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Sicherheitseinrichtung für elektrische Anlagen, insbesondere für die
Untertaggebetriebe Zusatz zur Patentanmeldung E 6556 VIII b / 21 c
(Auslegeschrift 1092 545) Bei der Hauptpatentaumeldung handelt es sich urn
eine Sicherheitseinrichtung für Netzleitungen, insbesondere für den Untertagebetrieb.
Die Sicherheitseinrichtung besteht im wesentlichen aus einer an die Netzleitung
angeschlossenen Wheatstoneschen Brücke, deren ein Elektroorgan enthaltender Steg
im Regelfalle stromlos ist. Den beiden Widerständen eines Zweiges dieser Brücke
sind über die Leiter und einen geerdeten Schutzleiter am Ende der Leitung zwei Widerstände
parallel geschaltet, die mit den Widerständen des Brückenzweiges am Anfang der Leitung
bezüglich des Schutzleiters im umgekehrten Größenverhältnis stehen. Somit entsteht
eine zweite nicht abgeglichene Brücke, deren Steg durch den Schutzleiter gebildet
wird. Bei irgendwelchen Fehlern in der Anlage ändern sich die Potentialverhältnisse
an den Brückengliedem, so daß in dem Brückensteg der ersten Brücke ein Strom
fließt, der einen Auslösevorgang veranlaßt und dadurch die Anlage abschaltet.
Ist der Fehler beseitigt, so muß die Anlage von Hand wieder eingeschaltet werden.
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Es besteht nun die Forderung nach einer Sicherheitseinrichtung, die
nach Beseitigung des Fehlers die Anlage selbsttätig wieder einschaltet. Diese selbsttätige
Wiedereinschaltung ist zulässig bei Fehlern wie Erdschluß, Bruch des Schutzleiters
oder eines weiteren mitgeführten Signalleiters.
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Wird die Anlage durch Unterbrechung eines Hauptleiters ausgeschaltet,
so muß nach den einschlägigen Vorschriften nach Beseitigung des Fehlers die Leitung
vor ihrer Wiedereinschaltung erst geprüft werden. Ein selbsttätiges Wiedereinschalten
ist also in diesem Fall nicht zulässig.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die in der Hauptpatentanmeldung
geschützte Sicherheitseinrichtung so zu verbessern, daß diese Forderungen erfüllt
sind.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in den den Steg der
zweiten Brücke bildenden Schutzleiter ein Arbeitshilfskontakt des Hauptschützes
geschaltet ist und durch zwei Ruhehilfskontakte des Hauptschützes beimAusschalten
an die beidenEnden des durch den Arbeitshilfskontakt aufgetrennten Schutzleiters
eine weitereBrückenschaltung geschaltet ist, deren vierter Brückenwiderstand
die Anlage in ihrer Gesamtheit ist, die im Normalfalle einen bestimmten Widerstand
besitzt und dadurch die Brücke abgeglichen ist.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung in ihrem Aufbau und in ihrer
Anwendung wird auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
über die Kontakten, und n , eines an das Stromnetz angeschlossenen Schützes
N und über einen Hauptschalter K sind die Hauptleiter U und V mit
den Netzphasen R und S verbunden. Zwischen den Hauptleitern
U und V liegen die Beleuchtungskörper L, deren Gehäuse über einen Schutzleiter
SL geerdet sind. Außerdem ist an die Hauptleiter am Anfang der Leitung eine Wheatstonesche
Brücke angeschlossen, die aus den WiderständenR1 bis R4 besteht. Die äußeren Enden
dieser Widerstände sind mit den Hauptleitern U und V verbunden, während die
inneren Enden dieser Widerstände an den als Steg der Brücke durchgeführten Schutzleiter
SL angeschlossen sind. In den Steg der Brücke ist eine Gleichrichterbrücke GL, geschaltet,
an der ein geschlossener Stromkreis anliegt. In diesem Stromkreis befindet sich
ein Relais A sowie ein empfindlicher Strommesser E, mit dem der Isolationszustand
der Leitung , ständig überwacht werden kann. Dem aus den Widerständen R,
und R 4 gebildeten Brückenzweig ist über die Hauptleiter und den Schutzleiter SL
am Ende der Leitung ein ähnlicher Brückenzweig, der aus den Widerständen R, und
R , besteht, parallel geschaltet. Die Widerstände R... R4 und
R., R , sind so bemessen, daß sie bezüglich des Schutzleiters im umgekehrten
Größenverhältnis zueinander stehen.
