DE449751C - Anzeigevorrichtung zum selektiven Erkennen eines mit Erdschluss behafteten Netzteils eines Hochspannungsnetzes - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist eine Anzeigevorrichtung zum selektiven Erkennen einer mit Erdschluß behafteten Zweigleitung eines Hochspannungsnetzes beschrieben, bei welcher in die Zweigleitungen auf höhere Harmonische ansprechende Einrichtungen eingeschaltet sind, welche im Erdschlußstrom enthaltene höhere Harmonische anzeigen oder die Abschaltung des kranken Leiters herbeiführen.

Hiernach kommen als Anzeigeinstrumente in erster Linie Oberwellenstrommesser (Amperemeter), aber auch Oberwellenfrequenzmesser in Betracht. Diese Instrumente besitzen aber den Nachteil, nicht richtungszeigend zu sein, so daß zur Feststellung der Richtung, in welcher von irgendeinem Punkte der kranken Leitung aus der Fehler zu suchen ist, mehrere der genannten Instrumente, welche örtlich weit auseinanderliegen,

ao gleichzeitig beobachtet werden müssen.

Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn Einrichtungen verwendet werden, welche auf die Kombination von Oberwellenstrom und Oberwellenspannung ansprechen, und es ist Gegenstand der Erfindung eine Anzeigevorrichtung zum selektiven Erkennen eines mit Erdschluß behafteten Netzteils eines Hochspannungsnetzes, bei welcher auf die auf höhere Harmonische ansprechenden Einrichtungen sowohl die im Erdschlußstrom enthaltenen Oberwellenströme als auch die in der Netzspannung enthaltenen Oberwellenspannungen einwirken, so daß die Einrichtungen wattmetrisch wirken und somit unmittelbar die Richtung erkennen lassen, in welcher der Fehler zu suchen ist. Bei dieser Einrichtung kann die Gesamtheit aller Oberwellenströme mit den ihnen zugehörigen Obenvellenspannungen in Wechselwirkung gebracht werden, oder aber es kann für den beabsichtigten Zweck eine bestimmte Oberwelle bevorzugt werden, welche mittels Resonanzkreisen, die aus gegebenenfalls regelbaren Induktivitäten und Kapazitäten bestehen, aus der Gesamtheit der Oberwellen zur Beeinflussung der auf höhere Harmonische ansprechenden Einrichtung ausgewählt wird. In diesem Falle kann demgemäß ein Resonanzkreis sowohl für den Oberwellenstrom als auch einer für die zugehörige Oberwellenspannung vorhanden sein. Wählt man z. B. als Anzeigeinstrument ein Zweispuleninstrument, dessen eine Spule vom Oberwellenstrom, dessen andere Spule von der Oberwellenspannung gespeist wird, dann ist die Richtung des Ausschlages von dem Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung abhängig. Da nun aber der Vektor des der Meß stelle zu- und der des abfließenden Leirungsstromes sich in Gegenphase zueinander

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befinden, so läßt die Ausschlagsrichtung des Instrumentes erkennen, auf welcher Seite der Leitung der Oberwellenstrom der Meßstelle zu- und auf welcher Seite er abfließt oder, mit anderen Worten, auf welcher Seite der Leitungsfehler zu suchen ist. Um die Oberwellenspannung auf einen für die Meßzwecke brauchbaren Betrag zu bringen, wird man vorteilhaft kapazitive oder induktive Spannungswandler verwenden, wobei sich eine Vereinfachung bei kapazitiven Spannungswandlern dadurch ergibt, daß die Kapazität zwischen Meßbelag und Erde ganz oder teilweise für den Resonanzkreis verwendet werden kann.

