Vorrichtung zum Schutz vor Lichtbogenwirkungen in einer Starkstromanlage Die verhältnismässig hohe Zahl von Unfällen mit tödlichen Folgen, verursacht durch Kurzschlusslicht- bögen in Hochspannungsverteilanlagen, zeigt, dass für solche Anlagen noch keine geeigneten Schutzmassnahr men bestehen. Die Grössenordnung der heutigen Kurz schlussströme liegt bei 10 kA und geht bis etwa 100 kA Effektivwert.
Die intensive Strahlungswir kung von Lichtbögen solcher Stärke genügt allein schon zur Erzeugung von tödlichen Verbrennungen. Alle Massnahmen, die zur Verringerung der Strah lungsdosis beitragen, bringen deshalb gleichzeitig eine Verringerung des Schadenumfanges für Personal und Material der betreffenden Anlagen.
Die Verringerung der Strahlungswirkung kann er reicht werden durch örtliche und zeitliche Begrenzung des Kurzschlusslichtbogens. Zur örtlichen Begrenzung gehören in bekannter Weise die Zellen- und Phasen trennwände, die vollständige Kapselung der Anlage und schliesslich die Phasenisolierung. Alle diese Mittel haben eine gewisse Schutzwirkung, sind aber dennoch vielfach nicht genügend, da gerade bei sehr hohen Kurzschlussströmen die Energieentwicklung am Feh lerort so bedeutend ist, dass Trennwände und Isola tionsteile mitzerstdrt werden..
Die zeitliche Begrenzung von Kurzschl:ussströmen durch Abschaltung des betroffenen Netzteiles mittels der Leistungsschalter ist allgemein üblich. Aus Rück sicht auf die zeitliche Staffelung des Schutzes in ver schiedenen Netzteilen muss aber die Auslösezeit für den Sammelschienenschutz einer Verteilanlage viel fach auf mehr als 1 Sekunde eingestellt werden. Die Zerstörungswirkung von Lichtbogen innerhalb dieser verhältnismässig langen Zeit ist sehr erheblich.
Namentlich für Verbrennungsschäden an Personen ist die Dauer einer Strahlungseinwirkung eher noch ge fährlicher als deren Intensität. Eine Möglichkeit, von der hie und da Gebrauch gemacht wird, ist der Sammelschienen-Differential- schutz. Die solcherart transformatorisch angekuppel ten Relais brauchen nicht auf Staffelzeiten Rücksicht zu nehmen und können schon innert 0;02 Sekunden auslösen, wozu lediglich noch die Schaltereigenzeit hinzuzurechnen ist.
Die Verwendung eines solchen Sammelschienen-Differentialschutzes hat sich jedoch nicht in grösserem Umfange durchgesetzt infolge sei ner Kompliziertheit und hohen Kosten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Schutz von Lichtbogenwirkungen in einer Starkstromanlage, um im Störungsfalle alle eine Fehlerquelle speisenden Leitungen abzuschalten, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbare Umgebung der Starkstrom führenden Leiter durch photoelektrische Zellen überwacht ist, die beim Ent stehen eines Lichtbogens alle an der Einspeisung be teiligten Leistungsschalter mittels Hilfsstromkreise unverzögert auslösen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt das Schnittbild einer Zelle, wobei angenommen ist, dass die gesamte Anlage aus grund sätzlich identischen Zellen aufgebaut ist, die unmittel bar aneinandergereiht sind.
Fig. 2 zeigt das elektrische Blockschema der Schutzvorrichtung.
In Fig. 1 ist 1 eine Photozelle, welche die Sam melschiene 2 von<I>a</I> bis<I>b</I> und die Abgänge von c über den Schalter bis zum Kabelendverschluss 3 überwacht. Die Photozellen der nicht gezeichneten anschliessen den Zellen übernehmen die Überwachung der Sam- melschiene bis zu den Punkten a und<I>b.</I> Die Wände 4, der Boden 5 und die Decken 6 reflektieren einen gewissen Teil der Strahlung, so dass die Photozelle unabhängig von der Lage eines eventuellen Licht bogens die Auslösung veranlasst.
Im Blockschema nach Fig. 2 ist 1 die Photozelle, welche über einen Verstärker und eventuell Differen- tiator 7 auf ein Relais 8 einwirkt; die verwendete lichtempfindliche Zelle kann auf dem Prinzip der Widerstandsänderung, photoelektrischen Spannung oder einer Sperrschichtwirkung beruhen..
Das Relais 8 legt eine Hilfsspannung an eine mit allen Leistungs schaltern 9 verbundene Notauslöseschiene 1a. Die Spannungsquelle 11, die über das Relais 8 die Schal ter auslöst, kann entweder die Stationsbatterie sein oder auch eine Kondensatorbatterie, welche weit gehend unabhängig von Netz- oder Sekundärspan nungsstörungen ist.
