DE290735C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft ein neues System zur Sicherung elektrischer, aus Freileitungen oder Kabeln bestehender Leitungsnetze gegen Betriebsstörungen infolge von örtlichen Leitungsdefekten. Sie bezweckt eine sofortige und sichere automatische Abschaltung beider En,den nur derjenigen Teilstrecke einer Ringleitung oder eines verzweigten Netzes mit mehreren Maschen, in welcher der Fehler bzw.

ίο Durchschlag der Isolation auftritt, vom übrigen Netz, somit also eine Lokalisierung und leichte Auffindbarkeit der Fehlerstelle ohne Betriebsunterbrechung der übrigen Netzteile und ohne zeitraubendes Suchen, und zwar, was besonders wichtig ist, möglichst schon im Entstehen des Fehlers, noch ehe vollkommener Durchschlag mit Kurzschlußerscheinungen erfolgt ist.

Die bekannten Anordnungen werden erst durch vollendeten starken Kurzschluß in Wirksamkeit gesetzt, während gerade die entstehenden Durchschläge und solche, die nicht zu einem Kurzschluß der Stromerzeuger führen können, mit ihren Funkenentladungen, Wanderwellen und hochfrequenten Überspannungen gefährlich sowohl für das Netz als auch für die angeschlossenen Apparate sind und oft lange Zeit unauffindbar bestehen können.

Solche bekannten Systeme bergen fernerhin die Gefahr, daß durch die für die Abschaltung erforderlichen Leitungen und Apparate noch schwächere Punkte als die Hauptleitungen in die Anlage gebracht werden, .die ihrerseits daher zu unnötigen Abschaltungen Anlaß geben können. Besonders sind dabei Strom- und Spannungswandler und Drosselapparate nachteilig, welche zwischen Hochspannung und Erde zu schalten sind.

Weitere Nachteile bekannter Systeme sind teils der Mangel jederzeitiger Kontrolle der Betriebsbereitschaft des Systems, teils für manche andere Systeme die in jeder Station aufzustellende Gleichstrombatterie, welche der Wartung bedarf, da sie, ständig stromlos stehend, der inneren Entladung.und dem Verderb ausgesetzt ist. Ungleichheiten der Spannung der Batterien und eventuelle Kurzschlüsse in der einen oder anderen Batterie bringen dauernde Ausgleichsströme über den inneren Hilfsleiter hervor, welche die Batterien entladen, die Drosselspulen verbrennen und die Schalter unnötig zur Auslösung bringen können. Auf entfernten Stationen bringt das Laden der Hilfsbatterien Schwierigkeiten mit sich. Außerdem fließen im Falle eines Durchschlages Auslöseströme nicht nur von den beiden Batterien an den Enden der beschädigten Strecke nach der Fehlerstelle, sondern auch von den benachbarten Batterien. welche, wenngleich schwächer, durch Entladestromstöße so verstärkt werden können, daß auch benachbarte Relais auslösen und dadurch Stationen außer Betrieb kommen können.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Hauptleitungen in zwei elektrisch äquivalente

Teile zu spalten oder Doppelleitungen zu verwenden und die Störung der Stromgleichheit in den so hergestellten beiden Zweigen im Falle eines Fehlers in einem derselben zu einer automatischen Abschaltung zu benutzen.

Das Prinzip der Erfindung, bei der die Nachteile bekannter Anordnungen vermieden werden sollen, besteht in folgendem:·

Im Gegensatz zu letzterwähntem System

ίο wird eine Kombination von zwei Leitern von beabsichtigterweise verschiedenen elektrischen Eigenschaften (elektrischen Konstanten) bzw. von verschiedenem, elektrischem Verhalten im normalen Betriebe benutzt. Der eine Leiter ist ein der Nutzstromleitung, oder als Speiseleitung im allgemeinen, dienender Leiter von vorzugsweise erheblichem Querschnitt, während der andere, der Kontrolleiter genannt, . vorzugsweise nur dem Sicherheitssystem dient, möglichst nahezu auf dem rnittleren Potential des anderen Leiters gehalten und durch die Mitwirkung des letzteren auf einen betriebsmäßigen Gleichgewichtszustand gebracht wird, dessen Störung im Fehlerfalle zur Ausschaltung der betreffenden Teilstrecke verwendet wird.

Die hauptsächlichste Ausführungsform der Erfindung, bei welcher besondere Stromquellen, besondere Hilfsleitungen und \vesentlieh auf Spannung beanspruchte Zusatzapparate vermieden werden können, soll zunächst beschrieben werden. Bei dieser Anordnung bildet der Kontrolleiter sozusagen einen kleinen Teil des den Betriebsstrom führenden Hauptleiters der Anlage, indem er ganz dicht beim Hauptleiter, an seiner Oberfläche oder im Innern desselben, untergebracht ist, was bei litzenförmigen Hauptleitern vorteilhaft durch Abisolierung eines oder mehrerer Drähte der Litze geschehen kann. Es entsteht so eine kompakte Leiterkombination, durch welche das den Hauptleiter umgebende elektrische Feld keine wesentliche ungünstige Störung erleidet. Der so gebildete Kontrolleiter kann auch aus mehreren einzelnen abisolierten parallelen Teilen bestehen. Diese Kontrolleiter nun bilden mit Schalt- bzw. Auslöse- und Regulierorganen Kontrolleitungen, die den Teilstrecken der Hauptleitung entsprechend in Kontrollteilstrecken unterteilt sind. Infolge elektrischer oder elektromagnetischer Beeinflussung der Kontrollteilstrecken von Seiten der zugehörigen Hauptleitung wird Stromoder Potentialverlauf oder beides längs einer Kontrollteilstrecke derart gegenüber dem diesbezüglichen Zustand der zugehörigen Hauptleitung verändert, daß im Kontrolleiter oder in seinen Schalt- bzw. Auslöseorganeri im normalen Betriebszustand ein vom jeweiligen Belastungszustand des Hauptleiters ganz oder nahezu unabhängiger Gleichgewichtszustand hervorgerufen wird. Bei .diesem Zustand verharren die Auslöse- bzw. Schaltorgane in normaler Betriebslage, d. h. Haupt- und Kontrollleitung der betreffenden Teilstrecke sind eingeschaltet. Dieser normale Gleichgewichtszustand nun wird durch einen auftretenden oder entstandenen Fehler in der betroffenen Teilstrecke derart gestört, daß die Schalt- bzw. Auslösevorrichtungen dieser Teilstrecke von veränderten Strömen durchflossen werden und dadurch die Abschaltung der betreffenden Teilstrecke vom übrigen Netz bewirken.

Das Wesentliche der Anordnung basiert somit auf einem Gleichgewichtszustand im Kontrolleiter, welcher möglichst unabhängig vom momentanen Belastungszustand des Hauptleiters bei normalem Betriebe ist, im Fehlerfalle aber gestört wird. Dies läßt sich auf verschiedene Weise durch zweckentsprechende Wahl verschiedener elektrischer Konstanten für den Kontroll- und für den Hauptleiter begünstigen und wird erfindungsgemäß weiterhin durch Einwirkung des Hauptleiters auf den Kontrolleiter herbeigeführt. Diese Einwirkung und das gewünschte Resultat läßt sich auf verschiedenem Wege erreichen.