Die aus den Widerständen
R., R 43 R5i R 6 bestehende Brücke ist also nicht abgeglichen,
und der durch den Schutzleiter SL fließende Strom läßt sich durch Änderung der Größenverhältnisse
der Widerstände beliebig verstellen. Diese Brücke bildet in ihrer Gesamtheit den
rechten Brückenzweig der ursprünglichen Brücke. Dadurch, daß die Widerstände R.,
R4 und R., R 6 im umgekehrten Größenverhältnis zueinander stehen,
hat also der rechte Brückenzweig der ursprünglichen Brücke das Verhältnis
1 : 1. In diesem Verhältnis stehen auch die Widerstände Ri und R" zueinander.
Der Steg der ursprünglichen Brücke ist also im Normalfalle stromlos. Der zu schützende
Leitungsabschnitt liege zwischen den gestrichelten Linien F und G.
In diesen sind in bestimmten Abständen Ortungsschalter M zur Fehlersuche eingebaut,
mit denen ein Teil des Netzes abgetrennt und gleichzeitig als Endglied dienende
Widerstände RJ und R.' eingeschaltet werden können. Damit sich bei großen Leitungslängen
der Spannungsabfall in der Leitung auf die Helligkeit der Beleuchtungskörper nicht
störend bemerkbar macht, kann, wie hier nicht dargestellt, in bekannter Weise einer
der Hauptleiter schleifenförinig verlegt werden. In der Zuführungsleitung der schleifenförmig
verlegten Phase sind bei bekannten Einrichtungen oft Tastschalter vorgesehen, die
eine Signalisierung mit der ganzen Anlage ermöglichen. Durch die Unterbrechung der
in einem Hauptleiter fließenden Ströme entstehen aber oft Funken, die anstehende
Schlagwetter zur Explosion bringen können. Da der Schutzleiter SL bei Betrieb der
Anlage nach den einschlägigen Vorschriften nicht unterbrochen werden darf, ist für
die Signalgabe ein besonderer Signalleiter c vorgesehen, in dessen Verlauf Tastschalter
ST eingebaut sind, bei deren Betätigung die Anlage ausgeschaltet wird. Die
Ausschaltung bei Unterbrechung des Signalleiters erfolgt durch Unterbrechung des
Haltestromkreises des Schützes Sch mittels eines Hilfskontaktes eines durch
den Signalleiter c gesteuerten Relais C. Das Relais C
ist in Reihe
mit einer Verstärkerröhre P an eine Wechselspannungsquelle U., angeschlossen. Parallel
dem Relais C ist ein Gleiclirichter Gl. geschaltet. Die Kathode der Verstärkerröhre
ist außerdem an den Verbindungspunkt zweier Widerstände Rl() und R,1 angeschlossen,
die mit der Gleichspannungsquelle U,
einen geschlossenen Stromkreis bilden.
Das Gitter der Röhre liegt mit einem Schutzwiderstand R" einerseits über den Widerstand
R 1, am positiven Pol der Spannungsquelle U, und andererseits über den Signalleiter
c und den Schutzleiter sowie die über die Widerstände R.", RP R, und R
6 dem Schutzleiter parallel geschalteten Hauptleiter am negativen Pol der
Spannungsquelle U.. Die Strecke Kathode-Gitter der Röhre liegt somit-im Steg
einer Brücke, deren einer Brückenzwei- durch die Widerstände R", Ri t
und
deren anderer Brückenzweig durch den Widerstand Ri. und den Widerstand des Signalleiters
c und der Parallelschaltung des Schutzleiters SL mit den Hauptleitern gebildet wird.
