DE1024596B

DE1024596B - Sicherheitssystem fuer elektrische Kabel mit in diesen eingebetteten UEberwachungs- und Steuerleitern

Info

Publication number: DE1024596B
Application number: DEM13238A
Authority: DE
Inventors: Albert Oudard
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1951-03-06
Filing date: 1952-03-05
Publication date: 1958-02-20
Also published as: FR1074635A; BE523877A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für elektrische Kabel mit in diesen eingebetteten Überwachungs- und Steuerleitern zur Überwachung auf Isolationsfehler, die noch nicht zur Ausbildung eines anomalen Ableitungsstronies geführt haben. Derartige Sicherheitssysteme werden für elektrische Fernsteuerkreise benötigt, wie sie beispielsweise in schlagwettergefährdeten Gruben Verwendung finden.

Man hat nun schon vorgeschlagen, zwei oder mehrere Relais zu verwenden,, welche bei fortschreitender Zunahme des Fehlers nacheinander in Wirksamkeit treten und die Größe des Fehlers selbsttätig anzeigen. Ferner ist es bekannt, Kabel mit einer Vorrichtung zu kombinieren, die den Isolationszustand eines Leiters überwacht, wobei dieser Leiter ¹S aus leitendem Gummi oder einer leitenden plastischen Masse und einem metallischen Teil besteht.

Demgegenüber besteht bei dem eingangs genannten Sicherheitssystem die Erfindung darin, daß ein. Überwachungsrelais zusammen mit einer Gitterröhre und dem festen Teil eines veränderbaren, einseitig geerdeten Spannuingsleiiters in einem mit Gleichstrom gespeisten Überwachungskreis eingeschaltet ist und daß der Fehlerstrom des Kabels durch einen besonderen mit dem Schieber des Spannungsteilers verbundenen Stromkreis geführt wird, der bei einem Isolationsfehler über den betroffenen Leiter des Kabels, insbesondere den. Überwachungs- oder den. Steuerleiter, beeinflußt wird und seinerseits über die Gitterröhre den Überwachungskreis steuert.

Im nachstehenden, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, ohne jedoch die Erfindung durch dieses Ausführungsbeispiel zu beschränken..

Abb. 1 stellt einen Querschnitt durch das Kabel,

Abb. 2 das grundsätzliche Schema eines Sicherheitssystems gemäß der Erfindung dar.

In Abb. 1 ist 1 der Steuerleiter, 2 ein mit diesem koaxialer Leiter, der vom Steuerleiter durch die Isolationsschicht 3 getrennt ist. Um den Leiter 2 sind symmetrisch angeordnet die Phasen- (Kraftstrom-) Leiter a, b, c und. der Erdleiter d. Jeder dieser vier Leiter ist mit einer Isolierhülle 4 versehen, und alle vier Leiter zusammen mit dem Leiter 2 sind in eine aus leitendem Gummi bestehende Masse 5 eingebettet, die eine innere leitende Hülle bildet, welche von der Erde durch den äußeren, aus nichtleitendem Gummi bestehenden Schutzmantel 6 isoliert ist. Der Leiter 2 ist somit der mit der leitenden Hülle verbundene Leiter. Die Phasenleiter a, b, c stehen unter der Leitungsspannung, die innere leitende Hülle unter einer Gleichspannung von 24 Volt. Diese Ausbildungsform eines Kabels und die genannte Schaltungsweise sind an sich bekannt. Die Schaltung der verschiedenen Leiter zur Erzielung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystem für elektrische Kabel

mit in diesen eingebetteten
überwachungs- und Steuerleitern

Anmelder:

Etablissements Merlin & Gerin,

Societe Anonyme, Grenoble, Isere

(Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Neureiter, Patentanwalt,
Nürnberg, Pirkheimerstr. 94

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 6. März 1951

Albert Oudard, Grenoble, Isere (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

Sicherheitssystems wird im nachfolgenden erläutert werden.

