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Schutzanordnung mit einem Hauptschutz und mit einem Reserveschutz
Erfahrungen bestätigen die Annahme, daß wie bei allen technischen Geräten so auch
bei Schutzanordnungen zum Uberwachen von Stromversorgungsleitungen oder elektrischen
Geräten mitunter Störungen auftreten, die zu fehlerhaftem Arbeiten oder gar vollständigem
Versagen der Schutzanordnung führen. Man ist deshalb dazu übergegangen (L. Müller
"Selektivschutz elektrischer Anlagenn, 1971, Seiten 175 bis 178), für die Überwachung
wichtiger Leitungsabschnitte bzw. wichtiger Geräte neben einem Hauptschutz einen
Reserveschutz vorzusehen. Aus Kostengründen sieht man dabei davon ab, den den Schutzeinrichtungen
nachgeordneten Leistungsschalter doppelt vorzusehen; auch die bei Hochspannungen
verhältnismäßig aufwendigen Strom- und Spannungswandler zur Speisung des Hauptschutzes
und des Reserveschutzes werden der Kosten wegen nicht doppelt vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Schutzanordnung
mit einem Hauptschutz und mit einem Reserveschutz in ihrer Funktion insofern sicherer
zu gestalten, als eine fehlerhafte Wirkungsweise oder ein Versagen aufgrund des
Ausfalls des dem Haupt- und dem Reserveschutz zugeordneten Stromwandlers und des
den beiden Schutzeinrichtungen zugeordneten Spannungswandlers ausgeschlossen werden
soll, ohne daß dabei eine wesentliche Verteuerung der gesamten Schutzanordnung durch
zweifache Anordnung der Strom- und Spannungswandler entsteht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Schutzanordnung
mit einem Hauptschutz und mit einem Reserveschutz aus, die zur Zuführung einer strom-
und/oder einer spannungsabhängigen Meßgröße über Jeweils einen Stromwandler und/oder
Jeweils
einen Spannungswandler an die zu überwachende Leitung oder
an das zu überwachende Gerät angeschlossen sind. Bei dieser Schutzanordnung enthält
der Stromwandler erfindungsgemäß in an sich bekannter Weise einen Eisenkern mit
einer Sekundärwicklung, die an den Hauptschutz oder an den Reserveschutz angeschlossen
ist, und eine vom Magnetfeld des Primärleiters durchsetzte Wicklung aus einem Lichtwellenleiter,
der von polarisiertem Licht durchsetzt ist, so daß das Licht eine von der Größe
des Stromes abhängige Drehung seiner Polarisationsebene erfährt; mit dem Lichtwellenleiter
ist eine Auswerteeinrichtung verbunden, in der das polarisierte Licht in eine der
Größe des Stromes entsprechende Meßgröße umgesetzt wird, die dem Reserveschutz oder
dem Hauptschutz zugeführt wird.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzanordnung ist vor allem darin
zu sehen, daß von dem Stromwandler zwei vom Strom abhängige Meßgrößen erzeugt Werden,
die nach völlig voneinander abweichenden Meßverfahren erzeugt sind, so daß die Cefahr
wesentlich gemindert ist, daß bei einem Fehler am konventionellen Teil des Stromwandlers
beide Meßgrößen ausfallen. Dabei bedarf es zur Erzeugung der beiden stromabhängigen
Meßgrößen für den Haupt- und für den Reserveschutz keines zusätzlichen Stromwandlers,
bestehend aus Kopfgehäuse, Durchführung und Fußteil, sondern es kann wie bei bisher
bekannten Schutzanordnungen ein einziger Stromwandler Verwendung finden, der lediglich
mit einer zusätzlichen Wicklung aus dem Lichtwellenleiter und einer Auswerteeinrichtung
zur Umsetzung der Drehung der Polarisationsebene des Lichtes in eine elektrische
Meßgröße und mit einer Lichtquelle ergänzt ist. Die äußeren Abmessungen und die
zum Aufbau des Stromwandlers verwendeten Konstruktionsteile können dabei weitgehend
mit denen bisher verwendeter Stromwandler Ubereinstimmen.
