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Kabelschutzsystem mit zwei gleichen Leiterhälften Vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Kabelschutzsystem, bei denen die Leiter in zwei gleichen Hälften
aufgeteilt sind und die Ströme dieser beiden Leiterhälften an den Kabelenden verglichen
werden. Bei gesundem und einwandfreiem Kabel herrscht in den eingeschalteten Differentialwandlern
oder -relais Gleichgewicht der Ströme, dessen Wirkungen sich aufheben und gleich
Null sind.
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Bedingung für die Zuverlässigkeit dieses Schutzsystems ist, daß die
Isolation zwischen den beiden Leiterhälften in Ordnung ist und daß sich die beiden
Leiterhälften bei allen Größenordnungen des Stromes im elektrischen Gleichgewicht
befinden.
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Um den Zustand der Isolation zu überwachen, werden an den Enden des
Kabels Einrichtungen vorgesehen, die zwischen den beiden Leiterhälften eine Spannung
erzeugen. Tritt nun ein Fehler in. der Isolation zwischen den beiden Leiterhälften
auf, dann fließt ein Strom infolge der dem System aufgedrückten Lokalspannung und
bewirkt die Auslösung. Damit bei größeren Kabellängen die Hilfseinrichtungen nicht
allzu große Dimensionen annehmen, ist vorgeschlagen worden, die Induktivität der
beiden Leiterhälften im Sinne der Auslösung mitzubenutzen. Das hat jedoch den Nachteil,
daß sich die beiden Leiterhälften nicht mehr im Gleichgewicht befinden, so daß bei
Kurzschlüssen außerhalb der Kabelstrecke Fehlauslösungen nicht zu vermeiden sind.
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Um diesen Fehlauslösungen zu begegnen, ist nun weiter der Vorschlag
gemacht worden, die störenden Wirkungen der Kapazität, Induktivität und der verschiedenen
Ohmschen Widerstände durch abwechselndes Vertauschen der beiden Leiterhälften an
den Verbindungsstellen der Fabrikationslängen des Kabels aufzuheben. Durch die Maßnahme
wird ein vollkommen. symmetrisches Kabel erzielt, die beiden Leiterhälften befinden
sich bei allen Strömen im Gleichgewicht, da sie mit gleichen Kapazitäten, gleichen
Selbstinduktionen und gleichen Ohmscheu Widerständen behaftet sind.
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Bei der auf diese Weise erzielten Abgleichung des Kabels muß aber
auf die Nutzbarmachung der Induktivität und Kapazität für die Kontrolle der Isolation
verzichtet werden, da sich hierbei die treibenden Kräfte ebenfalls abschnittweise
aufheben. Die zur Kontrolle des Isolationszustandes erforderliche Spannung muß,
wie bereits angeführt, durch besondere Hilfsmittel erzeugt werden, was bei langen
Kabeln zu umfangreichen, teuren Apparaten führt.
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Man hat nun nach den bekannten Anordnungen die Wahl, entweder die
Leiterhälften an den Verbindungsstellen abwechselnd zu vertauschen, wodurch ein
einwandfreies Kabel mit teuren Hilfseinrichtungen für die Hilfsspannung erhalten
wird, oder man zieht die Kapazität und die Induktivität der beiden Leiterhälften
mit zur Kontrolle heran, was aber ein Verzicht auf das genaue Arbeiten des Kabelschutzes
bei Kurzschlußströmen ist. Diese sich entgegenstehenden Wirkungen sind also auf
diese Weise nicht in Einklang zu bringen.
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Nach der Erfindung wird sowohl ein elektrisch vollkommen symmetrisches
Kabel erreicht wie auch eine volle Ausnutzung der Kapazität und Selbstinduktion
im Sinne der Kontrolle des Isolationszustandes zwischen den beiden Leiterhälften.
Dieses
wird durch Kreuzen der Leiterhälften in der Mitte der Kabelstrecke erreicht, wodurch
sowohl die störenden induktiven und kapazitiven Wirkungen beseitigt werden, wie
auch eine Ausnutzung dieser Wirkungen für die Auslösung in voller Höhe ermöglicht
wird. Da sich die Wirkungen trotz abgeglichenen Kabels von beiden Enden bis zur
Mitte der Kabelstrecke addieren und der Schutzbereich der eingebauten Apparate je
bis zur Mitte angenommen werden kann, so ist der Isolationszustand des Kabels von
beiden Enden her gleichmäßig überwacht.