Durch Anordnung der Kontrolleiter im Innern des Hauptleiters nimmt derselbe, wenn isoliert, selbsttätig das Potential des Hauptleiters an, er besitzt dort keine oder doch nur sehr geringe Kapazitätseigenschaften, so daß beispielsweise der betriebsmäßige Ladestrom für die Teilstrecke nicht durch den Kontrollleiter mit zugeführt wird, wenn eine leitende Verbindung zwischen Haupt- und Kontrpllleiter an deren Enden hergestellt ist.

Weiterhin läßt sich durch Anordnung des Kontrolleiters an der Oberfläche des Hauptleiters und Verbindung beider an den Enden das Verhältnis Kapazität : Leitfähigkeit für den Kontrolleiter gegenüber dem Hauptleiter um so mehr vergrößern, eine je größere Oberfläche der Kontrolleiter einnimmt und je kleiner sein Querschnitt gegenüber dem Hauptleiter ist. Bei der letzteren Anordnung läßt es sich allein schon durch passende Wahl der elektrischen Konstanten von Kontroll- und Hauptleitung erreichen, daß der in der Kontrolleitung fließende Anteil des Nutzstromes der Hauptleitung auf ein geringes Maß reduziert wird, so daß unter dem Einfluß des Ladestromes die Potentialverteilung längs der Kontrolleitung derart geändert wird, daß nicht mehr entsprechend der Hauptleitung ein stetiger Abfall vom einen zum andern Ende stattfindet, sondern daß der tiefste Punkt des Potentials ungefähr in der Mitte der Kontrollleitung liegt. In diesem Falle fließt der Lade-strom der Kontrolleitung dieser von beiden Streckenenden her unabhängig von der Belastung der Hauptleitung nahezu zu gleichen

Teilen aus der Hauptleitung zu, wobei letztere gleichsam die Rolle einer Speiseleitung übernimmt.

_ Ein anderer Weg zur Herstellung des erwähnten Gleichgewichtszustandes in der Kontrolleitung, wobei man von der Wahl der Leitungskonstanten unabhängiger ist,; ist es, das von der Strombelastung der Hauptleitung herrührende Spannungsgefälle zwischen den Teilstreckenenden der Kontrolleitung bzw. den in letzterer dadurch hervorgerufenen Strom in der Kontrolleitung zu kompensieren. Dies· kann durch Anordnung von induktiven Apparaten erfolgen, welche zwischen Haupt- und Kontrolleitung geschaltet sind, beispielsweise durch passend gewählte Stromwandler an beiden Enden oder sonstwo in der Kontrolleitung. Für diese Ausführung wäre eine leitende Verbindung zwischen Kontroll- und Hauptleitung an den Streckenenden, besonders bei mehrfachen Kontrolleitern, mit Rücksicht auf die angeführte Wirkung nicht unbedingt erforderlich.

Beide angegebenen beispielsweisen Wege zur Herbeiführung des erforderlichen Gleichgewichtszustandes beruhen auf der Wirkung der Hauptleitung auf die mit ihr kombinierte Kontrolleitung entweder durch Übertragung dieser Wirkung auf konduktivem Wege über die leitend verbundenen Enden oder durch die zur Kompensation dienenden induktiven Apparate. In allen Fällen ist aus Betriebsgründen vorzugsweise Haupt- und Kontrolleitung an den Enden leitend verbunden, um der Kontrolleitung zwangsweise nahezu dasselbe mittlere Potential aufzuzwingen, das die Hauptleitung besitzt, und dadurch Überschläge besonders beim Einschalten der Leitungsstrecken zu verhindern, welche bei isoliert liegender Kontrolleitung infolge ihres mehr oder minder, wenigstens zeitweise, unbestimmten Potentials zu befürchten wären.

Die Fig. 21 bis 24 sollen die soeben geschilderten Verhältnisse schematisch darstellen und, verdeutlichen.

Fig. 21 stellt Strom und Potentialverlauf in einer Teilstrecke dar, welche aus dem Hauptleiter 109 und dem von ihm an den Enden isolierten Kontrolleiter 110 gebildet wird. Es ist angenommen, daß der Kontrolleiter an der Oberfläche des Hauptleiters angeordnet ist, so daß er eine erhebliche Kapazität, die durch 111 dargestellt ist, gegen die Umgebung 115 (z. B. Erde oder Bleimantel eines Kabels) besitzt.

Die Linie 112 stellt den Potentialverlauf längs des stromdurchflossenen Hauptleiters dar, wobei ein Spannungsabfall in der Richtung von links nach rechts der Figur entsprechend der Stromrichtung im Hauptleiter abgebildet ist.

Die Linie 113 versinnbildlicht den entsprechenden Verlauf des Potentials im Kontroll leiter. Die Linie 114 gibt, der Einfachheit halber geradlinig, den Potentialabfall im Dielektrikum vom Hauptleiter über den Kontrolleiter zur Umgebung. Durch die gezogenen Kreisbögen ist dargestellt, in welcher Weise der Potentialabfall vom Hauptleiter 109 nach der Umgebung 115 durch den, Kontrollleiter 110 unterteilt wird. Bei dieser und den folgenden Figuren mag vorausgesetzt werden, daß die Anordnung des Kontrolleiters derart gewählt ist, daß er sich als Äquipotentialfläche in das Feld des Hauptleiters einschiebt, ohne dasselbe nach außen hin wesentlich zu stören. Der Pfeil. mit dem Punkt am hinteren Ende gibt die Stromflußrichtung des Nutzstromes in der Teilstrecke an; aus den anderen dünneren und einfachen Pfeilen geht hervor, in welcher Weise der Ladestrom mit dem Nutzstrom von links her in die Hauptleitung und von dieser durch das Dielektrikum über die vielen kleinen Pfeile nach dem Kontrolleiter fließt.

Fig. 22 stellt die veränderten Verhältnisse dar, welche entstehen, wenn der oben zuerst genannte Weg zur Herstellung des erfmdungsgemäßen Gleichgewichtszustandes im Kontrolleiter gewählt wird. Die Bezeichnungen der Linien sind dieselben wie in Fig. 21 und sind auch für die nachherigen Fig. 23 und 24 beibehalten. Der Ladestrom fließt nunmehr dem Kontrolleiter 110 nur noch in geringem Maße durch das Dielektrikum zu, was durch die geringe Anzahl der Pfeile angedeutet ist. Der größte Teil des Ladestromes fließt vielmehr aus dem Hauptleiter 109 über die nunmehr verbundenen Enden von beiden Seiten her in den Kontrolleiter HO, so daß ungefähr in dessen Mitte der tiefste Punkt seines Potentials entsteht, was die Linie 113 deutlich erkennen läßt. Durch den verhältnismäßig kleinen Pfeil mit einem Punkt am hinteren Ende in der Mitte des Kontrolleiters 110 ist die stark unterdrückte Stromleitung des letzteren für den durchfließenden Nutzstrom zum Ausdruck gebracht, deren Verschwinden die von links und rechts her fließenden Anteile des Ladestromes möglichst gleich groß machen würde.

Fig. 23 gibt dieselben Verhältnisse wieder, wenn der erforderliche Widerstand der Kontrolleitung in zusätzlichen Ohmschen oder anderen Widerstandsapparaten 116 teilweise am Ende der Kontrolleitung konzentriert ist.

