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Einrichtung zum Schutze von elektrischen Gleichstrom- oder
Einphasennetzen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutze von elektrischen Gleichstrom-oder Ein- phasennetzen mit wenigstens einer zu der Netzleitung parallelliegenden in Abschnitten mit dieser zu Stromkreisen verbundenen Hilfsleitung, bei welcher ein Überwachungsstrom mit einer gegenüber der Netzfrequenz wesentlich höheren Frequenz eingespeist wird, der zur Speisung von Überwachungsgeräten, i und eventuell bei im Netz auftretenden Kurzschlüssen zum Abschalten vonSchaltvorrichtungen dient.
Ein zu überwachende Netz grosser Länge hat einen induktiven Widerstand, der mit höher werdender Überwachungsfrequenz und länger werdender Leitung wächst ; der induktive Widerstand wird also schliesslich eine Begrenzung des im Falle eines Fehlers auftretenden Überwachungsstromes auf einen Wert bewir- ken, der niedriger als der für die Auslösung gewählte Ansprechwert Ist.
Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, welche die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet und welche insbesondere den Vorteil hat, dass im Falle eines Fehlers an irgendeiner Stelle einer Einphasen-oder Gleichstromleitung, z. B. einer Fahrdrahtoberleitung. eine ausreichende Überwachungsstromstärke zur Verfügung steht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Überwachungseinrichtung, welche eine vom Ort eines eventuellen Fehlers praktisch unabhängige Empfindlichkeit hat.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, den Ursprungsort eines Fehlers durch eine Unterteilung des Netzes zu lokalisieren.
Weiters wird durch die Erfindung bezweckt, einen fehlerhaften Teilabschnitt entweder abzuschalten oder zu identifizieren, wenn das Netz durch eine allgemeine Abschaltvorrichtung geschützt wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Ansprechempfindlichkeit dadurch zu verbessern, dass das als Folge der normalen Netzbelastung auftretende unerwünschte Signal auf mehrere Überwachungvorrichtungen verteilt wird, so dass das Verhältnis zwischen dem als Folge von Fehlern auftretenden Signal und dem unerwünschten Signal für jede Überwachungsvorrichtung erhöht wird.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, dass in den Abschnitten der Hilfsleitung oder in die Verbindungsleitung jedes dieser Stromkreise mindestens ein der Abstimmung mit der Selbstinduktivität des betreffenden Abschnittes auf die Frequenz des Überwachungsstromes dienender Reihenkondensator verlegt ist und dass diese Stromkreise zu wenigstens einer Gruppe zu- sammengefasst sind, wobei der Überwachungsstrom in den Eingangskreis jeder Gruppe eingespeist ist.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist ein auf die Frequenz des Überwachungsstromes abgestimmtes Filter vorgesehen, über welches der Überwachungsstrom gleichzeitig in die zu überwachende Netzleitung und die Hilfsleitung eingespeist wird und welches den Durchgang eines von der zu schützenden Leitung kommenden Stromes verhindert.
Gemäss ändern Merkmalen der Erfindung weisen die Abschnitte abteilendenVerbindungsleitungen Widerstände auf, deren Wert jeweils um so viel geringer ist, als die entsprechende Verbindung weiter von der Stromquelle zur Speisung der zu überwachenden Leitung entfernt ist. Die Überwachungsvorrichtung kann zur Messung der Summe der durch die Netzleitung und durch die Hilfsleitung fliessenden Überwachungsströme oder zur Messung des Überwachungsstromes, der durch jede der Verbindungsleitungen zwi-
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sehen der Netzleitung und der Hilfsleitung fliesst, eingerichtet sein.
Erfindungsgemäss empfiehlt es sich auch, ebensoviele Überwachungsvorrichtungen für den Überwachungsstrom wie Hilfsleitungen vorzusehen, wobei die eine der Überwachungsvorrichtungen auf die Summe der Überwachungsströme anspricht, welche durch die Netzleitung und durch die eine der Hilfsleitungen fliessen und jede der andern Überwa- chungsvorrichtungen auf den Überwachungsstrom anspricht, welcher jeweils durch die Netzleitung und die andere der Hilfsleitungen fliesst. Weitere Merkmale der Erfindung bestehen noch darin, zwischen der zu überwachenden Netzleitung und der Hilfsleitung ebensoviele Netzschalter wie Verbindungsleitungen vorzusehen, wobei die Überwachungsvorrichtungen des durch jede der Verbindungsleitungen fliessenden Überwachungsstromes zur Betätigung der Vorrichtung zur Abschaltung des Teilabschnittes, in dem ein Fehler aufgetreten ist, eingerichtet sind.