Ganz besonders als Anzeigeinstrument geeignet ist ein Telephon, weil es die Oberwellen sowohl hinsichtlich der Lautstärke als auch der Tonhöhe kenntlich macht und daher ao schon an sich die Oberwellen selektiv voneinander trennt. Man könnte für den vorliegenden Zweck nun ein Telephon verwenden, welches zwei Spulen besitzt, wobei die eine Spule von den Oberwellenströmen, die andere von den Oberwellenspannungen gespeist wird und wobei die Phase zwischen diesen beiden Spulenströmen so gewählt bzw. durch Regeleinrichtungen so eingestellt ist, daß der Phasenwinkel zwischen den Spulenströmen einen von 90⁰ abweichenden Wert besitzt, denn nur in diesem Falle wird die Lautstärke des Telephons von der Richtung des Oberwellenstromes abhängig sein und diese Richtung erkennen lassen. Am zweckmäßigsten wird man die beiden Ströme in Phase oder Gegenphase bringen, weil dann die Richtungsumkehr eines Spulenstromes einen großen Lautunterschied hervorruft.

Die Erfindung sei an Hand der Ausfüh« rungsbeispiele der Abb. 1 und 2 näher erläutert.

Abb. ι erläutert den Fall, daß ein mit zwei Spulen verwendetes Telephon als Anzeigevorrichtung verwendet wird, dessen Spulen von dem Strom bzw, von der Spannung einer Oberwelle erregt sind, welche durch ResO" nanzkreise aus dem Komplex aller Oberwellen herausgesondert wird.

Abb. 2 erläutert den Fall, daß ein normales einspuliges Telephon als Anzeigevorrichtung verwendet wird, dessen Spule von den Oberwellenspannungen und Oberwelienströmen derart kombiniert erregt wird, daß . ihr ein der Summe bzw. der Differenz der entsprechenden Erregerströme proportionaler Strom zufließt.

In Abb. ι bedeutet η ein Dreiphasennetz,

M₁ eine Zweigleitung dieses Netzes, I₁ II, III die Phasenleiter des Netzes, ζ einen Dreiphasenstromwandler bzw. drei Einphasenstromwandler mit den in Reihe zu den Phasenleitern des Netzes liegenden Primärwicklungen P₁, pn, P₁₁, und den Sekundärwicklungen q,, qii, quj. Ferner bedeuten i[, %, im drei in dem Sekundärkreis der Stromwandler liegende Amperemeter, C₁, C₁₁, Cm drei Kondensatoren, J₂ und J₃ einen Doppelschalter, bei welchem der Kontaktarm von S₂ gegen die beiden einen Winkel zueinander bildenden Kontaktarme von s_s isoliert ist.

Die Kontaktarme von J₂ und J₃ sind jedoch mechanisch starr miteinander verbunden, so daß sie um den gemeinsamen Drehpunkt miteinander gedreht werden können.

C₁, C₂ bedeuten einstellbare Kondensatoren, I₁,I₂ einstellbare Induktivitäten, W₁, W₂ einstellbare Widerstände, S₁ einen einpoligen Umschalter, s_i einen doppelpoligen Umschalter, e Erde, m die Membran, (I₁, d₂ die Spulen des Telephonhörers t.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist nun folgende: Die in die Leitung % eingeschalteten Stromwandler dienen zunächst zur Speisung der Amperemeter i_t, i_it und im, welche die Belastungsströme des Netzes an- 8g zeigen. Der Umschalter S₁ ermöglicht, nach Belieben je eine der Stromwandlersekundärwicklungen q_f, q_It, q_lu auf den Resonanzkreis c, I zu schalten, welcher auf eine beliebig wählbare Oberwelle abgestimmt sein kann. Während nun bei Normalbetrieb des Netzes die Oberwellenströme nur eine relativ geringe Amplitude haben, so wird auch der durch den Resonanzkreis fließende Oberwellenstrom der entsprechenden Frequenz sich nicht so stark ausbilden, als wenn im Falle eines Erdschlusses schon im Netzstrom starke Oberharmonische auftreten. Der Umschalter J₄ dient dazu, dem einstellbaren Widerstand einen von der Induktivität I₁ ab- ico gezweigten Oberwellenstrom in wählbarer Richtung zuzuführen, und vom Widerstand W₁ bzw. von einem beliebigen Teil dieses Widerstandes wird der die Spule d_x des Telephonhörers t speisende OberweHenstrom abgezweigt. Wird das Telephon so allein von einem OberweHenstrom einer bestimmten, bevorzugten Frequenz erregt, dann tönt es im Normalbetrieb leise, im Erdschlußfalle lauter; aber die Tonstärke ist unabhängig von der Stellung des Umschalters J₄. Während so die Spule U₁ in Abhängigkeit vom Oberwellenstrom erregt wird, wird die zweite Spule d₂ von - der zugehörigen Oberwellenspannung gespeist. Zu diesem Zwecke werden an zweien von den drei mit der einen Belegung an die Netzleiter I, II, III angeschlos- . · senenKondensatoren C₁, c_Ih C_n, die noch freien Belegungen durch den Umschalter J₂ miteinander verbunden, während die freie Belegung des jeweils dritten Kondensators ,durch den Umschalter J₃ an Erde gelegt wird. Die '

