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Vorrichtung zur Anzeige des Weges eines Fehlerstroms durch einen
Leiter Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige des Weges,
den ein Fehlerstrom durch einen Leiter einer elektrischen Starkstromleitung genommen
hat. Sie ist insbesondere - obgleich nicht ausschile#lich - geeignet ftir den Gebrauch
an oberirdischen Anschlußleitungen (Freileitungen) wie es ein Übertragungs- oder
Verteilungsnetz darstellt. in diesem Fall iwr der Ausdruck "Fehlerstrom" gebraucht,
um einen Strom von übermä#iger Größe zu bezeichnen, der von einer Überspannung,
einem Kurzschluß oder einem Erdungsfehler herrührt.
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Diese Erfindung ist vorzugsweise als Hilfe bestimmt, einen t) berspannungfehler
im Leitungssystem zu finden, Verschiedene Methoden der Fehlerbestimmung sind bekannt,
z. B. indem man vorübergehend HF-Impulse auf die Leitung gibt. um ein Echo vom Fehler
zu erhalten. Solch eine Methode ist zur Anwendung in verzweigten Netzwerken nicht
geeignet, da Echos dazu neigen, auch von Verbindungspunkten renektiert zu werden.
Wird ein Fehlerecho empfangen. ist dies noch kein Nachweis, aus welchem Zweig es
gekommen ist.
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Gegenstand dieser Erfindung ist es, die Fehlerbestimmung zu vereinfachen,
indem die Leitung angezeigt wird, durch welche der Fehlerstrom geflossen ist.
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Entsprechend dieser Erfindung ist eine Vorrichtung zur Anzeige des
Weges eines Fehlerstroms durch den Leiter einer elektrischen Starkstromleitung vorgesehen,
bestehend aus einem Flügel aus magnetischem Material. der auf einer drehbaren Welle
sitzt und sich aus einer in die andere von zwei oder mehr Stellungen drehen kann,
sowie aus einer Vorrichtung zum Festhalten dieses Flügels in jeder der besagten
Stellungen. sowie aus einem Gehlbuse, das diese drehbare Welle und diese Festhaltevorrichtung
enthält, Sowie aus einer Vorrichtung, um dieses Gehäuse mit besagtem Leiter zu verbinden,
so daß lediglich eine dieser Stellungen der Welle weitgehend tangential zu dem Magnetfeld
ist. das um den Leiter beim Fließen eines elektrischen Stromes erzeugt wird, wobei
durch einen Fehlerstrom dieser Fingel aus einer dieser nichttangentialen Stellungen
in besaugte weitgehend tangentiale Stellung gebracht wird.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen
Erfindung zum Anzeigen des Weges eines Fehlerstroms ist eine Rückstelleinrichtung
vorgesehen. die diesen Filigel aus besagter tangentialer Stellung in eine nichttangentiale
Stellung bringt.
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Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der drei Ausführungsbeispielle
dargestellt sind.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 einen Teilschnttt einer Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt gemäß X-Xder Fig. 1; Fig. 8 einen Schnitt gemä#
Y-Y der Fig. 1; Fig. 4 einen schematischen Schnitt einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung; Fig. õ einen Schnitt gemäß Y-Y der Fig. 4; Fig. S den Schaltplan
des Stromkreises der Fig. 5; Fig. 7 einen Teilschnitt einer dritten Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 8 einen Schnitt gemäß Z-Z der Fig. 7.
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Gemäß Figg. 1, 2 und 3 ist ein zylindrisches Gehäuse 10 vorzugsweise
aus transparentem Material mittels eines Klemmhakens 11 an einen Leiter einer Freileitung
befestigt. Im Innern des Gehäuses 10 ist in zwei Lagerplatten 13 eine Welle 14 gelagert.
Ein Flügel 15 aus magnetischem Material mit kleinen Hystereseverlusten ist so auf
der Welle angebracht, daß er sich mit dieser dreht.
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Auf dieser Welle 14 ist außerdem ein stabförmiger keramischer Permanentmagnet
16 ebenfalls so angebracht, da# er sich mit der Welle 14 dreht. Ein geschlossener
Eisenkreis 17 mit zwei Polaren 18 und 19 ist an dem Gehäuse 10 befestigt und umgibt
den Permanentmagnet 16. Eines dieser Polpaare 18 ist so angeordnet, daß die (gedachte)
Verbindungslinie dieses Polpaares im wesentlichen tangential zu dem magnetischen
Feld verläuft, das den Leiter 12 umgibt, wenn er von einem elektrischen Strom durchflossen
wird.