Schliesslich empfiehlt es sich auch noch, eine Vorrichtung zur allgemeinen Abschaltung der Netzspeisung vorzusehen und die Überwachungsvorrichtungen des durch jede der Verbindungsleitungen zwischen der Netzleitung und der Hilfsleitung fliessenden Überwachungsstromes zur Betätigung dieser allgemeinen Abschaltvorrichtungen einzurichten, wobei ein Femsteuerungssystem zur Einspeisung eines vom Überwachungsstrom unterschiedlichen Hilfsstromes, z. B. eines Gleichstromes, angeordnet ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.
In dieser zeigt Fig. 1 das Schaltschema einer Fehler-Überwachungsvorrichtung bei einem Oberleitungsnetz, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Schaltschemas nach Fig. 1, Fig. 3 das Schalt- schema-einer Fehler-Überwachungsvorrichtung, bei dem in einem dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Netz analogen Netz Teilabschnitte vorgesehen sind, Fig. 4 das Schaltbild einer Schutzeinrichtung, welche Abschaltgeräte aufweist, die die Abtrennung von fehlerhaften Teilabschnitten gestatten, und Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform, bei'der die Fehler-Überwachungsvorrichtungen ein einzelnes Abschaltgerät betätigen und bei der die Lokalisierung des fehlerhaften Teilabschnittes möglich ist.
In allen dargestellten Fällen handelt es sich um ein Netz, dessen Schutz gegen Kurzschlüsse durch ein Auslösesystem gewährleistet wird, welches durch eine Überwachungsvorrichtung für einen Überwachungsstrom mit gegenüber der technischen Netzfrequenz wesentlich höheren Frequenz betätigt wird.
Insbesondere besteht das gegen Kurzschlüsse zu schützende Netz aus einer Oberleitung 1, welche über einen Schalter 3 von einer Stromquelle 2 gespeist wird. Die Rückführung des Stromes erfolgt entweder in üblicher Weise nach den Fig. 1, 2 und 3 durch die Schienen 4, auf denen eine schematisch bei 5 dargestellte Fahrdrahtlokomotive läuft, deren Motoren über die von dem Stromabnehmer 6 an der Leitung 1 einerseits und den Rädern 7 an den Schienen 4 anderseits hergestellten Kontakte mit Strom versorgt werden, oder die Rückführung erfolgt nach den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Beispielen über Erde.
Gemäss einem wesentlichen Merkmal der Erfindung liegt parallel zur Oberleitung 1 eine Hilfsleitung
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bezeichnet. Der erste Abschnitt 1 ist über einen Kondensator Cal mit dem Ausgang 8 des Hochfrequenz- Überwachungsstromgenerators 9 verbunden, während der letzte Abschnitt l-über einen Kondensator C bn mit der Oberleitung 1 in Verbindung steht.
Anderseits besitzt jeder Abschnitt der Hilfsleitung L an seinen Enden zwei Kondensatoren, u. zw. : C , Cbl für den Abschnitt l, C , C für den Abschnitt 12'Ca3' Cb3 für den Abschnitt l3, Can, Cbn für den Abschnitt In'Die Kapazität dieser Kondensatoren wird so gewählt, dass die Kapazitätspaare jedes Abschnittes mit dessen Selbstinduktivität einen auf die Frequenz des Generators 9 abgestimmten Kreis bilden, welcher aus diesem Grunde bei dieser Frequenz eine minimale Impedanz Zi, Zj , Z g... bzw. Zmn besitzt.
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Abschnittegleich.
In Anbetracht der Tatsache, dass die abgestimmten Kreise nicht vollkommen sind, sind die ImpedanzenZm1.Zm2...Zmm jedochnicht Null; aus diesem Grunde hat die Hilfsleitung L eine Impedanz, die am Ende des letzten Abschnittes In gleich nZ ist.
