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Einrichtung zur Anzeige und selbsttätigen Uberwachung des Isolationszustandes
eines nicht geerdeten Gleichstromnetzes Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur Anzeige und selbsttätigen Überwachung des Isolationszustandes eines nicht geerdeten
Gleichstromnetzes mit Mitteln zur periodischen, abwechselnden, über einen Strommesser
erfolgenden Anschaltung der Netzpole an Erde.
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Bei mit Gleichstrom betriebenen Anlagen, insbesondere solchen im
Grubenbetrieb, treten gelegentlich Erdschlüsse auf, deren rechtzeitige Beseitigung
nicht nur für die Betriebsbereitschaft der Anlagen von Bedeutung ist, sondern auch
Gefahrenzustände nach Möglichkeit ausschalten soll. Aus diesem Grunde sind vor allem
bei Grubensignalanlagen von der aufsichtsführenden Behörde entsprechende Anordnungen
zur Überwachung von Erdschlüssen vorgeschrieben. Nach einschlägigen Vorschriften
soll dabei zwischen solchen Meßwerten unterschieden werden, die zwar einen Betrieb
noch zulassen, aber bereits eine Meldung auslösen sollen, und solchen, die innerhalb
einer bestimmten Sicherheitszeit eine Abtrennung der Verbraucherleitungen vom Netz
bewirken.
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In vielen Fällen werden dazu Einrichtungen verwendet, welche diese
Aufgabe selbsttätig übernehmen, ohne daß dabei eine zusätzliche Anzeige des jeweils
bei den beiden Adern des Netzes herrschenden Isolationswertes gegen Erde vorgesehen
ist. Bei anderen Ausführungen ist zur Anzeige des Isolationswertes ein Meßinstrument
vorgesehen, das mehrere Skalen aufweist und entsprechend der Zuordnung dieser Skalen
zu einem bestimmten Meßbereich der Isolationswert ablesbar ist. Ein Meßinstrument
mit verschiedenen Skalen hat aber den Nachteil, daß durch Ablesung an einer falschen,
dem jeweiligen Meßbereich nicht zugeordneten Skala grobe Meßfehler entstehen können.
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Es ist auch bereits bekannt, die Skala eines Meßinstruments in ihrem
Anfangsbereich in üblicher Weise zu eichen, während der anschließende Bereich als
Fehlerbereich in Form einer Bildskala ausgeführt ist. Diese Bildskala erlaubt eine
Unterscheidung hinsichtlich der Hauptfehlerarten. Eine andere Ausführungsform einer
Skala mit mehreren Bereichen sieht vor, daß bei Erdschluß der einzelnen Phasen verschiedene
Vorwiderstände wirksam sind, so daß jede Phase bei Erdschluß einen anderen Ausschlag
des Meßwertzeigers ergibt.
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Zur automatischen Überwachung bestimmter vorher festgelegter Grenzwerte
sind ferner bereits vom Mefwertzeiger betätigte Schalter bekannt, um das Erreichen
eines bestimmten Grenzwertes über eine nachgeschaltete Meldeeinrichtung zu kennzeichnen.
Dies hat aber den Nachteil, daß bei den bisher verwendeten Schaltern der Meßwertzeiger
beim Erreichen eines bestimmten Grenzwertes zugleich einen mechanischen Anschlag
findet, so daß zwar die Meldung ausgelöst
wird, die Stellung des Meßwertzeigers aber
nicht mehr dem wirklichen, der Eichung des Instruments entsprechenden Meßwert entspricht.
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Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten
Mängel zu vermeiden und eine Anordnung zu schaffen, die zugleich zur Anzeige und
selbsttätigen Überwachung des Isolationszustandes eines nicht geerdeten Gleichstromnetzes
dient. Naturgemäß ist es dazu in bekannter Weise erforderlich, abwechselnd hintereinander
die beiden Pole des Netzes über eine Meß- und Prüfeinrichtung an Erde zu legen,
so daß jeweils nacheinander die Plus- und Minusleitung überwacht wird.
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Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Zeiger
des Strommessers die Spulen einer als kontaktloser und rückwirkungsfreier Schalter
wirksamen Schwingschaltung an mehreren einen Abschnitt für zulässige Isolationswerte
und einen Abschnitt für nicht mehr zulässige Isolationswerte begrenzenden Skalenpunkten
entkoppelt, um eine Auslösung der Melde- und Netzabschalteinrichtung zu vermitteln.
