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Vorrichtung zur Überwachung elektrischer Leitungen.
Es ist wünschenswert, dass beim Auftreten eines Fehlers in einer Leitung nicht nur die Leitung selbsttätig abgeschaltet wird, sondern dass auch die Lage des Fehlers wenigstens angenähert erkennbar wird. Hiezu kann das zur Sicherung der Leitung dienende Gerät mit verwendet werden.
Es sind Geräte zur Abschaltung fehlerhafter Leitungen bereits bekannt, bei denen sich ein Zeigerglied entsprechend dem Verhältnis von Spannung und Stromstärke einstellt, d. h. also entsprechend dem Widerstand des Kurz- schlusskreises. Da der Widerstand der Längeneinheit der Leitung bekannt ist und der Widerstand des
Kurzschlusslichtbogens dem Widerstand der Leitung gegenüber, wenigstens anfänglich gewöhnlich ver- nachlässigt werden kann, so ist die Messung des Widerstandes praktisch gleichbedeutend mit der Messung der Entfernung des Fehlerortes.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche die Stellung, die ein derartiges Fehlerortmesswerk infolge eines Leitungsfehlers angenommen hat, kenntlich macht, damit die'Entfernung des Fehlerortes auch dann noch erkennbar bleibt, wenn das Messwerk bereits wieder in eine andere Stellung übergegangen ist. Einerseits ändert sich nämlich der Widerstand des Kurzschlusskreises sehr schnell, da der anfänglich kurze Lichtbogen seine Länge wesentlich zu vergrössern pflegt, anderseits treten auch wenige Sekunden nach dem Entstehen des Fehlers die automatischen Abschalteeinrichtungen in Tätigkeit, so dass die fehlerhafte Leitungsstrecke abgeschaltet wird und das Fehlerortmesswerk wieder in seine normale Stellung zurückgeht.
Wesentlich für die Erfindung ist natürlich, dass das Messgerät zur Anzeige des Widerstandes möglichst genau arbeitet. Diese Genauigkeit könnte beeinträchtigt werden, wenn das Drehmoment des Zeigergliedes zur Betätigung irgendwelcher mechanischer oder elektrischer Einrichtungen benutzt würde. Gemäss der weiteren Erfindung wird daher die Stellung des Zeigergliedes durch ein besonderes Hilfsrelais kenntlich gemacht, das durch den eingetretenen Leitungsfehler in Tätigkeit gesetzt wird. Das Hilfsrelais kann beispielsweise ein Überstromrelais sein ; noch sicherer spricht ein Spannungsabfallrelais oder ein weiteres Widerstandmessgerät auf den Eintritt eines Leitungsfehlers an.
Das Fehlerortmesswerk kann statt den Quotienten aus Spannung und Stromstärke, also den scheinbaren Widerstand, auch den Quotienten multipliziert mit dem Cosinus des Phasenverschiebungswinkels messen, also den Wirkwiderstand oder auch den Quotienten multipliziert mit dem Sinus des Phasenverschiebungswinkels, also den Blindwiderstand. Im allgemeinen wird es von der Art des Netzes und seinen Betriebsbedingungen abhängen, welcher dieser Widerstandswerte am zweckmässigsten zur Grundlage des Schutzsystems gemacht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Der Zeiger der Einrichtung zum Messen des Widerstandes ist mit 201 bezeichnet. Sobald die Spannung in der Leitung auf einen bestimmten Minimalwert sinkt, der auf das Auftreten eines Fehlers schliessen lässt, lässt das Relais 230 seinen Anker fallen und unterbricht dadurch einen Kontakt, über den die Stromquelle 206 den Elektromagneten 231 speiste, so dass dieser den Fallbügel 202 fallen lässt. Der Zeiger 201 trägt an seinem Ende ein Kontakt-
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und 204 besteht.
Liegt der Fehler in der zu überwachenden Strecke, so bew, gt sich der Zeiger 201 iibrr den Kontaktstücken 20B-203/n ; liegt der Fehler in der Nachbarstrecke, so steht der Zeiger 201 über dem Kontaktstück 204. Wird der Zeiger 201 bei der gezeichneten Stellung durch den Fallbügel 202 niedergedrückt, so entsteht ein Kontakt zwischen seinem Kontaktstück 212 und dem Kontaktstück 203'.
