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Uberstromschutzanordnung für parallelgeschaltete Mehrleiterkabel Die
Erfindung betrifft-eine Überstromschutzanordnung der im Anspruch 1 genannten Art
für parallelgeschaltete Mehrleiterkabel.
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Zur Speisung der immer größer werdenden Motoren sind in der Regel
zwei oder mehrere parallele Kabel erforderlich. Hierbei besteht das Problem, die
Kabel in ausreichender Weise gegen Überströme (Überlastungs- oder Kurzschlußströme)
zu schützen. Dieses Problem ist besonders schwierig bei Asynchronmaschinen, die
bei ihrem Anlauf direkt an die volle Spannung angeschlossen werden. Bei solchen
Motoren beträgt der Anlaufstrom das Sechs- bis Achtfache des Nennstromes IM und
der kurzfristige Einschaltstromstoß beträgt das Zwölf- bis Sechzehnfache des Nennstromes
IM. Dies bedeutet, daß der Kurzschlußschutz entsprechend hoch eingestellt werden
muß oder entsprechend zeitverzögert sein muß, damit während des Anlaufvorganges
kein unerwünschtes Ansprechen des Kurzschlußschutzes eintritt. Eine solche Einstellung
hat jedoch zur Folge, daß der Schutz möglicherweise bei einem echten Fehler am Kabel
nicht oder zu spät anspricht, da entweder der Fehlerstrom zu klein ist oder die
eingestellte Verzögerungszeit zu lang ist.
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In beiden Fällen können große Schäden am Kabel auftreten und sich
eventuell auf andere in der Nähe liegende Kabel ausbreiten.
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Es ist bereits bekannt, parallele Kabel durch einen sogenannten Querdifferentialschutz
zu schützen. Bei den bekannten Schaltungen dieses Typs werden die Ströme in den
Leitern derselben Phase von verschiedenen Kabeln miteinander verglichen, und man
kann dabei feststellen, ob die Kabel ungleichmäßig belastet sind oder ob eine oder
einige der Phasen in den Kabeln beschädigt sind. Diese Schaltungen erfordern jedoch
eine verhältnismäßig große Anzahl strommessender Relais. Bei einer anderen aus der
DT-AS 1 251 417 bekannten Schutzanordnung für denselben Zweck wird nur ein Relais
verwendet, mit dem der Summenstrom in dem einen der parallelen Kabel gemessen wird.
Diese Anordnung ist zwar verhältnismäßig einfach, doch ist der erreichte Schutz
mangelhaft. Beispielsweise kann diese Anordnung nicht feststellen, ob ein dreiphasiger
Kurzschluß oder ein dreiphasiger Bruch in einem Kabel vorliegt. Außerdem kann man
die Anordnung nicht auf einfache Art mit thermischen Relais erganzen, um einen Schutz
gegen eine betriebsmäßige Überlastung zu erhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überstromschutzanordnung
der eingangs genannten Art zu entwickeln, die vonden genannten Nachteilen der bekannten
Überstromschutzanordnungen befreit ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Uberstromschutzanordnung nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß
die
im kennzeichnenden Teil desAnspruches 1 genannten Merkmale hat. Eine vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung ist.in dem Unteranspruch genannt.
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Die Schutzanordnung nach der Erfindung kann so eingestellt werden,
daß sie bei sehr niedrigen Fehlerströmen in den Kabeln anspricht, unabhängig davon,
wie groß die Belastungs- und Anlaufströme sind.
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Der Schutz kann aus einfachen gängigen Schaltungselementen aufgebaut
werden.
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Anhand der Figuren soll Aufbau und Arbeitweise des Schutzes für eine
aus zwei bzw. drei parallelen Kabeln bestehende Stromzuleitung beschrieben werden.
Das Prinzip der Erfindung ist auf eine Stromzuführung mit beliebig vielen parallelen
Kabeln anwendbar.
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Fig. 1 zeigt den Schutz an zwei parallelen Dreileiterkabeln K1 und
K2 die einen Motor M mit einem speisenden dreiphasigen Wechselstromnetz 4 verbinden,
dessen Phasen mit R, S und T bezeichnet sind.
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Zwischen dem Wechselstromnetz 4 und den Kabeln K1, K2 sind ein trennendes
Schaltglied 5, ein Überlastschutz 6 für den Motor M sowie (eventuell) ein gemeinsamer
Kurz schluß schutz 7 für die Kabel angeordnet. An dem motorseitigen Ende der beiden
Dreileiterkabel liegt in jeder Kabelphase je ein Stromwandler TRl bis Tag2.
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Sekundärseitig sind die Stromwandler TRl, T51 und TT2 in einer Summenstromschaltung
zusammengeschaltet, welche ein sofort ansprechendes Stromrelais 8 speist. In gleicher
Weise speisen die Stromwandler Tal, TR2 und T52 ein sofort ansprechendes Relais
9. Solange die Kabel fehlerfrei sind und gleichartig verlegt sind,
gilt
iR1 + iS1 + iT2 ~ O, so daß auch 1r1 + isl + it2 = Ebenfalls gilt iT1 + iR2 + i52
= 0 so daß auch itl + ir2 + is2 = Dies gilt unabhängig von der Größe der Primärströme
und auch während des Einschalt- und Anlaufvorganges.
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Bei einem Fehler wird diese Symmetrie jedoch gestört. Tritt beispielsweise
in der Phase R des Kabels K2 ein Bruch auf (kein Erdschluß oder Kurzschluß zu anderen
Phasen), so wird iR2 = 0 und iR1 steigt ungefähr auf den doppelten Wert (iR1). In
den Summenstromschaltungen der beiden Systeme fließen dabei die in den Zeigerdiagrammen
nach Fig. 2 und 3 dargestellten Ströme, welche die sofort ansprechenden Relais 8
und 9 zum Ansprechen bringen, die ihrerseits Auslöseimpulse an das trennende Schaltglied
geben.
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Tritt dagegen in der Phase R des Kabels K2 ein Erdschluß auf, wie
dies in Fig. 4 gezeigt ist, so fließen in den beiden Summenstromsystemen die in
den Zeigerdiagrammen nach Fig. 5 und 6 dargestellten Ströme, wobei auch in diesem
Falle Auslöseimpulse von den sofort ansprechenden Relais erzeugt werden. Mit den
Bezugszeichen 10 und 11 sind in Fig. 4 die geerdeten Schirme der Kabel bezeichnet.
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Entsprechende Unsymmetrien treten bei anderen Fehlern in den Kabeln
auf, wobei man einen sehr schnellen und sicheren Auslöseimpuls erhält. Der einzige
Fehler, bei dem der Schutz nicht anspricht, liegt dann vor, wenn gleichzeitig (innerhalb
10 - 20 ms) in sämtlichen Kabelphasen ein solcher Kurz schluß auftritt, daß kein
Strom die Stromtransformatoren ßurchfließt. Ein derartiger
Fehler
ist jedoch äußerst unwahrscheinlich, und ein eventueller Schutz hiergegen kann aus
einem herkömmlichen überstromschutz in dem gemeinsamen Ausgangspunkt der Kabel bestehen,
wie er durch das Glied 7 in Fig. 1 angedeutet ist.
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Fig. 7 zeigt einen Schutz für drei parallele Kabel. Fig. 8 zeigt einen
Schutz für zwei parallele Kabel, der durch einen z.B.
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mit thermischen Relais arbeitenden Uberlastungsschutz 12, 13 für die
Kabel ergänzt ist. Dieser Uberlastungsschutz wird angewendet, wenn der gesamte zulässige
Strom der Kabel wenig über dem Nennstrom des Motors liegt. Wenn der gesamte zulässige
Strom der Kabel hoch genug über dem Nennstrom des Motors liegt und wenn der Motor
durch ein strommessendes Überlastrelais geschützt ist, ist es möglich, die Schütze
gemäß Fig. 1 und 7 so einzustellen, daß sie auslösen, wenn die Stromverteilung zwischen
den Kabeln so ungleichmäßig wird, daß die Gefahr besteht, daß ein oder mehrere Kabel
überlastet werden.
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Der Schutz wird vorzugsweise, wie in Fig. 1 - 8 gezeigt, am motorseitigen
Ende der Kabel angeordnet, wodurch man die beste Schutzwirkung erhält. Der Schutz
kann auch am Ausgangspunkt (Netz 4) der Kabel angeordnet werden, wodurch man eine
ähnliche Schutzfunktion erhält. Bei dieser Plazierung erhält man jedoch keinen Schutz
gegen einen Kabelfehler, der gleich große Fehlerströme in sämtlichen Phasen der
Kabel verursacht (siehe beispielsweise Fig. 9). Jedoch ist ein solcher Fehler äußerst
unwahrscheinlich.
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Wie beschrieben, kann der Schutz aus herkömmlichen elektromagnetischen
und thermischen Relais aufgebaut sein. Er kann jedoch bei unveränderter Funktion
auch aus statischen Relais aufgebaut sein.
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Die Erfindung ist nicht auf dreiphasige Wechselstromsysteme beschränkt,
sondern kann im Prinzip für Wechselstromsysteme mit beliebiger Phasenzahl verwendet
werden.