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Sicherheitsschaltung für Leitungssysteme und fih'Wicklungen elektrischer Maschinen und Apparate.
Die grosse räumliche Ausdehnung moderner elektrischer Kraftverteilungsanlagen macht es erforderlich, besondere Sicherheitsschaltungen zu treffen, die beim Auftreten eines Fehlers im Netz den fehlerhaften Strang selbsttätig abschalten. Die bisher bekannt gewordenen Sicherheitsschaltungen dieser Art benutzen teilweise besondere Hilfsleitungen, die getrennt von den Hauptleitungen verlegt oder unmittelbar in den zu schützenden Kabeln angeordnet sind : teilweise sehen sie eine Unterteilung der Leitung bzw. des Kabels in zwei parallele Stränge vor. Ein Nachteil aller bisher bekannten Sicherheitsschaltungen liegt darin, dass sie erst wirken, nachdem der Fehler in der Leitung sich bis zum Strom- übergang ausgebildet hat, also ein mehr oder weniger starker Kurzschluss aufgetreten ist. Die schweren
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bildende Sieherheitsschaltung veranlasst.
Eingehende Untersuchungen elektrisch überanstrengter bzw. durchgeschlagener Kabelstücke haben gezeigt, dass sich der Kabeldurchschlag, wenn der Stromleiter aus einem mehrdrähtigen Seil oder einer Litze besteht, etwa folgendermassen entwickelt (Fig. 1). Sobald die elektrische Feldstärke an der
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die sieh in den Lücken li, zwischen den einzelnen Drähten der Decklage befindet, infolge ihrer gegenüber dem getränkten Papier der Isolierschicht geringeren elektrischen Festigkeit zersetzt und verbrennt, während das über die Drähte gewickelte Papier zunächst unbeschädigt bleibt.
Erst die bei der Zersetzung der Imprägniermasse frei werdende Wärme veranlasst eine allmähliche Zerstörung der innersten Papierlagen, die sich dann den folgenden Lagen mitteilt und schliesslich den vollkommenen Durchschlag des Kabels zur Folge hat. Die Tatsache, dass die auf diese Weise entstehenden Kohlenpartikel leitende Brücken zwischen den Drähten der Decklage des Seils herstellen, ist nun zur Ausbildung der neuen Sicherheitsschaltung benutzt worden.
Gemäss der Erfindung sind einige Drähte des Kabels mit einer schwachen Isolationsschicht umgeben, trotzdem auch diese Drähte in der gleichen Weise wie der Hauptteil des Leiterkernes an der Übertragung des Nutzstromes teilnehmen. Das Wesentliche der Erfindung besteht nun darin, dass zwischen diesen abisolierten Drähten und den Nachbardrähten betriebsmässig ein im Verhältnis zur Betriebsspannung des Leiters geringe Spannungsdifferenz unterhalten wird, welche über die ganze Länge eines Kabelabschnittes konstant ist. Dies hat den Zweck, dass beim Auftreten eines Fehlers die schwache Isolation dieser Drähte zerstört wird und in dem durch sie gebildeten und durch die Hilfsspannung erregte 11
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bleibt.
Da die Beanspruchung der Kabelisolation an der Oberfläche des Leiters am grössten ist, so ist es zweckmässig, die Anordnung so zu treffen, dass der oberflächige Teil des zu schützenden Leiters aus einer Anzahl schwach gegeneinander isolierter Drähte besteht, zwischen denen die erwähnte betriebsmässige Spannungsdifferenz herrschen soll.
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Die Drähte der obersten Decklage sind mit 7, ?,.'}, , J usw. bezeichnet. Die Isolierschicht, die etwa aus einer oder wenigen Lagen Papier besteht und die Drähte der Decklage gegeneinander und gegen die unter der Deckschicht liegenden Kupferdrähte isoliert, ist mit i bezeichnet. Ein Teil der die oberste Lage bildenden Drähte kann auch von Drähten des Leiterkernes selbst gebildet werden.
Zwischen je zwei benachbarten Drähten 1 und , i und J usw. der Oberfläche wird nun eine kleine Potentialdifferenz hergestellt. Zur Erzeugung derselben kann eine Hilfsstromquelle etwa eine Sammlerbatterie (siehe Fig. 3). bei Verwendung von Wechselstrom oder bei Verwendung von Gleichstrom oder Wechselstrom kleine Maschinen (siehe Fig. 4) dienen. Es kann aber auch bei Verwendung von Wechselstrom ein vom Betriebsstrom selbst gespeister Transformator verwendet werden, u. zw. kann zu diesem Zweck ein den Betriebs- strom umformender Transformator - und in ähnlicher Weise auch der Nutzstromerzeuger selbst-
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spannung wird zweckmässig 50-100 Volt gewählt. Sie kann aber auch beliebig höher oder niedriger sein.
Die Drähte der obersten Deeklage tragen zur Fortleitung'des Betriebsstromes in der gleichen Weise bei wie die übrigen Drähte des Seils ; sie sind mit diesen unter Zwischenschaltung der Hilfsstrom- quelle parallel geschaltet.
