CH89629A - Sicherheitsschaltung für Leitungssysteme und für Wicklungen elektrischer Maschinen und Apparate. - Google Patents

Description

  Sicherheitssehaltung für Leitungssystenie und für Wicklungen elektrischer Masehinen  und Apparate.    Die grosse räumliche Ausdehnung mo  derner elektrischer Kraftverteilungsanlagen  macht es erforderlich, besondere Sicherheits  schaltungen zu treffen, die beim Auftreten  eines Fehlers im Netz den fehlerhaften  Strang selbsttätig abschalten. Die bisher be  kannt gewordenen Sicherheitsschaltungen  dieser Art benutzen teilweise besondere  Hilfsleitungen, die getrennt von den Haupt  leitungen verlegt oder unmittelbar in den  zu schützenden Kabeln angeordnet sind;  teilweise sehen sie eine Unterteilung der  Leitung bezw, des Kabels in zwei parallele  Stränge vor.

   Ein Nachteil aller bisher be  kannten Sicherheitsschaltungen liegt darin,       class    sie erst wirken, nachdem der Fehler in  der Leitung sich bis zum Stroniübergang  ausgebildet hat, also ein mehr oder weniger  starker Kurzschluss aufgetreten ist. Die  schweren zerstörenden Rückwirkungen eines  solchen Kurzschlusses auf die stromliefern  den Maschinen und Apparate und die ganze  Leitungsanlage haben die im folgenden be-    schriebene, cden Gegenstand der Erfindung  bildende Sicherheitsschaltung veranlasst.  



  Eingehende Untersuchungen elektrisch  Überanstrengter bezw. durchgeschlagener  <B>C</B>  Kabelstücke haben gezeigt, dass sieh der  Kabeldurchschlag, wenn der Stromleiter aus  einem     mehrdrälitigen    Seil oder einer Litze  besteht, etwa folgendermassen entwickelt  (Fig. 1):

   Sobald die elektrische Feldskirke  an dler Oberfläche des Seils das zulässige  Mass überschritten hat, wird zunäcbst die  Irmprägniermasse des Kabels, die sieh in,  den Lficken li zwischen den einzelnen Drah  ten der Decklage befindet, infolge ihrer ge  genüber dem getränkten Papier der     Isolier-          schiebt        1-eringeren    elektrischen Festigkeit       7.ersetzl,        und    verbrennt, während das über  die Drähte gewickelte Papier zunächst     im-          beschädi-[    bleibt.

   Erst die bei der     Zerset.     <B>M</B>       zun,-    der     Imprä--niermasse    frei werdende  Wärme     veranlasst    eine,     illmähliche    Zerstö  rung der innersten Papierlagen, die sich  dann. den folgenden Lagen mitteilt und      schliesslich den vollkommenen Durchschlag  des Kabels zür Folge hat. Die Tatsache, dass  die auf diese Weise entstehenden     Kohle-          partikel    leitende Brücken zwischen den  Drähten der Decklage des Seils herstellen,  ist nun zur Ausbildung der neuen Sicher  heitsschaltung benutzt worden.  



  Dieselbe besteht darin,     dass    der Kern des  zu schützenden Leiters von schwach gegen  einander isolierten Drähten umgeben ist, die  an<I>der</I> Leitung teilnehmen, wobei zwischen  den Nachbardrähten der Oberfläche     betriebs-          mnässig    eine im Verhältnis zur Betriebsspan  nung des Leiters geringe Spannungsdifferenz  unterhalten wird, zum Zweck, dass beim Auf  treten eines Fehlers die schwache Isolation  der Oberflächendrähte zerstört wird und in  dem durch sie gebildeten und durch die  Hilfsspannung erregten Stromkreis noch vor  Ausbildung eines Kurzschlusses ein dem  Betriebsstrom überlagerter Strom auftritt,  der zür Abschaltung des fehlerhaften     Stük-          kes    Veranlassung gibt,

   indem zum Beispiel  eine selbsttätige Abschaltung herbeigeführt  oder aber eine Alarm- oder sonstige Fehler       meldevorrichtung    betätigt wird, worauf das  Abschalten der Kabelstrecke von Hand er  folgen kann, da hierfür noch genügende Zeit  bleibt.  



  In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel  eines Kabels dargestellt.  