Hiedurch wird ein in dieser Figur nicht gezeichnetes Abschalterelais in Tätigkeit gesetzt, zugleich aber auch ein Stromkreis geschlossen, der von der Batterie 206 über 208, 209, Zeiger 20- ?, Kontaktstück SO-3', Fallklappe 205', Batteriepol 207 verläuft. Die Fallklappe 205'lässt erkennen, dass der Fehler im Teil B der zu überwachenden Strecke liegt. Die ganze zu überwachende Strecke ist in vier Teile. A., B, 0, D zerlegt und jede der Fallklappen 205,205', 205", 205'"kennzeichnet einen dieser Teile. Steht beim Niedergehen des Fallbügels 202 der Zeiger mit seinem Kontakt 212 über dem Kontaktstück 204, so liegt der Fehler in der Nachbarstrecke. Der entstehende Kontakt betätigt dann eine Fallklappe 233.
Man kann das Kontaktstück 204 so weit ausdehen, dass es auch dann noch einen Kontakt macht, wenn die Leitung fehlerfrei ist. Von dem Kontaktstück 204 führt ausserdem eine Leitung 232 zu den Kontakten des Minimalspannungsrelais 230. Infolgedessen wird bei einem Kontakt zwischen 212 und 204 diese Kontaktstelle überbrückt und dadurch der Elektromagnet 231 erregt, der den Fallbügel 202 wieder anhebt. Hie-
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einzustellen, vor allem also auch einen in der eigenen Strecke nachträglich entstehenden Kurzschluss anzuzeigen.
Wenn mehrere Leitungsstrecken von einer einzigen Stelle aus überwacht werden sollen, ist es zweckmässig, die Fallklappen aller dieser Leitungsstrecken in einem gemeinsamen Tableau zusammenzubauen. Fig. 7 zeigt eine derartige Ausführung. Die Fallklappen 215-215'" dienen zur Anzeige des Fehlerortes in einer zweiten Nachbarstrecke und werden durch ein zweites Messinstrument gesteuert, wie in der Zeichnung angegeben. Eine Fallklappe 222, die nahe der Fallklappe 233 angeordnet ist, zeigt an, dass der Fehler nicht innerhalb dieser zweiten Leitungsstrecke liegt.
In der Figur ist die Schaltung so eingerichtet, dass jeweils nur eine Fallklappe fällt oder höchstens zwei, wenn der Zeiger gerade zwischen zwei Kontaktstücken steht. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, dass sämtliche Fallklappen bis zu der dem Fehlerort zugeordneten Klappe fallen. Die Fallklappen können beispielsweise durch Buchstaben wie in Fig. 7 dargestellt, bezeichnet werden, aber auch durch Kilometerzahlen oder Mastnummern. Sie können auch durch Lampen oder andere Signalvorrichtungen ersetzt werden..
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das Relais 11 von der Batterie 5 Strom und schliesst einen weiteren Stromkreis, durch den das Relais 14 erregt wird. Dieses öffnet den Schalter 15.
Diese Einrichtung könnte jedoch auch dann in Wirkung treten, wenn der Teil des Netzes, dem die Leitung 9 angehört, ordnungsmässig abgeschaltet ist. Auch dann würde, da ja keine Spannung mehr vorhanden ist, der Anker 4 abfallen, und der Zeiger 201 könnte möglicherweise eine Einstellung über der Kontaktbahn 13 einnehmen, da kein Drehmoment mehr auf ihn einwirkt, wenn sowohl die Spannung wie die Stromstärke, deren Quotienten er misst, verschwinden. Aus diesem Grunde ist in den Stromkreis des Elektromagneten 2 noch eine Kontaktstelle 6 eingeschaltet, die durch den Anker 10 eines Stromrelais 7 im allgemeinen überbrückt wird. Das Stromrelais wird über den Stromwandler 8 erregt.
Wird aber infolge Abschaltens des betreffenden Teiles des Leitungsnetzes die Leitung 9 stromlos, so fällt auch der Anker 10 ab und der Stromkreis für den Elektromagneten 2 bleibt unterbrochen, so dass die Schutzvorrichtung überhaupt nicht in Wirksamkeit treten kann. Der Fallbügel 1 kann durch das Stromrelais 7 auch vermittels einer mechanischen Sperre am Heruntergehen verhindert werden.
Die Schutzvorrichtung kann anstatt durch ein Minimalspannungsrelais auch durch andere Relais in Tätigkeit gesetzt werden, beispielsweise durch ein Relais, das ebenso wie der Zeiger 201 vom Widerstande der Leitung abhängig ist.