Abb. 2 zeigt ein. Schaltschema des Sicherheitssystems gemäß der Erfindung. Darin sind a¹, b^x, c¹ die Phasen der ankommenden Leitung, an welche über den Trennschalter 8 und das Schütz 9 die Phasen a, b, c der Speiseleitung des zu schützenden Verbrauchers, in diesem Falle des Motors 10, angeschlossen sind. Die Speiseleitung ist durch den Rahmen 11 angedeutet, der schematisch das Kabel der Abb. 1 darstellt, bestehend aus den Phasenleitern a, b und c, dem Steuerleiter 1, dem koaxialen Leiter 2, der inneren leitenden Hülle 5, in die alle vorgenannten Leiter eingebettet sind, und schließlich aus dem äußeren isolierenden Mantel 6; das Schütz 9 wird durch seine Haltespule 12 in. geschlossener Stellung gehalten. Ein Ende der Spule 12 ist vor dem Schütz 9 an die Phase c¹, das andere Ende an die Phase b¹ angeschlossen:, und zwar über einen vom Einschaltrelais 13 betätigten Kontakt. Der Kreis der Einschalt- und Haltespule 12 ist somit offen, wenn das Relais 13 stromlos und sein, Kontakt offen ist.

Das Einschaltrelais 13 ist an die Klemmen des Kondensators 14 angeschlossen, der in den Steuerkreis eingeschaltet ist. Letzterer enthält außerdem die »Ein«- und »Aus«-Schaltknöpfe 15 und 16 sowie den Gleichrichter 17. Der Einschaltknopf 15 ist durch einen Widerstand 18 überbrückt. Das eine Ende des Steuerkreises ist an die eine Klemme der Sekundär-

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wicklung des Transformators 19, das andere Ende an die Erde geschaltet. Die zweite Klemme der Sekundärwicklung ist ebenfalls geerdet. Der Transformator 19 ist oberspannungsseitig vor dem Schütz 9 an die Phasen b¹ und c¹ der ankommenden Leitung angeschlossen. Seine Sekundärwicklung liefert eine sehr niedrige Spannung, die im allgemeinen, aber nicht notwendigerweise 24 Volt beträgt. Im Stromkreis des Einschaltrelais befindet sich der vom Überwachungsielais20 betätigte Wechselkontakt 21-22. Wenn das Relais 20 erregt ist, ist der Kontakt 21 und damit der Stromkreis des Relais 13 geschlossen. Wenn das Relais 20 stromlos ist, ist der Kontakt 21 offen, der Kontakt 22 dagegen geschlossen, so daß der Stromkreis des Relais 13 unterbrochen und der Kondensator 14 kurzgeschlossen ist. Letzterer ist somit während der Zeitspanne, in der er nicht wirksam sein muß, gegen etwaige im Steuerkreis auftretende Überspannungen geschützt.

Zwischen der nicht geerdeten Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 19 und Erde ist ein Stromkreis 23 geschaltet, der eine durch den Rahmen 24 schematisch dargestellte, aus mehreren Gleichrichtern und Kondensatoren gebildete Gleichstromquelle mit Wechselstrom speist und außerdem den Spannungsteiler 25 enthält. Die Gleichstromquelle wird als nicht zur Erfindung gehörig nicht näher beschrieben. Sie stellt im übrigen ein in der Gleich- ! ichtertechnik wohlbekanntes Element dar.

Der von der Gleichstromquelle 24 mit Gleichstrom gespeiste Kreis 26¹ - 26² enthält außer dem Überwachungsrelais 20 noch die Anode P und das Gitter G² der Dreigitterröhre 27. Das Gitter G¹ dieser Röhre ist über die Widerstände 41, 42, 43 und 44, das Gitter G³ über die AViderstände 45 und 46 an den Schieber des Spannungsteilers 25 angeschlossen. Die Kathode Ca der Röhre 27 ist mit der nicht geerdeten Klemme des Spannungsteilers 25 verbunden. Die Widerstände 41, 42, 43 bilden mit den Kondensatoren 47 und 48 den Filter 49, der dazu bestimmt ist, die Wechselspannung, welche die an den Klemmen des Spannungsteilers 25 herrschende Gleichspannung überlagert, der Kathode Ca und dem Gitter G¹ fernzuhalten. Der Kondensator 50 dient seinerseits dazu, eine etwaige Wechselspannungskomponente, die bei unsymmetrischer Spannungsverteilung auf dem Netz entstehen könnte, zur Erde abzuleiten.