Fig. 24 endlich stellt die entsprechenden Verhältnisse dar, wenn der zweite der oben angegebenen Wege, nämlich die induktive Einwirkung der Hauptleitung auf die Kontrollleitung, benutzt wird. Es ist dabei angenommen, daß der Kontrolleiter 110 in diesem Falle im Innern des Hauptleiters 109 angeordnet ist, so daß Kapazitätseigenschaften desselben gegen die Umgebung in Wegfall kommen.

Durch die induktiven Apparate (z. B. Stromwandler) 117 findet in der Kontrolleitung Stromkompensation statt, wie durch den Ring mit Doppelpfeil angedeutet ist. Der Potentialverlauf im Kontrolleiter wird gegenüber dem Hauptleiter durch den Einbau der induktiven Apparate, gemäß der Linie 113 nivelliert. Durch die dadurch entstehenden Spannungsdifferenzen zwischen Haupt- und Kontroll- leiter werden im allgemeinen zwischen den beiden kleine Ladeströme, teilweise auch durch die induktiven Apparate, fließen.

Die Fig. 21 bis 24 geben ein Bild davon, in welcher Weise erfindungsgemäß Haupt- und Kontrolleiter auf nahezu dasselbe mittlere Potential gebracht werden und wie, ohne die äußere Feldverteilung wesentlich zu beeinflussen, der elektrische Zustand des Raumes zwischen Haupt- und Kontrolleiter modifiziert wird, um das erforderliche Gleichgewicht im Kontrolleiter herbeizuführen. Die Teilspannungen zwischen den beiden Leitern sind dabei im allgemeinen klein gegenüber der gesamten Betriebsspannung des Hauptleiters, sie können jedoch erheblich größer sein, als aus den Figuren hervorzugehen scheint, wenn z.B. die Apparate 116 aus Ohmschen Widerständen bestehen, weil dann" die Differenzspannung nahezu senkrecht in der Phase auf der Gesamtspannung steht.

In welcher Weise erfindungsgemäße Kombinationen von Haupt- und Kontrolleiter, wie sie in den-Fig. 21 bis 24 beispielsweise und für einen Kontrolleiter pro Hauptleiter dargestellt sind, durch zweckmäßige Schaltungen und Apparate zur Abschaltung der Teilstrecken im Fehlerfalle benutzt werden können und wie diese zustande kommt, soll im folgenden an

' beispielsweisen Ausführungen erläutert werden.

Allgemein ist zu sagen, daß in den Fällen, wo der Kontrolleitung an den Enden Ladeströme zufließen, zweckmäßig irgendwelche Differentialschaltungen mit Differentialauslöse- bzw. Schaltorganen verwendet werden, in welchen sich zwei oder mehrere solcher Ladeströme am betreffenden Unterteilungspunkt betriebsmäßig im Gleichgewicht befinden. Dies trifft wesentlich für alle diejenigen Anordnungen zu, bei denen der oder die Kontrolleiter an der Oberfläche des Hauptleiters untergebracht sind. Es läßt sich aber auch in solchen Fällen durch Heranziehung eines anderen von der Betriebsspannung direkt abhängigen zweiten Stromes diese Differentialschaltung vermeiden. Bei diesen Anordnungen wird also der in jede Teilstrecke fließende Kontrollstrom gleichsam als Maßstab für den elektrischen Zustand der betreffenden Strecke benutzt, beim Schadhaftwerden derselben, also z.B.. schon bei Funkenentladungen, werden Größe und Phase des Ladestromes sich ändern und die die Strecke begrenzenden Auslöseapparate daher auch ohne vollendeten Durchschlag ihre Gleichgewichtslage verlassen und die Auslösung bewirken. Selbstverständlich können die beiden oben beispielsweise angegebenen Wege zur Herbeiführung des Gleichgewichtszustandes im Kontrolleiter auch kombiniert werden, derart, daß ζ. B. die Anordnung nach Fig. 24 zwecks Unterdrückung des durch den Kontrolleiter fließenden Nutzstromrestes der ■ Fig. 22 mit letzterer Anordnung vereinigt wird.

Bei den Anordnungen mit dem Kontrollleiter im Innern des Hauptleiters (z. B. nach Fig. 7 und 8) fließen normal keine oder nur sehr geringe Ladeströme an den Enden des Kontrolleiters. Beim Auftreten eines Fehlers kommt jedoch ein erheblicher Stromfluß zustände durch Verschiebungen in den das Gleichgewicht bewirkenden Stromstärken bzw. Spannungen. Dieser Stromfluß setzt dann die Abschaltvorrichtungen in Tätigkeit, für die in diesem Falle vorteilhaft einfache Apparate ohne Differentialwirküng verwendet werden können, wodurch angrenzende Teilstrecken in ihrer Schaltung gänzlich voneinander unabhängig werden. Beispielsweise sind in den Fig. 2 und 3 die angegebenen Differentialapparate durch je zwei einfache bekannter Bauart zu ersetzen.

Bei der in allgemeinen Zügen im obigen beschriebenen hauptsächlichen Ausführungsform der Erfindung werden die Schalt- bzw. Auslöseorgane, wie ersichtlich, durch den eigenen Betriebsstrom der Anlage - betätigt (d. h. Selbsterregung). Es steht jedoch natürlich nichts im Wege, eine fremde HilfsSpannung hierzu zu verwenden, welche der Betriebsspannung überlagert ist (d.h. Fremderregung).

In Haupt- und Kontroileitern sind vorteilhafterweise alle die Elektrizität stauenden Drosselapparate möglichst zu vermeiden, ebenso wie erfindungsgemäß alle zwischen Hochspannung und Erde geschalteten Hilfsapparate in Wegfall kommen können.

Die in die Kontrolleitung zu legenden Auslöse- bzw. Schaltapparate können entweder direkt oder durch zwischengeschaltete beson- no dere Schaltorgane die Abschaltung der Streckenschalter der Hauptleitung bewirken. Die Anordnung wird im allgemeinen so getroffen werden, daß mit der An- oder Abschaltung der Hauptleiterstrecke ein Gleiches mit der Kontrollteilstrecke erfolgt.

In Abänderung obiger Vorzugs weiser Ausführungsform der Erfindung kann man auch eine außerhalb des Feldbereiches der spannungführenden Hauptleiter liegende Leitung, ev. eine besonders verlegte Leitung, die von einer oder mehreren Zentralkraftquellen aus

unter Spannung gehalten wird, verwenden und die im elektrischen Feldbereich der Spannungführenden Hauptleiter liegenden Kontrolleiter nicht mit den zugehörigen Hauptleitern, sondem mit dieser anderen Leitung (Speiseleitung) an den Streckenenden verbinden. Diese Speiseleitung muß die Kontrollteilstrecken (Kontrolleiter zuzüglich Apparate) praktisch kurzschließen, um die Unabhängigkeit der einzelnen Teilstrecken von den angrenzenden herbeizuführen.

Beide erwähnten Ausführungsformen gestatten, die stetige Betriebsbereitschaft des Systems ohne weiteres ersichtlich und kontrollierbar zu machen, und zwar durch den in den Auslöse- bzw. Schaltorganen fließenden be-. triebsmäßigen Strom. Das ersterwähnte System bietet aber weiterhin erhebliche Vorteile gegenüber dem letzterwähnten, indem es, ganz abgesehen von den Kosten einer besonderen Leitung bei letzterem, mit gleichem Vorteil für Freileitungen wie für Kabel mit beliebig geformten, billig herzustellenden Kontrolleitern und einfachen betriebssicheren Apparaten herzustellen ist, indem ferner seine Wirksamkeit in hohem Maße unabhängig von der Art der örtlichen Zerstörung des Isolationsmaterials, insbesondere der dünnen Schicht zwischen Haupt- und Kontrolleiter ist, wie später an Ausführungsbeispielen noch eingehender gezeigt werden wird, und da seine Empfindlichkeit besonders bei an der Oberfläche des Hauptleiters liegenden Kontrolleitern sehr hoch gesteigert werden kann, so daß es nicht erst bei völligem Durchschlag, sondern schon bei einsetzendem Fehler , in Wirksamkeit tritt.