Eine weitere Besonderheit der Schaltung besteht darin, dass die Verbindungspunkte A, A , A3... AnzwischendenaufeinanderfolgendenAbschnittenl1,l2,l3...lnderHIlfsleitungLmitentsprechenden Punkten B1, B2, B3 ... bn der Oberleitung l in Verbindung stehen. Um an jedem der Verbindungspunkte eine etwa konstante Leitungsimpedanz zu erhalten, wird an jeder Verbindungsstelle mit Ausnahme der Stelle A, Bn zwischen die Hilfsleitung L und die Oberleitung 1 ein Widerstand r, r., rg... r geschaltet. Wenn mit n die Anzahl der Abschnitte und mit x die Ordnungszahl irgendeiner
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Verbindung bezeichnet wird, beträgt der Wert rx des Widerstandes dieser Verbindung rx = Zm (n-x), wobei x von l bis n läuft.
Die Ausgangsklemme 8 des Generators 9 ist über ein auf die Generatorfrequenz abgestimmtes Filter mit der Oberleitung 1 verbunden ; dieses Filter besteht aus einer Induktionsspule 10, einem Kondensator 11 und einem Widerstand ru, dessein Wert gleich nZm ist.
Der von dem Generator 9 abgegebene Hochfrequenz-Überwachungsstrom wird von einer Überwachungsvorrichtung 12 überwachte welche von der Sekundärseite eines in der VerbindungsleitungGenera- tor-Netz angeordneten Stromtransformators 14 gespeist wird. Die Überwachungsvorrichtung 12 betätigt in üblicher Weise den Schalter 3, wenn ein Kurzschluss zwischen der Oberleitung 1 und Erde auftritt.
Gemäss einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 ist die Hilfsleitung L durchgehend. Wie im vorstehend beschriebenen Beispiel wird die Hilfsleitung L in regelmässigen Abständen
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Durch die Widerstände r, r... r wird von einem bis zum ändern Ende der Oberleitung eine kon- stante Auslöseempfindlichkeit gewährleistet. Der Wert jedes Widerstandes ist wie bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel gleich Zm (n-x), wobei x von 1 bis n läuft. Die Verbindung An, Bn am Ende der Hilfsleitung wird über die Kapazität Cn hergestellt, während die Verbindung der Leitung L mit dem Generator 9 über die Klemme 8 des Generators erfolgt. Wie bei der ersten Ausführungsform besitzt der in Reihe mit der Induktionsspule 10 und dem Kondensator 11 zwischen den Generator und das Netz geschaltete Widerstand r. den Wert nZm.
Die übrige Schaltung gleicht der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschriebenen völlig ; auch die Arbeitsweise ist analog.
Wenn ein Schutz mit höherer Selektivität, d. h. die Bestimmung des fehlerhaften Teilabschnittes der Oberleitung gewünscht wird, kann die beispielsweise in Fig. 3 dargestellte verbesserte Schaltung gewählt werden.
Bei dieser Ausführungsform sind zwei Hilfsleitungen Ll und L vorgesehen, welche parallel zueinander zwischen die Ausgangsklemme 8 des Hochfrequenz-Überwachungsstromgenerators 9 und die Oberleitung 1 geschaltet sind. Insbesondere ist die Hilfsleitung L 1 in regelmässigen Abständen zwischen zwei Punkten Xl, X der ersten Leitungshälfte mit der Oberleitung l z. B. entsprechend der Schaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden. Die zweite Hilfsleitung L, ist in gleicher Weise wie die erste, je-
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wenn ein Kurzschluss auf der ersten Hälfte X, X der Oberleitung 1 auftritt.
In gleicher Weise speist die Sekundärwicklung 13B des Transformators 14g ein Überwachungs-Auslösegerät 12B, welches den Schalter 3 im Falle eines Kurzschlusses auf der zweiten Hälfte Y1, Y2 der Oberleitung 1 betätigen kann. Wenn auf der Oberleitung 1 zwischen den beiden Zweigpunkten X, und Y ein Kurzschluss auftritt, betätigen die beiden Überwachungs-Auslösegeräte 12A und 12g gleichzeitig den Schalter 3.
