DE1959986A1 - Vorrichtung zum Schutz von Leitungen,beispielsweise elektrischer Kabel gegen thermische UEberlastung - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Schutz von Leitungen, beispielsweise elektrischer Kabel gegen thermische Überlastung.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie Schaltungen zum Schutz von Eauelementen oder Leitungen, beispielsweise von elektrischen Kabeln gegen thermische Einflüsse, die entweder auf einer Eigenerwärmung oder auf eine zusätzliche Erwärmung durch äußere Einflüsse beruhen.
• Für die Strombelastbarkeit von Kabeln und damit für ihre thermische Belastbarkeit sind Vorschriften vorhanden (VDE 0100). Ein Schutz solcher Kabel geschieht mittels Sicherungen, Schaltrelais und Stromauslöser, die bei richtiger Dimensionierung und Überwachung die thermische Belastung aufgrund der Eigenerwärmung begrenzen. Eine Temperaturüberwachung der Leitungen ist mit diesen Einrichtungen indessen nicht möglich. Die Leitungen können gegen äußere thermische Einflüsse, z.B. überhitzte Rohrleitungen, Sonneneinstrahlungen u.s.w., mit diesen Einrichtungen nicht geschützt werden.
• Zur Überwachung der Temperatur elektrischer Kabel sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen vorgeschlagen worden.
• In einer solchen bekannten Vorrichtung wird vorgeschlagen, zur Überwachung einer Teillänge eines Kabels Temperaturüberwachungsorgane anzuordnen, deren temperaturabhangige Größen z.B. der elektrische Widerstand, gemessen werden (DRP 624 449). Hierbei soll eine Brückenschaltung verwendet werden.
• Nach einem weiteren Verfahren zur Überwachung der Temperatur elektrischer Kabel wird die Temperatur des Mantels oder der Bewehrung aus ihrem elektrischen Widerstand bestimmt (DRP 855 128).
• Bei einer weiteren Einrichtung zur Überwachung der Betriebstemperatur elektrischer Kabel wird ein elektrisches Meldesystem vorgeschlagen, bei dem im Meldekreis liegende, mit einer saugfähigen Isolierung Versehene Leiter'alLseitig von einem solchen Tränkmittel umgeben sind, bei dem sich die Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Temperatur derart ändert, daß diese Anderung zur Anzeige des Ortes der Temperaturänderung benutzbar ist (DAS 1 o38 140).
• Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine besonders sicher wir kende Vorrichtung zum Schutz von Leitungen, insbesondere elektrischer Kabel, gegen thermische Überlastung zu schaffen.
• Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in oder an der zu überwachenden Leitung ein Halbleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und mit einem ausgeprägten Curiepunkt isoliert angeordnet ist und in einem geerdeten, ein eine Sicherheitseinrichtung betätigendes Relais und vorzugsweise eine Induktioität enthaltenden Stromkreis derart liegt, daß beim AuStreten einer vorbestimmten Temperatur an einer beliebigen Stelle der Leitung, der Halbleiter als Spannungsteiler wirksam wird und das Relais auslöst.
• Ferner besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, daß der Stromkreis, in dem der Halbleiter liegt, von einer Hilfsstromquelle (Netz oder Batterie) gespeist wird.
• Ein großer Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß bei jeder Unterbrechung des Stromkreises, sei es durch eine Erwärmung des Halbleiters, oder Bruch irgend einer Verbindungsleitung, die Sicherheitseinrichtung in jedem Fall anspricht. Die Vorrichtung kann somit als eigensicher bezeichnet werden.
• Die Zeichnung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen naher erläutert werden.
• Es zeigen: Fig. 1 die Anordnung eines PTC-Drahtes in einem Kabel mit Sektorleitern gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Beispiel eines geerdeten, netzgespeisten Stromkreises mit einem PTC-Element, Fig. n ein Beispiel eines geerdeten, batteriegespeisten Stromkreises mit einem PTC-Element.
• Fig. 4 den Verlauf des Widerstandes eines PTC-Elementes in Abhängigkeit von der Temperatur, Fig. 5 ein weiteres Beispiel eines geerdeten, batteriegespeisten Stromkreises mit einem PTC-Element und Fig. 6 die Schaltung nach Fig. 5 mit einem Überspannungsableiter.
• In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein Kabel mit Sektorleitern gezeigt, in dem ein PTC-Halbleiter angeordnet ist. Dieser PTC-Halbleiter ist in Gestalt eines isolierten und gegen Korrosion geschützten PTC-Drahtes ausgebildet.
• Der PTC-Draht besteht aus einem Elektronenleiter mit einem ausgeprägten Curiepunkt, dessen Leglerungsbestandteile beispielsweise aus Bariumtitanat bestehen. Dieses Material besitzt einen Widerstand, dessen Größe bei einer vorbestimmten Temperatur (Curiepunkt) plötzlich steil ansteigt.
