-
Schutzeinrichtung für explosions" bzw. schlagwettergefArdete Betriebe
Obwohl sich im Untrrtagebergbgu die Elektrizität weitgehend als Hauptenergieträger
durchgesetzt hat, W auch heutzutage, noch an verschiedenen Stellcn, die durch Schlagwetter
besonders gefährdet sind, ihre, Verwendung nicht gestattet, Beispielsweise erfolgt
der Antrieb der zum Vortrieb der Stellen verwendeten Masghinen, wie Bohrmaschinen
u. dgl., grundsätzlirh mittels Preßluft. Der Grund liegt unter anderem darin, daß
die bisher bekarinten Schtiminrichtungen keine, absolute Gewähr für einen vollkommen
gefahr# losen Betrieb vor Ort gewährleisten.
-
Die bekannten Einrichtungen arbeiten in der Weise, daß im Störungsfall,
beispielsweise bei Beschädigung des zum Verbraucher führenden, mit Schutz- und überwachungsleitern
versehenen Kabels, eine überwachungseinrichtung anspricht, die den am Einspeisungspunkt
des Kabels angeordneten Schutz" schalter auslöst, der das Kabel von der speisenden
Stromquelle abtrennt. Dieser ganze Vorgang muß so schnell vonstatten gehen, daß
keine Lichtbogens erscheinungen bzw. -auswirkungen nach außen dringen bzw. kein
Zündfunkr, entsteht, der eine Explosion auslösen kann. Um das zu erreichen, sind
schnell' schaltende Geräte notwendig, die schneller abschalten als z. B. ein Freindteil
von außen in das Kabel eindringen kann. Ist z. B. der überwachungsleiter von der
Kabelader 5 mm entfernt und ist die Eindringgeschwindigkeit 5 m/s,
so muß innerhalb von 1 ins vom Eindringen des Frerndt-eils an gerechnet,
eine vollkommene Abschaltung erfolgt sein, Mit Hilfe der an sich bekannten schnellschaltenden
Schaltgeräte, die entweder elektrodynarnisch oder mit Sprengstcyff betätigt werden,
sind solche kurzen Abschaltzeiten erreichbar.
-
In manchen Fällen nun, in denen beispielsweise über das Kabel Verbraucher
mit induktiver Last, wie z. B. Motoren oder Transformatoren, gespeist werden, genügt
es aber nicht, das Kabel nur von der speisenden Stromquelle abzutrennen, da die
auf der Verbraucherseite in den Induktivitäten aufgespeicherte Energie oder die
von den Motoren her auf die Störungsstelle generatorisch gelieferte elektrische
Energie einen zündfähigen Funken erzeugen kann.
-
In der Selektivschutztechnik vermaschter Netze ist es bekannt, eine
elektrische Leitung durch Schaltgeräte an beiden Enden zu schützen. Auch bei Stichleitungen
ist es bekannt, am Anfang und am Ende der Leitung Schaltgeräte anzubringen, schon
um den Verbraucher am Ende der Leitung betriebsmäßig ein-und ausschalten zu können;
diese Schaltgeräte können auch mit einer Einschaltsperre bei bestehendem Erdschluß
ausgerüstet sein. Durch solche Anordnungen kann das der Erfindung zugrunde liegende
Problem nicht gelöst werden, weil die dabei verwendeten konventionellen Schaltgeräte
und Auslöseeinrichtungell viel zu langsam arbeiten.
