DE374496C - Schutz- und Fehlersucheinrichtung bei Wechselstromanlagen - Google Patents

Description

Der Zweck der Erfindung besteht darin, geeignete und sichere Prüfeinrichtungen für elektrische Kabel zu schaffen, die sowohl das schnelle Finden von Fehlern als auch Vorkehrungen zur selbsttätigen Ausschaltung in Fällen erheblicher Fehler gewährleisten. Die Erfindung ist nur für Wechselstromnetze verwendbar.

Gemäß der Erfindung enthält das Kabel in bekannter Weise einen Hilfs- oder Prüfleiter, der die isolierten Hauptleiter in Gestalt von einem oder mehreren flachen Metallbändern umgibt, die spiralförmig um die Hauptleiter gewunden sind und konzentrisch zur äußeren Umhüllung liegen, gegen die sie gleichfalls isoliert sind. Der Prüfleiter ist normalerweise vollständig isoliert, erfindungsgemäß sind aber Vorkehrungen getroffen, durch die bei bestimmten Störungen in den Hauptleitern der Prüfleiter selbsttätig über eine Batterie oder eine andere elektrische Energiequelle und die Schaltspulen der Hauptstromunterbrecher geerdet werden kann, so daß bei einem Schadhaftwerden der Isolation zwischen dem Prüfleiter und der äußeren Kabeldecke, durch die ein Stromverlust nach der Erde möglich ist, ein Stromkreis geschlossen wird, der den Hauptstromunterbrecher in Tätigkeit setzt.

Es sind Vorkehrungen getroffen, durch die der Prüfleiter wechselweise über verschiedene Instrumente mit der Erde verbunden werden kann, um festzustellen, ob und in welchem Ausmaß die Isolation zwischen ihm und dem Hauptleiter bzw. den Hauptleitern oder zwisehen ihm und der äußeren Umhüllung mangelhaft geworden ist.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

j α¹, α², «³ sind die Sammelschienen einer Kraftstation und b¹, b², b³ die Sammelschienen einer Unterstation. Diese Sammelschienen sind miteinander durch zwei Hauptkabel verbunden, von denen jedes drei Hauptleiter besitzt, die mit c¹, c², c³ und e¹, e², e³ bezeichnet sind, und von denen jedes noch einen Prüfleiter d bzw. f einschließt.

Zwischen den Leitern jedes Kabels und den entsprechenden Sammelschienen sind Hauptstromausschalter w¹, w², w³, w* vorgesehen, von denen jeder durch .eine Spule in Tätigkeit gesetzt wird; diese sind mit P-, I², P, I* bezeichnet.

Der Prüfleiter jedes Kabels ist konzentrisch zur äußeren Umkleidung angeordnet und umfaßt die Hauptleiter, wobei er gegen die äußere Umhüllung vorteilhaft durch hygroskopisches Material isoliert ist. An jedem Ende der einzelnen zu überwachenden und zu schützenden Kabelabschnitte ist ein Kontakt oder eine Klemme k¹, k², k³, k* angeordnet, die mit der Spule I¹, I²,1³, Z⁴ des betreffenden Hauptstromausschalters und mit einer Batterie?»¹, m~,m³, ?w⁴ verbunden ist. Neben diesem Kontakt befindet sich ein Kontakt j¹, j², j³, jⁱ, der mit dem Prüfleiter d bzw. f über eine Drosselspule o¹, o², o³, 0* verbunden ist, und ferner durch eine Luftfunkenstrecke zwischen zwei Platten n¹, n², n³, »⁴ mit der Erde verbunden werden kann. Außerdem ist an jedem Ende der einzelnen zu überwachenden Kabelabschnitte ein Ausgleichtransformator g¹, g², g³, g⁴ vorgesehen, auf dessen Kern drei, von je einem Kabel gespeiste Primärwicklungen sitzen, während die Sekundärwicklung A¹, A², h³, h* jedes Transformators mit einem Solenoid i¹, i², i³, i* in Verbindung steht, das bei seiner Erregung einen Schalter in Tätigkeit setzt, der die Klemme k',

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k², k³, A⁴ mit der Klemme j¹, j^s, j³, j* verbindet.

Jede der Drosselspulen o¹, o², o³, o⁴ besitzt eine Sekundärwicklung, mit der eine Signalvorrichtung ν in Tätigkeit gesetzt wird, wenn infolge einer übermäßigen Spannung im Prüfleiter dieser über die Funkenstrecke n¹, n², n³, «⁴ geerdet wird und Strom durch die Drosselspulen fließt. Dieselben Sekundärwicklungen

ίο sind mit den Solenoidschaltern p¹, p², p³, pⁱ verbunden, die einen Hilfsstromkreis über die Batterie und die Spulen der Hauptstromunterbrecher schließen..
■ Die Batterien liegen mit dem einen Pole an Erde und sind einander entgegengeschaltet, so daß das einfache Schließen der Schalter durch die Solenoide i¹, i², i³, i^l keine Erregung der Spulen I¹, I², P₁ Z⁴ veranlaßt. Hierzu müssen die Schalter p¹, p², p³, p^l geschlossen werden, oder es muß eine direkte Erdverbindung zwischen der Batterie und dem Prüfleiter hergestellt sein.