So lange das Kabel unbeschädigt ist, tritt in dem von der Hilfsstromquelle und zwei benachbarten Drähten der Oberfläche gebildeten Stromkreis ein Strom nicht auf. Sobald aber infolge Überanstrengung der Isolation oder aus anderen Ursachen ein Kohlepartikel sieh zwischen zwei Drähten ausbildet, wird au den geschilderten Ursachen die Isolation an dieser Stelle zerstört werden und in dem Hilfsstromkreis kommt ein Strom zustande. Dieser Strom kann in irgendeiner Form zur Betätigung eines Relais benutzt werden, das die Ausschaltung des Hauptschalters bewirkt oder zur Betätigung einer Alarm- oder sonstigen Fehleranzeigevorrichtung dient.
Eine besonders zweckmässige Ausführungsform für den Fall, dass man die Potentialdifferenz durch den Betriebsstrom selbst erzeugen lässt, ist in Fig. 7 dargestellt. Die isolierten Drähte der Oberfläche werden abwechselnd in zwei Gruppen parallel geschaltet, die ungeradzahligen bilden die Gruppe I, die geradzahligen die Gruppe II. Der Betriebsstrom geht hinter dem Schalter e zunächst durch einen Stromwandler a normaler Ausführung mit Primärwicklung p und Sekundärwicklung s, dann durch einen in besonderer Weise ausgebildeten Stromwandler b und tritt hinter diesem in das zu schützende Kabel ein.
Der Stromwandler b besitzt eine Primärwicklung pi und eine zweiteilige Sekundärwicklung p. Die Primärwicklung pi liegt im Hauptstrom oder in der Zuleitung zu den Innendrähten des Kabels, die zweiteilige Wicklung p2 dient zur Erzeugung der Zusatzspannung für die Drähte der Oberfläche.
Durch passende Bemessung der Zusatzwicklung p2 lässt sich eine beliebige Hilfsspannung erzeugen.
Diese Wicklung ist so angeordnet, dass der in ihren beiden Teilen fliessende Teil des Betriebsstromes (Richtungspfeile auf den Windungen) ohne Rückwirkung auf das Feld des Stromwandlers und daher auf die sekundäre Stromstärke bleibt, während durch den von der Hifsspannung etwa in ihr erregten überlagerten Strom (Richtungspfeile neben den Windungen) der Stromwandler b wie durch eine zweite Sekundärwicklung belastet wird. Die Sekundärwicklungen s und s1 der Stromwandler (i und b sind über die beiden Wicklungen w2 und/1'1 eines Relais r geschlossen. Die Einstellung wird so getroffen, dass. so lange in der Zusatzwicklung p2 des Stromwandlers b kein von der Hilfsspannung erzeugter Strom
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in seiner Ruhelage verbleibt.
Sobald indessen durch Auftreten der Kohlepartikel in der obersten Decklage zwischen den Gruppen I und II ein Stromübergang stattfindet, somit also ein übergelagerter Strom die Wicklung p2 durchfliesst, ändert sich die aus beiden Wicklungen p1 und p2 resdultierende Amperewindungszahl. Die Sekundärwicklung Si erhält einen geringeren Strom und damit wird das Gleichgewicht im Relais r gestört. Dasselbe spricht an und kann in irgendeiner beliebigen Weise, z. B. vermittels einer Hilfsbatterie und des Auslösemagneten m, den Schalter < 'oder eine Alarmvorrichtung usw. auslösen.
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mehr die Abmessungen des Kreises D, der die Form einer Drosselspule hat, dadurch verringert werden, dass man die Koppelung unter einer als zweckmässig errechneten anderen Übersetzung stattfinden lässt.
Die Korrektion der Charakteristiken kann ferner, wenn auch nicht in gleich vollkommener Weise. durch Koppelung des benachteiligten Kernes 3 mit einer Kapazität C (in Fig. 10 punktiert angedeutet) erfolgen, welcher der Kern die ihm fehlende Differenzerregung entnimmt. Gegebenenfalls können beide Mittelzugleichangewendetwerden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Sicherheitsschaltung für Leitungssysteme und Wicklung elektrischer Maschinen und Apparate, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen bestimmten Drähten des Kabelleiter. die gegenüber den ändern Drähten des Leiters mit schwacher Isolation versehen sind und ebenso wie die andern Drähte des Leiters an der Übertragung des Nutzstromes voll teilnehmen oder zwischen den isolierten Drähten und dem Hauptteil des Leiters eine im Verhältnis zu der Betriebsspannung des Kabels geringe Spannungsdifferenz über die ganze Länge eines Kabelabschnittes betriebsmässig unterhalten wird, zu dem Zweck.
dass beim Auftreten eines Fehlers die schwache Isolation der Oberflächendrähte zerstört wird und in dem durch sie gebildeten und durch eine Hilfsspannung erregten Stromkreis noch vor Ausbildung eines Kurzschlusses ein dem Betriebsstrom überlagerter Strom auftritt, der zur Abschaltung des fehlerhaften Stückes Veranlassung gibt.
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