Die Fig. 1 bis 20 erläutern einige beispielsweise Schaltungsanordnungen erfindungsgemäßer Leiterkombinationen sowie die dafür erforderlichen Auslöseapparate. In sämtlichen Schaltungsbildern sind die Schalt- bzw. Auslöseorgane (Relais) möglichst nahe senkrecht unter den zugehörigen Schaltern der Hauptleitung angegeben. Die näheren Einzelheiten, wie die Übertragung der Auslösewirkung vom Relais auf den betreffenden Hauptschalter auf mechanischem oder elektrischem Wege, ev. über ein Zwischenrelais, in bekannter Weise erfolgt, sind in den Zeichnungen nicht näher * angegeben, um letztere einfach und übersichtlich zu machen. Aus demselben Grunde ist in sämtlichen Schaltungsbildern die Anwendung der Erfindung auf nur einen Hauptleiter dargestellt, weil die Anwendung auf mehrphasige Netze ohne weiteres daraus ersichtlich ist. Die Hauptleitungen, die Freileitungen oder Kabel sein können, sind im allgemeinen durch etwas kräftigere Linien bezeichnet. Leitungen und Apparate, welche von dem Potential der Hauptleitung nicht mehr wesentlich beeinflußt werden, bei Hochspannungsleitungen z. B. also, nicht mehr hochspannungsführend sind, sind durch eine schraffierte Grenzlinie abgetrennt.

Fig. ι zeigt eine Ausführungsform nach dem abgeänderten System mit besonderer Speiseleitung und Stromquelle, und veranschaulicht durch Strompfeile die allgemeine Wirkung der Speiseleitung im Fehlerfalle.

Auf der Teilstrecke zwischen den Stationen 9 und 10 mit den Stationstransformatoren 11 und 12 eines Wechselstromnetzes ist im Punkt 13 ein Durchschlag der Isolation vom Hauptleiter ι über den Kontrolleiter 2 nach Erde 4 aufgetreten. Dadurch tritt ein starker Potentialsturz in der betreffenden Teilstrecke der Kontroileitung ein. Die Speiseleitung 3, die an eine besondere Stromquelle angeschlossen ist, sendet daher von den Speisepunkten 20 und 21 Ströme über die Relais 14 und 15 in die fehlerhafte Kontrolleiterstrecke und zur Fehlerstelle 13. Die angrenzenden Kontrollleiterstrecken aber senden Entladestromstöße aus sich heraus nach der Fehlerstelle, und zwar teils unmittelbar über die Relais 16-14 und 17-15, teils mittelbar über die Speiseleitung 3, ζ. B. die rechts von der Station 10 liegende Strecke über das Relais 18 nach dem Anschlußpunkt 19, über die Speiseleitung 3, Punkt 21 und Relais 15 zur Fehlerstelle 13. g₀ Diese Entladeströme unterstützen die eigene Leistung der Speiseleitung und verhindern einen allzu starken Potentialabfall in derselben auch bei verhältnismäßig geringem Leiterquerschnitt. Die Relais 14, 15, 16, 17, 18 usw. sind polarisiert, und zwar in Richtung der gefiederten Pfeile; somit werden sie nur auf Ströme ansprechen, welche in den Kontrolleiter hineinfließen. Im vorliegenden Fehlerfalle werden also nur die beiden Relais 14 und 15 die Auslösung der zugehörigen beiden Hauptschalter 5 und 6 bewirken, während alle übrigen Apparate unbeeinflußt bleiben. Es wird somit die Teilstrecke zwischen den Stationen 9 und 10 beiderseitig abgeschaltet. Die Stationen9 und 10 selbst bleiben über die Schalter 7 und 8 im Betrieb, welche, wie alle anderen, von den zu ihnen gehörigen Relais 16 und 17 nicht bewegt werden.

Die Anordnung nach Fig. 1 ist für ein Wechselstromnetz kleiner Betriebsspannung gedacht. Bei Hochspannung müssen entweder besondere Spulen zur Drosselung der in dem Kontrolleiter betriebsmäßig induzierten Spannung auf der Hochspannüngsseite vorhanden ^₁₅ sein (wie z.B. 33 in Fig. 2), oder die Relais müssen selbst .Hochspannungsapparate von genügender Drosselwirkung sein.

Haupt- und Kontrolleiter können gemäß den Fig. 7 bis 14 ausgeführt sein.

Die Speiseleitung 3 ist eine direkt' durch- ; laufende Leitung von vergleichsweise kleinem

Leiterquerschnitt, der jedoch so groß ist, daß die Teilstrecken 20-21, 21-19 usw. die zugehörigen Kontrollstromkreise 20-14 - 2 - 15-21 bzw. 21-17-2-18-19 u§w. praktisch kurzschlie-

ßen und deshalb verhindern, daß die an die fehlerhafte angrenzenden Teilstrecken der Kontrolleitung in Parallelschaltung zur Speiseleitung 3 sich an der Stromzufuhr zur Fehlerstelle direkt oder durch Entladestromstöße

to irgendwie merklich beteiligen; denn dies muß vermieden werden, da hierbei Ströme wie 19-18-2-17-15-13 entstehen würden und beispielsweise das Relais 18 und die übernächst folgenden unnötig zur Auslösung gebracht werden könnten.

Die Speiseleitung 3 wird am besten von zentraler Stelle aus unter Spannung gehalten, von wo im normalen Betrieb nur der gesamte Isolationsstrom des Netzes zu liefern ist. Am geeignetsten hierzu ist Gleichstrom, schon mit Rücksicht auf die beim Wechselstrom erforderliche Ladeleistung der Leitung und gegenseitige Beeinflussung durch Induktion zwischen Haupt- und Hilfsspannüng. Die Speiseleitung wird dann außerhalb des Kabels bzw. des statischen Spannungsbereiches der Hochspannungsfreileitung als gewöhnliche Niederspannungsleitung verlegt.

Von Isolationszustand und Bruch ,der Speiseleitung 3 ist die Anordnung in hohem Grade unabhängig, da auch bei einem Bruch

z. B. immer noch normale Stromspeisung von beiden Seiten der Bruchstelle her stattfindet.

Über den Isolationszustand des gesamten Netzes einschließlich Speiseleitungsnetz bzw. einzelner Kontrolleiterteilstrecken kann leicht durch zentrale Strommessung in der Speiseleitung 3 bzw. in deren Abzweigen 19,20,21 usw.. Kontrolle ausgeübt werden.