Die Spulen I¹, I², I³, Z⁴ der Hauptstromausschalter sind mit Dauermagnet und beweglicher Spule ausgerüstet und sprechen auf Gleichstrom an, während sie nicht in Tätigkeit treten, wenn sie nur vom Wechselstrom gespeist werden. Sie sind ferner so abgestimmt, daß sie auch in Tätigkeit treten, wenn Gleichstrom einer bestimmten Stärke zusammen mit einem Wechselstrom durch die Schaltspulen hindurchgeht.

Außerdem ist an einer Stelle des zu überwachenden und zu schützenden Abschnittes ein Vierwegeschalter r an den Prüfleiter angeschlossen, dessen nicht dargestellte erste Stellung der Nichteinschaltung entspricht, während die Stellung 2 eine Verbindung über ein statisches Voltmeter s oder ein ähnliches Instrument nach der Erde herstellt. Die Stellung 3 stellt eine Verbindung mit der Erde über ein Amperemeter t und die Stellung 4 eine solche in Reihe mit einer besonderen Batterie und einem Galvanometer u mit Neben-Schluß her, um Fehler der Isolation zwischen dem Prüfleiter und der äußeren Umhüllung festzustellen.

Selbstverständlich können auch irgendwelche anderen Einrichtungen statt des Vierwegeschalters vorgesehen sein, um die verschiedenen Verbindungen herzustellen.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß sowohl die zweite als auch die dritte Verbindung benutzt wird. Wenn gewünscht, kann die letztere allein Verwendung finden, und zwar dann, wenn bei einer Mehrphasenanlage der Neutralpunkt oder bei einer Einphasenanlage der Mittelspannungspunkt oder eine Klemme des Generators geerdet und der entsprechende vorhergehende Punkt ungeerdet ist. q ist ein Schalter, mit dessen Hilfe der Prüfleiter einer der beiden dargestellten Speiseleitungen mit dem Vierwegeschalter r verbunden werden kann.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vor-, richtungen ist folgende:
ι ι. Bei einer Beschädigung des Kabels von .; außen wird zunächst der Widerstand zwischen Prüfleiter und Umhüllung verringert, was bei Schaltung des Vierwegeschalters in die Stellung 4 kenntlich gemacht wird. Sobald die Beschädigung größer ist bzw. sich so weiter entwickelt, daß ein Uberkriechen der Spannung vom Hauptleiter oder den Hauptleitern nach dem Prüfleiter stattfindet, so wird dies sofort sichtbar, wenn man den Vierwegeschalter in die Stellung 2 bringt, während die Stärke eines sich einstellenden Stromverlustes durch die Stellung 3 sichtbar gemacht wird. Sobald die fehlerhafte Stelle sich noch weiter ausdehnt, wird der Ausgleich der Transformatoren gestört, so daß die Solenoidschalter i¹, i², i³, i⁴ zur Wirkung kommen und dadurch den Prüfleiter an beiden Enden in Reihe mit den Batterien schalten. Dadurch wird ein Stromkreis von jeder Batterie über die Spulen des Hauptstromunterbrechers, die eine der Drosselspulen und die fehlerhafte Stelle in der Prüfleiterisolierung zur Erde geschlossen; die in diesen Stromkreisen fließenden Ströme setzen die Hauptstromunterbrecher in Tätigkeit.

2. Sobald die Isolation eines Hauptleiters durch irgendwelche Ursache eine innere Verletzung erhält, wird dadurch dieser Leiter mit dem Prüfleiter in Verbindung gesetzt, so daß das Potential in diesem steigt. Dies wird sofort angezeigt, sobald der Vierwegeschalter auf die Stellung 2 gebracht wird oder, falls bei einer Mehrphasenanlage der Neutralpunkt oder bei einer Einphasenanlage der Mittelspannungspunkt oder eine Klemme des Generators geerdet ist, auch durch Schaltung auf Stellung 3. Nimmt die Störung größeren Umfang an, so wird der Ausgleich der Transformatoren gestört, so daß die Solenoidschalter i zur Wirkung kommen und die Kontakte /, k überbrücken. Hierdurch wird bei einem geerdeten Punkt des Systems ein Wechselstromkreis geschlossen vom fehlerhaften Hauptleiter über die schadhafte Stelle zwischen diesem und dem Prüfleiter, Kontakte /, k, Spule I, Erde und über den Neutral- oder Mittelspannungspunkt des Systems zurück zum fehlerhaften Hauptleiter. Falls aber die Potentialerhöhung im Prüfleiter dessen Erdung noch nicht herbeiführt, kann hierbei der Hauptstromunterbrecher nicht in Tätigkeit treten. Wenn man nun den Vierwegeschalter in die Stellung 3 bringt, so wird ein Gleichstromkreis über die Spule I des Hauptunterbrechers, die Kontakte k, j, den Prüfleiter, das Amperemeter t

