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Leitungswächter für ungeerdete elektrische Netze Die Erfindung betrifft
einen Leitungswächter für ungeerdete elektrische Netze mit Schutzleiter und Uberwachungsleiter,
mit einer zwischen dem Uberwachungsleiter und dem Schutzleiter eine Meßspannung
erzeugenden Prüfvorrichtung, in welcher der in die Überwachungsleitung einfließende
Strom dadurch ausgewertet wird, daß die an einem Meßpunkt auftretende Spannung bei
Überschreiten eines vorgegebenen Wertes einen Schwellenwertdetektor umschaltet,
der seinerseits weitere Schaltfunktionen veranlaßt.
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Derartige Leitungswächter ermöglichen eine Kontrolle des angeschlossenen
Netzes durch Entdeckung etwaiger Erdschlüsse, schadhafter Isolierungen und gegebenenfalls
auch Leitungsunterbrechungen. Der in dem Netz mitgeführte Überwachungsleiter dient
ausschließlich
zu Prüfzwecken. An sein Ende wird ein sogenanntes
Endglied angeschlossen, das eine an den Übertragungsleiter angelegte Meß-Wechselspannung
gleichrichtet.
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Außerdem sind Isolationsmeßeinrichtungen bekannt, die an die Phasenleitungen
eines Wechselstrom-Leitungsnetzes eine Meßgleichspannung anlegen, um die Isolation
werte der Phasenleitungen zu überprüfen. Der durch schadhafte Isolation der Phasenleitungen
in dem Isolationsprüfgerät verursachte Gleichspannungsabfall wird, wenn er ein bestimmtes
Maß überschritten hat, von einem Schwellenwertdetektor zur Anzeige gebracht und
bewirkt unter Umstanden eine Abschaltung des gefährdeten Netzes.
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Bei derartigen Gelten können bestimmte Fehler im Leitungsnetz die
Uberwachungsvorrichtung zerstören und damit funktionsunfähig machen. Gelangt beispielsweise
die Phasenspannung an den Uberwachungsleiter, dann kann durch die viel zu hohe Spannung
der Schwellenwertdetektor zerstört werden. Das gesamte Gerät ist dann funktionsunfähig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leitungswächter der eingangs genannten
Art zu schaffen, der auch bei einer Berührung des Schutzleiters bzw. Uberwachungsleiters
mit einer der Phasenleitungen funktionsfähig bleibt und den Fehler ordnungsgemäß
anzeigt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
eine in Abhängigkeit von der Spannung zwischen Überwachungsleiter und Schutzleiter
zusätzlich auf den Eingang des Schwellenwertdetektors einwirkende Spannungs-Überwachungsschaltung
vorgesehe ist.
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Nach der Erfindung soll der Schwellenwertdetektor, der r;ormalerweise
nur auf überhöhte Spannungen an dem vorgesehenen Meßpunkt anspricht, zusätzlich
auf das Ausgangssignal der Spannungs-Uberwachungsschaltung ansprechen, die an den
Überwachungsleiter angesetzt ist.
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Durch die zusätzliche Überwachung der Isolation des Überwachungsleiters
bzw. des Schutzleiters erreicht man, daß der Leitungswächter ohne Gefahr sogar auf
beschaltete Netze geschaltet werden kann. Die Netzspannung hat auf das Gerät keine
schadliche Einwirkung und behindert die Messung nicht.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich eine an
die Phasenleitungen des Netzes anzuschliessende Isolationsmeßeinrichtung vorgesehen,
die eine über Widastände mit den Phasenleitungen verbindbare Gleichspannungsquelle
enthält und einen Schwellenwertdetektor aufweist, der anspricht, wenn der Spannungsabfall
des die Phasenleitungen durchfließenden Meßgleichstromes an einem Meßpunkt einen
vorgebbaren Wert überschreitet, und die Spannungsüberwachungsschaltung der Prüfvorrichtung
ist mit dem Eingang des Schwellenwertdetektors der Isolationsmeßeinrichtung verbunden.
Obwohl die Spannungs-Überwachungsschaltuüg an sich Bestandteil der zwischen Überwachungsleiter
und Schutzleiter geschalteten Prüfvorrichtung ist, soll sie nach obigem Vorschiagauf
die die Phasenleitungen überwachende Isolationsmeßeinrichtung einwirken. Der Grund
hierfür liegt in dem Bestreben, eine möglichst übersichtliche Fehleranzeige zu schaffen.
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Der Schwellenwertdetektor der Isolationsmeßeinrichtung spricht dann
nämlich generell auf einen Kurzschluß irgendeiner Leitung mit einer Phasenleitung
an, während der
Schwellenwertdetektor der Prüfvorrichtung auf eine
Unterbrechung des Schutzleiters oder des Uberwachungsleiters oder einen Kurzschluß
zwischen Überwachungsleiter und Schutzleiter anspricht. Sind dei Schwellenwertdetektoren
entsprechende Anzeigeleuchten zugeordnet, dann ermöglicht der geschilderte Anschluß
der Spannungs-Überwachungsschaltung eine klare und übersichtlich geordnet Aufteilung
de Leuchten nach Fehlerquellen.