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Von der Erfindung kann selbstverständlich auch dann Gebrauch gemacht
werden, wenn Je nach den Anforderungen von seiten des Haupt- und des Reserveschutzes
gegebenenfalls mehr als ein
Stromwandler vorgesehen ist, um dem
Haupt- und dem Reserveschutz beispielsweise zur Überwachung einer dreiphasigen Leitung
Meßgrößen zuzuführen, die den Strömen in den drei Phasen proportional sind.
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Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn die Schutzanordnung nach
der Erfindung zur Gewinnung der zum Arbeiten des Haupt-und des Reserveschutzes benötigten
spannungsabhängigen Meßgrößen einen induktiven Spannungswandler oder einen kapazitiven
Spannungswandler mit einem induktiven Zwischenspannungswandler aufweist, dessen
Sekundärwicklung bzw. Sekundärwicklung des Zwischenspannungswandlers an den Hauptschutz
oder an den Reserveschutz angeschlossen ist; ein in einem von der Spannung an der
zu überwachenden Leitung oder an dem zu überwachenden Gerät hervorgerufenen elektrischen
Feld im Gehäuse und/oder in der Durchführungsanordnung des Stromwandlers untergebrachter,
von polarisiertem Licht durchsetzter Meßfühler aus einem Lichtwellenleiter ist mit
dem Reserveschutz oder mit dem Hauptschutz Uber eine weitere Auswerteeinrichtung
verbunden, in der das polarisierte Licht in eine von der Spannung abhängige elektrische
Meßgröße umgesetzt wird.
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Eine derartige Ausbildung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung
hat den Vorteil, daß zur Erfassung der spannungsabhingigen Meßgrößen wie bisher
nur ein Spannungswandler herkömmlicher Bauart verwendet werden kann, daß aber zur
Gewinnung einer weiteren Meßgröße für den Reserveschutz unter nur unwesentlicher
Ergänzung des sowieso benötigten Stromwandlers eine weitere Meßgröße gewonnen werden
kann, die vorteilhafterweise nach einem anderen Meßverfahren gewonnen wird, als
dies bei klassischen Spannungswandlern der Fall ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Blockschaltbild
eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schutzanordnung dargestellt und
in der Figur 2 ein AusfUhrungsbeispiel eines Stromwandlers gezeigt, das mit Vorteil
im Rahmen der erfindungsgemäßen Schutzanordnung eingesetzt werden kann.
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In der Figur 1 ist eine zu überwachende Leitung 1 dargestellt, welche
einen eine Primärwicklung 2 eines Stromwandlers 3 durchfließenden Strom J führt.
Die Sekundärwicklung 4 des Stromwandlers 3 ist über Klemmen 5 und 6 an einen Hauptschutz
7 angeschlossen. Über Klemmen 8 und 9 ist an den Hauptschutz 7 außerdem eine Sekundärwicklung
10 eines Zwischenspannungswandlers 11 angeschlossen, dessen Primärwicklung 12'in
bekannter Weise an.
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den Unterspannungskondensator 13 eines kapazitiven Teilers angeschlossen
ist, der neben dem Kondensator 13 einen Oberspannungskondensator 14 enthält; der
Oberspannungskondensator 14 ist an die Leitung 1 angeschlossen. Dem Hauptschutz
7 wird daher über die Klemmen 8 und 9 eine der Spannung an der Leitung 1 proportionale
Meßgröße zugeführt.