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Den Abschnitt für den nicht mehr zulässigen Isolationswert kann man
dabei in einen noch tragbaren Bereich und einen nicht mehr tragbaren Bereich unterteilen.
Beim Übergang des Meßwertzeigers vom zulässigen Bereich in den Bereich des noch
tragbaren Isolationswertes kann der vom Meßwertzeiger betätigte kontaktlose Schalter
dann einen Gefahrenmelder
auslösen, während 1?eirn Übergang vom
Bereich des noch tragbaren Isolationswertes in den Bereich des nicht mehr tragbaren
Meßwertes die Wicklung eines Steuerrelais zur Abschaltung des Netzes dient.
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Um zu erreichen, daß in bestimmten Abschnitten -der Skala eine Skalendehrtúng
ei-ntritt, kann man beim Übergang des Meßwertzeigers aus dem Bereich des zulässigen
Isolationswertes in den Bereich des nicht mehr zulässigen bzw. noch tragbaren Meßwertes
den Schalter noch dazu verwenden, daß der den Proportionalitätsfaktor zwischen.
Meßwert und Zeigerausschlag bestimmende Widerstand geändert, z. B. dieser weitgehend
kurzgeschlossen wird. Damit ergibt sich gegenüber bekannten Meßeinrichtungen der
Vorteil, daß die Ablesbarkeit der besonders interessierenden Isolationsmeßwerte
erheblich verbessert werden kann.
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Um eine von der Bewegungsrichtung des Zeigers abhängige Steuerung
vornehmen zu können, werden zweckmäßigerweise in den Grenzbereichen der Skalenabschnitte
je zwei vom Meßwertzeiger betätigte Schalter vorgesehen, die über je eine Wicklung
der Steuerrelais entsprechende Kommandos bzw. Gegenkommandos bewirken.
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Um die Arbeitsbereitschaft der Meßeinrichtung kenntlich zu machen
und vor alIem den Meßkreis hinsichtlich Drahtbruch zu überwachen, ist es vorteilhaft,
eine auch im erdschlußfreien Zustand auf das Meßinstrument wirkende elektrische
Grunderregung vorzusehen und damit eine konstante Auslenkung des Meßwertzeigers
um einen bestimmten Winkelwert zu erreichen. Der Ausfall der Grunderregung kann
ebenfalls durch einen vom Meßwertzeiger betätigten Schalter überwacht werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels. Es zeigt Fig. 1 ein Skalenbeispiel des - Isolationsmeßgerätes
mit Grenzweftschalter, Fig. 2 das Prinzipschaltbild der Anzeige- und Überwachungseinrichtung,
-Fig. 2 a schematisch die Zuordnung der Grenzwertschalter zu den davon gesteuerten
Relais bzw. deren Wicklungen.
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Die in Fig. 1 gezeigte Skala zur Ablesung des jeweiligen Isolationswertes
- ist grundsätzlich in zwei Meßabschnitte eingeteilt, und zwar in den mit a3 bezeichneten
Abschnitt für zulässige Isolationswerte (»Gutbereich«) und den mit a4 bezeichneten
Abschnitt für die nicht mehr zulässigen Isolationswerte (Melde-bzw. Abschaltbereich).
Am-Übergang vom zulässigen Bereich in den nicht mehr zulässigen Bereich sind die
mit II und III bezeichneten, vom Meßwertzeiger betätigten Schalter vorgesehen. Sie
dienen zur richtungsabhängigen Erfassung dieses Grenzbereichs und zur Auslösung
des Meldevorgangs und der damit verbundenen Steuervorgänge. In dem Bereich oo der
Skale befinden sich entsprechend die Schalter I und IV. Der Schalter IV befindet
sich in dem mit a, bezeichneten, durch die Grunderregung zusätzlich geschaffenen
Anzeigehereich. Dieser dient dazu, die Arbeitsbereitschaft der Meßeinrichtung kenntlich
zu machen, indem eine auch im erdschlußfreien Zustand auf das Meßinstrument wirkende
elektrische Grunderregung vorgesehen wird, die eine konstante Auslenkung des Meßwertzeigers
um den Winkelwert aj bewirkt.