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Die Spannungs-Überwachungsschaltung läßt sich mit relativ einfachen
Mitteln realisieren. Vorzugsweise ist zwischen den Übertragungsleiter und den Schutzleiter
ein Spannungsteiler geschaltet, dessen Abgriff an dem Emitter eines mit seiner Basis
mit dem Schutzleiter verbundenen Transistors liegt, und der Kollektor des Transistors
ist über Widerstände mit dem Eingang des Schwellenwertdetektors verbunden. Der Transistor
wird dabei in Basisschaltung betrieben. Er wird über den; ohmschen Spannungsteiler
angesteuert und reagiert auf die Spannung zwischen Überwachungsleiter und (geerdetem)
Schutzleiter. Übersteigt diese Spannung die Amplitude der angelegten Prüf-Wechselspannung,
dann schaltet der Transistor durch und der entsprechende Schwellenwertdetektor spricht
an.
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Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Leitungswächters besteht in
der Möglichkeit, eine Funktionskontrolle vorzunehmen. Zu diesem Zweck ist mindestens
einer der Schwellenwertdetektoren .mit einer Anzeigeleuchte gekoppelt uno.
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es ist eie den Überwachungsleiter mit dem Schutzleiter verbindende,
durch einen magnetisch durchschaltbaren Schalter unterbrochene erste Prüfleitung
vorgesehen Darüber hinaus kann eine eine DhasenXei ung mit dem Schutzleiter
verbindende,
ebenfalls durch einen magnetisch durchschaltbaren Schalter unterbrochene zweite
Prüfleitung vorgesehen sein. Die Prüfleitungen erzeugen innerhalb des Leitungswächters
einen Erdschluß der Phasenleitung oder einen Erdschluß des Überwachungsleiters.
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Zur Vermeidung von Überlastungen erfolgen diese Erdschlüsse über eignete
Widerstände. Durch die künstlichen Erdschlüsse kann das Ansprechen des Gerätes und
dessen ordnungsgemäße Funktion bis hin zu der jeweiligen Anzeigeleuchte überprüft
werden.
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Die magnetisch durchschaltbaren Schalter können in einen Vergußblock
eingeschlossen und/oder in einem amagnetischem Gehäuse untergebracht sein. Damit
ist eine vollständig dichte Kapselung möglich. Die Betätigung der Schalter erfolgt
durch Bewegen eines oder mehrerer außerhalb des Gehäuses befindlicher Magnete. Diese
können in einem Drehknopf untergebracht sein, der eine Vorzugsstellung haben sollte,
um ein versehentliches oder zu lange dauerndes Schließen der Schalter zu vermeiden.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die einzige Figur
in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild eines Leitungswächters nach
der Erfindung.
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Der abgebildete Leitungswächter 10 besteht aus zwei Baugruppen, der
Prüfvorrichtung 11, die den Überwachungsleiter ÜL und den Schutzleiter SL auf Unterbrechung
oder Kurzschlüsse mit den Phasenleitungen PL überwacht,
und der
Isolationsmeßeinrichtung 12, die die Isolation der Phasenleitungen PL gegen Erde
überwacht.
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Die Isolationsmeßeinrichtung 12 besteht aus einer Gleichstromquelle
15, die über einen Widerstand 14 an den Meßpunkt 15 eines aus dem Kondensator 16
und dem Widerstand 17 gebildeten Spannungsteilers geschaltet ist.
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Das andere Ende des Kondensators 16 ist mit der mit dem Schutzleiter
SL verbundenen Erdleitung 18 verbunden, während der Widerstand 17 über Je einen
Widerstand 19 und 20 mit jeder der beiden Phasenleitungen PL verbunden ist.
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Die mit einem Pol an der Erdleitung 18 liegende Gleichstromquelle
13 erzeugt einen Gleichstrom durch die Widerstände 14, 17 und 19 bzw. 20 der über
schadhafte Isolierungen der Phasenleitungen PL nach Erde abfließt.
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Der Kondensator 16 dient zur Aussiebung der über das Netz hereinkommenden
Wechselspannung.
