DE1108307B

DE1108307B - Schutzschaltung fuer elektrische Kabel fuer den Betrieb in explosions- und schlagwettergefaehrdeten Atmosphaeren

Info

Publication number: DE1108307B
Application number: DEC20047A
Authority: DE
Original assignee: Charbonnages de France CDF
Current assignee: Charbonnages de France CDF
Priority date: 1957-07-09
Filing date: 1959-10-27
Publication date: 1961-06-08
Also published as: GB927169A; BE583987A; DE1146176B; BE592458A; FR1242994A; NL104787C; FR1213796A; BE569291A; FR1179548A; FR1198124A; GB927168A; GB866031A; DE1801774U; DE1173583B; FR1193579A; GB927167A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für elektrische Kabel für den Betrieb in explosions- und schlagwettergefährdeten Atmosphären, insbesondere im Kohlebergbau, bei der die Kabel mit zwei durch eine Isolierung voneinander getrennten, leitenden Abschirmungen als Überwachungsleiter versehen sind und eine mit den Überwachungsleitern verbundene Schalteinrichtung vorgesehen ist, mit der bei Beschädigung des Kabels ein schnell wirkender Stromabschalter am Einspeisungsende des Kabels betätigt wird.

Insbesondere hat die Erfindung die Schaffung einer Schutzschaltung zum Ziel, welche die Bildung eines Funkens oder Schaltlichtbogens verhindert, die eine explosive Atmosphäre entzünden können, wenn die Hauptleiter des Kabels durch einen Unfall zerrissen, zerdrückt oder durchtrennt werden.

Es sind bereits elektrische Kabel mit in der Isolation zusätzlich eingebetteten Überwachungs- und Schutzleitern bekanntgeworden, die im Falle einer Beschädigung des Kabels durch Zerreißen, Zerdrücken oder Durchtrennen Stromabschalter zwischen dem speisenden Netz und dem betroffenen Teil des Kabels auslösen und die Hauptleiter spannungslos machen. Diese bekannten Schutzanordnungen beruhen meist auf dem Prinzip, daß bei einer Beschädigung des Kabels ein Überwachungs- oder Schutzleiter durchtrennt wird oder daß diese miteinander, mit den Hauptleitern oder einem in den Kabelmantel eindringenden, metallischen Gegenstand in Beruhrung gelangen und eine Störung anzeigen. Die Stromabschalter trennen den Stromkreis auf, ehe die Hauptleiter selbst beschädigt werden, so daß die Bildung eines Funkens oder Lichtbogens, die die umgebende Atmosphäre entzünden könnten, vermieden wird.

Die Wirkung dieser bekannten Schutzschaltungen ist jedoch unvollkommen, wenn trotz der Unterbrechung der Stromeinspeisung von der Erzeugerseite her von Seiten der Verbraucher Energie in die beschädigte oder unterbrochene Stelle des Kabels gespeist werden kann, die einen gefährlichen Schaltlichtbogen unterstützt und aufrechterhält. Diese Gefahr ist besonders gegeben, wenn die Verbraucher Elektromotoren sind. Elektromotoren vermögen meist infolge der in ihnen gespeicherten magnetischen und mechanischen Energie noch kurzzeitig als Generator zu wirken, wenn die Hauptstromeinspeisung durch Betätigung der genannten Stromabschalter unterbrochen wird, und können einen gefährlichen Funken oder Lichtbogen an der beschädigten Stelle des Kabels hervorrufen.

Schutzschaltung für elektrische Kabel

für den Betrieb in explosions-
und schlagwettergefährdeten Atmosphären

Anmelder:
Charbonnages de France, Paris

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore

und DipL-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 28. Oktober 1958 und 26. August 1959

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, indem schnell wirkende Kurzschließer an den an das Kabel angeschlossenen Motoren vorgesehen werden, die bei einer Beschädigung des Kabels gleichzeitig die Klemmen dieser Motoren kurzschließen.

Vorzugsweise werden die Kurzschließer mit einer Sprengauslösung versehen, wodurch bei einer Störung die Klemmen der Motoren mit kürzestmöglicher Schaltverzugszeit kurzgeschlossen werden. Die Anordnung nach der Erfindung wird besonders vorteilhaft verwendet, wenn auch die Stromabschalter am Einspeisungsende mit einer Sprengladung betätigt werden und in der Art der an sich bekannten Sprengtrenner ausgebildet sind. Die Stromabschalter und Kurzschließer werden im Fall einer durch die Überwachungs- und Schutzleiter angezeigten Beschädigung so rasch ausgelöst, daß jegliche Stromeinspeisung in den betroffenen Teil des Kabels unterbrochen wird, ehe die Hauptleiter des Kabels in Mitleidenschaft gezogen werden und ein gefährlicher Funke oder Lichtbogen sich ausbilden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

109 610/324

Fig. 1 ist eine schematische Anordnung einer Schutzschaltung nach der Erfindung;

Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch ein elektrisches Kabel dar, welches zur Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist;

Fig. 3 stellt die mit einer Sprengladung arbeitende Einrichtung dar, welche die Stromleiter in unmittelbarer Nähe der Verbraucher kurzschließt.