  Die Drähte 1, 2, 3, 4, 5 usw, der obersten  Deeklage sind durch eine geringer Span  nung wNiclersteliende Isolierschicht i, etwa  eine oder wenige Lagen Papier, gegeneinan  der und gegen die unter der Deckschicht  liegenden Kupferdrähte isoliert. Ein Teil der  die oberste Lage bildenden Drähte kann auch  von Drähten des Leiterkernes selbst gebildet  werden. Zwischen je zwei benachbarten  Drähten 1 und 2, 2 und 3 usw, der Oberfläche  wird nun eine kleine Polentialdifferenz her  gestellt. Zur Erzeugung derselben kann eine  Hilfsstromquelle etwa eine Sammlerbatterie  (s. Fig. 3) bei Verwendung von Wechsel  strom oder M Verwendung von Gleich  strom oder Wechselstrom kleine Maschinen  (s. Fig. 4) dienen.

   Es kann aber auch bei    Verwendung von Wechselstrom ein vonm  Betriebsstrom selbst gespeister Transforma  tor verwendet werden, und zwar kann zu  diesem Zweck ein den Betriebsstrom um  formender Transformator - und in ähn  licherweise auch der Nutzstromerzeuger  selbst --- mit zusä ' tzlichen Windungcen  (s. Fig. 3) bezw. Anzapfungen (s. Fig. ffl  versehen sein. Die Grösse der Hilfsspannung  wird zweckmässig 50-100 Volt gewählt. Sie  kann aber auch beliebig höher oder     nie-          chiger    sein.  



  Dic Drähte der obersten Decklage tragen  zur Fortleitung des Betriebsstronmes in der  gleichen Weise bei wie die übrigen Drt äh ite  des Seils: sie sind init diesen unter Zwi  schenschaltung der Hilfsstromquelle pirallel  geschaltet.  



  Solange das Kabel unbeschädigt ist, tritt  in, dem von der     Hilfsstromquelle    und zwei  benachbarten Drähten der Oberfläche gebil  deten Stromkreis ein Strom nicht auf. So  bald aber infolge Überanstrengung der Iso  lation oder aus andern Ursachen ein     Kohle-          partikel    sich zwischen zwei Drähten     ausbil-          clet,    wird aus den     zesrhilderten    Ursachen  die Isolation an dieser Stelle zerstört wer  den, und in dem     1-Tilfsstromkreis        kornmt    ein  Strom zustande.

   Dieser Strom kann in ir  gend einer Form zur Betätigung eines Re  lais benutzt werden,- das die     Ausschaltun    v  des Hauptschalters bewirkt oder zur     Betät!-          gung    einer Alarm- oder sonstigen     Fehler-          anzei,'    -evorrichtun- n dient.  



  Eine besonders zweckmässige Ausfüh  rungsform für den Fall,     dass    man die Poten  tialdifferenz durch den Betriebsstrom selbst  erzeugen     lässt,    ist in     Fig.   <B>7</B>     clar,-estellt.    Die  isolierten Drähte der Oberfläche werden ab  wechselnd in zwei Gruppen parallel geschal  tet, die     ungeradzahligen    bilden die Gruppe<B>1.</B>  die     geradzahligen    die Gruppe<B>11.</B> Der     Be-          friebsstrom    geht hinter dem Schalter<B>c</B> zu  nächst durch einen     Stromwandlera    normaler  Ausführung mit     PrimärwickILin,

  -   <B>p</B> und     Se-          kundärwickung    s, dann durch einen in be  sonderer Weise ausgebildeten     Stromwandlei     <B>b</B> und tritt hinter diesem in das zu schüt-      zende Kabel ein. Der Stromwandler b be  sitzt eine Primärwicklung p, und eine zwei  teilige Sekundärwicklung p2 Die Primär    wicklung p, liegt im Hauptstrom oder in der  Zuleitung zu den Innendrähten des Kabels,  die zweiteilige Wicklung P2 dient zur Erzeu  gung der Zusatzspannung für die Drähte  der Oberfläche Durch passende Bemessungv  der Zusatzwicklung P2 lässt sich eine belie  bige Hilfsspannung erzeugen.

   Diese     Wick-          hung    ist so angeordnet, dlass der in ihren bei  den Teilen fliessende Teil des Betriebsstromes  Richtungspfeile auf den Windungen) ohne  Rückwirkung auf das Feld des Stromwand  lers und daher auf die sekundäre Strom  stärke bleibt, während durch den von der  Hilfsspannting etwa in ihr erregten über  lagerten Strom (Richtungspfeile neben den  Wimdungen) der Stromwandler b wie durch  eine zweite Sekundärwicklung belastet wird.  Die Sekumdärwicklungen s und s, der Strom  wandler a und b sind über die beiden     Wick-          hingen    u2, und wz1 eines Relais r geschlossen.