• Der Verlauf des Widerstandes des PTC-Drahtes in Abhängigkeit von der Temperatur ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.
• In Fig. 2 ist eine Schaltung gezeigt, in der der Stromkreis, der den PTC-Draht oder ein PTC-Element enthält, von einem Netz über einen Transformatmr und einen Doppelweggleichrichter (Gleichrichter in Grätzschaltung) gespeist wird.
• Der geerdete Stromkreis enthält in Reihe geschaltet den PTC-Draht, ein Unterspannungsrelais U und die genannte Einrichtung zur Stromversorgung.
• Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist außerordentlich einfach und sicher. Solange sich der PTC-Draht unterhalb der vorbestimmten Temperatur befindet, bleibt das Relais angezogen und der Strom kann durch das zu überwachende Kabel fließen.
• Im gleichen Augenblick, in dem die vorbestimmte Temperatur erreicht wird, steigt der Widerstand im PTC-Draht sprunghaft an, das Unterspannungsrelais fällt ab und der Strom wird in dem zu überwachenden Kabel unterbrochen oder eine Sicherheitseinrichtung betätigt. Die Schaltung ist absolut eigensicher, denn jede Unterbrechung irgendeiner Leitung in der Energiezufuhr zum Netz, das den Transformator speist oder des PTC-Drahtes, hat die Wirkung, daß das Relais abfällt und der Strom im Kabel abgeschaltet oder die Sicherheitseinrichtung betätigt wird.
• In Fig. 3 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, der geerdete und den PTC-Draht enthaltende Stromkreis wird hier von einer Batterie gespeist. Die Wirkungsweise ist die gleiche, wie bei der Schaltung nach Fig. 2.
• In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hier ist im geerdeten Stromkreis neben dem PTC-Draht und dem Unterspannungsrelais noch eine Induktivität in Reihe geschaltetT Der Stromkreis wird von einer Batterie aus gespeist.
• Die Uirkuügsweise der Schaltung ur Überwachung des Kabels ist die gleiche, wei bei Fig. 2 und Fig. ), darüberhinaus gibt diese Schaltung mit Hilfe des induktiven Spannungsabfalles im dynamisehen Zustand oberhalb des Curiepunktes eine Aussage über den Temperaturanstieg am I'TC-Widerstalld. Die Zusammenhänge sind durch mathematische Ableitungen der in Frage IcorilmeIlden Größen beweisbar.
• Der fortlaufende prre-Draht kann auch durch einzelne PTO-HalbleiTer- Elemente ersetzt werden, die beispielsweise alle 5 oder lo m im Kabelmantel isoliert in Reihenschaltung liegen und miteinander mittels eines isolierten Leiters verbunden sind.
• In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Schutz von Kabeln gegen thermische Überlastung gezeigt. Um eine Gefährdung von Personen und Geräten durch hohe Spannungen infolge Schluß der Meßleitung mit den hochspannungsführenden Leitern eines Kabels oder infolge atmosphärischer Auf ladungen zu vermeiden, wird hier vorgeschlagen, in den Meßkreis einen Überspannungsableiter zu schalten.
• Patentansprüche:

Claims (8)

1. Patentansprüche Vorrichtung und Schaltung zum Schutz von Bauelementen oder Leitungen, beispielsweise elektrischer Kabel gegen thermische Einflüsse mit einem Schaltelement, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an der zu überwachenden Leitung ein PTC-Halbleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und mit einem ausgeprägten Curiepunkt angeordnet ist, und der genannte Halbleiter (PTC) in einem geerdeten, ein, eine Sicherheitseinrichtung betätigendes Unterspannungsrelais (U) und vorzugsweise eine Induktivität (UL) enthaltender Stromkreis derart in Reihe liegt, daß beim Auftreten einer vorbestimmten Temperatur der PTC-Halbleiter als Spannnungsteiler wirksam wird und das Relais (U) auslöst.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geerdete, den Halbleiter (PTC) enthaltende Stromkreis, von einer Hilfsstromquelle gespeist wird.
3. ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den geerdeten Stromkreis speisende Hilfsstromquelle ein Versorgungsnetz ist, das über einen Transformatmr und einen Doppelweggleichrichter den Stromkreis speist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Hilfsstromquelle eine Batterie ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (PTC) aus einem oder mehreren parallel fortlaufenden isolierten und gegen Korrosion geschützten Draht gebildet wird.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (PTC) aus einzelnen PTC-Elementen besteht, die isoliert in gleichmäßigen Abständen in oder an der Leitung angeordnet sind und die miteinander mittels eines isolierten Leiters verbunden sind.
7. 7.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem, den Halbleiter (PTC) und das Relais (U) enthaltenden Stromkreis ein Überspannungsableiter liegt.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Sicherheitseinrichtung, die vom Relais (U) betätigbar ist, ein Abschaltgerät oder ein Warngerät ist.