FÜR JEDEN FALL DAS RICHTIGE

Abb. 1 Bereich der Lichterfassung

PUNKTSENSOREN MIT FOTODIODEN
Wie der Name schon beschreibt, können diese Sensoren Licht nur von einem bestimmten Punkt und somit nur in einem eingeschränkten Bereich detektieren – siehe Abb. 1. In Folge werden diese als elektronische Punktsensoren bezeichnet. Der Einbau erfolgt im Schottraum oder – wie in
Abb. 2 gezeigt – hinter einem Schutzblech, z. B. dem häufig vorhandenen blechernen Steuerkabelkanal im Kabelanschlussraum. Damit sind Anschlussleitung und Sensor selbst vor den extremen Bedingungen im Kurzschlussfall geschützt [1].

Abb. 2 Seitenansicht eines Punktsensors vor/nach Einbau

PUNKTSENSOREN MIT LICHTWELLENLEITER (LWL)
Eine weitere Variante von Punktsensoren ist als isolierter Lichtwellenleiter mit einem lichtempfindlichen Bereich in einem Sensorkopf an einem Ende ausgeführt – siehe Abb. 3. Diese weisen einen ähnlichen Detektionsbereich auf wie Punktsensoren mit Fotodioden – vgl. Abb. 1. 

Abb. 3 Beispiel 1 für LWL-Punktsensor [2]

LINIENSENSOR MIT LICHTWELLENLEITER
Diese Sensortype besteht aus einem je nach Hersteller völlig oder nur im Detektionsbereich unisolierten Lichtwellenleiter – siehe Abb. 4.

Abb. 4 Beispiel 1: isolierter Verbindungs-LWL und unisolierter Sensor-LWL [2]

Abb. 5 Beispiel 2 für durchgängige Liniensensoren mit Auswertegerät [3]

Abb. 6 Beispiel für die Platzierung von Punkt- und Liniensensoren

LICHTSIGNALAUSWERTUNG

Alle zuvor gezeigten Sensoren können auf zwei verschiedene Arten ausgewertet werden:

SEPARATE AUSWERTEEINHEITEN
Diese Einheiten sind verfügbar als

• reine Lichtauswertegeräte für den Einsatz in z. B. Windkraftanlagen
• kombinierte Licht-/Stromauswertegeräte

In Abb. 8 ist das Schema einer Anwendung mit einem kombinierten Licht-/Stromauswertegerät als Master-Gerät in der Einspeisung dargestellt. Dieses Gerät verfügt über die notwendigen Stromeingänge – meist drei Phasen – und einen Erdstromeingang. Für verschiedene Lichtsensor-Typen und eine variierende Anzahl von Sensoren werden vom Hersteller auf Bestellung entsprechende Eingangskarten eingebaut.
Um die Kabellängen kurz zu halten, werden die Lichtsensoren der Abgänge dezentral auf ein E/A-Modul für Punktsensoren geführt und über eine Kommunikationsbusleitung mit dem Master-Gerät verbunden. Alle Lichtsignale werden via Kommunikationsbus an das Mastergerät gemeldet und mit einem im Störfall vorhandenen Stromsignal UND-verknüpft. Die Auslösung wird im Mastergerät abgesetzt (T1 bis T3) und ebenfalls via Kommunikationsbus an das dezentrale E/A-Modul gesendet, wo ebenfalls die Auslösekontakte (T) aktiviert werden. Die in der Abbildung beschriebenen Zonen können am E/A-Modul festgelegt und im Master-Gerät mit verschiedenen Prioritäten und Verzögerungen hinterlegt werden.

Dieses System eignet sich für den nachträglichen Einbau in Bestandsanlagen oder als Ergänzung zu anderen Schutzgeräten ohne Lichtbogenschutz-Auswertung. 

Abb. 7 Feldschutzgerät mit integrierten Lichtsensor-Eingängen

Abb. 8 Schema einer Lichtbogenschutz-Anwendung mit separatem Auswertegerät

Die Signale werden wie im zuvor beschriebenen Master-Gerät UND-verknüpft und die Auslösung über einen Kontakt direkt an den Leistungsschalter des Feldes gesendet. Für das Senden von Lichtsignalen aus dem Sammelschienenbereich an ein vorgelagertes Einspeiserelais oder Empfangen von Stromanrege- oder externen Auslösesignalen von der Einspeisung bestehen bei modernen Systemen zwei Möglichkeiten [2] – siehe Abb. 9:

• Kommunikation mit schnellen Binäraus-/-eingängen – siehe auch unseren Artikel "Integrierte und externe Lösungen",
• Kommunikation via IEC 61850 – Goose.

SELBSTÜBERWACHUNG

Die Selbstüberwachung der Sensorik ist für die Zuverlässigkeit eines Lichtbogenschutzsystems sehr wichtig. Bei elektronischen Punktsensoren wurde lange Zeit nur eine Drahtbruchüberwachung zwischen Sensor und Auswertegerät realisiert. Seit Kurzem sind Produkte am Markt erhältlich, die durch eine im Sensor eingebaute Lichtquelle auch die Funktion der Fotodiode zyklisch überprüfen. Bei Geräten mit Liniensensoren wird der Lichtwellenleiter mit einer im Auswertegerät integrierten Lichtquelle auf Bruch überwacht: Ein Testsignal in Form eines kurzen Lichtimpulses, das am Ausgang abgesetzt wird, muss am Eingang wieder ankommen.

Abb. 9 Vereinfachtes Schema zur Binär- bzw. Goose-Kommunikation

ZUSAMMENFASSUNG

Aktiver Lichtbogenschutz ist v. a. aus Sicht des Personenschutzes und der Wiederverfügbarkeit von Schaltanlagen nach Störfällen in Betracht zu ziehen. Zur Überwachung einzelner Schotträume sind Punktsensoren mit Fotodioden oder als Lichtwellenleiter verfügbar. Für eine großräumige Überwachung wie den gesamten Sammelschienenbereich werden unisolierte Lichtwellenleiter, die auf der gesamten verlegten Länge Licht detektieren, als Liniensensoren angeboten. Moderne Schutzsysteme können in bestehenden Anlagen ohne erheblichen Aufwand nachgerüstet werden. Für Neuanlagen bietet sich die Möglichkeit, Feldschutzgeräte mit integrierten Lichtbogenschutz-Eingangskarten einzusetzen. Der feldübergreifende Austausch von Licht- oder Stromanregesignalen kann über Binär- oder IEC-61850-Goose-Kommunikation erfolgen.

Quellen