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Man erkennt, daß das Potential am Meßpunkt 15 von dem Spannungsabfall
am Widerstand 14 abhängt. Dieser Spannungsabfall ist widerum dem über den Widerstand
17 abfließenden Leckstrom proportional. Wenn das Potential am Meßpunkt 15 infolge
eines zu hohe Spannungsabfalls am Widerstand 14 (gegenüber Erdpotential) zu klein
geworden ist, dann spricht der Schwellenwertdetektor 21 an, dessen Eingang über
einen Widerstand 22 mit dem Meßpunkt 15 verbunden ist. Der Schwellenwertdetektor
21 besteht aus einem Differentialverstärker, dessen einer Eingang 25, z.B. über
einen Spannungsteiler, an einem festen Bezugspotential liegt. Durch besondere
Rücklopplung,
die hier nicht im einzelnen u erläutern ist, wird erreicht, daß der Differenzverstärker
Kippverhalten hat, so daß sein Ausgang schlagartig vom nichtleitenden in den leitenden
Zustand überrührt wird, -wenn das Eingangspotential das am Eingang 23 voreingestellte
Maß unterschreitet.
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Der Ausgang des Schwellenwertverstärkers 21 ist an den Eingang einer
ODER-Stufe 24 gelegt, deren Ausgang ein Relais 25 schaltet. Dieses Relais setzt
bei seinem Ansprechen irgendwelche Warneinrichtunger- in Betrieb oder betätigt ein
Schütz zum Abschalten des Netzes.
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Die Spannungs-Überwachungsschaltung 11 besitzt eine Wechselspannungsquelle
26 in Form eines Transformators, an dessen Bekundarwicklung eine Wechselspannung
von etwa 20 V erzeugt wird. Das eine Ende der Sekundärwbclung ist an die Erdleitung
18 geschaltet, während das andere Ende über einen Widerstand 27 mit einer Leitung
28 verbunden ist, die an den Überwachungsleiter ÜL des zu überwachenden Netzes anschaltbar
ist. Leitung 28 ist an die Reihenschaltung eines Widerstandes 29 und eines Kondensators
30 angeschlossen, deren Verbindungsstelle den Meßpunkt 31 bildet. Der Kondensator
30 ist mit seinem anderen Ende mit der Erdleitung 18 verbunden.
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Der Meßpunkt 31 ist an den Eingang des Schwellenwertverstrkers 32
geschaltet, der ebenfalls aus einem.
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Differenzverstärker besteht und dessen Schaltspannung durch änderung
der an den zweiten Eingang 33 angelegten Differenzspannung geändert werden dann
Der Ausgang des SchwellenwertverstrErkers 32 liegt an dem zweiten
Eingang
des ODER-Tores 24.
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Zur Durchführung der Funktionsprüfung wird an das Ende des Überwachungsleiters
ÜL ein "Endglied" 34 angescElaltet, das aus einer mit einem Widerstand in Reihe
geschalteten Diode besteht und mit seinem anderen Pol an Erde liegt. Die Diode schließt
die positive Halbwelle der Meß-Wechselspannung praktisch kurz. Die negative Halbwelle
liegt in Sperrichtung an und erzeugt am Widerstand 29 eine entsprechende Spannung.
Dabei lädt sich der Kondensator 30 infolge der Polung der Diode im Endglied 34 negativ
auf. Wird das Endglied 34 überbrückt, dann bleibt der Kondensator 30 spannungslos.
Bei eier Unterbrechung des Überwachungskreises steht am Widerstand 29 eine Wechselspannung.
Da Widerstand 29 mit dem Kondensator 30 als frequenzabhängiger Spannungsteiler arbeitet,
ist die Wechselspannung am Kondensator 3 klein und bleibt bohne Wirkung.
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Der Schellenwertverärker 32 ist so lange leitend, wie die Spannung
am Meßpunkt 31 oberhalb des vorgesehenen Schwellenwertes liegt. Wenn der Leiturgskreis
in Ordnung ist, wenn alco der Meßpunkt 31 negatives Potential führt, wird der Ausgang
des Schwellerwertverstärkers 32 gesperrt. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß sie
anspricht, wenn der erforderliche Mindestisolatlonswert zwischen den Adern ÜL und
SL des Überwachungskreises von 3 bis 5 k Ohm nicht eingehalten wird.
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An den Ausgang des Schwellenwertverstärkers 21 ist eine Leuchtdiode
35 und an denjenigen des Schwellenwertvererkers 32 eine Leuchtdiode 36 geschaltet.
Die Leuchtdioden
leuchten auf, wenn der jeweilige Verstarkerausgang
leitend wird, d.h. wen die zulässigen Spannungen an den Meßpunkten 15 und 31 überschritten
wurden.
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Erfindungsgernäß ist in der Prüfvorrichtung 11 noch eine Spannutigsüberwachungssciialtung
vorgesehen, die aus den in Reihe wischen die Leitungen ÜL und SL geschalteten Spannungsteiler
aus den Widerstände 37 und 38 und dem Transistor 39 besteht. Der npn-Transistor
39 ist in Basisschaltung geschaltet. Dies bedeutet, daß sein Emitter an den Abgriff
des Spannungsteilers 37, 38 und seine Basis an die Erdleitung 18 gelegt ist. Der
Kollektor ist mit dem Meßpunkt 15 der Isolationsmeßeinricitung 12 verbunden. Treten
an den Leitungen um und SL Wechselspannungettmit größeren Amplituden auf, die entstehen
können, wenn z.B. der Überwachungsleiter mit einer Phasenleitung Berührung hat,
dann bewirkt die Spannungs-Überwachungsschaltung 37, 38, 39 ein sofortiges Abschalten
der Relais. Diese Abschaltung wird durch Aufleuchten der Leuchtdiode 35 angezeigt.
Die Spannungs-Überwachungsschaltung ist so ausgelegt, daß sie anspricht, wenn an
den Leitungen ÜL und SL eine Spannung auftritt, die größer ist als die von der Wechselspannungsquelle
26 erzeugte Meßspannung. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, daß bei Spannungen
oberhalb der Meßspannung das Gerät sofort anspricht und sowohl den Fehler anzeigt
als auch das Gerit vor Zerstörung schützt.
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Aufgrund der beschriebenen Verkoppelungen zeigt die Leuchtdiode 35
einen Kurzschluß zwischen dem Schutzleiter SL und einer Phasenleitung PL an, sowie
einen Kurzschluß wischer ST bzw. ÜL und PL. Die Leichtdiode 36
zeigt
dagegen eine Unterbrechurg der Leitungen SL oder ÜL an oder einen Kurzschluß zwischen
ÜL und SL.
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Damit überwacht die Leuchtdiode 35 grur!dsatzlich die Phasenleitungen
PL, während die Leuchtdiode 36 den Schutzleiter SL und den Überwachungsleiter UL
schützt.
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Der erfindungsgemäße Leitungswächter eignet sich insbesondere für
die Überwachung elektrischer Netze im Bergbau. Zur Prüfung der Funktior!sf-ihigkeit
des Letungswachters sind zweckmäßigerweise Prüfeinrichtungen vorgesehen, die die
zu überwachenden Fehler kurzzeitig künstlich erzeugen, um die Funktion der Anzeige-
und Schalteinrichtungen zu prüfen. Zu diesem Zweck ist die Leitung 28 über einen
Widerstand 4 und einen Reed-Schalter 41 mit der Erdleitung 18 und eile der zu den
Phasenleitungen PL führenden Leitungen über einen Widerstand 42 und ein Reed-Relais
43 mit der Erdleitung 18 verbunde. Wird der Reed-Schalter 41 geschlossen, dann wird
hierdurch ein Teil-Erdschluß des Überwachungsleiters UL simuliert, während ein Schließen
des Reed-Schalters 43 einen Teil-Erdschluß einer Phasenleitung PL simuliert. In
jedem Fall muß der zugehörige Cchwellenwertdetektor 21, 32 und damit auch das nachgeschaltete
Relais 25 ansprechen.
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Die Reed-Schalter 41 und 43 sind jeweils durch einen Magneten schaltbar.
In dem Gehause, in dem die gesamte Schaltung vergossen. ist, liegen die Reed-Schalter
41 und 43 nahe der Wandung. Das Gehäuse besteht aus Messing oder Bronze. Mittels
zweier Permanentmagneten, die in einem außen an dem Gehäuse angebrachten Drehknopf
untergebracht sind, werde die Reed-Schalter zum Ansprech.er.
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gebracht. Der Drehknopf kann unter der Wirkung einer Feder stehen,
die es erlaubt, die Magnete nur so lange in der Schaltstellung zu halter;, wie ein
Zwang auf den Drehknopf ausgeübt wird. Danach gebe die Magnete die Reed-Schalter
41, 43 von selbst wieder frei.
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Die Magnete müssen nicht notwendigerweise in einem Drehschalter untergebracht
sein, der an der Außenseite des geschlossenen Gehäuses angebracht ist, sondern die
Betätigung der Reed-Schalter kann auch mit separaten Magneten erfolgen, die zeitweilig
von außen her gegen eine bestimmte Stelle des Gehäuses geführt werden und von dort
auf die Reed-Schalter einwirken.
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Für Netze mit Betriebsspannungen von über 220 V empfiehlt es sich,
die Widerstände 19 und 20 durch Drosseln zu ersetzen, die zwar den Pleßgleichstrom
durchlassen, jedoch verhinderr, daß die Wechselspannung des Netzes in das ITberwachur.gsgerat
eindringt. Anstelle zweier Drosseln kann eine einzige Drossel mit Mittelanzaprung
eingesetzt werden. Zum Schutz der Schaltung ist der Widerstand 42 bei höherer Netzspannung
nicht direkt an die zur Phasenleitung führende Meßleitung angeschlossen, sondern
an die Mittelanzapfung der Drossel, die mit dem Widerstand 1? verbunden ist.