Nach Fig. 1 und 2 enthält das nach der Erfindung überwachte Kabel Zs in der Isolierung eingebettete Hauptleiter 2 a, 2 b und 2 c und ist von zwei leitenden Abschirmungen 10 und 11 umgeben. Weiterhin sind Überwachungsleiter 12 und 12 a vorgesehen, die mit diesen Abschirmungen zur Anzeige einer Beschädigung des Kabels dienen. Eine gegenseitige Berührung der beiden Abschirmungen 10 und 11 oder ein Zerreißen des Überwachungsleiters 12 infolge einer gefährlichen Beanspruchung des Kabels durch Zerreißen, Zerdrücken oder Durchtrennen rufen eine Unbalance einer Wheatstoneschen Brücke hervor, die aus den Widerständen 13, 13 a, 14 und 14 a besteht und durch eine an den Klemmen A und B angeschlossene Gleichstromquelle gespeist wird.

Das Auftreten eines Unbalancesignals an den Eingängen der Verstärker 16 und 17 löst die in Reihe mit jedem der Hauptleiter 2 a, 2 b und 2 c liegenden Stromabschalter 18 aus, die vorzugsweise in der Art der an sich bekannten, durch eine Sprengladung ausgelösten Sprengtrenner zur raschen Unterbrechung der Stromkreise ausgeführt sind. Gleichzeitig werden durch dieses Unbalancesignal die nach der Erfindung angeordneten Kurzschließer 19 an den Klemmen der Motoren ausgelöst, die ebenfalls durch eine Sprengladung betätigt werden und im folgenden mit Sprengrelais bezeichnet sind. Bei einer Beanspruchung durch Druck oder Schnitt, welche die Hauptleiter 2 α, 2b und 2c beschädigen kann, berühren sich die beiden Abschirmungen 10 und 11, während bei einer Zugbeanspruchung, welche die Hauptleiter 2a, 2b und 2 c zerreißen kann, der Überwachungsleiter 12 in der Achse des Kabels E zerreißt. Damit die Anzeige einer gefährlichen Beanspruchung so früh vor der Zerstörung der Leiter selbst erfolgt, daß die Sprengtrenner genügend Zeit haben, die Hauptleiter vor ihrer Beschädigung spannungslos zu machen, wird der Schutz der Leiter durch Mittel gesichert, welche die Wirkung der gefährlichsten Beanspruchungen in ihrer Schnelligkeit verzögern. Die gefährlichste Beanspruchung, welcher ein Kabel z. B. auf der Sohle eines Bergwerks unterworfen sein kann, besteht in einem Schlag durch eine Hacke. Die Mittel sichern in diesem Falle den Schutz des Kabels, indem eine Abschirmung mit hohem mechanischem Widerstand (Stahldraht) ausgeführt wird, ein Packungsmaterial gewählt wird, welches dem Eindringen der Hacke einen großen Widerstand entgegensetzt und eine genügend große Entfernung zwischen der Abschirmung 11 und den Hauptleitern 2a, 2b und 2c vorgesehen wird.

Zur Vermeidung jeder elektrischen Beeinflussung zwischen den Schutzabschirmungen und Überwachungsleitern des Kabels einerseits und den Hauptleitern andererseits werden letztere mit leitenden Abschirmungen 2 rf, 2e und 2/ umgeben.

Um die Hauptleiter 2a, 2b und 2c außer Spannung zu setzen, ist es gemäß der Erfindung nicht nur erforderlich, das an der Speisequelle liegende defekte Ende des Kabels abzuschalten, sondern auch die Klemmen der Motoren 20 kurzzuschließen, welche in die beschädigte Speiseleitung geschaltet sind, da diese Motoren über einen kurzen Zeitraum nach der Abschaltung ihrer Einspeisung als Generator weiterarbeiten. Dieses Kurzschließen wird mit Sprengrelais 19 bewirkt, welche mit jedem von dem Kabel gespeisten Motor verbunden sind. Der im Kabel angeordnete Uberwachungsleiter 12 a dient zusammen mit der Abschirmung 10 zur Speisung des Sprengrelais 19. Die Sprengrelais 19 arbeiten wie folgt:

Ein Stahlblech 31 (Fig. 3) mit drei Kontakten wird durch einen Stahldraht 32, welcher durch eine zylindrische, eine Sprengladung umschließende Umhüllung 33 hindurchtritt, in angehobener Lage gehalten. Jede Einwirkung auf das Kabel, die die Sprengtrenner 19 auslöst, ruft gleichfalls über das an die Klemmen C und D der Wheatstoneschen Brücke angeschlossene Relais ein Ansprechen der Sprengladung 34 und damit ein Zerreißen des Stahldrahtes 32 hervor. Die drei Kontakte des Stahlbleches gelangen danach schlagartig in Berührung mit drei festen Kontakten 35, welche an den Klemmen des Motors angebracht sind und schließen diese kurz.