Spannung von s« gegen Erde wird nun aneinen aus der Kapazität C₂ und der Induktivität 4 gebildeten, für die gleiche Oberwelle wie der Resonanzkreis ^₁, I₁ abgestimmten Resonanzkreis gelegt, zu welchem parallel der einstellbare Widerstand W₂ geschaltet ist. Diesem Widerstand W₂ wird also eine Oberwellenspannung der bevorzugten Frequenz entnommen und der Spule J₁ des Telephons ίο zugeführt. Die Stellung der Umschalter S₁ und s₂, s₃ ist nicht unabhängig voneinander zu wählen. Hat beispielsweise die Phase III Erdschluß, dann soll S₁ auf Qm schalten, damit der Oberwellenstrom des kranken Leiters gemessen wird, während der Resonanzkreis C₂. I₂ an die Spannungen der gesunden Phasen I und II über die Kondensatoren C₁, C₁₁ gelegt wird. Dieser Fall entspricht den eingezeichneten Stellungen der Umschalter. Mit Hilfe der Widerstände W₁ und W₂ und des Umschalters S₄ läßt sich nun das Stromverhältnis der beiden Erregerströme in d_t und d.. so einstellen, daß die Stromstärken nahezu gleich sind und daß sich dabei die Ströme entweder unterstützen oder schwächen. Die Schwingungen der Membran m werden als Ton bestimmter Höhe und Stärke vernommen, und dieser Ton ist am lautesten, wenn der Schalter S₁ auf dem Kontakt der kranken Phase steht. Hat man nun mit Hilfe des Umschalters i₄ auf gleichsinnige Erregung von d₁ und ci₂ und demnach auf den lautesten Ton eingestellt, so läßt sich zeigen, daß bei Stromumkehr in Spule d_t, also durch Umlegen des Schalters s±, die Lautstärke stark zurückgeht. Das gleiche würde eintreten, wenn die Stromrichtung in p, bzw. p„, p_n, um i8o° gedreht würde. Diese Verschiedenheit der Stromrichtung liegt aber in jedem Falle bei zwei derartigen in die gleiche Netzleitung eingebauten Einrichtungen vor, von denen die eine den ankommenden, die andere den abgehenden Oberwellenstrom der Zwischenstation mißt, so daß also von diesen beiden Einrichtungen diejenige lauter ansprechen wird, bei welcher sich die Ströme in (I₁ und d₂ unterstützen. Es bereitet keine Schwierigkeit, die Schaltung so einzurichten, daß dann das lauter ansprechende Telephon die Richtung weist, in welcher der Fehler zu suchen ist. In allen Zwischenstationen des Hochspannungsnetzes befinden sich an den zu- und abgehenden Leitungen Hörtelephone, deren Lautstärke verglichen wird, oder man verwendet eine einzige Abhöreinrichtung dieser Art. die auf die zu- und abgehenden Leitungen umgeschaltet werden kann. Aber auch liier ergibt sich aus dem Tonvergleich die Richtung, in welcher der kranke Leiterteil liegt.