und Erde geschlossen und bei einem geerdeten ' Hauptleitersystem außerdem ein Wechselstromkreis von dem fehlerhaften Hauptleiter über die schadhafte Stelle zwischen diesem und dem Prüfleiter, das Amperemeter t, Erde und zurück zum Hauptleiter wie vorher gesagt. Die einzelnen Instrumente besitzen solchen Widerstand, daß ein Strom im Batteriestromkreis , nicht stark genug ist, um den Hauptstrom- ; ίο schalter in Tätigkeit zu setzen, und weisen , eine solche Impedanz auf, daß ein gefährliches ] Anwachsen des Wechselstromes in dem er- j wähnten Wechselstromkreis verhindert wird. Wenn dann die Verletzung noch weiter um ig sich greift, wird die Isolation des Prüfleiters gegen die Umhüllung zerstört. Dadurch wird | der Batteriestromkreis, wie oben geschildert, I geschlossen und der Hauptstromunterbrecher j in Tätigkeit gesetzt.

Bei der beschriebenen Einrichtung ist der ', Prüfleiter an beiden Enden jedes Abschnittes durch eine Luftfunkenstrecke η zwischen zwei ; Platten geerdet, die in Tätigkeit tritt, wenn : das Potential im Prüfleiter eine bestimmte ■ Höhe überschreitet, so daß dieser geerdet wird. Hierdurch wird die Gefahr vermieden, daß die Suchvorrichtungen schadhaft werden, wenn sie angeschlossen sind, während im Prüfleiter ein zu hohes Potential herrscht. Ebenso wird die Gefahr beseitigt, daß die Isolierung des Prüfleiters an irgendwelchen unbekannten Stellen der Leitung und einer andern Stelle als derjenigen, die die Störung verursacht, zerstört wird.

Die Drosselspule o¹, o², o³, o⁴ dient zur Abschwächung des im Prüfleiter fließenden Wechselstromes, wenn der Solenoidschalteri¹, i^s, i^s, i^l ■ geschlossen ist, und kann auch, falls nur zu diesem Zweck verwendet, zwischen der Batterie und Erde angeordnet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet die Drosselspule aber zugleich die Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung zur Abgabe eines Zeichens bei V und zur Erregung des Solenoidschalters p\ f², f^z, ■pⁱ dient, welcher den Hilfsstromkreis über die Batterie und den Hauptstromunterbrecher schließt. Dadurch ! wird nach Erdung des Prüfleiters durch einen Fehler oder bei η der Batteriestromkreis ungo abhängig von seiner Erdverbindung geschlossen. Bei langen Leitungen sind Vorkehrungen getroffen, um Schaden zu verhüten, die durch j große Kapazitätsströme hervorgerufen werden, z. B. wenn die Kabel oder andere Apparate eingeschaltet werden, indem zeitweilig Widerstände oder Kurzschlußvorrichtungen in be- j kannter Weise eingeschaltet werden. !

Mit Hilfe dieser Vorrichtungen ist man durch häufige Prüfungen mit dem Vierwegeschalter in der Lage, sofort Fehler zu entdecken und deren Ausdehnung festzustellen, so daß man sogleich oder nach einer gewissen Zeit abschalten und Reparaturen vornehmen kann, während anderseits die Anlage selbsttätig abgeschaltet wird, sobald gefährliche Störungen eintreten.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Schutz- und Fehlersucheinrichtung bei Wechselstromanlagen, bei welchen in dem die Hauptleiter aufnehmenden Kabel ein diese umgebender isolierter Prüfleiter konzentrisch zur äußeren Kabelhülle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Kabelende durch primär von den Hauptleitern gespeiste, normalerweise durch die gleichzeitige Wirkung aller Hauptleiter unerregte Ausgleichtransformatoren und sekundär davon im Fehlerfalle beeinflußte Schalter der Prüf leiter über eine Hilfsstromquelle (Batterie), die Spule eines Hauptstromunterbrechers und eine Drosselspule geerdet wird und hierbei noch geringfügige Störungen durch mit dem Prüfleiter verbundene Instrumente angezeigt werden, während eine größere Störung, die eine unmittelbare Erdung des Prüfleiters bewirkt, den Stromkreis der Hilfsstromquellen vervollständigt und die Betätigung der go Hauptstromunterbrecher an beiden Kabelenden veranlaßt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung, vermittels welcher der Prüfleiter wahlweise über ein Amperemeter oder über eine Batterie und ein Galvanometer geerdet oder schließlich mit einem statischen Galvanometer verbunden werden kann.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfleiter mit der Erde durch eine Luftfunkenstrecke oder eine ähnliche Einrichtung verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfleiter mit der Primärwicklung eines Transformators, der auch die Drosselspule ersetzen kann, verbunden ist, in dessen Sekundärkreis eine Anzeigevorrichtung oder bzw. und ein Solenoid liegt, das bei seiner Erregung einen Stromkreis der Hilfsstromquelle über die Schaltspule des Hauptstromunterbrechers schließt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.