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Figg. 2 und 8 sind Schmitte, die die Anordnung des Permanentmagneten
16 und des Eisenkreises 17 sowie den Flügel 15 zeigen.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Wenn das Gehäuse an einen
Leiter angeklemmt wird, welcher - wie Figg. 2 und 3 zeigt - mit dem Magnet-und Flügelsystem
fluchtet, wird der Flügel 15 zwangsläufig durch den Magnetfluß des Permanentmagneten,
welcher im Eisenkreis 17 über das Polar 18 nießt, in dieser Stellung gehalten. Ein
im Leiter 12 fließender normaler Strom erzeugt ein magnetisches Feld um den Leiter,
wodurch auf den Flügel 15 eine Drehkraft ausgeübt wird. Diese lArehkraft, welche
durch die Normalströme im Leiter verursacht wird, genügt nicht, um die Anziehungskraft,
welche zwischen dem Permanentmagnet l6 und dem Polpaar 18 herrscht, zu überwinden,
Aus diesem Grund wird der Flügel 15 nicht gedreht.
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Wenn nun ein Fehlerstrom in dem Leiter 12 fließt, wird das dadurch
entstehende Magnetfeld erheblich verstärkt und auf diese Weise eine Drehung des
Permanentmagneten 16 bewirkt. Die Welle dreht sich in entgegengesetztem Uhrzeigersinn,
bis der Flügel in der Richtung des Magnetfeldes liegt. d. h. im wesentlichen tangential
zu dem den Leiter 12 umgebenden Feld ist. In dieser Stellung sind die Pole des Permanentmagneten
benachbart dem Polpaar 19 im Eisenkrd s 17. Wenn nun der Fehlerstrom nicht mehr
fließt, z. B. durch Auslösen eines Schutzschalters, wird die Welle in ihrer neuen
Richtung festgehalten.
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Die einfachste Anzeigeform ist die durch einen direkten Blick auf
den Flügel 15 (Sichtanzeige), um so dessen Stellung festzufltellen. Aus diesem Grunde
sollte der Flügel vorzugsweise in leuchtenden Farben ausgeführt und das Gehäuse
10 natürlich transparent sein. Der Flügel 15 kann ein Teil eines Zylinders sein,
welcher, um ihn besser sichtbar zu machen, mit leuchtend gefärbten Segmenten versehen
ist, oder er kann mit einem solchen gekoppelt sein. Der Flügel kann z.
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B. in einen Zylinder aus Schaumstoff eingebettet sein, dessen Oberfläche
mit fluoreszierenden Farben versehen ist. Es gibt selbstverständlich viele andere
Arten für die erforderliche Anzeige, entweder durch Sichtanzeige oder durch Geräte,
welche über elektrische Kontakte gesteuert werden, die durch die Bewegung der Welle
betestigt werden. Eine derartige Vorrichtung jedoch ist nicht der Gegen stand vorliegender
Erfindung.
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Die Vorrichtung muß, wenn die Fehlerbedingung erkannt ist, in ihre
normale Lage zurückversetzt werden. Dies kann manuell geschehen, z. B. durch Näheren
eines Permanenmagneten an einen Pol, welcher dazu dient, den Permanentmagneten in
der Vorrichtung zu bewegen. Jedoch sind derartige Vorrichtungen hicht immer zweckmäßig
und irgendeine Form automatischer Betätigung ist wtLns chenswert.
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In den Figg. 4, 5 und 6 ist eine Ausführung der oben beschriebenen
Vorrichtung dargestellt, welche eine automatische Rückstellschaltung enthält.
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In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 10 auf der anderen Seite
des Klemmhakens 11, wie dargestellt, verlängert. Die Verlängerung 20 und der Klemmhaken
ist aus elektrisch leitendem Material. Ein Behälter 21 aus elektrisch Wolierendem
Material ist am äußeren Ende des Gehäuses 20 angebracht.
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Der Behälter 21 hat an seiner Innenseite eine leitende Schicht 22
aufgebracht, die von dem Gehäuse 20 durch das Material isoliert wird, aus dem der
Behälter gebaut ist. Im Behälter befinden sich verschiedene elektrische Bauelemente,
die gemäß dem Schaltbild Fig. 6 miteinander verbunden sind. Die leitende Schicht
a2 bildet eine Platte eines Kondensators Cl, während die andere Platte durch die
Erde gebildet wird. Die Schicht 22 wird durch eine Diode D1 und einen zweiten Kondensator
C2 mit dem Leiter 12 verbunden. Eine zweite Diode D2 ist direkt zwischen Gehäuse
30 und der Schicht 32 geschaltet. Von Verbindungepunkt Cl /D1 wird über eine Dämpfungsimpedanz
Z eine Verbindung zu einer zweipoligen Schalt einrichtung S hergestellt, welche
so ausgelegt ist. daß sie schließt wenn die Spannung zwischen ihren beiden Klemmen
einen bestimmten Wert überschreitet.