Will man das Zweispulentelephon vermeiden, dann ist eine Schaltung gemäß Abb. 2 vorteilhaft. In dieser Abbildung bedeutet η ein Dreiphasennetz mit den Netzleitern I. II, III. pj, pn, pm sind drei Primärwicklungen von Stromwandlern, von deren Sekundärwicklungen der Einfachheit halber nur die dem Netzleiter III zugeordnete Sekundärwicklung q,„ dargestellt ist, welche auf eine durch den Widerstand w angedeutete Belastung geschaltet ist, zu welcher parallel die Steckdose k liegt. Die Zeichnung wäre also gedanklich dahin zu ergänzen, daß noch zwei weitere Sekundärwicklungen qj und qn vorhanden sind, welche ihrerseits ebenfalls je einen Verbraucher speisen, zu dem je eine Steckdose parallel geschaltet ist. Der Stecker g ist demgemäß auf die den verschiedenen Phasen zugeordneten Steckdosen umsteckbar. Die Sekundärwicklung q_ui liegt mit einem Pol an Erde e. w_z ist ein einstellbarer Widerstand, C₂ eine Kapazität, t ein Transformator, S₂ ein Schalter, d ein normales Einspulentelephon, μ ein Umschalter, c_h C_n, c_m Kondensatoren. S₁ und S₃ ist ein Doppelschalter, bei welchem der Kontaktarm von S₁ gegen die beiden einen Winkel zueinander bildenden Kontaktarme von S₃ isoliert ist. Die Kontaktarme von S₁ und s₃ sind mechanisch starr miteinander verbunden, so daß sie um den gemeinsamen Drehpunkt miteinander gedreht werden können. Die Kontaktarme von s_s sind geerdet. Z und c ist eine auf Resonanz mit der Grundfrequenz abgestimmte, aus Induktivität und Kapazität gebildete Reihe, deren einer Pol mit dem Kontaktarm von S₁ verbunden, deren anderer Pol geerdet ist. Parallel zur Reihe / + c liegt eine aus der Kapazität C₁ und dem einstellbaren Widerstand W₁ gebildete Reihe. Die Sekundärwicklung des Transformators t ist über den Umschalter U in Reihe mit einem Teil des Widerstandes W₁ geschaltet. Die beiden Verbindungsleitungen enthalten die Anschlußpunkte für das Telephon d.

Diese Einrichtung wirkt nun folgendermaßen : Die die Wicklung qm — im Erdschlußfalle der Netzphase III — durchfließenden Oberwellenströme werden nach Einstecken des Steckers g über diesen zur Reihe C₂-W₂ geleitet. Der Kondensator c, stellt für Wellen hoher Frequenz einen kleineren Widerstand als für Wellen geringerer Frequenz dar, so daß der grundfrequente Strom die Reihe c₂-w„ zu einem prozentual kleineren Betrage durchfließt als die Oberwellen höherer Frequenz. Ein Teil dieser Oberwellenströme wird zur Primärwicklung des Transformators t abgeleitet und transformiert, und so fließt demnach auch in dem Sekundärstromkreis ein Oberwellenstrom, welcher das Telephon zum Ansprechen bringt.

