DE281140C

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Publication number: DE281140C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

n 281140 KLASSE 21c. GRUPPE

SIEMENS-SCHUCKERT WERKE G. m. b. H. in SIEMENSSTADT b. BERLIN.

Zahlreiche Betriebsstörungen in elektrischen Anlagen lassen sich auf die Wirkung wandernder Wellen zurückführen, ■ die durch irgend eine Gleichgewichtsstörung angeregt werden, z. B. durch eine atmosphärische Entladung oder einen Isolatorenüberschlag, und die sich über das ganze Netz verbreiten. Während derartige Wanderwellen, die eine sehr plötzliche Veränderung des Spannungs- und Stromzustandes

ίο darstellen, auf den Leitungen selbst meistens wenig Schaden anrichten, führen sie beim Aufprallen auf elektrische Maschinen und Transformatoren meist zu erheblichen Störungen, die unter Kurzschlußerscheinungen das Auslösen der Schaltautomaten bewirken, so daß die Maschinen und Apparate oder ein Teil derselben außer Betrieb gesetzt werden.

Während also hierbei die Ursache der Störungen an irgend einem Punkte der Außenleitung auftritt, vollziehen sich ihre schädlichen Wirkungen an einem der wesentlichsten Teile der Anlage, nämlich an den Maschinen und Transformatoren. Die beschädigte Leitung ,. wird häufig erst dann stromlos, wenn ein Schaden an den Maschinen eingetreten ist, wobei die Selbstschalter ansprechen. Die Vermittlung zwischen Ursache und Wirkung spielen dabei die wandernden Störungswellen, die sich vom Entstehungsort aus nach allen Seiten

ausbreiten. -

Gemäß dieser Erfindung soll nun ein anderer Weg zum Schütze beschatten werden, der jede gestörte Leitung ebenfalls stromlos macht, ohne dabei jedoch zu Beschädigungen der Maschinen und Transformatoren zu führen. Die im Leitungsnetze durch irgendwelche Ursachen auftretenden Störungswellen sollen sich zu dem Zwecke von ihrem Entstehungsort aus im ganzen Netze nicht beliebig ausbreiten können, sondern sie sollen nach Durchlaufen eines gewissen Leitungsabschnittes künstlich aufgehalten werden und hier zum Abschalten des gestörten Leitungsteiles benutzt werden.

Die Fig. 1 zeigt schematisch an einem Beispiel, wie dieses erreicht werden kann. Von einer Zentrale ζ aus wird ein größeres Netz betrieben, dessen Leitung z. B. ringförmig aufgebaut ist und das eine Reihe von Abnehmern speist. Das Netz ist in zahlreiche Einzelabschnitte W₁, n₂, n₃ usw. geteilt, deren jeder durch Endschalter s von den übrigen losgetrennt werden kann und die unter sich über Schutzapparate gegen Störungswellen, z. B. Drosselspulen I, verbunden sind.

Entsteht jetzt z. B. in dem Streckenabschnitt n₂ durch einen Isolatorenüberschlag eine Störungswelle, so breitet sich dieselbe vom Entstehungsorte nach beiden Seiten aus, sie kann jedoch wegen, der eingeschalteten Drosselspulen I die Enden des Streckenabschnittes nicht überschreiten, sondern wird hier reflektiert oder vernichtet. Vor jeder der Drosselspulen I möge nun, wie es Fig. 2 zeigt, ein Relais r, ev. durch Vermittlung eines kleinen Transformators t, an die Leitung geschlossen sein, das beim Auftreten einer Störungswelle anspricht und den Strom der Auslösespule α des Schalters s schließt. Dann werden bei jeder unzulässig

starken Störung des Gleichgewichtes die beiden Endschalter des gestörten Streckenabschnittes durch die Störungswelle selbst zum Ausschalten gebracht, so daß der beschädigte Teil von der gesunden Leitung abgelöst ist und zu keinen weiteren Beschädigungen führen kann. Da außerdem die ursprüngliche Störungswelle durch den Schutzapparat / aufgehalten worden ist und dadurch nicht oder wenigstens nicht in

ίο erheblichem Maße auf die gesunden Leitungsteile übergreifen kann, werden außer den beiden Schaltern am Ende der gestörten Strecke keine anderen Schalter von den wandernden Wellen beeinflußt.

Welche Art von Schutzvorrichtungen man benutzt, um das Übergreifen der Störungswellen von einem Leitungsabschnitt auf den anderen zu verhüten, ist prinzipiell gleichgültig. Der Schutzapparat muß nur imstande sein, an-

ao kommende schnelle Störungswellen aufzuhalten und nicht durch sich hindurchtreten zu lassen. Ebensogut wie eine Selbstinduktion kann man auch einen Kondensator benutzen, der, wenn er genügende Kapazität besitzt, keine schnellen Spannungsänderungen zuläßt und daher als Reflexionspunkt dient. Besonders stark wirken Kombinationen aus Selbstinduktion und Kapazität, wie sie z. B. in Fig. 3 dargestellt sind. Diese Figur zeigt zugleich als Beispiel, daß man die Transformatoren zur Betätigung des Aüs-'. löserelais unter Umständen entbehren und die am Schutzapparat auftretenden Spannungen direkt zum Auslösen verwerten kann. Es kann' dazu ein Hitzdraht h benutzt werden, der parallel zur Selbstinduktion geschlossen ist, und der, wenn man seinen Widerstand richtig bemißt, nahezu die gesamte Störungsenergie in Wärme verwandelt. Der Hitzdraht bewirkt durch seine Verlängerung auf bekannte Weise das Auslösen der Schalter. Es ist nicht unbedingt nötig, so wie es in Fig. 1 und 2 gezeichnet ist, zu beiden Seiten der Schutzvorrichtung je einen Schalter zum Abtrennen der Leitungen anzuwenden. "Es genügt auch häufig, so wie es in Fig. 3 gezeichnet ist, nur einen einzigen Schalter auf einer Seite vorzusehen und ihn von den Störungswellen, die von beiden Seiten einlaufen,, beeinflussen zu lassen.