Fig..2 gibt eine etwas geänderte Ausführungsform für denselben Zweck wie Fig. 1 und mit derselben wesentlichen Wirkung. 31 ist eine Durchgangsstation mit Stromentnahme, 32 ein dreifacher Verzweigungspunkt des Hochspannungsnetzes ohne Stromentnahme. Drosselspulen 33, 34, 35, 36 und 37 sind zwischen Kontrolleiter 23 und Niederspannungsrelais zur Abdrosselung der betriebsmäßig von dem Kontrolleiter geführten Hochspannung geschaltet. Die Relais sind im Gegensatz zu Fig. ι als Differentialrelais ausgebildet. Die Wicklungen der beiden polarisierten Relais 14 und. 16 von Fig. 1 sind beispielsweise in einem einzigen Relais 38 vereinigt, derart, daß sie in normalem Betrieb und, solange beide Kontrollströme entweder in den Kontrolleiter hinein- oder aus ihm herausfließen, in entgegengesetztem Sinne wirkend sich im Gleichgewicht befinden. Dadurch wird der doppelte Vorteil erreicht, daß der Ladestromstoß beim Einschalten der Speiseleitung und einzelner Netzteile keine Auslösung hervorruft, und daß für den Fall des Eintrittes eines Fehlers die Empfindlichkeit der auslösenden Relais dadurch erhöht wird, daß die Wirkungen.der beiden Wicklung'en sich addieren.

Die Relais für mehrfache Verzweigungspunkte, wie z. B. 32, können entweder als mehrfache Differentialrelais mit allen Wicklungen in einem Apparat vereinigt (z. B. 39) oder paarweise als einfache Differentialrelais ausgeführt werden, wie in Fig. 3 gezeichnet ist.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung, d. h. mit An-Schluß der Kontrolleiter an die Hauptleiter und mit Selbsterregung, wie sie für Ein- und Mehrphasennetze zur Fortleitung hochgespannter Ströme besonders geeignet sind.

In Fig. 3 ist diese Ausführungsform für einen gleichen Netzteil dargestellt, wie ihn Fig. 2 zeigt, d. h. für eine Durchgangsstation mit Stromentnahme 45 und eine dreifache Abzweigstation ohne Stromentnahme 52. Die Ausführung von Hauptleiter 40 und Kontrollleiter. 41 kann nach einer der Fig. 7 bis 14 erfolgen, vorzugsweise nach Fig. 9 bis 14. Die schraffierten Linien 42 bedeuten wiederum die Grenzen des Spannungsbereiches der Hauptleitung 40, können also beispielsweise als »Erde« aufgefaßt werden. Sie lassen deutlich erkennen, daß sämtliche Leitungen und Apparate der Anordnung nahezu dasselbe, und zwar das Hauptleiterpotential führen und nicht zwischen Punkte geschaltet sind, zwischen denen die Betriebsspannung wirksam ist. Deshalb können die erforderlichen Apparate selbst durchaus betriebssicher hergestellt und montiert werden und alle Drosselapparate in Wegfall kommen. Die Apparate können in den Stationen direkt an den kurzen blanken Verbindungsleitungen aufgehängt werden, welche auf den wenigen kräftigen Hauptisolatoren ruhen, so daß durch die Auslöseeinrichtung keine neuen spannungsgefährlichen Punkte in die Installation hereinkommen.

Aus letzterem Grunde ist es auch im allgemeinen vorzuziehen, die Relais mehrerer Phasen nicht in einem Apparat zu vereinigen, da sonst für die Zusammenführung der auf verschiedenem Betriebspotential befindlichen Kontrolleiter nach dem einen Relais hin wieder Drosselapparate erforderlich würden, wodurch der oben angegebene wichtige Vorteil dieser Anordnung verlorenginge. Man wird also im allgemeinen mit Vorteil die Anordnung für alle Phasen völlig getrennt, für jede wie in Fig. 3 und in den folgenden angegeben, ausführen.

'. Die Relais sind Differentialapparate nach einer der in den folgenden Figuren beispielsweise angegebenen Ausführungsformen. Die

drei Relais 53 können auch zu einem mehrfachen Differentialapparat vereinigt werden.

Die Anordnung in der Abzweigstation 52 ist eine sehr einfache Ausführungsform dieser Erfindung. Die Hauptleitungen 40 laufen glatt ohne andere zwischengeschaltete Apparate als die Hauptschalter 55 durch. Die Enden der drei Kontrolleiter 41 sind je über einen Ohmschen Zusatz- und Regulierwiderstand 54 und über die eine Wicklung von zwei zu zwei 'Abzweigen gehörigen Relais 53 an die zugehörigen Hauptleiter 40 angeschlossen.

•Es ist für Station 52 angenommen, daß der Kontrolleiter nach den Fig. 9 bis 14 ausgeführt ist, d. h. außen am Hauptleiter, und zwar dünn und mit erheblicher Oberfläche. Durch entsprechende Wahl des Widerstandes 54 soll der Nutzstrom gegenüber dem Ladestrom im Kontrolleiter so stark verkleinert sein, daß ein genügender Gleichgewichtszustand gemäß der Fig. 23 erzielt ist.

Andererseits findet jedoch die zulässige Größe des gesamten Widerstandes der Kontrolleitungsteilstrecken dadurch eine Grenze.

daß dieser Widerstand gegenüber der Kapazitätsreaktanz zwischen Haupt- und Kontrollleiter klein sein soll. Je mehr nämlich die Verbindung des Kontrolleiters mit "dem Hauptleiter einem Kurzschluß der zwischen beiden liegenden Kapazität gleichkommt, um so mehr nimmt der Kontrolleiter das Hauptleiterpotential an, und um so größer wird der den Kontrollstrom bildende Ladestrom, der in den Kontrolleiter fließt und in den Relais wirksam ist. Beide Grenzen für die Wahl des geeigneten Widerstandes sind für die gute Wirksamkeit der Anordnung wichtig, und zwar ist dies bezüglich letzterer ohne weitere Begründung verständlich, bezüglich ersterer aus dem weiteren Grunde, weil dann Leitung und Apparate am betriebssichersten ausfallen, und weil dadurqh die günstigsten Bedingungen für die Wirkung der Anordnung im Falle eines Leitungsdefektes erzielt werden.

Bei dieser Widerstandsbemessung braucht nämlich ein kleiner Teil des Hauptleiters durch eine nur dünne Isolierschicht vom übrigen als Kontrolleiter abisoliert zu werden, wie in den Fig. 9 bis 14 gezeigt ist, was zu günstiger und billiger Konstruktion ohne wesentliche Störung des elektrischen Feldes in der den Hauptleiter umgebenden Isolation führt und bei Kabeln Vergeudung von Isolationsmaterial und merkliche Vergrößerung des ganzen Kabelquerschnittes verhindert. In einem so kon-

. struierten Kabel braucht zudem im allgemeinen der Kontrolleiter den Hauptleiter nicht völlig konzentrisch einzuschließen wie in Fig. 13. Denn auch wenn der Fehler an der Hauptleiteroberfläche einsetzen sollte, ohne den Kontrolleiter direkt zu treffen, so wird letzterer doch in- der Weise beeinflußt werden, daß. die überaus rasche Potentialschwankung, welche die den -Durchschlag vorbereitenden Funken begleitet, an der Stelle des Fehlers entweder die dünne Isolationsschicht zwischen Haupt- und Kontrolleiter durchbricht oder sich dort dem Kontrolleiter durch statische Induktion durch die dünne Schicht hindurch unmittelbar mitteilt. In beiden Fällen wird das empfindliche Gleichgewicht der beiden angrenzenden Relais aufgehoben und Auslösung bewirkt.