-
Es ist ferner der noch nicht zum Stand der Technik gehörende Vorschlag
gemacht worden, nicht nur am Einspeisungsende des Kabels einen schnellwirkenden
Stromabschalter, sondern außerdem am verbraucher, seitigen Ende des Kabels schnellwirkende
Kurzschließer vorzusehen, mit denen die Klemmen der als Verbraucher angeschlossenen
Motdren bei Beschädi, gung des Kabels kurzgeschlossen worden. Obwohl dadurch eine
Entladung der in den Verbrauchern gespeicherten Energie auf die Kurzschlußstolle
verhindert wird, bietet eine solche Anordnung aus Strome unterbrechern am Anfang
und Kurzschließern am Ende des Kabels noch keine ausreichende Sicherheit gegen das
Entstehen von zündfähigen Funken. Denn bekanntlich dauert der Abschaltvorgang bei
schnellschaltenden Abschalteinrichtungen, bei denen eine magnetische Beblasung des
Lichtbogens stattfindet, um so länger, je kleiner der zu unterbrechende Strom
ist. Das gleiche gilt für Schalteinrichtungen, bei denen der elektrische Leiter
mittels Sprengstoff aufm gesprengt wird und parallel zur Unterbrechungsstelle ein
Schmelzleiter angeordnet ist, der die endgültige Abschaltung vornimmt, da das Durchschmelzen
des Schmelzleiters um so länger dauert, je kleiner der zu unterbrechende
Strom ist. Ein kleiner zu unter, brechender Strom kann z. B. auftreten, wenn
das Kabel durch mechanische Einwirkung reißt, weil dann der Lichtbogenwiderstand
an der gerissenen Stelle zwischen der speisenden Stromquelle und den Kurzschließem
liegt. Aber auch dann, wenn durch das Einfallen der Kurzschließer ein &atter
metallischer
Kurzschlußkreis mit höchstmöglichem Kurzschlußstrom
entsteht, können und dürfen die schnellwirkenden Stromunterbrecher den Strom mit
Rücksicht auf die Schaltüberspannung nicht schneller als im Verlauf mehrerer Millis"den
Iöschen, wobei der Kurzschlußstrom von' seinem hohen Anfangswert möglichst linear
zu Null, *ßrden soll. Diese Verhältnisse lassen sich auch mit noch so schneller
Betätigung der Stromunterbrecher und Kurzschließer nicht grundlegend verbessern.
-
Eine Möglichkeit, das Auftreten von zündfähigen Funken bei Beschädigung
des Kabels unter allen Umständen zu verhindern, zeigt die Erfmdung, die ebenfalls
eine Schutzei::nrichtung für explosions- bzw. schlagwettergefährdete Betriebe, insbesondere
Bergbaubetriebe, betrifft,.., M denen ortsveränderliche Stromverbraucher,
wie Motoren u. dgL, über mit Schutz- und überwächungsleitern versehene Kabel gespeist
werden und am Anfang und Ende des Kabels Schaltvorrichtungen angeordnet sind, die
bei Betätigung des Kabels die Energiezufuhr von der speisenden Stromquelle und>
vom Verbraucher her unterbrechen. Gemäß der Erfindung sind sowohl am Anfang wie
am Ende des Kabels Schaltgeräte angeordnet, die die speisende Stromqu:elle und den
Verbraucher kurzschließen. Die Verwendung von Kurzschließern hat den wesentlichen
Vorteil, daß eine damit ausgerüstete Schutzeinrichtung , erheblich schneller
arbeitet als bei Verwendung der üblichen Abschalteinrichtungen. Es ist z. B. möglich,
mit elektrodynamisch betätigten Kurzschließem Schaltzeiten von 0,2 bis
0,3 ins zu erzielen, gerechnet vom Moment der Auslosung an bis zum Kurzschluß.
Mit durch Sprengstoff betatigten Kurzschheßem werden sogar Zeiten von
0, 1 ins erreicht. Aber noch wichtiger ist es für den Erfindungsgegenstand,
daß nach dem Ansprechen der Kurzschließer an den beiden Enden des Kabels sich nur
noch die im magnetischen Streufeld und im Dielektrikum des Kabelabschnitts zwischen
den Kurzschließern aufgespeichertr, Energie zu entladen braucht ohne daß von außen
noch weitere Energie zugeführt wird. Die abzubauende Euergie ist daher so' klein,
daß sie sich in ungefährlich kurzer Zeit in Stromwärm-a umsetzt. Um eine ausreichende
Sicherheit zu geben, sind die Spannungsabfälle an den Kurzschließern so klein zu
halten, was ohne weiteres möglich ist, daß selbst bei Aufreißen bzw. Abreißen des
Kabels kein Zündfunke mehr entstehen kann.