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'ÇVürde beispielsweise wegen Drahtbruchs oder wegen eines direkten
Erdschlusses im nicht überwachten Pol diese Grunderregung nicht mehr vorhanden oder
kleiner sein als der entsprechend den zulässigen Spannungsschwankungen festgelegte
Wert, dann würde der
.Meßwertzeiger. von Stellung nach Stellung M gehen und damit
den Schalter IV zur Auslösung bringen. Den Abschaltbereich, der mit a5 bezeichnet
ist, überwacht die Wicklung E 113 des Relais E II, wie es im Zusammenhang mit Fig.
2 noch näher erlautert- wird.
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Im Prinzipschaltbild nach Fig. 2 sind mit P und N die beiden Leiter
des nicht geerdeten Gleichstromnetzes dargestellt. Das Netz kann mit dem Hauptschalter
Sch über die nachfolgend beschriebene Schalt-und Steuereinrichtung an den Verbraucher
V angeschaltet werden, wobei durch eine besondere Hilfsschaltung die beiden Pole
des Netzes zur Messung und Prüfung auf Erdschluß abwechselnd nacheinander an Erde
gelegt werden können. Als Abgleichwiderstand für diese Hilfsschaltung dienen dabei
die WiderständeR8, R 9 und Rio.
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Wenn angenommen wird, daß das Netz vorher durch einen etwa aufgetretenen
direkten Erdschluß vom Verbraucher abgetrennt war, so wird nachfolgend zuerst der
Einschaltvorgang beschrieben. Durch die Betätigung der Einschalttaste ET wird das
A-Relais an die beiden Pole der Netzspannung gelegt. Damit schließt der al-Kontakt,
und das Relais A hält sich somit selbst. Ferner öffnen die Kontakte a3 und a4.
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Beim Anschalten des Netzes an das MeßinstrumentJ erhält dieses einen
Strom, welcher der durch die Vorwiderstände vorgegebenen Grunderregung entspricht.
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Der Meßwertzeiger wird daher im erdschlußfreien Zustand auf einen
Ausschlag einspielen, der in Fig. 1 mit al bezeichnet- ist Damit ist eine Kontrolle
geschaffen, daß die zu überwachende Spannung vorhanden ist, und ferner darüber,
daß im Meßkreis keine Unterbrechung vorliegt.
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Der in Fig. 1 mit I bezeichnete Schalter öffnet nun, so daß, wie
in Fig. 2a gezeigt, die Wicklung EII2 des Relais E II stromlos wird. Dadurch legt
der eII-Kontakt, der vom Abschaltvorgang noch auf Zeichenseite lag, auf die Trennseite
t um; das D-Relais wird damit an Spannung gelegt. Auf diese Weise erhält nun das
für die Anschaltung des Verbrauchers vorgesehene S-Relais Spannung über folgenden
Stromweg: 1. (+), a2, di, Ril, S, Ri2, (-).
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Der d3-Kontakt schaltet die Anordnung mit den Relais X und T an,
welche die Aufgabe haben, die Umpolung des Netzes hinsichtlich der jeweils auf Erdschluß
zu überwachenden Leitungen zu übernehmen. Über den d3-Kontakt und den xl-Kontakt
erhält nicht nur die Wicklung T 1 Spannung, sondern über den Kondensator C auch
während der Zeit des Aufladevorgangs die Wicklung2 des Relais T. Da beide Wicklungen
gegeneinandergeschaltet sind, spricht das T-Relais erst dann an, wenn der Aufladevorgang
des Kondensators C weitgehend abgeschlossen ist.
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Durch das Ansprechen des T-Relais schaltet der tl-Kontakt auch das
X-Relais an Spannung, und dieses hält sich über den eigenen x2-Kontakt selbst.
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Durch das Schließen des x3-Kontakts wird nunmehr auch das Y-Relais
an Spannung gelegt, wodurch auch das Z-Relais erregt wird. Damit öffnet der z3-Kontakt
für die nachfolgenden Schaltungsvorgänge. Die Kontaktey2 und y3 sind als Umpolkontakte
wirksam, die in Verb.indung mit dem z24ontakt die abwechselnde Anschaltung der beiden
Pole des Netzes an Erde bewirken.
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Die im Meßkreis liegenden WiderständeR3 bzw.
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R 4 sind hochohmig und bestimmen die Grunderregung für das Instrument
J, wodurch der Zeigerausschlag
a1 (Fig. 1) bewirkt wird. Um diese
Grunderregung auch beim Umlegen der Kontaktes2 bzw. y3 aufrechtzuerhalten, ist jeweils
lediglich einer der Widerstände (R 3 oder R 4) kurzgeschlossen, der andere dagegen
wirksam. Sind wegen eines Fehlers am Kontakt y2 bzw. y3 beide Widerstände eingeschaltet,
so geht der Meßwertzeiger in den Abschnitt dl, und über den Schalter IV wird die
Abschaltung des Netzes eingeleitet.