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Die in der Figur 1 dargestellte Schutzanordnung enthält neben dem
Hauptschutz 7 einen Reserveschutz 15, der über Klemmen 16 und 17 an eine Auswerteeinrichtung
18 angeschlossen ist, die konstruktiv mit den Wicklungen 2 und 4 in einem Aufbau
vereinigt ist. Die Auswerteeinrichtung 18 ist mit einem Lichtwellenleiter 19 verbunden,
der in eine um die Leitung 1 gewickelte Spule 20 übergeht. Ein Ende 21 des Lichtwellenleiters
19 ist an eine Lichtquelle 22 angeschlossen, von der polarisiertes Licht in den
Lichtwellenleiter 19 eingespeist wird. Auch der Lichtwellenleiter 19 und die Lichtquelle
22 sind konstruktiv mit den übrigen Teilen des Stromwandlers 3 vereinigt.
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In dem Stromwandler 3 ist außerdem eine weitere Auswerteeinrichtung
23 angeordnet, die über Klemmen 24 und 25 mit dem Reserveschutz 15 verbunden ist
und eine der Spannung an der Leitung 1 abhängige Meßgröße abgibt. Zu diesem Zwecke
ist die Auswerteeinrichtung 23 mit einem Ende 26 eines Lichtwellenleiters 27 verbunden,
der beispielsweise in Form einer Toroidspule 28 die Leitung 1 umgibt und daher in
einem der Spannung an der Leitung 1 abhängigen elektrischen Feld liegt. Das andere
Ende 29 der Toroidspule 28 bzw. des Lichtwellenleiters 27 ist an eine weitere Lichtquelle
30 herangeführt, von der linear polarisiertes Licht in den Lichtwellenleiter 27
gesendet wird.
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Zur besseren Veranschaulichung des konstruktiven Aufbaues des Stromwandlers
3 nach Figur 1 ist in der'Figur 2 ein Stromwandler dargestellt, der aus einem Kopfteil
31, einer Durchführung 32 und einem Sockelteil 33 besteht. Innerhalb der Durchführungsanordnung
ist innerhalb eines Isolators 34 eine Spannungssteuerung 35 untergebracht. Die Spannungssteuerung
35 enthält mehrere Steuerelektroden 36, 37 und 38, die metallische Zylinder darstellen.
Wie die in der Figur 2 linke Darstellung der Durchführungsanordnung 32 erkennen
läßt, ist ein Lichtwellenleiter 39 aus dem Sockelteil 33 kommend in Achsrichtung
der Durchführungsanordnung 32 zunächst innen an der Steuerelektrode 38 vorbeigeführt.
Dann ist der Lichtwellenleiter 39 um das obere Ende 40 der Steuerelektrode 38 herumgelegt
und zwischen der Steuerelektrode 37 und 38 bis zum unteren Ende 41 der Steuerelektrode
37 geführt. Von dort ist der Lichtwellenleiter 39 zunächst außen an der Steuerelektrode
37 vorbei- und dann zwischen der Steuerelektrode 36 und Steuerelektrode 37 hindurchgeführt.
In gleicher Weise ist der Lichtwellenleiter 39 auf der rechten Seite der Durchführungsanordnung
32 wieder heruntergeführt. Dies ist jedoch in der Figur 2 nicht dargestellt,. da
mit dieser Figur auch noch eine-andere Anordnung des Lichtwellenleiters in der Durchführungsanordnung
32 erläutert werden soll.
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Ein Lichtwellenleiter 42 kann nämlich innerhalb der Durchführungsanordnung
32 auch so angeordnet sein, daß er einzelne Windungen 43 bildet, die konzentrisch
um die Längsachse der Durchführungsanordnung 32 angeordnet sind. Die Windungen 43
des Lichtwellenleiters 42 bilden mehrere Lagen, die so angeordnet sind, daß sie
Jeweils zwischen zwei Steuerelektroden 36 und 37 sowie 37 und 38 liegen.