    Die Einstellung wird so getroffen, dass, so  lange in der Zusatzwicklung p2, des Strom  wandlers b kein von der Hilfsspannung er  zeugter Strom fliesst, die Wicklungen iw1  und w2 in ihrer Wirkung auf dem Relais r  sich gegenseitig aufheben und letzteres in  seiner Rulielage 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 p, und p, resultierende Ampèr     e-          windungszahl.    Die Sekundärwicklung s,  erhält einen geringeren Strom, und damit  wird das Gleichgewicht im Relais r gestört.  Dasselbe spricht an und kann in irgend  einer beliebigen Weise, z.

   B. vermittelst  einer Hilfsbatterie d und des Auslösemagne  tes ni, den Schalter c oder eine Alarmvor  richtung usw. auslösen.  



  Die beschriebene Anordnung kann nicht  nir bei Leitungen, sondern auch bei den  Wicklungen elektrischer Maschinen und  Apparate mit Vorteil benutzt werden. Ihre    Vorteile bestehen, wie nochmals zusammen  gefasst werden soll, in folgendem:  1. Die Anordnung wird bereits wirksam.  bevor sieh der Fehler zu einem vollkomme  nen Durchschlag ausbildet. Dadurch werden  Kurzschlüsse und ihre nachteiligen Folge  erscheinungen verhindert.  



  9. DieAnordnung verhindert infolge der  vorzeitigen Ausschaltung eine weitgehende  Zerstörung des Kabels, sie erleichtert so  mit die Feststellung der Fehlerursache und  verringert den Aufwand für die Ausbesse  rung.  



  Das Vorhandensein der isolierten Lei  tungen in der Decklage ermöglicht eine  exakte Bestimmung des Fehlerortes.  



  li. Die Anordrnung benötigt keine beson  deren Hlilfskabel und ist für jede Stromart  und jede Kabeltype gleichgut verwendbar.  



  Da es gleichgültig ist. ob der Ausgleich  der Hilfsspannun ' g über verkohlte Teile  eines festen Dielektrikums oder in beispiels  weise durch     Koronaerseheinung    ionisierten  Gasen oder Luft erfolgt, so kann die Schal  tung auf gleiche Weise auch an Freileitun  gen zur Anwenduinggebracht werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCII: Sicherheits,schaltung für Leitungssysteme und Wicklun.1-en elektrischer Maschinen und --\pl)ai'ate, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern des züi schützenden Leiters von schwach gegeneinander isolierten Drähten umgeben ist, die an der Leitung teilnehmen. wobei zwischen den Nachbardrähten der OberfEiche betriebsmässig eine im Verhält nis zu der Betriebsspannung des Leiters ge ringe Spanmingsdifferenz unterhalten wird.

   zum Zweck, (lass beim Auftreten eines Feh lers die schwache Isolation der Oberflächen drähte zerstört wird und in dem durch sie gebildeten und durch eine Hilfsspannun- erregten Stromkreis noch vor Ausbildung eines Kurzschlusses ein dem Betriebsstrorn Überlagerter Strom auftritt, der zur Abschal tung des fehlerhaften Stückes Veranlassung gibt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Sieherheitssehaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte der Oberfläche abwechselnd mit den bei den Polen einer zweiteiligen Hilfsstrom quelle verbunden sind. 2.

   Sicherheitsschaltung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs stromquelle so an die Drähte der Ober- fliiäche und an den Leiterkern angeschlos sen ist, dass eine über die Länge des Lei ters konstante Spannungsdifferenz zwi- sehen den Drähten der Oberfläche und dem Leiterkern erzeugt wird. Sicherheitsschaltung nach dem Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte der Oberfläche abwechselnd mit den freien Polen einer zweiteiligen Sekundärwicklung eines Transformators (b) verbunden sind, dessen Primärwick lung von dem Betriebsstrom gespeist wird. 4.

   Sicherheitsschaltung nach dem Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine selbsttätige Abschaltung der gefähr deten Leiterstrecke durch die Differenz wirkung der Sekundärwicklungen l's und S') zweier Transformatoren (a und<B>b)</B> erfolgt, von denen die zweite (s,) von dern zur Herstellung der Hilfsspannung die nenden Transformator<B>(b)</B> erregt wird. und von denen die erste<I>(s)</I> von einer vom Betriebsstrom durchflossenen Primär wicklung<B>(p)</B> erregt wird.

   <B>5.</B> Sicherheitsschaltung nach dem Patent anspruch und den Unteransprüchen<B>1</B> bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim An sprechen der Sicherheitsschaltung ehie beliebige Fehlermeldevorrichtung inWir. kung tritt.