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Das andere Ende von S ist über eine Wicklung W auf den Polpaaren des
Eisenkreises und über das Gehäuse mit dem Leiter 12 verbunden. In ihrer einfachsten
Ausführung kann die Dämpfungsimpedanz Z ein Ohm'scher Widerstand sein, obgleich
auch ein induktiver Widerstand benutzt werden kann.
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Fig 5 zeigt die Anordnung der Wicklung W auf den vier Polen 18 und
19.
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Vier Wicklungen, eine an jedem Pol, sind in Reihe geschaltet und bilden
die Wicklung W. Wenn sie erregt werden, nehmen die zwei Pole 18 - bezogen auf
die
Stellung des Dauermagneten 16 - entgegengesetzte Polarität an, um so den letzteren
anzuziehen, Die beiden Pole 19 nehmen umgekehrte Polarität an und stoßen so den
Permanentmagneten ab. Entsprechende Polaritäten sind in Fig. 5 dargestellt, wo der
Magnet in Fehlerstellung mit dem Polpaar 18 fluchtend gezeigt wird.
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Die Arbeitsweise der Räckstellschaltung ist folgende. Mit den Dioden
Dl und D2, welche wie in Fig. 6 gepolt sind, wird der Kondensator C1, der einen
set kleinen Wert in der Größenordnung von einigen pico-Frad hat, durch die Diode
D2 während jeder positiven Halbwelle auf die volle Leitungsspannung aufgeladen.
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Während jeder negativen Halbwelle wird, die Diode D1 leitend und ein
Teil der Ladung von Cl wird von Kondensator C3, welcher einen verhältnismäßig hohen
Wert hat, übernommen, Dieser Ladungsvorgang wird wiederholt, bis die Spannung von
C2 die Zündspannung des Schalters S erreicht und der Kondensator C2 sich über die
Wicklung W entlädt und so die Welle in ihre Normalstellung zurückstellt. Die Dämpfungsimpedanz
Z verhindert das Entstehen von Schwingungen im Parallelkreis C2 1W.
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Die Ladungs- und Entladungsvorgänge wiederholen sich, so lange der
normale Leitungsstrom fließt. Die erforderliche Zeit, um die Vorrichtung auszulösen,
hingt von verschiedenen Faktoren ab. Von dem Wert der Kondensatoren C1 und CZ, der
Ltungsspannung und der Zündspannung der Schalteinrichtung S. En ist möglich, die
Werte der einzelnen Kounpenten so einzurichten, daß der Zyklus (Ladungs- und Entladungsvorgang),
s. B. 10 Minuten, dauert. Aber auch andere Zeiten sind möglich.
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Die Schalteinrichtung s kann eine gasgefüllte Entlandungsröhre oder
eine Halbleiterschaltung sein.
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Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß sich der Flügel auf dem
kürzesten Weg aus seiner Normalstellung in die Fehleranzeigestellung dreht, aber
auch, sofern die Welle 14 perallel zum Leiter 12 läuft, sich infolge des den Leiter
umgebenden Feldes in jeder Richtung drehen könnte.
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Die Figg. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung
mit turner anderen Rückstellvorrichtung, als die oben beschriebene. Die Rückstellschaltung
ist jedoch die gleiche wie in Fig. 6. Es wird nur der Teil des Gehäuses 10 in Fig.
7 dargestellt, welches die drehbare Welle 14 und den Flügel 15 sowie den Permanentmagnet
16 enthält. Die Welle ist in Ruhestellung dargestellt d. h. Magnet 16 liegt horizontal.
Wie Fig. 8 zeigt, begrenzt ein Anschlag 23 aus nichtmagnetischem Material die im
umgekehrten Uhrzeigersinn erfolgenden Drehung des Magneten 16.