Das Zünden der Sprengladung 34 erfolgt mittels zweier Leiter: der Abschirmung 10 und des Überwachungsleiters 12 a. Diese Leiter dürfen im Augenblick der Zündung auf keinen Fall getrennt oder kurzgeschlossen sein. Aus diesem Grunde wird einerseits die äußere Abschirmung 10 an Erde geschaltet, welche erst vollständig getrennt wird, wenn das Kabel selbst vollkommen durchtrennt ist und wird andererseits ein Überwachungsleiter mit solcher Lage und solchem Querschnitt gewählt, daß die Sprengladung explodiert ist, ehe dieser Leiter völlig durchtrennt worden ist.

Aus obenstehender Beschreibung folgt, daß jeder Unfall durch Zerreißen oder Zerschneiden des Kabels E entweder eine Kontaktnahme zwischen den Abschirmungen 10 und 11 oder ein Durchtrennen des Hilfsleiters 12 ergibt, wodurch in jedem Falle eine Unbalance der Wheatstoneschen Brücke mit den Widerständen 13, 13 a, 14 und 14 a hervorgerufen wird, worauf gleichzeitig nach der Speiseseite des Kabels zu der Strom durch die Sprengtrenner 18 abgeschaltet und nach der Verbraucherseite zu die an das Kabel angeschlossenen Motoren durch das oder die Sprengrelais 19 kurzgeschlossen werden. In jedem Falle werden diese beiden Vorgänge in einer sehr kurzen Zeit in der Größenordnung einer Millisekunde ausgeführt, eine so kurze Zeit, daß die Leiter völlig spannungslos sind, ehe die Ursache des Zerreißens oder ZerSchneidens schließlich die Leiter erreicht hat.

Claims

Patentansprüche :
1. Schutzschaltung für elektrische Kabel für den Betrieb in explosions- bzw. schlagwettergefährdeter Atmosphäre, insbesondere im Kohlenbergbau, bei der die Kabel mit zwei durch eine Isolierung voneinander getrennten leitenden Abschirmungen als Überwachungsleiter versehen sind und eine mit den Überwachungsleitern verbundene Schalteinrichtung vorgesehen ist, mit der bei Beschädigung des Kabels ein schnell wirkender Stromabschalter am Einspeisungsende des Kabels betätigt wird, gekennzeichnet durch schnell wirkende Kurzschließer (19) an den an das Kabel angeschlossenen Motoren (20), mit welchen bei

Beschädigung des Kabels gleichzeitig die Klemmen dieser Motoren kurzgeschlossen werden.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Motoren Kurzschließer mit Sprengauslösung vorgesehen sind.
3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschließer (19) ein Stahlblech (31) mit drei Kontakten aufweist, das durch einen Stahldraht (32), welcher durch eine zylindrische, eine Sprengladung (34) umschließende Umhüllung (33) hindurchtritt, angezogen wird, bei Auslösung der Sprengladung (34) schlagartig in Berührung mit drei an die Klemmen des Mölots. angeschlossenen festen Kontakten (35) gelangt und diese kurzschließt.
4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschließer (19) mit der Schalteinrichtung (13, 14, 15, 17) über die an Erde liegende äußere Abschirmung (10) des Kabels und einen im Inneren des Kabels angeordneten weiteren Leiter (12 a) verbunden ist.
5. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung in an sich bekannter Weise eine Wheatstonesche Brücke (13, 13 a, 14, 14 a, 15) aufweist, wobei die Überwachungsleiter (10,11) des Kabels an zwei benachbarte Eckpunkte (B, D) der Brücke angeschlossen sind.
6. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Brückenzweige (14) der Wheatstoneschen Brücke am Verbraucherende des Kabels angeordnet ist und über den äußeren an Erde liegenden Überwachungsleiter (10) des Kabels sowie einen im Inneren des Leiters angeordneten Leiter (12) geringer Zugfestigkeit mit den zugehörigen Eckpunkten (B, C) der Brücke verbunden ist.
7. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärker (16,17) für im Nullzweig der Brücke bei Beschädigung des Kabels auftretende Spannung vorgesehen sind, durch welche der Kurzschließer (19) für die Motorklemmen und der am Einspeisungsende des Kabels angeordneten Stromabschalter betätigt werden.
8. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Einspeisungsende des Kabels angeordnete Stromabschalter als Sprengtrenner (18) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 747 693, 966 596, 200;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 089 865:
französische Patentschrift Nr. 1 089 708;
ETZ-A, 1954, S. 169 bis 175.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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