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SicherheltsschaltungfürelektrischeKabelleitungen.
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für elektrische Kabelleitungen. zum Zwecke. beim Auftreten von mechanischen oder elektrischen Durchschlägen desisolationsmateriales nur den beschädigten Teil der Leitung vom Netz abzuschalten.
Die erfindungsgemässe Anornung besteht im wesentlichen darin, die den Hauptleitern ausser den üblichen metallischen Schutzhüllen (der @Bewehrung") innerhalb des eigentlichen Isolationsmaterials zugeordneten besonderen Hilfsleiter in Form einer leitenden Einlage derart zu einem von einer Hilfsspannung erregten Stromkreis zu benutzen, dass dessen Potential durch den Fehlerstrom eine Änderung erfährt, welche die selbsttätige Abschaltung der fehlerhaften Kabelstrecke zur Folge hat.
Die leitende Einlage soll die Biegsamkeit der Kabel nicht merklich
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des Auslösevorganges dem Zufall entzogen ist, da bei jedem Durchschlag unbedingt eine Funkenbrucke zustande kommt, zumeist zwischen Hauptleiter und Aussenmantel und damit zwischen llilfsleiter und Aussenmantel, und da weiter der Fehlerstrom nur als leitende Verbindung zum Schliessen oder Kurzschliessen des Auslösekreises, nicht aber selbst als Auslösestrom verwendet
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von Art und Umfang der Zerstörung des Kabels an der Fehlerst, elle :
allerdings werden die Auslöserelais um so leichter und schneller ansprechen, je besser die vom Fehlerstrom zwischen der leitenden Einlage und dem metallischen Aussenmantel gebildete Lichtbogenbrücke ausfällt. Bei geschickter Anordnung der leitenden Einlagen muss es beim Durchschlag zur Verschmelzung der letzteren mit dem metallischen Aussenmantel des oder der Kabel kommen.
Diese Hauptmerkmale der Erfindung lassen ersichtlich grosse Freiheit in der Wahl der Auslösevorrichtung und der sonstigen Ausbildung der Auslösekreise.
Gegenüber den bekannten Anordnungen bietet die neue Einrichtung wesentliche Vorteile.
Die Hilfsleitungen, die mit den Trenn Vorrichtungen in einem Stromkreis liegen. sind mit in das Isolationsmaterial des Kabels eingebettet. Das bietet den Vorteil, dass Zerstörungen der Isolation
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Anordnungen dagegen werden die Trennvorrichtungen nur dann betätigt, wenn der Strom, der in die energieführende Kabelleitung an dem einen Ende eintritt, nicht mehr gleich ist dem, der am anderen Ende austritt. Diese Anordnung erlaubt es also beispielsweise nicht, dass zwischen den Trennstellen dem Kabel nützliche Energie entnommen oder zugeführt wird, was bei vorliegendem
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schaltung über das Netz verteilt liegend zu denken sind.
Fig. 5 zeigt andeutungsweise eine geschlossene Rinpleitung mit fünf solchen Unterteilungspunkten (Ziffern 1 bis 5) ; C bedeutet den Anschlusspunkt der Krafterzeugungsstelle, der ebenso geschaltet ist wie jeder Unterteilungsbzw. Anschlusspunkt einer Verbrauchsstelle. Die in C erzeugte Energie fliesst nach zwei Seiten in die Ringleitung, wie durch Pfeile angegeben. Die Richtung der zwischen den Verbrauchsstellen strömenden Energie ist bei geschlossenem Ring ohne Kenntnis der Leitungswiderstände und der einzelnen Werte der Energieentnahme unbekannt.
In allen vier Beispielen ist Drehstrom als Stromart angenommen. Die Drehstromleitung besteht in den Fig. 1 und 3 aus drei einfachen nicht armierten Bleikabeln, und in den Fig. 2 und 4 aus dreifach verseilten eisenbandarmierten Kabeln. Die beschriebenen Anordnungen lassen sich ohncweitera für Wechselstrom beliebiger Phasenzahl verwenden, die in den Fig. 3 und 4 gegebene Anordnung ist auch für Gleichstrom brauchbar. Die benutzten Kabelleitungen unter scheiden sich von gewöhnlichen Kabeln durch die in die Isolation der einzelnen Leiter eingebettete. gut leitende metallische Einlage, die in jedem Fall von dem BleimanteL, bei verseilten Kabeln sowohl von dem Bleimantel wie von den metallischen Einlagen der übrigen Leiter, durch eine Isolationsschicht getrennt ist.
Bei Einfachkabeln folgt also auf den eigentlichen energieführenden
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zweite, im allgemeinen selhwach gehaltene Isolationsschicht . und schliesslich der Bleimantel c1, c2, c3. Bei Mehrfschkabeln werden die einzelnen ner, wenn sie, wie vorher, eine Isolationsschicht, dann die metallische Einlage und eine zweite Isolationsschicht erhalten haben. in der üblichen Weise verseilt. mit einer gemeinsamen Isolationsschicht versehen und erhalten
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den Auslöseapparaten abzusperren. Der m den Wicklungen ei bis e, liessende Strom hält im Falle 'der Fig. 1 und 2 bei fehlerfreiem Zustande der Kabelleitung ein Organ zur Einleitung des Auslöse- vu) ganges in Sperrstellung.