An Fig. 3 war bereits geschildert, daß es zweckmäßig sein kann, Widerstände zur Energieabsorption der Störungswellen zu benutzen, die dort gleichzeitig zur Hervorrufung einer Relaiswirkung dienten. Natürlich kann man auch beide Funktionen voneinander trennen und die Streckenabschnitte durch einen Schutzapparat trennen, der durch eine passend gewählte Kombination von Selbstinduktion, Kapazität und Widerstand alle einfallenden schnellen Störungswellen absorbiert, und kann außerdem ein hochempfindliches .Relais zur Betätigung der Schalter anwenden. Fig. 4 zeigt eine derartige Anordnung, in der die Schwachstromkreise zur Schalterbetätigung und die Starkstromkreise zur Vernichtung der Überspannungsenergie getrennt sind. Die letzteren bestehen aus einer Drosselspule I, einem Kondensator c und einem auf die Charakteristik der Leitung abgestimmten Widerstand r. Die beim Auftreffen von Wellen an der Drosselspule I auftretenden Spannungen werden zur Erzeugung eines Funkens f verwendet, der durch große Widerstände V₁ gedrosselt wird. Er regt den Schwingungskreis aus Selbstinduktion J₁ und Kapazität C₁ zu schnellen elektrischen Eigenschwingungen an, die benutzt werden, um ein Vakuumrohr υ elektrisch leitend zu machen und dem Strome zum Schalterrelais m den Durchtritt zu gestatten.

Um auch relativ schwache Störungen, die z. B. auftreten, wenn ein Isolationsdurchbruch erst in Vorbereitung ist, bereits zum Auslösen der Schalter zu verwenden, kann es zweckmäßig sein, eine solche Anordnung zu treffen, daß die Störungswellen einen Kreis aus Selbstinduktion und Kapazität direkt zu elektrischen Eigenschwingungen anregen. Fig. 5 stellt eine derartige Anordnung dar, in der die Selbstinduktion der Transformatoren t mit den Kondensatoren c einen Schwingungskreis bildet, der auch bei Auftreffen schwacher unregelmäßiger Störungen ins Pendeln geraten kann. Im Relaiskreise ist hier eine unsymmetrische Funkenstrecke verwendet, z. B. aus Spitze und Platte bestehend, die Gleichrichtereigenschaften besitzt und daher beim Auftreten elektrischer Schwingungen im Transformator t das Gleichstromrelais m zum Ansprechen bringt und so zur Auslösung des Schalters dient. Zweckmäßig wird der Relaiskreis auf die Eigenschwingungen des Kondensatorkreises abgestimmt.

Anstatt eines besonderen Transformators kann man in allen Fällen auch die ersten Windungen der Schutzdrosselspule, die beim Aüftreffen von Spannungssprüngen die volle Sprungspannung führen, direkt zur Betätigung der Relaiskreise verwenden. Zweckmäßiger ist es allerdings, die Relaiskreise, wie in Fig. 2, magnetisch induktiv mit dem Hauptstromkreise zu kuppeln oder auch, ähnlich wie in Fig. 4 durch den Schwingungskreis I₁, C₁ und Vakuumrohr v, elektrisch induktiv, da man ■ hierbei das Übergreifen der normalen Hochspannung auf die Relaiskreise verhindert.

Ganz allgemein kann man die Störungswellen durch eine beliebig aufgebaute Relaisvorrichtung hindurch auf die Ausschalter wirken lassen, während man die Wellen selbst durch irgendwelche Schutzapparate hindert, in andere Netzteile einzudringen. Während man einen Teil der Energie notwendig zur Betätigung des Relais gebraucht, ist es für die hier beabsich-

Claims

tigte Wirkung gleichgültig, ob man den Hauptteil der Energie der Störungswellen in den Schutzapparaten gänzlich vernichtet oder ob man die Wellen nur zur Reflexion zwingt, so daß ihre Energie beim Hin- und Herlaufen auf dem gestörten Leitungsabschnitt allmählich erlischt. In vielen Fällen ist es möglich, den Schutzapparat so zu bauen, daß einzelne seiner Teile gleichzeitig zur Betätigung der Relais

ίο dienen, was natürlich eine besonders einfache Gesamtanordnung zur Folge hat,

Paten τ-Ansprüche:

i. Verfahren zum Schütze elektrischer Leitungen gegen Störungswellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen an den Enden einzelner Streckenabschnitte durch besondere Einrichtungen, z. B. Drosselspulen in den Leitungen und Kondensatoren parallel zu den Leitungen oder Widerstände, die die Energie der auftreffenden Störungswellen absorbieren, aufgehalten werden und dort durch Auslöserelais das Abschalten des gestörten Leitungsteiles bewirken.
2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöserelaiskreise magnetisch oder elektrisch induktiv mit den Leitungen gekoppelt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöserelaiskreise auf die Eigenschwingungszahl der Hauptstromkreise abgestimmt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.