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Zur Umschaltung von dem Abschnitt für zulässige Isolationswerte a3
zu dem Abschnitt für nicht mehr zulässige Isolationswerte a4 wird der Schalter II
wirksam, und dieser öffnet. Wie Fig. 2 a zeigt, spricht über die Wicklung EI 1 das
Relais EI an, das über folgenden Stromweg das F-Relais zum Ansprechen bringt: 2.
(+), d3, eI, F, (-).
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Durch das Ansprechen des F-Relais wird über den fi-Kontakt die Meldelampe
L 1 für denjenigen Abschnitt eingeschaltet, der dem zwar nicht mehr zulässigen Isolationswert,
aber noch tragbaren Meßwert entspricht. Die Lampe L 1 ist daher als Gefahrenmelder
wirksam. Um dabei den im Skalenbereich festgelegten Winkelbereich für die Grunderregung
bei behalten zu können, arbeitet der J3-Kontakt im Sinne der Einhaltung eines entsprechenden
Stroms. Die Festlegung des Wertes der Grunderregung erfolgt dabei durch die Widerstände
R 5, R 6.
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Wird der Isolationszustand nunmehr schlechter, so daß der Zeiger
auf einen im Bereich a5 liegenden Meßwert einspielt, so erhält das Relais E II über
die Wicklung EII3 einen so großen Strom, daß die Ansprecherregung dieses Relais
erreicht wird. Der eII-Kontakt legt dann auf die Zeichenseite t und schaltet das
D-Relais ab, so daß nicht nur der d2-Kontakt die Meldelampe L2 zur Kennzeichnung
der Abschaltung steuert, sondern es wird auch der bisher für das Verzögerungsrelais
Th wirksame Kurzschluß aufgehoben, so daß letzteres, allerdings verzögert, anspricht.
Über folgenden Stromweg wird das Schaltrelais S nunmehr kurzgeschlossen, um den
Abschaltvorgang zu bewirken: 3. (+), s2, Th, Rll, th, Ri2, (-).
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Vor dem Abschaltvorgang wird das Instrument 1 durch den Widerstand
R 7 gegen Überlastung geschützt. Um bei einem vollen Erdschluß das Instrument vor
einer trotzdem noch möglichen Überlastung zu bewahren, liegt parallel zu diesem
ein Gleichrichter Gl, der beim Überschreiten der Schwellspannung über den s6-Kontakt
wie ein dem Meßinstrument J parallel geschalteter Widerstand wirksam ist.
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Wenn also das E II-Relais angesprochen hat, so legt sein Kontakt
eII von der Trennseite auf die Zeichenseite um und schaltet das D-Relais spannungslos.
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Damit wird der Widerstand Ril kurzgeschlossen, und das Th-Relais und
das S-Relais erhalten ihre volle Betriebsspannung. Bleibt der volle Kurzschluß längere
Zeit, also über eine definierte Sicherheitszeit hinaus bestehen, so sorgt das Th-Relais
dafür, daß nach einer bestimmten Verzögerungszeit das S-Relais kurzgeschlossen wird
und damit die Abschaltung des
Verbrauchers vom Netz erfolgt. Handelt es sich dagegen
um eine kurzzeitige Überschreitung des noch tragbaren Erdschlußstromes, dessen Dauer
unterhalb der Verzögerungszeit des Th-Relais liegt, so erfolgt keine Abschaltung,
da das S-Relais dann weiterhin Strom erhält.
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PATENTANSPROCHE 1. Einrichtung zur Anzeige und selbsttätigen Überwachung
des Isolationszustandes eines nicht geerdeten Gleichstromnetzes mit Mitteln zur
periodischen abwechselnden, über einen Strommesser erfolgenden Anschaltung der Netzpole
an Erde, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger des Strommessers (J) die Spulen
einer als kontaktloser und rückwirkungsfreier Schalter (1 bis IV) wirksamen Schwingschaltung
an mehreren einen Abschnitt für zulässige Isolationswerte (a3) und einen Abschnitt
für nicht mehr zulässige Isolationswerte (a4) begrenzenden Skalenpunkten entkoppelt,
um eine Auslösung der Melde- und Netzabschalteinrichtung zu vermitteln.