Als so) ( hes kann ein Unterbrechungsschalter dienen, der, freigegeben, einen elektrischen Hitfsstromkreis schliesst und dadurch etwa ein sekundäres Auslöserelais für die Nets, halte zur Wirkung bringt. Dieser FaH ist hier angenommen (Schaltorgane f1 bis f2)
Die von den Wicklungen e gesteuerten Sperrorgane f könnten indessen ebensogut mit einer rein mechanismen Vorrichtung zur Zusschaltung der Netzachalter in Verbindung stehen ;
die hills- strum < juelle ist also bei dieser Schaltung kein notwendiger Bestandteil der Einrichtung.
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über, die Dromelspulen d und die Wicklungen e an beiden Enden des fehlerhaften Kabels kurz- geschlossen, die zugehörigen Sperrorgane f werden frei und gestatten die Auslösung der nächstliegenden Netzschalter.
Bei den Anordnungen nach Fig. 3 und 4 ist eine besondere Hilfsstromquelle als wesentlicher Bestandteil der Einrichtung vorgesehen. Das hat gegenüber den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 den Vorteil, dass die Schaltungen dadurch für jede Stromart, also auch für Gleichstrom, verwendbar sind. Ausserdem wird durch diese Anordnung eine unbedingte sichere Beschränkung der Ausschaltung auf die beiden Enden der fehlerhaften Teilstrecke bewirkt. Die besonderen Merkmale der Schaltungen nach Fig. 3 und 4 bestehen darin, dass die leitenden Einlagen h und ihre Drosselspulen d hinter den Drosselspulen in Sternschaltung verbunden sind, und dass infolge der hiedurch
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Tritt bei den Anordnungen nach Fig. 3 oder 4 ein Durchschlag nach Erde ein. so schliesst die entstandene Funkenbrücke den Stromkreis der Hilfsstromquelle von Erde zu Erde. Dadurch werden die Auslösewicklungen m und n erregt und die Netzschalter geöffnet. Bei fehlerfreier Kabelleittmg ist in Wechselstromanlagen natürlich auch bei dieser Schaltung eine Kapazitäts- spannung in den Einlagen h vorhanden ; sie gleicht sich aber über die in Sternschaltung miteinander verbundenen Drosselspulen aus, ohne zu den Auslöseorganen oder zur Hilfsstromquelle zu gelangen.
Da der Hilfsstrom bei diesen Schaltungen über die Drosselorgane d fliessen muss. sollte die Hilfsstromquelle zweckmässig nur Gleichstrom oder aber Wechselstrom einer niedrigen Frequenz liefern, die erheblich unterhalb der Frequenz des Hauptnetzes liegt.
Bisher wurde nur von den praktisch wichtigsten Durchschlägen gesprochen, den Durch- 8schlägen von Hauptleiter nach Erde. Bei Mehrfachkabeln können jedoch auch Durchschläge zwischen den miteinander verseilten Kabeln auftreten. Dieser Fall ist zwar selten, weil auch ein Durchschlag dieser Art in den meisten Fällen das ganze Kabel zerstört und Erdschluss hervorruft. Es kann nun bei den beschriebenen Schaltungen in einfacher Weise eine Sicherung am h für diesen Fall geschatten werden, indem ein im Hauptnetz für den Uberapannungsschutz meint sowieso vorhandener Verkettungspunkt an Erde gelegt wird. Der geerdete Nullpunkt kann an allen oder einzelnen Unterteilungsstellen der Kabelleitung vorgesehen werden.
Eine solche Erdung ist in Fig. 4 an der Hochspannungswicklung des Stationstransformators vorgesehen.
Unter Voraussetzung eines solchen Verkettungspunktes wird dann bei den Anordnungen gemäss Fit !. 3 und 4 der Stromkreis der Hilfsstromquelle nach einem Durchschlag zwischen zm ei
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solche Nebenleitungen besonderer Überwachung bedürfen und die Möglichkeit unvorhergesehener und unkontrolherbarer Fehler und Störungen erheblich vermehren.
Andererseits kann die erfindungsgemäss vorgesehene geschlossene Hilfsleitung aus den hintereinander geschalteten leitenden Einlagen, Drosselspulen und A uslösewicklungen im Bedarfs- falle selbst zu solchen Zwecken benutzt werden. So kann durch statische Voltmeter zwischen jedem Hilfsleiter und der Erde der Isotationszustand der einzelnen Teilstrecken der Kabelleitung sowie bei Mehrphasenstromkabeln derjenige der verschiedenen Phasen dauernd kontrolliert werden, ein Vorteil, der bei keiner der bekannten Sicherheitsschaltungen vorhanden ist.
Die bisher beschriebene Anordnung hat indessen den Nachteil, dass in Hochspannungs- anlagen nur Hochspannungsapparate an die Hilfsleitung gelegt werden können. Um auch diesen
Nachteil zu beseitigen und die Hilfsleitung wenigstens in Wechselstromanlagen jederzeit ohne besondere Massnahmen für Niederspannungsapparate zugänglich zu machen, werden nach der vorliegenden Erfindung für die zu der Schaltung gehörenden Drosselorgane nicht Drosselspulen, sondern kleine Transformatoren gewählt (Messtranaformatoren), an die sich dann beliebige
Niederspannungsapparate und Messinstruu. ente anschliessen lassen.
Dadurch wird die ssilfsleitung in allen Fällen für beliebige Nebenzwecke verwendbar.
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