Die Schaltung nach Fig. 3 besitzt ausser den oben genannten Vorteilen den Vorteil, dass sie den in der Fahrdrahtlokomotive 5 und weiteren eventuell vorhandenen ähnlichen Fahrdrahtlokomotiven fliessenden Überwachungsstrom höherer Frequenz durch Verteilung auf zwei Hilfsleitungen LI und L, verringert, daraus ergibt sich eine erhöhte Empfindlichkeit der Schutzvorrichtung.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass die Schaltung nach Fig. 3 die Unterteilung der Überwachung der Oberleitung 1 in Teilabschnitte gestattet.
Zwei Überwachungs-Hilfsleitungen ermöglichen also die Lokalisierung eines eventuellen Fehlers in
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Offensichtlich gestatten drei Hilfsleitungen, die Oberleitung in fünf verschiedene Teilabschnitte zu unterteilen ; allgemein kann die Oberleitung bei p Hilfsleitungen in 2p-1 Teilabschnitte unterteilt werden.
Um eine selektive Fehlerüberwachung durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Netzunter-
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teilung zu gewährleisten, kann auch die beispielsweise in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird der in jeder Verbindung zwischen der Hilfsleitung L und der zu überwachenden Leitung 1 fliessende Überwachungsstrom höherer Frequenz überwacht. Der unter Umständen in einer der Verbindungen festgestellte Überwachungsstrom wird dazu verwendet, eine Vorrichtung zur Abschaltung der Speisung des fehlerhaften Teilabschnittes zu betätigen.
Insbesondere ist in Fig. 4 ein einphasiges, aus einer Speiseleitung 1 bestehendes Netz dargestellt, dessen Rückführung durch Erde erfolgt. Dieses Netz kann entweder an einem Ende oder an beiden Enden durch Stromquellen 22 und 23 gespeist werden.
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bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wirdabgestimmtes Filter 10, 11 eingespeist. Zwei Sperrkreise 27 und 28 halten den Überwachungsstrom von den Stromquellen fern. Die aneinandergrenzenden Enden der Abschnitte 11 und li sind über den gemeinsamen Punkt Al zweier Kondensatoren Cb1 und Ca2 und über eine Verbindungsleitung Z1 mit der Leitung 1 verbun-
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Wenn in der Leitung l,z.B. zwischen den Punkten B1 und B, ein Fehler auftritt, sprechen beide oder nur die eine oder andere der Überwachungsvorrichtungen in der Verbindungsleitungen Z1 und Z2 an. Wenn der Fehler zwischen B 1 und B2 sehr nahe an dem einen Verbindungspunkt (z.B. bei Bz) auftritt, wird nur die der Verbindungsleitung Z2 zugeordnete Überwachungseinrichtung ansprechen, denn die den Überwachungsstrom beeinflussende Kreisimpedanz ist wegen der hauptsächlich aus induktiven Anteilen bestehenden Impedanz des Teilabschnittes B, B in der Verbindungsleitung Z 2 geringer als in der Verbindungsleitung Zl.
Die Erregung des Relais rd2 bewirkt jedoch die gleichzeitige Öffnung der Abschaltvorrichtung D2 und der Verbindungsleitung Z2. Dieser Zustand wird auf Grund des magnetischen oder elektrischen Haltens des Relais rd2 beibehalten. Wenn der Fehler nicht inzwischen behoben ist, fliesst jetzt also fast der gesamte Überwachungsstrom nur über die Verbindungsleitung Zl durch die Fehlerstelle.
Die Überwachungsvorrichtung der Verbindungsleitung Zl wird also die Öffnung der Abschaltvorrichtung D1 bewirken. Folglich ist der Teilabschnitt B1, 2 vollständig abgeschaltet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird der an jeder Verbindungsstelle fliessende Überwachungsstrom verwendet, um eine Vorrichtung zur Fernsteuerung einer allgemeinen Abschaltvorrichtung durch Einspeisung eines anders als der Überwachungsstrom gearteten Hilfsstromes zu betätigen. Dieser Hilfsstrom ist vorteilhafterweise ein Gleichstrom.