Ist - wie im Normalfall - der Leitungswiderstand klein gegenüber dem
Widerstand RJ.., so liegt am Gitter der Röhre negatives Potential, d. h.,
die Röhre kann nicht zünden. Wird der Leitungswiderstand wie z. B. durch Unterbrechung
des Signalleiters groß gegenüber dem Widerstand R 12, so liegt am Gitter der Röhre
positives Potential. Die Röhre zündet, und das Relais C
spricht an. Da zur
Steuerung der Röhre praktisch keine Leistung sondern lediglich Spannung erforderlich
ist, fließt in dem Signalleiter kein Strom. Beim Öffnen und Schließen der Signalschalter
ST können daher keine zündfähigen Funken auftreten.
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In den Schutzleiter SL ist ein Arbeitshilfskontakt n', des Schützes
N geschaltet. Beim Abschalten der Leitung wird dieser geöffnet, und durch
zwei Ruhehilfskontakte n4 und n. des Schützes N wird an die beiden Enden
des aufgetrennten Schutzleiters eine Brücke D geschaltet, die aus den Widerständen
RV Rf, und R , besteht. Der vierte Brückenwiderstand wird durch die Anlage
in ihrer Gesamtheit gebildet. In dem Steg der Brücke D liegt ein Relais B.
Die Speisung der Brücke erfolgt durch eine Gleichspannungsquelle U, oder,
wie hier nicht dargestellt, über einen an das Netz angeschlossenen Wandler mit einem
Gleichrichter. In dem Stromkreis des Schützes N liegen in Reihe Kontakte
cl, bl und hl der Relais C, B und eines ebenfalls an
das Netz angeschlossenen Hüfsrelais H. Mit dem Hilfsrelais in Reihe liegt ein von
Hand zu betätigender Kontakt dl,
ein Kontakt al das Relais A und parallel
zu diesem zwei Kontakte h. und b2 des Hilfsrelais H und des Relais B. Außerdem
liegt parallel zu dem Hilfsrelais H eine Signallampe L., die aufleuchtet,
wenn das Hilfsrelais H anspricht. Weiterhin sind noch zwei Lampen L2 und L, vorgesehen.
Mit der Lampe L.,
liegen in Reihe, jedoch einander parallel, Kontakte C.2,
und b 3 des Relais C bzw. B, und in den Lampenstromkreis der Lampe
L, sind hintereinander die Kontakte c# und b 4 des Relais C bzw. B
geschaltet.
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Es sei nun der Fall angenommen, daß die Leitung durch Einlegen des
Hauptschalters K eingeschaltet ist und infolgedessen das Schütz N angesprochen
hat. Die Kontakte n1, n 25 n. sind also geschlossen, und die Kontakte n4
und n.. sind geöffnet. Ist die Anlage fehlerfrei, so ist das Relais A stromlos,
und sein Kontakt a, ist geöffnet. Auch die Relais H, B und C
sind in
diesem Falle stromlos, und ihre Kontakte nehmen die in der Zeichnung eingetragene
Stellung ein. Der Kontakt h, des Relais H ist geschlossen und der Kontakt h. geöffnet.
Von dem Relais B sind die Kontakte bi und b. geschlossen und die Kontakte
b.
und b4 geöffnet. Der Kontakt cl des Relais C ist geschlossen, die
Kontakte c2 und c., sind geöffnet. Tritt in der Leitung ein Fehler durch'#chluß
eines Hauptleiters mit dem Schutzleiter SL oder ein Leiterbruch des Schutzleiters
SL auf, so hat der rechte Brückenzweig nicht mehr das Verhältnis 1 : 1, d.