Die Kondensatoren C₁, C_n, c_UI wirken nun in ähnlicher Weise wie in Abb. ι beschrieben. Die an der Reihe I + c auftretende Spannung ist aber vorwiegend eine Spannung höherer Frequenz, weil die genannte Reihe infolge ihrer Abstimmung für die Spannung der Grundfrequenz einen Kurzschluß darstellt. Auch hier werden vorwiegend Ströme der Oberwellenfrequenz die Kapazität C₁ und to den Widerstand W_x durchfließen und sich dabei mit dem vom Transformator t kommenden gleichfrequenten Oberwellenstrom in Phase oder Gegenphase befinden oder mit ihm einen anderen, im allgemeinen aber von 90⁰ abweichenden Winkel einschließen. Ob nun die Ströme sich geometrisch oder arithmetisch zu dem das Telephon durchfließenden resultierenden Strom zusammensetzen, auf jeden Fall wird die Lautstärke auch hier ao durch die Lage des Umschalters U beeinflußt, und auch hier ist das Umlegen des Umschalters gleichwertig einem Wechsel der Stromrichtung in den Primärwicklungen P₁, p_n, p_m, so daß sich auch diese Anordnung, bei weleher also der Hörerspule ein der Summe bzw. Differenz der entsprechenden Erregerströme proportionaler Strom zufließt, zur Feststellung der Richtung eignet, in welcher der Fehler zu suchen ist. Es ist bei dieser Einrichrung ohne Belang, ob die Erregerströme aus Strömen aller vorkommenden Oberwellenfrequenzen oder aus den Strömen einer bevorzugten Oberwellenfrequenz bestehen. Die Summe oder Differenz der Ströme kann auch durch andere Einrichtungen gebildet werden, z. B. dadurch, daß man die Sekundärwicklung eines Stromtransformators mit der eines Spannungstransformators in Reihe schaltet und diese Reihe über die Spule des Telephonhörers schließt. In den Fällen, in denen die Spannungsgrundwelle des Netzes eine fast oberwellenfreie Sinuskurve ist, würden sich unter Umständen zu kleine Oberwellenströme für das Anzeigeinstrument ergeben. Man kann aber die dem Anzeigeinstrument zufließenden Ströme in aus der Radiotechnik bekannter Weise so weit verstärken, daß auch bei Spannungen von angenähert reiner Sinusform die kranke Leitung auf dem hier angegebenen Wege als solche erkannt werden kann.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   I. Anzeigevorrichtung zum selektiven Erkennen eines mit Erdschluß behafteten Netzteils eines Hochspannungsnetzes nach , Patent 432 982, dadurch gekennzeichnet, daß auf die auf höhere Harmonische ansprechenden Einrichtungen sowohl die im Erdschlußstrom enthaltenen Oberwellenströme als auch die in der Netzspannung enthaltenen Oberwellenspannungen einwirken, zum Zweck, die Richtung kenntlich zu machen, in welcher der Fehler zu suchen ist.
2. 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Resonanzkreisen, welche aus gegebenenfalls regelbaren Induktivitäten und Kapazitäten bestehen, eine wählbare Oberwellenfrequenz für die Beeinflussung der auf höhere harmonische Oberwellen ansprechenden Einrichtungen bevorzugt wird.
3. 3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Entnahme der Oberwellenspannung kapazitive oder induktive Spannungswandler derart vorgesehen sind, daß bei Anwendung kapazitiver Spannungswandler die Kapazität zwischen Meßbelag und Erde ganz oder teilweise für den Resonanzkreis mitverwendet wird.
4. 4. Anzeigevorrichtung nach An-Spruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeinstrument ein Telephon mit zwei Spulen derart vorgesehen ist, daß die eine Spule von den Oberwellenströmen, die andere von den Oberwellen- go Spannungen gespeist wird und die Phase zwischen diesen beiden Spulenströmen so gewählt bzw. durch Regeleinrichtungen eingestellt ist, daß der Phasenwinkel einen von 90⁰ abweichenden Wert besitzt.
5. 5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeinstrument ein Einspulentelephon vorgesehen ist, welches von den Oberwellenströmen und Oberwellenspannungen derart kombiniert erregt wird, daß der Telephonspule ein der Summe bzw. der Differenz der entsprechenden Erregerströme proportionaler Strom zufließt und die Phase zwischen den beiden Erregerströmen so gewählt bzw. durch Regeleinrichtungen eingestellt ist, daß der Phasenwinkel einen um 90⁰ abweichenden Wert besitzt.
6. 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch i, .dadurch gekennzeichnet, daß dem Anzeigeinstrument in aus der Radiotechnik bekannter Weise verstärkte Ströme der Oberwellenfrequenz zufließen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.