Man hat also in der Wahl von Form und Anordnung des Kontrolleiters einen weiten Spielraum bei den geschilderten Verhältnissen, ohne die Wirksamkeit der Anordnung in Frage zu stellen. Aber nicht nur dieses ist der Fall, sondern es läßt sich rechnerisch nachweisen, daß diese Verhältnisse zugleich die Vorbedingung für einen bestimmten, im voraus angebbaren Sinn der Wirkung des Fehlerstromes auf das Gleichgewicht der drehbaren Differentialrelais sind, was für die Differentialschaltungsart angrenzender Teilstrecken Bedeutung hat.

Die normalen Kontrollströme in allen Spulen dieser Relais eilen nämlich unter den angenommenen Verhältnissen der örtlichen Betriebsspannung des Hauptleiters gegen seine Umgebung um nahezu 90° voraus. Einerlei nun, wo der Fehler an der Leiteroberfläche ansetzt, und einerlei, ob die Isolation zwischen Haupt- und Kontrolleiter durchschlagen wird oder nicht, der Fehlerstrom wird unter den angegebenen Verhältnissen stets in dem Sinne wirken, daß für die in die fehlerhafte Teilstrecke von beiden Seiten fließenden Kontrollströme die Phasenvoreilung verkleinert wird, während ihre Stromstärke im allgemeinen zunimmt. Da nun die Differentialrelais so ausgeführt werden können, daß sie sowohl auf. Differenzen der Stromstärke als auch der Phase zwischen beiden Spulen ansprechen, so lassen sich dieselben bei der vorliegenden Schaltungsanordnung leicht so einstellen, daß ihre Verdrehung aus der Gleichgewichtslage stets in dem Sinne erfolgt, daß nur der zu der fehlerhaften Strecke gehörige Schalter an beiden Endstationen ausgeschaltet wird. no

Mit den Widerständen 54 kann ev. auch das Gleichgewicht der Relais reguliert werden.

Die Einrichtung der Station 45 in Fig. 3 unterscheidet sich nur dadurch von derjenigen der Station 52, daß der Nutzstromrest, der durch die zwischen den Teilstreckenenden herrschende Spannung (Spannungsabfall des Hauptleiters bei Belastung) im Kontrolleiter hervorgerufen wird, nach der Methode der vereinigten Fig. 23 und 24 durch Stromwandler besonderer Konstruktion vollends kompensiert ist.

Je einer dieser Stromwandler ist an jedem Teilstreckenende mit seiner Primärwicklung 46 in die Hauptleitung 40 und mit seiner Sekundärwicklung 47 in die Kontroileitung 41 eingebaut, welche letztere über den Widerstand 50 und das Relais 51 diesseits des Hauptschalters 43 an die Hauptleitung 40 angeschlossen ist. Ferner ist eine zweite Sekundärwicklung 48 vorhanden, welche über eine einstellbare Impedanz 49 derart geschlossen wird, daß die in 47 induzierte Spannung nach Größe und Phase auf die zur Kompensation des erwähnten Spannungsabfalles für veränderliche Belastung erforderlichen Werte gebracht wird. An Stelle der zweiten Sekundärwicklung kann auch Autotransformation angewandt werden.

Fig.'3 gilt auch sinngemäß für den Fall, daß bei geerdeten oder mehrphasigen Netzen die -Erde bzw. neutrale Leitung als Hauptleitung ohne fremde Stromquelle zum Anschluß der Kontrolleitung benutzt wird. 40 ist dann diese Hauptleitung, der die Stromentnahme am Unterteilungspunkt darstellende Stationstransfor- mator fällt weg, an seine Stelle tritt allenfalls der durch die Erdverbindung selbst gebildete Abzweigwiderstand. Die Stromwandlerspule 46 kann in diesem Fall entweder in der span-' nungführenden oder geerdeten bzw. neutralen Hauptleitung liegen. Bezüglich der Stromverteilung gilt auch für diesen Fall sinngemäß das Schema der Fig. 1, worin nur normalerweise der Stromausgleich ohne fremde Stromquelle nicht von der Haupt- bzw. Speiseleitung zu der möglichst dicht bei ihr liegenden Kontrolleitung, sondern im umgekehrten Sinne erfolgt.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Kompensierung der Wirkung, des Nutz-Stromnetzes auf die Relais, wobei der Kon-.trollstromkreis selbst unbeeinflußt bleibt, jedoch die Neutralisierung dieser Wirkung in den Relais erfolgt. Der Kontrolleiter 58 ist über den Widerstand 59 und die Doppelspule 61 des Relais 60 mit dem Hauptleiter 57 vor dem Schalter 62 verbunden. In der Hauptleitung 57 liegt die Primärwicklung 63 eines Kompensationsstromwandlers, dessen Sekundärwicklung 64 über die Kompensationsdoppelspule 65 des Relais geschlossen ist. Durch richtige Einstellung der parallel zu der Spule 65 liegenden einstellbaren Impedanz 66 wird erreicht, daß die Spule 65 von einem solchen Strom durchflossen wird, der für alle Belastungen des Hauptleiters ein Feld im Relais erzeugt, das möglichst gleich in Stärke, aber entgegengesetzt in Phase zu dem durch die Spule 61 erzeugten Felde ist, insoweit es von der Leitungsstromkomponente des Kontrollstromes herrührt, so daß sich die beiden Felder in ihrer Wirkung auf den drehbaren Teil des Relais 60 aufheben. Das Relais 60 ist ein Differentialrelais nach dynamometrischem oder, noch besser nach Weicheisendfehfeldprinzip, das auf Variation von Stromstärke und Phase mit Richtungssinn anspricht.

Die beschriebene Kompensierung des Nutzstromrestes oder dessen Neutralisierung im Relais wirkt insbesondere günstig bei ganz plötzlichen, sehr starken Kurzschlüssen der Hauptleitung. Im allgemeinen aber arbeitet die Anordnung selbst bereits beim Entstehen von Isolationsfehlern. Ihre Empfindlichkeit ist groß, besonders bei Kabelanlagen, deren wirksame Kapazität eine absolut festliegende unveränderliche Größe ist, solange das betreffende Kabel im Betriebe fehlerlos ist. Diese Empfindlichkeit kann jedoch erforderlichenfalls durch verschiedene Einstellungsmöglichkeiten der Relais u. a. m. beliebig reguliert werden.

Fig. 5 stellt die Schaltung einer Station ähnlich der Station 45 in Fig. 3 mit direkter Kompensation im Kontrolleiter vor, jedoch mit dem Unterschied, daß keine Stromabnähme erfolgt und die Teilstrecken nur durch einen einzigen Hauptschalter 67 getrennt sind. Es wurde deshalb ein einfaches, ruhendes Differentialrelais ' mit Transformatorwirkung verwendet, das nicht auf Richtungssinn anspricht. Die beiden Spulen 68 sind auf dem Eisenkern 70 gegeneinander "geschaltet. Im Fehlerfalle hört das magnetische Gleichgewicht im Kern 70 auf, und das infolge von Differenz von Stromstärke und Phase entstehende resultierende Feld induziert in der Hilfswicklung 69 eine Spannung, welche die Betätigung des Schalters 67 einleitet.

Fig. 6 stellt dieselbe Anordnung wie Fig. 4 vor mit dem Unterschied, daß keine Stromentnahme in der Station erfolgt und ein ruhendes elektromagnetisches Relais wie in Fig. 5 ■ benutzt wird. Die beiden Schalter 71 werden vom Relais 72 vermittels der Hilfswicklung 75 zusammen betätigt. Die Arbeitswicklungen 73 führen die Kontrollströme. 74 sind die Neutralisierungswicklungen. Die magnetischen Verhältnisse werden durch die gefiederten Pfeile verdeutlicht.