h., in dem Steg der Brücke fließt ein Strom. Das Relais A spricht an und
schließt seinen Kontakt al. Dadurch wird der Stromkreis des Hilfsrelais H geschlossen,
und das Relais spricht an. Dabei öffnet das Relais H seinen Kontakt h, und unterbricht
so den Stromkreis des Schützes N. Gleichzeitig schließt sich der Kontakt
h2, und das Relais H geht in Selbsthaltung. Durch das öffnen des Kreises des Schützes
H wird die Anlage durch die Kontakte n, und n 2 vom Netz getrennt. Dabei fällt auch
das Relais A ab und öffnet den Kontakt al wieder. Gleichzeitig öffnet sich
der Kontakt n.. und durch das Schließen der Kontakte n4 und n. wird die das Relais
B enthaltende Brücke D
an die beiden Enden des durch den Kontakt n. aufgetrennten
Schutzleiters SL gelegt. Da durch den aufgetretenen Fehler die Anlage nicht den
Widerstand besitzt, der für die Brücke erforderlich wäre, um sie abzugleichen, zieht
das Relais B an und öffnet seine
Kontakte b, und b2. Durch
das Öffnen des Kontaktes b2 wird der Haltestromkreis des Hilfsrelais H unterbrochen,
und dieses Relais geht in seine Ausgangsstellung zurück. Gleichzeitig wird der Kontakt
b.
des Relais B geschlossen, der den Stromkreis für die Lampe L2 schließt,
die anzeigt, daß es sich um einen der erwähnten Fehler handelt. Wird bei einer Überprüfung
der Anlage dieser Fehler gefunden und beseitigt, so ist die Brücke D wieder
abgeglichen, und das Relais B fällt ab. Dabei wird durch den Kontakt bi der Stromkreis
für das Schütz wieder geschlossen, und die Anlage wird wieder eingeschaltet.
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Tritt ein Fehler in der Leitung durch Brach eines Hauptleiters
U und V ein, so spricht ebenfalls das Relais A an und bringt die Anlage
über das Hilfsrelais H zur Abschaltung. Die Brücke D wird in gleicher Weise,
wie oben beschrieben, eingeschaltet, aber das Relais B spricht nicht an, weil bei
einer Prüfung durch die Brücke der Schutzleiterbruch durch die relativ kleinen Lampenwiderstände
überbrückt wird. Das Relais H bleibt in Selbsthaltung, und der Stromkreis für das
Schütz N bleibt durch den Kontakt hi geöffnet. Zum Zeichen, daß es sich um
einen solchen Fehler handelt, brennt die Lampe L., die in den anderen Fällen
nur kurz aufleuchtet. Ist der Fehler gefunden und beseitigt, so muß von Hand die
Anlage durch Unterbrechung des Stromkreises für das Relais H durch Betätigung des
Druckknopfschalters di wieder eingeschaltet werden. Diese Maßnahme ist deshalb von
Bedeutung, da nach den einschlägigen Vorschriften nach Bruch eines Hauptleiters
die Anlage überprüft werden muß.
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Bei Unterbrechung des Signalleiters c, die sowohl beabsichtigt durch
Betätigung eines Tastschalters ST
als auch unbeabsichtigt durch Leiterbruch
erfolgen kann, spricht das Relais C an. Dieses öffnet durch seinen Kontakt
ei den Stromkreis des Schützes N
und schließt seine Kontakte c 2 und
c.. Ein solcher Fehler wird ebenfalls durch die Lampe L2 angezeigt. Ist die Unterbrechung
des Leiters aufgehoben, so wird durch Abfallen des Relais C und durch Schließen
seines Kontaktes ei der Stromkreis für das Schütz N wieder geschlossen und
damit die Anlage wieder eingeschaltet. Tritt durch irgendwelche Umstände, z. B.
durch Zerreißen des Kabels, ein Bruch sämtlicher Leitungen auf, so sprechen gleichzeitig
die Relais A und C an. Über das Relais A wird die Brücke
D an die Anlage geschaltet, und durch das Anziehen des Relais wird auch der
Kontakt b, geschlossen. Durch das Relais C wird ebenfalls- der Kontakt
c#., geschlossen, und in diesem Fall leuchtet außer der Lampe L , auch die Lampe
Li auf. Das gleichzeitige Aufleuchten dieser Lampen besagt, daß mindestens der Schutzleiter
SL und der Leiter C
unterbrochen sind. Mit großer Wahrscheinlichkeit ist dies
nur dann der Fall, wenn die gesamte Leitung unterbrochen ist.
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In den Stromkreis des Relais A ist ein empfindlicher Strommesser
E geschaltet. Durch entsprechende Eichung läßt sich mittels dieses Strommessers
die Anlage auf Veränderungen in der Isolation überwachen.