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Es kann vorkommen, dass auch bei fehlerfreier Leitung aus irgendwelchem Grunde. z. B. infolge einer vorübergehenden Überlastung, die Spannung über die Normalgrenze hinaus sinkt, so dass das Minimalspannungsrelais 5 in Tätigkeit tritt und der Fallbügel 1 herabgeht. Der Streckenschalter 15 wird dann zwar nicht geöffnet, da der Zeiger 201 nicht oberhalb der Kontaktbahn 13 steht. Der Zeiger ist aber durch den Fallbügel r festgehalten, und wenn zufällig während der Spannungsemiedrigung ein Kurzschluss in der Leitung auftritt, kann die Schutzvorrichtung nicht wirksam werden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird bei der Ausführung nach Fig. 7 ein Kontakt 204 geschlossen.
In Fig. 2 sind weitere Ausführungsformen dargestellt.
Der Zeiger 201 steht über der Kontaktbahn l"i nur dann, wenn in der zu überwachenden Leitungsstrecke 9 ein Kurzschluss ist. Die Relais und Leitungen zum Öffnen der Streekenschalter sind ebenso angeordnet wie in Fig. 1 und sind in Fig. 2 daher der Übersichtlichkeit wegen nicht noch einmal mitgezeichnet. Ist ein Kurzschluss in der zu überwachenden Leitungsstrecke und das Verhältnis Spannung zu Stromstärke infolgedessen unter einen bestimmten Betrag gesunken, so steht der Zeiger 201 über der Kontaktbahn 13, wie in Fig. 2 gezeichnet, Das Minimalspannungsrelais mit der Spule 26 und dem Anker 27 ist über den Spannungswandler 28 an die Leitung 9 angeschlossen. Bei normaler Spannung schliesst der Anker 27 die Kontakte 20.
Infolgedessen liegt der Elektromagnet 22 an'der Hilfsstrom- quelle 31. Der Elektromagnet 22 hält dann den Fallbügel 21 angehoben. Sinkt die Spannung unter den vorgesehenen Grenzwert, so wird der Stromkreis unterbrochen und der Magnet 22 lässt den Fallbügel 21 fallen. Ist die Leitung in Ordnung, so dass der Zeiger 201 in der strichliert angedeuteten Stellung steht, so entsteht ein Kontakt zwischen dem Zeiger und der Kontaktbahn 25. Da der Drehpunkt des Zeigers 201 mit dem einen der Kontakte 20, die Kontaktbahn 25 mit dem andern dieser Kontakte verbunden ist, wird die Unterbrechung dieser Kontaktstelle wieder aufgehoben, der Magnet 22 wird wieder erregt und der Fallbügel erneut angehoben. Der Kontakt zwischen Zeiger und Kontaktbahn 25 wird dadurch wieder unterbrochen und der Fallbügel21 geht auf und nieder.
Der Zeiger 201 hat infolgedessen die Möglichkeit, sich auf geänderte Widerstands werte in der Leitung fortlaufend einzustellen.
Will man die Bewegung des auf und nieder gehenden Fallbügels 21 verzögern, so kann man, statt den Kontakt 20 unmittelbar zu überbrücken, ein in Fig. 2 punktiert angedeutetes Hilfsrelais 33 verwenden, das seinen Anker 34 nur mit Verzögerung fallen lässt. Der Zeiger 201 und die Kontaktbahn 25 sind dann nicht an die Kontakte 20 angeschlossen. Durch den Kontakt zwischen dem Zeiger 201 und der Kontaktbahn 25 wird vielmehr dieses Verzögerungsrelais 33 erregt, dessen Anker 34 eine elektrische Verbindung der Kontakte 35 herstellt und erst durch diese die Kontaktstelle 20 überbrückt. Statt ein besonderes Relais 33 anzuordnen, kann man auch auf dem Spannungsrelais eine zweite Spule anordnen.
Die Einrichtung kann auch so ausgebildet werden, dass zwischen dem Zeiger 201 und dem Fallbügel 21 ein elektrischer Kontakt geschlossen wird. Der Fallbügel wird in diesem Falle so eingerichtet, dass er mit dem Zeiger nur an demjenigen Teil der Skala, der dem fehlerfreien Zustand der Leitung entspricht, also im Bereiche der Kontaktbahn 25 einen Kontakt herstellt. Über dem Teil der Skala dagegen, innerhalb dessen der Zeiger einen Fehler in der Leitung anzeigt, ist der Fallbügel isoliert, beispielsweise durch eine Belegung mit Pressspan. Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Vorderseite eines derartigen Fallbügels 36, darunter die Kontaktbahn-M, über der der Zeiger 201 bei fehlerhafter Leitung spielt.