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Die Rückstellwicklung W enthält eine einzige Spule 24, die sich auf
einem Spulenkörper befindet, welcher auf einer der Lagerplatten 13 durch binnen
Kernbolt zen 25 befestigt ist, Dieser Bolzen führt durch die Lagerplatte 13 und
wirkt als Anschlag, um die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung des Magneten 16 zu
begrenzen. Ein Pol des Elektromagneten, welcher durch die Spule 24 gebildet wird,
ist der Bolzen 25, während der andere Pol durch eine Schiene 26 aus magnets schem
Material gebildet wird, welche ebenfalls durch die Leiterplatte 13 hindurch führt
und ihr umgebogenes Ende bei 27 hat, so da# dies neben dem Magneten 16 liegt, wenn
letzterer sich in Ruhestellung befindet. Vorzugsweise wird auf das durchgehende
Ende des Bolzens 25 eine Schicht nichtmagnetischen Materials aufgebracht. Die Schiene
26 kann um den Bolzen 25 drehbar gelagert werden, so daß die Lage des Endes 27 verändert
werden kann.
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Die vorbeschriebene Rückstellvorrichtung arbditet folgendermaßen:
Die Drehung des Flügels 15 und des Magneten 16 von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung
erfolgt wie vorher, wobei die Drehung dadurch begrenzt wird, daß der Magnet 16 am
Bolzen 25 anschlägt. Wenii der Normalstrom nach dem Fehler wieder zu fließen beginnt,
lädt sich der Kondensator C2 auf und der Schall ter S schließt, wenn die Spannung
von C2 den erforderlichen Wert erreicht hat.
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Nun fließt ein Strom durch die Spiele 24, welcher an dem Bolzen 25
und am äusseren Ende 27 der Schiene 26 entgegengesetzt magnetische I>ole erzeugt.
Die
Polarität dieser Pole ist so, daß der Bolzen 25 entgegengesetzte
Polarität zu dem nebenliegenden Ende des Magneten 16 hat. Dadurch wird der Magnet
von dem Bolzen 25 abgestoßen und gleichzeitig von dem Ende 27 der Schiene 26 angezogen.
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Die Bewegung des Magneten und infolgedessen auch der Welle 14 und
des Flügeln 15 wird durch den Anschlag 23 begrenzt.
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Die Anzeige eines Fehlerstroms kann durch jede der vorstehend erwähnten
Methoden in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erfolgen.
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Die Vorrichtung wird benutzt zur Fehlerortsbestimmung, indem man
je eine Vorrichtung an der "fernen" Seite jeder Abzweigung eines Leitungsnetzes
anbringt. Unter "ferner" Seite ist derjenige Punkt einer Abzweigung zu verstehen,
der leitungsmäßig am weitesten vom Generator entfernt liegt. Durch Kontrolle der
Vorrichtungen ist es dann möglich, die Leitungen zu bestimmen, durch welche ein
Felilerstrom geflossen ist.
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Die auf den Flügel 15 einwirkenden Kräfte kamen verändert werden,
indem man geeignet geformte Stücke, z. B. von weichem Eisen nahe beim Flügel anbringt,
um dadurch das Magnetfeld zu verändern.
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In den beschriebenen Ausführungsformen wird dir Flügel 15 durch die
Anziehungskraft, welche von einem oder beiden Polen des Permanentmagneten 16 auf
ein in der Nähe befindliches Teil aus magnetischem Material ausgeübt wird, in der
Arbeitsstellung (Fehleranzeigestellung) festgehalten. Es ist auch möglich, wenn
gefordert, mechanische Vorrichtungen vorzusehen, um den Flügel in Arbeits- oder
Ruhestellung zu halten.
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Die Rückstellvorrichtung, wie oben beschrieben, ist nur eine der
geeigneten Ausführungsformen. Eine Alternativlösung ist es z. B. die Energie zum
Erregen des Elektromagneten einem Übertrager zu entnehmen, dessen Primzrwick lung
der Leiter 12 ist. Eine andere Ausführungsart benutsteine Sekundärbatterie, die
automatisch mit Hilfe des Norrnalstroms geladen wird, welcher im Leiter 12 fließt0
Der
Permanentmagnet 16 ist vorzugsweise aus keramischem Material, da er sich immer in
einem magnetischen Wechselfeld befindet, welches Magnete anderer Art sehr schnell
schwächen würde. Der Magnet muß nicht stabförmig sein, wenn andere Formen bevorzugt
werden. Ebenso braucht der Magnet nicht tangential zu dem vom Leiter 12 aufgebauten
Feld liegen, wenn er in Ruhestellung ist.
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Die räumliche Anordnung der Einzelteile der Fehleranzeige werden
in den Zeichnungen nicht dargestellt, da dies nur Beispiele möglicher Anordnungen
sind.