Die Fig. 7 bis 13 sind Querschnittsbilder verschiedener Ausführungsformen des metallischen Hauptleiters mit abisoliertem ein- oder mehrfachem Kontrolleiter, welche sowohl für Freileitungen als auch für Kabel passen. Es bedeutet 76 den Querschnitt des im allgemeineu litzenförmigen Hauptleiters, 'j'j den Querschnitt des vom Hauptleiterquerschnitt abgeteilten Kontrolleiters in verschiedener Ausführung und Lage und 78 die Isolierschicht zwischen Haupt- und Kontrolleiter.

Fig. 14 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform entsprechend Fig. 11 für Einleiter-

kabel. 76 ist die Hauptleiterlitze, 77 sind einige an der Oberfläche des Hauptleiters ■ durch die isolierende Einhüllung 78 als Kontrolleiter abgeteilte Drähte, 79 ist das Isoliermaterial und 80 der Bleimantel. In gleicher AYeise können Mehrfachkabel hergestellt werden, indem drei solche Einzelleiter, wie in Fig. 14 angegeben, verseilt und in einem gemeinsamen Bleimantel eingeschlossen werden.

Die isolierende Schicht, welche den Kontrolleiter abtrennt, kann in ganz beliebiger Weise hergestellt sein. Sie kann z. B. bei Kabeln aus demselben Material bestehen wie die Hauptisolierung 79, oder auch aus anderem Material mit größerer oder kleinerer Dielektrizitätskonstante, und zwar getränkt oder ungetränkt. Sie kann ferner entweder den Kontrolleiter ganz einhüllen, wie in Fig. 7, 8, 10 und 14, oder den Hauptleiter, wie in Fig. 13, oder nur umgebördelt sein wie in Fig. 9, 11 und 12.

. Die Fig. 15 bis 20 zeigen Schaltungsarten der für die Erfindung verwendbaren beweglichen Differentialrelais.

Fig. 15 zeigt ein kombiniertes Weicheisen- und Drehfeldrelais. Die beiden Kontrollströme sind einzeln durch die Doppelspulen 81 bzw. 82 geleitet, deren Achsen räumlich zueinander senkrecht oder doch so gegeneinander versetzt sind, daß bei Phasenverschiebung zwischen ihren Feldern eine möglichst starke Drehfeldkomponente des resultierenden Feldes entsteht. Die Ströme sind wieder durch einfache, die magnetischen Felder durch gefiederte Pfeile angedeutet.

Der zwischen den zwei Doppelspulen drehbare Teil ist in Fig. 16 im Querschnitt dargestellt. 83 ist eine Metallscheibe, mit welcher der solide Weicheisenkörper gestreckter Gestalt 84 fest verbunden ist, so daß beide sich um die Achse 94 drehen können. Der Weicheisenkörper 84 stellt sich mit seiner Längs-. achse stets auf die Richtung der ruhenden elektromagnetischen Feldkomponente ein.

welche von den beiden Doppelspülen 81 und 82 erzeugt wird und durch den Pfeil in 84 angedeutet ist. Er folgt also der Richtung nach den Änderungen des Stärkeverhältnisses der beiden Kontrollströme. Die Metallscheibe 83 hingegen wird nur von einer Drehfeldkomponente des resultierenden magnetischen Feldes beeinflußt und sucht deren Drehsinn zu folgen; sie reagiert also auf etwaige Änderungen der Phasenverschiebung zwischen beiden Kon-

trollströmen. .

Durch die an dem Punkt 86 angreifenden Federn 85 wird die jeweilige Ruhelage des drehbaren Teiles 83, 84 fixiert. Die stromlose Ruhelage 88 und die Ruhelage bei normalem Betrieb 89 werden zweckmäßig etwas verschieden eingestellt, um die stetige Betriebsbereitschaft des Relais am Ausschlag des Kontaktzeigers 87 kontrollieren zu können. Diese Einstellung kann z. B. dadurch bewirkt werden, daß das resultierende magnetische Feld normalerweise nicht genau auf die durch die Federn bestimmte Ruhelage eingestellt wird oder auch dadurch, daß die Kontrollströme von vornherein nicht genau phasengleich sind.

Im Fehlerfalle nun wird sich die Scheibe 83 mit dem Eisenkörper 84 drehen, und zwar je nachdem, welcher Kontrollstrom verändert wird, entweder nach der Endlage 90 oder 91, λνο durch Kontakt an 92 bzw. 93 die Auslösung des betreffenden Hauptschalters be-. wirkt wird. Die Empfindlichkeit ist durch die Federspannung, Feldstärken usw. in weiten Grenzen regulierbar.

In Fig. 17 ist ein Relais nach dem dynamometrischen Prinzip mit beweglichen stromdurchflossenen Spulen dargestellt, bei dem nicht die ganzen Kontrollströme, sondern nur nach Stärke und Phase regulierbare Teile derselben das Relais durchfließen.

Der mechanische Träger 83 der beweglichen Spulen 95 und 96 kann von beliebiger Gestalt und aus beliebigem leitenden oder isolierenden Material sein. Die beiden Kontrollströme fließen von den Kontrolleiterenden 97 bzw. 98 durch Nebenschlußwiderstände 99 bzw. Stromwandler 100/101 oder ähnliche Apparate nach der Hauptleitung 103. An diese Apparate sind die Stromkreise des Relais angeschlossen, welche die festen Spulen 81 bzw. 82 und die beweglichen Spulen 95 bzw. 96 enthalten. Letztere sind derart geschaltet, daß im normalen Betrieb ihre magnetischen Felder sich ganz oder nahezu aufheben, so daß kein oder nur ein kleines Drehmoment vorhanden ist. Bei aufgehobenem Gleichgewicht des Relais infolge Fehlerstromes in einem der Kontrollleiter tritt Drehung in dem einen oder anderen Sinn und Auslösung mit Hilfe der Kontakte 92 bzw. 93 ein.

Durch die Stromwandler 100/101 oder die Nebenschlüsse 99 lassen sich die Ströme im Relais auf die gewünschte Stärke einregulieren. Mit Hilfe der veränderlichen Impedanz 102 auf einer oder auf beiden Seiten der An- no Ordnung läßt sich dies noch besser und außerdem Ausgleichung der Phasen der beiden Kontrollströme erreichen.

Die Fig. 18 bis 20 zeigen schematisch andere Schaltungen von dynamometrischen Differentialrelais als die Fig. 17. Der Doppelpfeil bezeichnet den drehbaren Teil.

In Fig. 18 ist die schräg zu den festen Spulen gelagerte bewegliche Doppelspule der Fig. 17 durch zwei zueinander und zu den zugehörigen festen Spulen senkrecht stehende Spulen 104 ersetzt.

In Fig. 19 ist die bewegliche Doppelspule 95/96 beibehalten, jedoch sind die beiden festen Doppelspulen der Fig. 17 durch eine einfache (oder doppelte), senkrecht zur bewegliehen Doppelspule 95/96 gelagerte Spule 105 ersetzt, die von der Summe der beiden Kontrollströme durchflossen wird.