Oberhalb dieser Kontaktbahn ist die Unterseite des Fallbügels 36 mit einer isolierenden Schicht 37 versehen. Über dem Teil der Skala dagegen, über dem der Zeiger bei fehlerfreier Leitung spielt, hat der
Fallbügel 36 eine leitende Untrrfläche 38. Die Verbindungsleitung, welche bei Fig. 2 an die Kontakt- bahn 25 gelegt war, muss bei Fig. 3 an den Fallbügel 36 gelegt werden.
Um diese Mängel zu beseitigen, werden gemäss der Erfindung die mit grösserer Verzögerung arbeiten- den Relais 53 und 55 erst dann endgültig in Tätigkeit gesetzt, wenn eines der mit geringerer Verzögerung arbeitenden Relais, z. B. das Relais 44, Zeit gehabt haben, die von ihnen überwachten Leitungsstrecken abzuschalten.
Wenn der Fehler nicht mehr innerhalb der überwachten Leitungsstrecke, sondern im ersten Anfang der Nachbarstrecke liegt, so könnte infolge von Ungenauigkeiten der Messeinrichtung der Fall eintreten, dass die tberwachungsvorrichtung trotzdem zur Wirkung kommt. Man kann dies vermeiden, wenn man sie auf einen genügend kleinen Widerstand einstellt. Dann ist aber die Gefahr vorhanden, dass ein Fehler ganz am andern Ende der Strecke sie nicht zum Ansprechen bringt. Es empfiehlt sich unter solchen
Umständen, eine zweite Schutzvorrichtung anzuordnen, die in ihren Wirkungskreis die benachbarte
Strecke einschliesst. Damit diese zweite Schutzvorrichtung nur in Wirksamkeit tritt, wenn die erste
Schutzvorrichtung versagt, wird die Auslösezeit der zweiten Vorrichtung grösser gewählt als die Auslöse- zeit der ersten.
Zur Erläuterung dieser Anordnung dient die sc. hematisehe Darstellung der Fig. 4. Hier ist ein zu überwachender Teil eines Leitungsnetzes dargestellt, der zwischen den Knotenpunkten 47, 48, 49, 50 liegt. Jede zwischen zwei Knotenpunkten liegende Leitungsstrecke kann an jedem Ende durch Schalter a abgetrennt werden, u. zw, steht jeder Schalter unter dem Einfluss zweier Relais. Die Relais 41, 42, 43,
44, 45, 46 sprechen beispielsweise eine Sekunde nach Auftreten eines Fehlers an, aber nur dann, wenn der Blindwiderstand der überwachten Leitungsstreeke auf drei Viertel des Wertes sinkt, den die gesamte überwachte Leitungsstrecke hat. So tritt z.
B. das Relais z dann in Tätigkeit, wenn ein Kurzschluss
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zwischen Knotenpunkt 48 und dem Punkte 43'der Leitung entsteht, das Relais 44 dann, wenn der Fehler zwischen dem Knotenpunkt 49 und dem Punkte 44'liegt. - Die Realis 51, 52, 53, 54, 55, 56 dagegen schalten
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noch dadurch vereinfachen, dass beide Relais, die ein und denselben Streckenschalter betätigen, zur Bestimmung der Lage der Fehlerstelle, d. h. zum Messen des Widerstandes, ein gemeinsames Fehlerortmesswerk haben. Entsteht ein Kurzschluss etwa bei 58, so tritt sowohl das von 48-43'wirkende Relais 43 als auch das von 49 bis 44'wirkende Relais 44 in Tätigkeit, u. zw. beide mit einer Verzögerung
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hätten, kommen nicht mehr zur Wirkung.
Befindet sich aber der Fehler beispielsweise bei 17, so liegt er in dem Bereich nur eines kurzzeitigen Relais, nämlich des Relais 44. Dies öffnet seinen Schalter nach einer Sekunde, während das Relais 43 nicht in Tätigkeit tritt. Die einseitige Abschaltung der fehlerhaften Leitungsstrecke genügt im allgemeinen nicht, um den Spannungszusammenbruoh zu beseitigen. Infolgedessen kommt nun sowohl das Relais 53 wie auch das Relais 56 zur Wirkung, die beide auf die gleiche längere Auslösezeit eingestellt sind, und es ist zweifelhaft, welches von ihnen beiden zuerst anspricht. Das ist ein Mangel der geschilderten Anordnung, da gewünscht wird, dass zwecks beiderseitiger Abtrennung
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weise mit abschalten würde.
Um diese Mängel zu beseitigen, werden gemäss der weiteren Erfindung die Fehlerortzeiger wieder freigegeben, nachdem die Zeit zur Abschaltung der kürzeren'Leitungsstrecken abgelaufen ist. Nachdem die Zeiger Zeit gehabt haben, sich neu einzustellen, werden sie von neuem mit ihrer Unterlage in Berührung gebracht.
Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Die Leitung 60 wird durch Schalter 61 abgetrennt, sobald der Sperrzahn 62 durch die Klinke 63 freigegeben wird. Diese ist an einem Winkelhebel befestigt, gegen dessen freies Ende 64 der Bolzen 65 stösst, sobald das Solenoid 66 Strom bekommen hat. Dieses zieht den Kern 67 an. Ein Hemmwerk 68 verzögert die Bewegung, so dass die Klinke 63 erst nach einer halben Sekunde ausgelöst wird. So lange die Spannung im Netz aufrechterhalten bleibt, werden die Anker 69 und 70 von ihren Solenoiden festgehalten, die von dem Messwandler 71 gespeist werden.
Fällt aber die Spannung ab, so wird durch den Anker 69, etwa nach Ablauf einer halben Sekunde, ein Kontakt geschlossen ; von dem Anker 70, der mit einem Hemmwerk 72 versehen ist, ein anderer Kontakt erst nach Ablauf von 1 : y2 Sekunden. Ein Zeiger 73, der über einer Skala spielt, misst den Widerstand der Leitung.
Der Zeiger ist an seinem Ende mit einem Kontaktstück 75 versehen, das über einer Kontaktbahn 76 wandert, ohne sie zu berühren. Über dem Spielbereich des Zeigers sind ferner zwei Fallbügel 77 und 78 angeordnet, die unter dem Einfluss zweier Elektromagnete 79 und 80 stehen. Der Magnet 79 erhält von Batterie 82 Strom, sobald der Anker 69 Kontakt macht, der Elektromagnet 80 von der Batterie 83, sobald der Anker 70 Kontakt macht. Befindet sich der Zeiger 73 im Bereich desjenigen Fallbügels, der durch seinen Elektromagneten heruntergezogen wird, so entsteht zwischen dem Kontaktstück 75 und der Kontaktbahn 76 ein Kontakt und das Solenoid 66 wird von der Stromquelle 81 erregt.
Die Vorrichtung arbeitet also folgendermassen : Sobald ein Fehler in der Leitung auftritt, sinkt die Spannung und beide Anker 69 und 70 werden losgelassen. Nach einer halben Sekunde führt der Anker 69 einen Stromschluss herbei, durch den der Elektromagnet 79 erregt und der FallbÜgel 77 heruntergezogen wird. Liegt der Fehler innerhalb der eigenen Strecke, so ist der gemessene Blindwiderstand klein und der Zeiger 73 liegt im Bereich des niedergehenden Fallbügels 77. Es entsteht dann zwischen 75 und 76 Kontakt, das Solenoid 66 wird erregt und nach einer weiteren halben Sekunde wird infolgedessen der Schalter 61 geöffnet. Liegt dagegen der Fehler innerhalb des überwachten Teiles der Naehbarstrecke, so gelangt der Zeiger 73 in den Bereich des Fallhügels 78. Das Niedergehen des Fallbügels 77 bleibt vollkommen wirkungslos.
Nach einer Sekunde haben die andern kurzzeitigen Relais der Leitung Zeit gehabt, ihre Schalter zu öffnen. Ist dadurch die Fehlerstelle von dem hier betrachteten Relais abgetrennt, so zeigt der Zeiger 73 wieder grösseren Widerstand an, verlässt also den Bereich beider Fallbügel. Der Schalter 61 wird daher auch dann nicht geöffnet, wenn der Spannungszusammenbruch noch weiter bestehen bleibt. Ist. dagegen durch die kurzzeitigen Relais die Fehlerstelle nicht abgetrennt, so bleibt der Zeiger z an der gezeichneten Stelle stehen, wird, sobald nach Ablauf von 1* Sekunden der Anker 70 einen Stromschluss herbeiführt, zum Kontakt mit der Kontaktbahn 76 gebracht und der Schalter 61 wird nach insgesamt zwei Sekunden geöffnet.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem nur ein Fallbügel erforderlich ist. Zur Auslösung des Schalters 61 sind zwei Relais vorgesehen. Das eine besteht aus dem Solenoid 90 und dem Anker 91. Dieses arbeitet mit einer Verzögerung von einer halben Sekunde. Das zweite Relais, bestehend aus dem Solenoid 92 und dem Anker 93, arbeitet mit Verzögerung von einer Sekunde. Der Zeiger 73, der den Widerstand misst, arbeitet mit zwei Kontaktbahnen 94 und 95 zusammen. Über der ersten Kon-
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