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quelle 22 aufweist. Der Generator 9 mit erhöhter Frequenz speist den Überwachungsstrom durch ein abgestimmtes Filter 10,11 in die Leitung 1 und in die Hilfsleitung L ein. Der Sperrkreis 27 hält den Überwachungsstrom von der Stromquelle 22 fern. Eine Gleichstromquelle 37 liegt zwischen Erde und - über die Spule eines Auslöserelais 38 - der Hilfsleitung L.
Vorteilhafterweise ist ein Filter 39 vorgesehen, um den Durchgang eines von der zu schützenden Leitung 1 kommenden, zeitlich veränderlichen Stromes zu verhindern, welcher entweder auftritt, wenn die Quelle 22 eine Wechselstromquelle ist oder, falls an der Quelle 22 eine Gleichrichtung erfolgt, wenn eine Restwelligkeit bleibt.
In den Verbindungsleitungen Zu Z ... sind Stromtransformatoren t1'tz.,. vorgesehen, deren Sekundärwicklungen durch Kondensatoren c., c ... auf die Überwachungsfrequenz abgestimmt sind ; diese Sekundärwicklungen speisen Auslöserelais rd1'rdz..., welche bei Erregung die Schliessung der Kontakte K, K .. und damit die Speisung von Relais S1, S2., bewirken. Darauf schliessen die Kontakte f1, f2 dieser Relais. und die Verbindung der Abschnitte l1, l2 ... der Hilfsleitung über Verbindungsleitungen m m,... mit Erde wird hergestellt.
Im Falle der Auslösung einer Überwachungsvorrichtung z. B. einer der Verbindungen Z,Z fliesst der von der Quelle 37 stammende Gleichstrom durch das Relais 38, die Hilfsleitung L, die Verbindungs-
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genüber den Impedanzen der Kapazitäten ist.
Dieser Strom bewirkt die Erregung des Relais 38, welches seinerseits über den jetzt geschlossenen Kontakt 40 die Auslösespule 41 des allgemeinen Abschaltgerätes 42 erregt, so dass das Netz abgeschaltet wird.
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Wenn z. B. zwischen den beiden Verbindungspunkten B1 und B2 ein Fehler auftritt, werden die eine oder andere oder beide in die die Fehlerstelle umgebenden Verbindungsleitungen Z1, Z2 geschalteten Vorrichtungen ausgelöst, so dass die Abschaltung der Speisung durch die Abschaltungsvorrichtung 42 erfolgt. Wenn die Relais S. S2 ... Halterelais sind, verfügt man zugleich über ein Mittel zur Lokalisierung des Fehlers, da dieser in einem der beiden an das ausgelöste Relais angrenzenden Teilabschnitte liegen muss. Wenn beide Relais ausgelöst werden, wie das bereits in der Beschreibung der Fig. 1 erläutert wurde, ist der Fehler in dem durch diese beiden Relais eingeschlossenen Teilabschnitt zu suchen.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 ist auf ein durch zwei oder mehrere Quellen gespeistes Netz anwendbar. Das kann dadurch geschehen, dass an jeder Speisungsstelle eine Gleichstrom-Einspeisungsvorrichtung mit einer Quelle 37, einem Filter 39 und einem Relais 38 eine Abschaltvorrichtung 42 und die andem notwendigen Zubehörteile vorgesehen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ; sie kann in vielfacher Weise abgewandelt werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutze von elektrischen Gleichstrom- oder Einphasennetzen mit wenigstens einer zu der Netzleitung parallelliegenden, in Abschnitten mit dieser zu Stromkreisen verbundenen Hilfsleitung, bei welcher ein Überwachungsstrom mit einer gegenüber der Netzfrequenz wesentlich höheren Frequenz eingespeist wird, der zur Speisung von Überwachungsgeräten und eventuell bei im Netz auftretenden Kurzschlüssen zum Abschalten von Schaltvorrichtungen dient, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ab-
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sammengefasst sind, wobei der Überwachungsstrom in den Eingangskreis (li) jeder Gruppe (L) eingespeist ist.