-
Ein weiterer Vorteil besteht bei der Verwendung von Kurzschließern
darin, daß sich über die Schaltbrücke des Kurzschließers die kapazitiven Ladungen
der einzelnen Phasenleiter ausgleichen können, so daß die bei Abschaltemrichtungen
notwendigen Entladewiderstände also -entfallen. Da zwischen dem am Ende des Kabels
angeordneten Kurzschließer und dem Verbraucher kein Kabel zwischengeschaltet werden
kann, da dieses dann nicht ge-schützt ist, wird der Kurzschließer erfindungsgemäß
innerhalb des explosions- bzw. schlagwettergeschützten Gehäuses des Verbrauchers
angeordnet. Das gleiche geschieht zweckmäßig auch mit dem am Anfang des Kabels befindlichen
Kurzsähließer, der innerhalb des Gehäuses der speisenden Stromquälle untergebracht
wird.
-
Die Überwachung des Kabels sowie die Auslösung der Schalteinrichtungen
erfolgt zweckmäßigerweise durch kontakflüse, beispiel£weise elektronisch oder transistorgesteuerteÜberwachmiigseinrichtungen.
Diese arbeiten bedeutend schneller als die üblicherweise verwendeten Einrichtungen,
da bei diesen die Eigen-und Schaltzeit der einzelnen Organe, wie Relais u. dgl.,
zu groß sind. Mit kontaktlosen Überwachungseinrichtungen ist es möglich, innerhalb
weniger Mikrosekunden, gerechnet von dem durch einen in das Kabel eindringenden
Fremdkörper verursachten Auslöseirapuls ab, den Auslösebefehl an die das, Kabel
kurzschließenden Schaltgeräte, zu geben.
-
Die kontaktlosen überwachungseinrichtungen enthalten im allgemeinen
Energiespeicher in Form von Kondensatoren. Um in jedem Fall die Funktionsfähigkeit
der Schutzeinrichtung zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, Maßnahmen zu
treffen, die verhindern, daß das Kabel mit oder ohne angeschalteten Verbraucher
an die speisende Stromquelle angeschlossen wird, ehe die als Energiespeicher dienenden
Kondensatoren in der überwachungseinrichtung aufgeladen sind. Beispielsweise kann
dies dadurch erreicht werden, daß zwischen dem Kurzschließer und der speisenden
Stromquelle bzw. dem Verbraucher ein Schalter angeordnet ist, dessen Betätigung
von der Funktionsbereitschaft der überwachungseinrichtung abhängig ist oder sogar
von dieser ausgelöst wird. Durch diesen Schalter wird das Kabel bzw. der Verbraucher
erst dann an die Stromquelle angeschlossen, wenn die Kondensatoren in der überwachungseinrichtung
geladen sind.
-
Weiter ist es notwendig, zwischen der speisenden Stromquelle und dem
am Einspeisungsende des Kabels befindlichen Kurzschließer eine entsprechende Schalteinrichtung,
beispielsweise Sicherung od. dgl., vorzusehen, die den Kurzschluß für die Stromquelle
aufhebt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erlmdung dargestellt.
-
Mit 1 ist der ortsveränderliche Stroinverbraucher, ein Motor,
bezeichnet, der von dem als Energiequelle fungierenden Transformator 2 über das
mit Schutz-und überwachungsleitem versehene Kabel 3 gespeist wird. An beiden
Enden des Kabels 3 ist jeweils ein durch Sprengstoff betätigter Kurzschließer
4 und 5
vorgesehen, die im Fall einer Beschädigung des Kabels den Motor und
den Transformator kurzschließen und somit das Kabel innerhalb kürzester Zeit stromlos
machen. Der am Motor befIndliche Kurzschließer 4 ist innerhalb des schlagwettergeschützten
Gehäuses 6
untergebracht. Zwischen dem Transformator 2 und dem Kurzschließer
5 sind Sicherungen 7 angeordnet, die nach Ansprechen des Kurzschließers
5 den Kurzschlußkreis auftrennen. Mit 8 und 9 sind Schaltgeräte
bezeichnet die das Kabel 3 bzw. den Verbraucher 1
erst dann an die
Stromquelle 2 anschließen, wenn die nicht dargestellte überwachungseinrichtung funktionsbereit
ist.