Bei genügend kleinem Abstand von der Photo zelle übersteigt die Helligkeit des Lichtbogens die Tageshelligkeit wesentlich, so dass ein sicherer Aus löseimpuls erzielt werden kann. Die Wirksamkeit der überwachung kann aber durch weitere Massnahmen noch gesteigert werden. Eine erste Massnahme ist die Verwendung heller, eventuell reflektierender Farben für die Anlagewände, -böden und -decken. Eine wei tere Massnahme besteht in der Verwendung eines Differenzierkreises im Ausgang der Photozelle.
Ein solcher Kreis gestattet, den Schalterauslöseimpuls als Folge einer Lichtintensitätszunahme grosser Steilheit zu geben, wodurch eine grössere Unabhängigkeit von den Beleuchtungsverhältnissen erzielt werden kann.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ge stattet, die Sicherheit von sogenannten Blockanlagen wesentlich zu erhöhen. Diese Anlagen bieten durch die geschlossene Bauweise zwar einen unmittelbaren Strahlungsschutz, jedoch ist bei längerer Dauer des Kurzschlusslichtbogens ein Gasaustritt unvermeidlich, der seinerseits schwere Verbrennungen verursachen kann. Durch die rasche Abschaltung des Kurzschlus ses auf der Sammelschiene kann dieser Gasaustritt unterdrückt werden.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel stellt keine Einschränkung der Erfindung dar, die ebenso in offe nen Innenraumanlagen und Freiluftanlagen angewen det werden kann.
Device to protect against the effects of arcing in a high-voltage system The relatively high number of accidents with fatal consequences caused by short-circuit arcs in high-voltage distribution systems shows that no suitable protective measures have yet been taken for such systems. The magnitude of today's short-circuit currents is around 10 kA and goes up to around 100 kA rms value.
The intense radiation effect of arcs of this magnitude is sufficient to produce fatal burns. All measures that contribute to reducing the radiation dose therefore also reduce the extent of damage to personnel and material in the systems concerned.
The radiation effect can be reduced by limiting the location and time of the short-circuit arc. The cell and phase partition walls, the complete encapsulation of the system and finally the phase insulation are part of the local delimitation. All of these agents have a certain protective effect, but are still often insufficient, because especially with very high short-circuit currents, the development of energy at the fault location is so important that partitions and insulation parts are also destroyed.
The time limitation of short-circuit currents by switching off the affected power supply unit by means of the power switch is common practice. In view of the staggering of the protection in different network parts, the tripping time for the busbar protection of a distribution system must often be set to more than 1 second. The destructive effect of arcs within this relatively long time is very considerable.
The duration of exposure to radiation is more dangerous than its intensity, especially for burn damage to people. One possibility that is used here and there is busbar differential protection. The relays coupled in this way do not need to take account of grading times and can trigger within 0.02 seconds, to which only the switch's own time has to be added.
However, the use of such a busbar differential protection has not become widely accepted due to its complexity and high cost.
The present invention relates to a device for protecting the effects of arcing in a high-voltage system in order to switch off all lines feeding a fault source in the event of a fault, and is characterized in that the immediate vicinity of the high-voltage conductors is monitored by photoelectric cells that are generated when an arc occurs All circuit breakers involved in the infeed trip without delay using auxiliary circuits.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
Fig. 1 shows the sectional view of a cell, it being assumed that the entire system is made up of basically identical cells that are directly strung together.
Fig. 2 shows the electrical block diagram of the protection device.
In FIG. 1, 1 is a photocell which monitors the busbar 2 from <I> a </I> to <I> b </I> and the outlets from c via the switch to the cable termination 3. The photocells of the connecting cells (not shown) take over the monitoring of the busbar up to points a and <I> b. </I> The walls 4, the floor 5 and the ceilings 6 reflect a certain part of the radiation, so that the photocell triggers the trigger regardless of the position of a possible electric arc.
In the block diagram according to FIG. 2, 1 is the photocell, which acts on a relay 8 via an amplifier and possibly a differentiator 7; the light-sensitive cell used can be based on the principle of change in resistance, photoelectric voltage or a barrier layer effect.
The relay 8 applies an auxiliary voltage to a switch connected to all power 9 emergency release rail 1a. The voltage source 11, which triggers the scarf ter via the relay 8, can either be the station battery or a capacitor battery, which is largely independent of mains or secondary voltage disturbances.
If the distance from the photo cell is sufficiently small, the brightness of the arc significantly exceeds the daylight, so that a reliable trigger pulse can be achieved. The effectiveness of the monitoring can, however, be increased by further measures. A first measure is the use of light, possibly reflective colors for the system walls, floors and ceilings. Another measure is the use of a differentiating circuit in the output of the photocell.
Such a circle allows the switch trigger pulse to be given as a result of an increase in light intensity of great steepness, as a result of which greater independence from the lighting conditions can be achieved.
The embodiment shown in Fig. 1 ge equips to significantly increase the security of so-called block systems. Due to their closed construction, these systems offer direct radiation protection, but if the short-circuit arc lasts for a long time, a gas leak is inevitable, which in turn can cause severe burns. This gas leakage can be suppressed by quickly disconnecting the short circuit on the busbar.
The embodiment described does not represent a limitation of the invention, which can also be used in open indoor systems and outdoor systems.