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Einrichtung zur Herabsetzung der Berührungsspannung und Schrittspannung
Als Folge von Erdschlüssen von Starkstromleitungen treten mitunter Erdströme solcher Ausdehnung auf, dass auch in Geleiseanlagen und Fahrleitungen u. a., die weiter entfernt sind, Induktionsspannungen entstehen. Insbesondere bei ungünstigen Erdungsverhältnissen können dadurch Werte der Berührungsspannung und auch der Schrittspannung in der Nähe von Geleisen auftreten, die über dem nach den Vorschriften zugelassenen Werte liegen. Es sind daher Massnahmen zu treffen, die zur Verminderung der
Schritt- und Berührungsspannungen führen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Herabsetzung der Berührungsspannung von ausgedehnten metallischen Leitern, z. B. Geleisen, Fahrleitungen u. a., bzw. der Schrittspannung in deren Umgebung, die durch Erdschlüsse benachbarter Starkstromleitungen entstehen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Leiter in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sind, die durch Widerstände miteinander verbunden sind. Der Kreis, in welchem die induzierte Spannung auftritt, besteht aus dem metallischen Leiter, der Erdung an dem einen Ende des Leiters, der Erde selbst und der Erdung am andern Ende des Leiters. Die induzierte Spannung teilt sich auf die in diesem Kreis vorhandenen Widerstände auf.
Ist z. B. ein an beiden Enden geerdeter Leiter vorhanden, der eine gute Leitfähigkeit besitzt und der Beeinflussung durch das Feld einer Starkstromleitung ausgesetzt ist, bei der ein Erdschluss eingetreten ist, so tritt bei nennenswerten Widerständen in den Erdungspunkten an diesen Stellen die volle, im Kreis induzierte Spannung auf. Diese bzw. ein Teil derselben tritt als Berührungsspannung bzw. als Schrittspannung in Erscheinung. Diese erreichen, wie eingangs erwähnt, mitunter eine Grösse, die über den zugelassenen Werten liegt. Durch die Unterbrechung der beeinflussten Leiter und Einschaltung eines Widerstandes in die Unterbrechungsstelle wird die Spannungsverteilung entsprechend der geänderten Widerstandsverteilung im Kreis geändert.
Je nach der Grösse des Widerstandes fällt ein mehr oder minder grosser Teil der gesamten induzierten Spannung an dem eingeschalteten Widerstand ab, wodurch die Spannungen an den Erdungsstellen entsprechend vermindert werden. Ist diese Massnahme nicht ausreichend, so können mehrere Widerstände in gleicher Weise in den Leiter eingeschaltet werden, wodurch eine weitgehende Herabsetzung der Spannungen eintritt. Wie eine Überlegung ergibt, hat bei symmetrischen Verhältnissen im Kreis der Mittelpunkt d & s eingeschalteten Widerstandes Erdpotential, solange vollkommen gleichartige Verhältnisse in den einzelnen Abschnitten des beeinflussten Leiters herrschen. Um auch in allen Fällen, wo dies nicht der Fall ist, eine symmetrische Verteilung der spannung am eingeschalteten Widerstand und damit möglichst kleine Schritt- bzw.
Berührungsspannungen zu erreichen, wird der Mittelpunkt des Widerstandes vorteilhafterweise geerdet.
Bei der Anwendung des Prinzips auf elektrische mit Gleich- oder Wechselstrom betriebene Bahnen werden vorteilhafterweise ein oder mehrere induktive Widerstände in den Schienenstrang geschaltet, die mit einer zweiten Wicklung versehen sind, die vom Fahrleitungsstrom durchflossen ist. Die Bemessung der Widerstandsgrösse und die Schaltung ist dabei so getroffen, dass sich die Durchflutungen der beiden Wicklungen aufheben. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass für die Betriebsströme in der Fahrleitung und in den Geleisen bei Wechselstrombetrieb kein zusätzlicher induktiver Widerstand, bei Gleichstrombahnen keine Vormagnetisierung des Eisenkerns, auftritt und dennoch der vorher geschilderte Effekt der Spannungsaufteilung auf die Widerstände erzielt wird.
Aus verschiedenen Gründen unterliegen die Widerstandsverhältnisse im induzierten Kreis zeitlichen Schwankungen. Einerseits ändert sich der Widerstand des Erdreiches und anderseits ergeben sich Änderungen
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bei elektrischen Bahnen durch den wechselnden Ort der Verbraucher (Lokomotiven od. dgl.). Diese Umstände können naturgemäss bei der Auslegung der Widerstände nicht berücksichtigt werden, da diese Einflüsse ziffernmässig bei der Planung nicht erfasst werden können. Eine Annäherung an das Optimum kann dadurch erreicht werden, dass eine oder auch beide Wicklungen mit Anzapfungen versehen werden.
Dadurch ist es möglich, einen Mittelwert der Widerstände einzustellen und damit den Schwankungen weitgehend Rechnung zu tragen.
Fig. l zeigt beispielsweise die Anwendung der Erfindung für eine elektrische Bahn. Der Schienenstrang 1 und ebenso die Fahrleitung 2 sind in vier Abschnitte unterteilt, die durch Drosseln 3 miteinander verbunden sind. Diese Drosseln besitzen je zwei Wicklungen 4 und 5. Die Wicklung 4 ist in den Schienenstrang geschaltet, die Wicklung 5 in die Fahrleitung. Die Mittelanzapfung der Wicklung 4 ist geerdet.
Fig. 2 zeigt den Potentialverlauf im Schienenstrang. Bei dieser Darstellung sind nur die Widerstände der Drosseln berücksichtigt, die andern Widerstände sind vernachlässigt. Mit UDr ist die Spannung an der Wicklung 4 der Drossel bezeichnet. An einer beliebigen Stelle ist die Spannung der Schiene gegen Erde
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induzierte Spannung und n die Anzahl der Drosseln bedeutet. Im Beispiel ist n = 3.
In Fig. 3 ist der Aufbau einer Drossel dargestellt. Die Spulen sind in gleichem Sinne gewickelt ; die Schaltung ist nach Fig. 4 getroffen, so dass sich die in Fig. 3 dargestellten Durchflutungen durch den Schienenstrom (each) und durch den Fahrleitungsstrom (80 in angenähert gleicher aber entgegengesetzter Grösse ergeben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Herabsetzung der Berührungsspannung ausgedehnter, metallischer Leiter, z. B. von Geleisen, Fahrleitungen u. a., bzw. der Schrittspannung in deren Umgebung, die durch Erdschlüsse benachbarter Starkstromleitungen entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sind, die durch Widerstände miteinander verbunden sind.