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Die Erfindung ist in den Abbildungen z bis 3 veranschaulicht.
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Es bedeuten: a die äußere, b die innere Leiterhälfte
eines konzentrischen Einzelleiters, c die Kapazität der äußeren Leiterhälfte gegen
Erde und benachbarte Teile, d die größere Selbstinduktion der inneren Leiterhälfte,
e Verbindungsstellen des Kabels, f ein Ohmscher oder induktiver Widerstand oder
eine andere Energiequelle, g die Wicklungen der Differentialauslöser bzw. -relais,
h die Kabelschalter.
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Abb. = zeigt den Einzelleiter eines Kabels mit den Zubehörteilen in
schematischer Darstellung, Kapazität und Selbstinduktion sind nicht ausgeglichen.
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In Abb. 2 sind Kapazität und Selbstinduktion auf der Kabelstrecke
durch abwechselndes Vertauschen der Leiterhälften abgeglichen, während in Abb. 3
das Abgleichen der Selbstinduktion und der Kapazität in der Mitte der Kabelstrecke
vorgenommen ist.
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Die Wirkungsweise ist folgende Bei gestmdem Kabel werden beide Leiterhälften
von genau gleichen Strömen von genau gleicher Phase durchflossen, die Wirkung des
Stromes im Differentialrelais oder -wandler ist also gleich Null.
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Tritt ein Erdschluß ein, so wird das Gleichgewicht im Differentialauslöser
durch den einseitig fließenden Strom gestört und der Schalter löst aus.
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Beim Defektwerden der Isolation zwischen den Leiterhälften erfolgt
ebenfalls eine Auslösung des Schalters, da infolge des auftretenden Lokalstromes
die Ströme sich in dem zugehörigen Differentialrelais, sowohl ihrer Größe als auch
ihrer Phase nach ändern.
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Da sich die Ströme nach Abb. 3 im normalen Betriebe sowie bei Überströmen
und Kurzschlüssen bei ordnungsmäßigem Zustand der Isolation des Kabels im vollen
Gleichgewicht befinden, können die Differentialwandler bzw. -relais verhältnismäßig
geringe Fehlerströme anzeigen, ohne die Anlage irgendwie empfindlich gegen Kurzschlüsse
zu machen.
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In der gleichen Weise, wie ein Kabel mit konzentrisch angeordneten
Leiterhälften abgeglichen wird, kann auch eine Abgleichung bei Sektorkabeln vorgenommen
werden.
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In der Abb. q. ist ein Querschnitt eines konzentrischen Dreileiterkabels
dargestellt.
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a ist die äußere Leiterhälfte und b die innere. i stellt die
verhältnismäßig schwache Isolation zwischen den Leiterhälften dar, während k die
eigentliche Isolation des Leiters gegen Erde bzw. gegen die Nachbarphasen darstellt
l ist das notwendige Füllmaterial für die Fabnkation des Kabels.
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Abb. 5 und 6 stellen Ausführungsformen eines Sektorkabels dar, und
zwar sind a und b die Leiterhälften, i die Isolation zwischen den Leiterhälften
und k die eigentliche Isolation des Leiters. l ist Füllmaterial.
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In Abb.5 ist eine radiale Aufteilung des Leiters vorgesehen, während
in Abb.6 eine segmentartige Aufteilung des Leiters vorgenommen ist.
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Das Sektorkabel nach Abb. 5 ist auch bei ungekreuzten Leitern im vollkommenen
Gleichgewicht, wenn die Ströme und Spannungen in allen drei Phasen gleich sind.
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Tritt jedoch außerhalb der Kabelstrecke zwischen zwei Phasen ein Kurzschluß
auf, so wird das Gleichgewicht in den einzelnen Leiterhälften durch die auftretende
Stromverdrängung gestört. Die benachbarten Leiterhälften der in Mitleidenschaft
gezogenen Phasen führen in diesem Falle weniger Strom, während die entfernt hegenderen
Leiterhälften mehr belastet sind. Bei gekreuzten Leitern bleibt jedoch der elektrische
Zustand des Kabels im Gleichgewicht.
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Eine Störung des Gleichgewichts bei ungekreuzten Leiterhälften tritt
ebenfalls ein, wenn außerhalb der Kabelstrecke ein Erdschluß einer Phase entsteht.
Die kapizitiven Ströme sind hierbei nicht mehr im Gleichgewicht.
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Die Anordnung kann in der gleichen Weise wie für Wechselstrom auch
für Gleichstrom Ver- i wendung finden.