Der gemeinsame Punkt der Widerstände 43 und 44 ist über den Leiter 33 mit dem künstlichen, durch die Widerstände 30, 31 und 32 erzielten Nullpunkt 29 verbunden, während der gemeinsame Punkt der Widerstände 45 und 46 über den Leiter 28 mit dem Hohlleiter 2 verbunden ist. Wie bereits erwähnt, ist dieser Leiter mit der inneren leitenden Hülle 5 verbunden und dient zur Abführung etwaiger in dieser Hülle auftretender Fehlerströme.

Die gesamte Anordnung funktioniert wie folgt: Da der Transformator 19 vor dem Schütz 9 an die ankommende Leitung angeschlossen ist. steht er so lange unter Spannung, wie der Trennschalter 8 geschlossen ist. Er liefert einen Wechselstrom an die Gleichstromquelle 24, die einen Gleichstrom einerseits in den Kreis 26¹ — 26² und andererseits durch den Spannungsteiler 25 schickt, so daß zwischen den Klemmen des letzteren eine Gleichspannung herrscht. Die Gitter der Elektronenröhre 27 erhalten eine derartige Vorspannung, daß, wenn die Isolation der Speiseleitung a, h, c der übrigen Leiter des Kabels 11 sowie des Verbrauchers 10 in einwandfreiem. Zustand ist, in dem Stromkreis 24 - 26¹ - Überwachungsrelais 20 - Anode P - Gitter G₂ - 26* - 24 dauernd ein Gleichstrom fließt, der das Relais 20 und demzufolge das Relais 13 und das Schütz 9 geschlossen hält. In dem vom Steuerleiter, der Sekundärwicklung des Transformators 19 und der Erde gebildeten Stromkreis fließt infolge des Gleichrichters 17 ein einwelliger pulsierender Strom, der, solange der Einschaltknopf 15 offen ist, sehr schwach ist, da dann der Widerstand 18 sich im genannten Kreise befindet. Dieser Strom fließt dank der Gegenwart des Kondensators 14 auch durch den Stromkreis des Einschalterelais 13, der, wie soeben ausgeführt, geschlossen ist. Der Widerstand 18 ist so bemessen, daß der pulsierende Strom zu schwach ist, um das Relais 13 einzuschalten, wenn es offen ist, aber hinreichend stark ist, es eingeschaltet zu halten, wenn es erst einmal eingeschaltet ist. Wenn nun der Verbraucher 10 gespeist, d. h. die Leitung a-, b, c unter Spannung gesetzt werden soll, wird auf den Einschaltknopf 15 gedrückt. Hierdurch wird der Widerstand 18 kurzgeschlossen, der pulsierende Strom wächst daraufhin sofort stark an. Das Relais 13 wird nun von einem Strom durchflossen, dessen Stärke ausreicht, das Relais zu schließen, d. h. die Einschaltspule 12 unter Spannung zu setzen und dadurch das Schütz 9 zu schließen. Der Verbraucher 10 ist jetzt ans Netz angeschlossen. Wenn der Einschaltknopf 15 losgelassen wird, wird der Widerstand 18 aufs neue in den Steuerkreis 1 eingeschaltet. Der pulsierende Strom fällt auf seinen ursprünglichen Wert zurück, der jedoch, wie bereits erwähnt, nun genügt, um das Relais 13 geschlossen zu halten.

Solange der Isolationswert der zu überwachenden Stromkreise oberhalb einer vorbestimmten Mindestgrenze liegt, braucht der Überwachungskreis, der die Leitungen 26¹, 26², das Überwachungsrelais 20, die Gitterröhre 27 und den festen Teil des Spannungsteilers 25 umfaßt, nicht in Tätigkeit zu treten. Der von der Quelle 24 gelieferte Strom fließt dauernd und hält das Relais 20 geschlossen. Sobald ein Isolationsfehler auftritt, sind folgende drei Möglichkeiten in Betracht zu ziehen:

