensator, dem zur Beeinflussung der Kreisgüte ein zweiter Widerstand parallel oder in Serie geschaltet ist, geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule(n) (2) als Rogowski-Spulen ausgeführt ist (sind).

5. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Empfangskreis und Komparatorkreis ein Trennverstärker geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die einem Schaltkontakt (1) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule(n) achsig um den Schaltkontakt angeordnet ist (sind).

6. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule achsig um den Kontakt angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule(n) (2) neben dem Schaltkontakt (1) angeordnet ist (sind).

7. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule/n neben dem Kontakt angeordnet ist/sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspulen parallel beidseitig des Schaltkontakts angeordnet und elektrisch in Serie geschaltet sind.

NACHGEREICHT

8. Vorrichtung gemäss Anspruch 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass Abschirmmassnahmen gegen Fremdfelder vorgesehen sind.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass keine Abschirmmassnahmen gegen Fremdfelder vorgesehen sind.

10. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspulen mechanisch parallel beidseitig des Kontakts angeordnet sind und elektrisch in Serie geschaltet sind.

11. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule/n als Rogowski Spulen ausgeführt ist/sind.

AR03/fh/19.2.2005

12. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspule des Schaltgeräts die Empfangsspule ist.

AR03/h/19.2.2005 Patentansprüche

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Empfangsspule die Antriebsspule des Schaltkontaktes vorgesehen ist.

Wien, am 20. Juli 2006 r :ACHGEREICHT