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Bei beiden Anordnungen des Lichtwellenleiters 39 bzw. 42 in der Durchführungsanordnung
32 ist dafürgesorgt, daß der Lichtwellenleiter von elektrischen Feldlinien transversal
durchsetzt ist, so-daß linear polarisiertes Licht, das vom Sockelteil 33 her den
Lichtwellenleiter durchläuft, eine Drehung seiner Polarisationsehene erfährt, die
von der elektrischen Feldstärke und damit von der Spannung am Primärleiter 44 abhängig
ist.
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In der Durchführungsanordnung 32 ist außerdem noch eine Ausleitung
45 für das Strommeßteil 46 im Kopfgehäuse 31 vorgesehen.
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Das Kopfteil 31 des in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Meßwandlers weist ein Kopfgehäuse 47 auf, das auf die Durchführungsanordnung
32 aufgesetzt ist. Das Kopfgehäuse 47 wird von dem Primärleiter 44 durchsetzt. Innerhalb
des Kopfgehäuses 47 befindet sich eine leitende, ringförmige Schale 48, die auf
Niederspannungspotential liegt. Innerhalb dieser ringförmigen Schale 48 ist bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sekundärwicklung 49 mit Eisenkern sowie
eine Wicklung 50 aus einen Lichtwellenleiter untergebracht. Sowohl die Enden der
Sekundärwicklung 49 als auch die Enden der Wicklung 50 aus dem Lichtwellenleiter
sind durch die Durchführungsanordnung 32 nach Niederspannungspotential geführt.
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Der in der Figur 2 dargestellte Meßwandler gestattet eine Messung
des Stromes durch den Primärleiter 44 in einem sehr großen Strombereich, da durch
die Verwendung einer Wicklung 50 aus. einem Lichtwellenleiter Sättigungserscheinungen,
die bei klassischen Stromwandlern zu nichtlinearen Verzerrungen fuhren können, nicht
auftreten können. Mit Hilfe der Sekundärwicklung 49 mit Eisenkern lassen sich außerdem
Strommessungen für Verrechnungszwecke durchführen. Außerdem kann durch den Lichtwellenleiter
39 bzw. 42 innerhalb der Durchführungsanordnung 32 eine Messung der Spannung am
Primärleiter 44 vorgenommen werden.
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Die das linear polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle sowie die
Auswerteeinrichtungen zur Umsetzung der Polarisationsebenendrehungen des Lichtes
in elektrische Meßgrößen sind bei dem erfindungsgemäßen kombinierten Wandler vorzugsweise
in einem Schaltkasten 51 am Sockelteil 33 untergebracht. Die Auswerteeinrichtungen
können dabei beispielsweise in einer Weise ausgeführt sein, wie dies in der deutschen
Patentanmeldung P 21 31 225.4 beschrieben ist.
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Es ist verständlich, daß sich die erfindungsgemäße Schutzanordnung
nicht nur mittels eines Stromwandlers ausführen läßt, -wie er in der Figur 2 dargestellt
ist, sondern auch unter Anwendung des klassischen transformatorischen Aufbaues in
Kombination mit Lichtwellenleitern entsprechend dem Jeweiligen Einsatzfall unterschiedlich
ausgebildet sein kann; so wird beispielsweise eine Schutzanordnung nach der Erfindung,
die im Rahmen von vollisolierten, metallgekapselten Schaltanlagen eingesetzt werden
soll, einen konstruktiv hinsichtlich der Stromwandler - und der Spannungswandlerausführungen
unterschiedlichen Aufbau zu dem in der Figur 2 dargestellten Stromwandler aufweisen.
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Mit der Erfindung wird eine Schutzanordnung vorgeschlagen, bei der
die durch das Vorsehen eines Reserveschutzes neben einem Hauptschutz erhöhte Funktionssicherheit
durch unter Anwendung verschiedener Meßverfahren gewonnener strom- und spannungsabhängiger
Meßgrößen wesentlich erhöht wird, ohne daß diese Erhöhung der Funktionssicherheit
mit einem hohen zusätzlichen Aufwand für die Strom- und Spannungswandler erkauft
wird.
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2 Figuren 2 Patentansprüche