Fig. 20 zeigt die Umkehrung von Fig. 19, wobei bewegliche und feste Spulen ihre Rollen vertauscht haben. Eine einfache (oder doppelte) feste Doppelspule 106/107 wird von den beiden Kontrollströmen im umgekehrten Sinne durchflossen, so daß ihre Felder sich im normalen Betriebe aufheben. Der Summenstrom fließt durch die bewegliche Spule 108.

In den Fig. 1 bis 20 sind hauptsächlich die komplizierten Verhältnisse von Schaltungsanordnungen der Leiterkombinationen nach Fig. 22 und 23 mit erforderlichen Apparaten und für Differentialschaltung angrenzender Teilstrecken näher erläutert. Ihre Elemente sind indessen sinngemäß auf andere mögliche Schaltungsformen übertragbar. Für im Innern der Hauptleiter liegende Kontrolleiter und Leiterkombinationen gemäß Fig. 24 ist weiter oben schon eine zweckmäßige Schaltungsform erörtert worden.

Das neue Abschaltsystem schließt die Anwendung der üblichen Maximalauslösevorrichtungen gegen Überlasturigsfälle durch die Stromverbraucher nicht aus, kann vielmehr mit Vorteil im Verein mit denselben angewandt werden.

Claims (10)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Sicherheitssystem zum selbsttätigen Abschalten fehlerhafter Teilstrecken von elektrischen Leitungsnetzen, bei denen in der Nähe oder im Innern der Hauptleiter diesen zugeordnete Kontrolleiter mit Schalt- bzw. Auslöse- und Regulierorganen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kontrolleitungen den Teilstrecken der Hauptleitung entsprechend in Kontrollteilstrecken unterteilt und an ihren Streckenenden an die zugehörige Hauptleitung angeschlossen sind, und daß infolge elektrischer oder elektromagnetischer Beeinflussung der Kontrollteilstrecken von seiten der zugehörigen Hauptleitung Stromoder Potentialverlauf oder beides längs einer Kontrollteilstrecke derart gegenüber dem diesbezüglichen Zustand der zugehörigen Hauptleitung verändert wird, daß im Kontrolleiter oder in seinen Schaltbzw. Auslöseorganen im normalen Betriebszustand ein vom jeweiligen Belastungszustand des Hauptleiters ganz oder nahezu unabhängiger Gleichgewichtszustand hervorgerufen wird, bei welchem die Auslöse- bzw. Schaltorgane in normaler Betriebslage verharren, dagegen dieser normale Gleichgewichtszustand bei einem aufgetretenen oder entstehenden Fehler in der betroffenen Teilstrecke gestört wird, die Schalt- bzw. Auslösevorrichtungen dieser Teilstrecke durch Änderung der Stromflüsse betätigt werden und dadurch diese Teilstrecke vom übrigen Netz abgeschaltet wird.
2. 2. Abänderung des Sicherheitssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wirksamen elektrischen Feldbereich der spannungführenden Hauptleiter liegenden Kontrolleiter an ihren Teilstreckenenden nicht mit der zugehörigen Hauptleitung, sondern mit einer über das ganze zu sichernde Leitungsnetz praktisch außerhalb des Feldbereiches der spannungführenden Hauptleiter liegenden Leitung verbunden sind, welche die einzelnen Kontrollteilstrecken einschließlich Apparate praktisch kurzschließt.
3. 3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Schalt- bzw. Auslöseorgane nicht Betriebsstrom der Hauptleiter (Selbsterregung), sondern Strom aus einer fremden Stromquelle (Fremderregung) verwendet wird.
4. 4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, insbesondere für außerhalb der spannungführenden Hauptleiter oder an deren Oberfläche liegende Kontrolleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollteilstrecken (Kontrolleiter zuzüglich Apparate) im Vergleich zu den. zugehörigen Hauptleitungsteilstrecken bei möglichst großer Oberfläche des Kontrolleiters einen großen, vorzugsweise Ohmschen Widerstand haben, welcher jedoch im Verhältnis zur Kapazitätsreaktanz zwischen Kontroll- und Hauptleiter klein genug gewählt ist, damit ein möglichst großer Teil des Ladestromes der Teilstrecken nicht durch das Dielektrikum zwischen Haupt- und Kontroileitung oder von deren einem Ende her, sondern über die Schalt- bzw. Auslöseorgane von beiden Enden der Kontrollteilstrecke her dieser unter möglichster Unterdrückung des sie durchfließenden Nutzstromes gleichsinnig und in möglichst konstantem, von Betriebslast und Betriebsspannung möglichst unabhängigem Zahlenverhältnis, im allgemeinen zu gleichen Teilen, zugeführt wird.
5. 5. Ausführungsform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollleiter nur durch eine möglichst dünne Isolationsschicht vom Hauptleiter getrennt ist, so daß beide Leiter ohne erheblichen Verlust an aufgewendetem Isolationsmate-

   rial auf nur wenig voneinander verschiedene mittlere Betriebspotentiale gebracht werden können, wodurch die Schalt- bzw. Auslöseorgane möglichst annähernd von einem der vollen Betriebsspannung entsprechenden und ihr um 90⁰ voreilenden Ladeström durchflossen werden, dessen Phasenvoreilung bzw. Stärke sich daher beim Auftreten von Fehlern in der betreffenden Teilstrecke verkleinert bzw. vergrößert, unabhängig davon, ob die dünne Isolationsschicht zwischen Haupt- und Kontrolleiter ebenfalls durchschlagen wird, was jedoch durch genügend dünne Bemessung dieser Schicht sichergestellt werden kann.
6. 6. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das von der Strombelastung der Hauptleitung bestimmte Spannungsgefälle zwischen den Teilstreckenenden in der Kontroileitung hervorgerufene Strom (Nutzstrom) kompensiert oder seine Wirkung in den Schalt-i bzw. Auslöseorganen neutralisiert wird.
7. 7. Ausführungsform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation des Nutzstromes durch zwischen Haupt- und Kontrolleitung eingebaute induktive Apparate, z. B. Stromwandler, bewirkt wird.
8. 8. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die in der Kontrolleitung liegenden Schaltbzw. Auslöseorgane nur auf eine Strom- · bzw. Energierichtung ansprechende elektromagnetische Apparate, z. B. polarisierte Relais, verwendet werden, derart, daß nur der in den Kontrolleiter hineinfließende Strom auslösend wirkt, wogegen etwaige aus den Kontrollteilstrecken herausfließende Entladestromstöße wirkungslos bleiben.
9. 9. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schalt- bzw. Auslöseorgane elektromagnetische, auf Differential wirkung beruhende Apparate, z. B. solche nach, dem Weicheisen-, elektrodynamometrischen oder Drehfeldprinzip oder Kombinationen solcher, benutzt werden, von denen j eder durch die in zwei bzw. mehrere Enden einer zum selben Hauptleiter gehörigen Kontrolleitung am betreffenden Unterteilungspunkt fließenden Ströme derart beeinflußt wird, daß er bei Normalbetrieb im Gleichgewicht ist, dagegen auf Veränderungen des Stärkeverhältnisses der Ströme oder auf Veränderungen von deren gegenseitiger Phase oder auf beides auslösend anspricht.
10. 10. Ausführungsform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Unterteilungspunkt die Schalt- bzw. Auslöseorgane aller Phasen jeder einzelnen einmündenden Kontrollteilstrecke unter sich oder mit denen der anderen einmündenden Teilstrecken zusammen zu einem Differentialorgan vereinigt sind.

    Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.