1. Der Isolationsfehler des Kabels befindet sich beim Verbraucher, z. B. im Motor 10 (Erdschluß). Es entsteht ein Fehlerstrom, der im folgenden Kreise fließt: Fehlerstelle betroffener Phasenleiter — künstlicher Nullpunkt 29 - Leiter 33 - Widerstand 44 Spannungsteiler 25 — Erde — zurück zum Fehlerpunkt. Dieser Strom ist ein Gleichstrom, der seine Entstehung der Gleichspannung verdankt, die auf dem Abschnitt des Spannungsteilers herrscht, der in dem soeben erwähnten Stromkreis einbegriffen ist. Dieser. Fehlerstrom führt eine Herabsetzung der Gittervorspannung des Gitters G¹ herbei, derart, daß die Röhre 27 gesperrt und der Strom des Kreises 24 26¹ - 20 - P - Ca - 24 - 26² unterbrochen wird. Das Relais 20 wird daraufhin stromlos, der Kontakt 21 öffnet sich, der Kontakt 22 schließt sich, das Relais 13 .wird stromlos und unterbricht den Stromkreis der Haltespule 12, worauf das Schütz 9 abfällt und die Speiseleitung a, b, c und mit ihr der Motor 10 abgeschaltet werden.

2. Der Isolationsfehler tritt im Speisekabel außerhalb des Verbrauchers auf als Folge z. B. einer Beschädigung des äußeren isolierenden Mantels 6 durch einen mit der Erde verbundenen Metallkörper, etwa einer von einem Bergmann betätigten Spitzhacke. In diesem Falle entsteht ein Fehlerstrom, der im folgenden Kreise fließt: Fehlerstelle - innere leitende Hülle 5 - Hohlleiter 2 - Leiter 28 - Widerstand 46,

Spannungsteiler 25 - Erde - Spitzhacke - Fehlerstelle. Im vorliegenden Falle wird die Gittervorspannung des Gitters G³ herabgesetzt mit der gleichen Wirkung wie im Falle 1, d. h. Sperrung der Elektronenröhre 27 und Abschaltung des Kabels 11 und des \^erbrauchers 10.

3. Die Isolierung des Steuerleiters, d. h. die Isolation zwischen dem Steuerleiter 1 und dem koaxialen Leiter 2, wird fehlerhaft. Diesem Falle ist dadurch Rechnung getragen worden, daß die Polarität des Steuerleiters von vornherein so bestimmt worden ist, daß ein ungestörtes Fließen des Fehlerstromes gewährleistet wird. Dieser Fehlerstrom, der durch die von dem Spannungsleiter abgenommene Gleichspannung hervorgerufen wird, fließt im folgenden Kreis: Fehlerstelle - Hohlleiter 2 - Leitung 28 - Widerstand 46 - Spannungsteiler 25 - Erde - Sekundärwicklung des Transformators 19 - Relais 13 - Kontakt 21 - linker Abschnitt des Steuerleiters 1 Fehlerstelle.

Wie im vorhergehenden Fall wird die Vorspannung des Gitters G³ herabgesetzt, die Röhre 27 gesperrt und das Schütz 9 geöffnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Sicherheitssystem für elektrische Kabel mit in diesen eingebetteten Überwachungs- und Steuerleitern zur Überwachung auf Isolationsfehler, die noch nicht zur Ausbildung eines anomalen Ableitungsstromes geführt haben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überwachungsrelais (20) zusammen mit einer Gitterröhre (27) und dem festen Teil eines veränderbaren, einseitig geerdeten Spannungsteilers (25) in einem mit Gleichstrom gespeisten Überwachungskreis eingeschaltet ist und daß der Fehlerstrom des Kabels durch einen besonderen mit dem Schieber des Spannungsteilers (25) verbundenen Stromkreis geführt wird, der bei einem Isolationsfehler über den betroffenen Leiter des Kabels, insbesondere den Überwachungs- oder den Steuerleiter, beeinflußt wird und seinerseits über die Gitterröhre den Überwachungskreis steuert.

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstromkreis zwischen einem künstlichen Nullpunkt und dem Schieber des Spannungsteilers eingeschaltet ist.

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstromkreis zwischen einem Leiter, der in an sich bekannter Weise mit einer die Isolation der Leiter des Kabels umgebenden leitenden Schicht verbunden ist, und dem Schieber des Spannungsteilers eingeschaltet ist.

4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstromkreis zwischen, einem an sich bekannten koaxialen metallischen Schutzmantel eines Steuer- oder Überwachungsleiters und dem Schieber des Spannungsteilers eingeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 747 693, 398 482, 724;

französische Patentschrift Nr. 966 925.

Entgegengehaltene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 907 069.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen