DE280785C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-JVi 280785 KLASSE 21 c. GRUPPE ,57.

und Apparate.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. November 1913 ab.

Die große räumliche Ausdehnung moderner elektrischer Kraftverteilungsanlagen macht es erforderlich; besondere Sicherheitsschaltungen zu treffen, die beim Auftreten eines Fehlers im Netz den fehlerhaften Strang selbsttätig abschalten. Die bisher bekannt gewordenen Sicherheitsschaltungen dieser Art benutzen teilweise besondere Hilfsleitungen, die getrennt von den Hauptleitungen verlegt oder unmittelbar in dem zu schützenden Kabel angeordnet sind; teilweise sehen sie eine Unterteilung der Leitung bzw. des Kabels in zwei parallele Stränge vor. Ein Nachteil aller bisher bekannten Sicherheitsschaltungen liegt darin, daß sie erst wirken, nachdem der Fehler in der Leitung sich bis zum Stromübergang ausgebildet hat, also ein mehr oder weniger starker Kurzschluß aufgetreten ist. Die schweren zerstörenden Rückwirkungen eines solchen Kurzschlusses auf die stromliefernden Maschinen und Apparate und die ganze Leitungsanlage haben die im folgenden beschriebene, den Gegenstand der Erfindung bildende Sicherheitsschaltung veranlaßt, die noch vor Auftreten des eigentlichen Kurzschlusses den fehlerhaften Strang abschaltet. Man kann sich daher bei dieser Sicherheitsschaltung auch damit begnügen, durch sie eine Alarm- oder sonstige Anzeigevorrichtung zu betätigen, welche den Eintritt eines Fehlers anzeigt, da im vorliegenden Falle noch genügend Zeit bleibt, um den fehlerhaften Teil von Hand abzuschalten. Eingehende Untersuchungen elektrisch überanstrengter bzw. durchgeschlagener Kabelstücke haben gezeigt, daß sich der Kabeldurchschlag, wenn der Stromleiter aus einem mehrdrähtigen Seil oder einer Litze besteht, etwa folgendermaßen entwickelt (Fig. 1). Sobald die elektrische Feldstärke an der Oberfläche des Seiles das zulässige Maß überschritten hat, wird zunächst die Imprägniermasse des Kabels, die sich in den Lücken h zwischen den einzelnen Drähten der Decklage befindet, infolge ihrer gegenüber dem getränkten Papier der Isolierschicht geringeren elektrischen Festigkeit zersetzt und verbrennt, während das über die Drähte gewickelte Papier zunächst unbeschädigt bleibt. Erst die bei der Zersetzung der Imprägniermasse frei werdende Wärme veranlaßt eine allmähliche Zerstörung der innersten Papierlagen, die sich dann den folgenden Lagen mitteilt und schließlich den vollkommenen Durchschlag des Kabels zur Folge hat. Die dadurch gebildeten Kohlepartikel k sind ausnahmslos in der Nähe von Durchschlagstellen nachzuweisen. Sie kennzeichnen die Überanstrengung des Isoliermaterials und müssen, - sobald sie einmal entstanden sind, die Zerstörung des Kabels zur Folge haben. Es folgt daraus auch, daß das Auftreten der Kohlepartikel dem Entstehen des Durchschlages zeitlich vorangehen muß. Die Tatsache, daß die Kohlepartikel leitende Brücken zwischen den Drähten der Decklage des Seiles herstellen, ist nun zur Ausbildung der neuen Sicherheitsschaltung benutzt worden, für welche Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Leiters darstellt.

Die Drähte 1, 2, 3, 4, 5 usw. der obersten Decklage sind durch eine geringer Spannung widerstehende Isolierschicht i, etwa eine oder

wenige Lagen Papier, gegeneinander und gegen die unter . der Deckschicht liegenden Kupferdrähte isoliert. Sie nehmen aber wie die letzteren an der Übertragung des Nutzstromes teil. . Zwischen je zwei benachbarten Drähten ι und 2, 2 und 3 usw. der Decklage wird nun eine kleine Potentialdifferenz mittels einer Hilfsstromquelle hergestellt. Die Hilfsstromquelle kann von einer Sammlerbatterie (Fig. 3), einer kleinen Maschine (Fig. 4) oder auch von einem vom Betriebsstrom selbst gespeisten Transformator gebildet werden, und zwar kann zu diesem Zwecke ein den Betriebsstrom umformender Transformator — und in ähnlicher

15'Weise .auch der Stromerzeuger selbst — mit zusätzlichen Windungen (Fig. 5) bzw. Anzapfungen (Fig. 6) versehen sein. Die Größe der Hilfsspannung wird zweckmäßig 50 bis 100 Volt gewählt. Sie kann aber auch beliebig höher oder niedriger sein. Zweckmäßig werden die Drähte der Decklage — vergleiche auch Fig. 7 — abwechselnd miteinander und einem Außenpol der zweiteiligen Hilfsstromquelle verbunden, deren Mittelpol mit den unter der Deckschicht liegenden Kabeldrähten verbunden ist, so daß zwischen je zwei benachbarten Außendrähten immer die volle Hilfsspannung herrscht. Die Drähte der obersten Decklage tragen im übrigen, wie bereits gesagt, zur Fortleitung des Betriebsstromes in der gleichen Weise bei wie die übrigen Drähte des Seiles, sie sind mit diesen, unter Zwischenschaltung der Hilfsstromquelle parallel geschaltet.

Solange das Kabel unbeschädigt ist, tritt in dem von der Hilfsstromquelle und zwei benachbarten Drähten der Decklage gebildeten Stromkreis ein Strom nicht auf. Sobald aber infolge Überanstrengung der Isolation oder aus anderen Ursachen ein Kohlepartikel sich zwischen zwei Drähten ausbildet, wird aus den geschilderten Ursachen die Isolation an dieser Stelle zerstört werden, und in dem Hilfsstromkreise'kommt ein Strom zustande. Dieser Strom kann in irgendeiner Form zur Betätigung eines Relais benutzt werden, das die Ausschaltung des Hauptschalters bewirkt, oder zur Betätigung einer Alarm- oder sonstigen Fehleranzeigevorrichtung.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform für den Fall, daß man die Hilfsspannung durch den Betriebsstrom selbst erzeugen läßt, ist in Fig. 7 dargestellt. Die isolierten Drähte der Decklage werden, wie bereits erwähnt wurde, abwechselnd in zwei Gruppen parallel geschaltet, die ungeradzahligen bilden die Gruppe I, die geradzahligen die Gruppe II. Der Betriebsstrom geht hinter dem Schalter c zunächst durch einen Stromwandler α normaler Ausführung mit Primärwicklung p und Sekundärwicklung s, dann durch einen in besonderer Weise ausgebildeten Stromwandler b und tritt hinter diesem in das zu schützende Kabel ein. Der Stromwandler b besitzt zwei Primärwicklungen P₁ und p₂. Die Primärwicklung P₁ liegt im Hauptstrom oder in der Zuleitung zu den Innendrähten des Kabels, die zweiteilige Wicklung p₂ dient zur Erzeugung der Zusatzspannungen für die Drähte der Decklage. Durch passende Bemessung der Zusatzwicklung läßt sich eine beliebige Hilfsspannung erzeugen. Sie ist so angeordnet, daß der in ihren beiden Teilen fließende Teil des Betr-iebsstromes (Richtungspfeile auf den Windungen) ohne Rückwirkung auf das Feld des Stromwandlers und daher auf die sekundäre Stromstärke bleibt, während durch den von der Hilfsspannung etwa in ihr erregten überlagerten Strom (Richtungspfeile neben den Windungen) der Stromwandler b wie durch eine zweite Sekundärwicklung belastet wird. Die Sekundärwicklungen s und S₁ der Stromwandler α und b sind über die beiden Wicklungen W₁ und W₂ eines Relais r geschlossen. Die Einstellung wird so getroffen, daß, solange in der Zusatzwicklung p₂ des Stromwandlers b kein von der Hilfsspannung erzeugter Strom fließt, die ,Wicklungen W₁ und W₂ in ihrer Wirkung auf das Relais r sich gegenseitig aufheben und letzteres in seiner Ruhelage verbleibt. Sobald indessen durch Auftreten der go Kohlepartikel in der obersten Decklage zwischen den Gruppen I und II ein Stromübergang stattfindet, somit, also ein übergelagerter Strom die Wicklung p₂ durchfließt, ändert sich die aus beiden Primärwicklungen p_x und p₂ resultierende Amperewindungszahl. Die Sekundärwicklung S₁ erhält einen geringeren Strom, und damit wird das Gleichgewicht im-Relais r gestört. Dasselbe spricht an und kann in irgendeiner beliebigen Weise, z. B. vermittels einer Hilfsbatterie d und des Auslösemagneten m, den Schalter c oder eine Alarmvorrichtung usw. auslösen.

Die beschriebene Anordnung kann nicht nur bei Leitungen, sondern auch bei den Wicklungen elektrischer Maschinen und Apparate mit Vorteil benutzt werden. Ihre Vorteile bestehen, wie nochmals zusammengefaßt werden soll, in folgendem:

1. Die Anordnung wird bereits wirksam, bevor sich der Fehler zu einem vollkommenen Durchschlag ausbildet. Dadurch werden Kurzschlüsse und ihre nachteiligen Folgeerscheinungen verhindert.

2. Die Anordnung beschränkt infolge der vorzeitigen Ausschaltung eine weitgehende Zerstörung des Kabels, sie erleichtert somit die Feststellung der Fehlerursache und verringert den Aufwand für die Ausbesserung.

3. Das Vorhandensein der isolierten Leitungen in der Decklage ermöglicht eine exakte Bestimmung des Fehlerortes.

4· Die Anordnung benötigt keine besonderen Hilfskabel und ist für jede Stromart und jede Kabeltype gleich gut verwendbar.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Sicherheitsschaltung für Leitungssysteme und für Wicklungen elektrischer Maschinen und Apparate, dadurch gekennzeichnet, daß der oberflächliche Teil des

   ίο zu schützenden Leiters aus einer Anzahl gegeneinander schwach isolierter Drähte besteht, die an der Leitung teilnehmen, und zwischen den Nachbardrähten dieser Decklage durch eine Hilfsstromquelle, die zweckmäßig die gleiche Stromart wie die Hauptquelle führen und dann von einem , Teil der letzteren gebildet werden kann, betriebsmäßig eine — verhältnismäßig geringe —' Spannungsdifferenz unterhalten wird, zum Zwecke, daß beim Auftritt eines Ferllers die schwache Isolation der 'Decklagendrähte zerstört wird und in dem durch sie gebildeten und durch die Hilfsspannung erregten Stromkreis noch vor Ausbildung eines Kurzschlusses ein dem Betriebsstrom übergelagerter Strom auftritt, der in beliebiger Weise zur Abschaltung des fehlerhaften Stückes oder zur Auslösung .einer Alarm- oder sonstigen Fehlermeldevorrichtung herangezogen wird.
2. 2.. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte der Decklage abwechselnd mit den beiden Polen einer zweiteiligen Hilfsstromquelle verbunden sind. .
3. 3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Stromkreis der Drähte der Decklage wirkende Hilfsspannung durch den Betriebsstrom selbst mittels eines Stromwandlers (b) erzeugt wird, dessen Sekundärwicklung (S₁) einen veränderten Strom erhält, sobald beim Auftreten eines Fehlers ein Strom im Hilfsstromkreis zustande kommt (Fig. 7).
4. 4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Abschaltung bzw. Fehlermeldung durch die Differenzwirkung der Sekundärwicklungen (s_x und s) eines gemäß Anspruch 3 geschalteten und eines normalen Stromwandlers (δ und d) zustande kommt (Fig. 7)·

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.