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Einrichtung zur Überwachung des Isolationszustandes elektrischer Leitungen
Elektrische Leitungen müssen dauernd einen ausreichenden Isolationswert der Pole
gegeneinander aufweisen. Es ist bekannt, daß auch die beste Isolation im Laufe der
Zeit sich verringert und daß im Betriebe der Anlagen leicht Umstände auftreten,
die ein vorübergehendes oder dauerndes Geringerwerden der Isolation bewirken. Daher
sind eine größere Anzahl von Einrichtungen bekannt geworden, um den Isolationszustand
zu überwachen. Diese Einrichtungen erfordern aber in der Regel empfindliche -2'vIeßinstruinente
usw. und sind vielfach nicht so einfach, daß sie allgemein angewendet werden können.
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Im nachstehenden soll daher eine neuartige 1?itiriclitutig beschrieben
werden, die sich durch sehr hohe Empfindlichkeit bei größter Einfachheit auszeichnet.
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Die Einrichtung verwendet in der Hauptsache Gasentladungsröhren z.
B. in der Form der sogenannten Glimmlampen normaler Ausführung oder in besonderer
Ausbildung mit .Mittelelektrode. Es ist bekannt, daß derartige Lampen ein anderes
Verhalten zeigen als normale Glühlampen, da sie einen vom Entladungsstrom abhängigen,
also keinen Ohmschen, inneren Widerstand besitzen. Maßgebend für den Stroindurchlaß
ist stets eine bestimmte :Mindestspannung, die Zündspannung, und der Stromdurchgang
hört nach erfolgter Einleitung bei einem unterhalb der Zündspannung, der Löschspannung,
liegenden Werte wieder auf. Wird z. B. einer Gliniinlampe ein Ohmscher Widerstand
parallel geschaltet, so tritt ein Stromdurchgang durch die Röhre nur dann auf, wenn
der Widerstandswert des Parallelstromkreises so hoch ist, daß die Zündspannung der
Glimmlampe nicht unterschritten wird. Da der Stromverbrauch der Glimmlampe sehr
gering ist und z. B. bis zu 2o bis 301lilliampere bei den normalen Ausführungen
beträgt, so muß der parallel geschaltete Widerstand schon hoch sein, uni einen Durchgang
durch die Lampe bzw. ein Zünden -zuzulassen. Diese Eigenschaften der Glimmlampe
werden nun bei der nachstehend beschriebenen Schaltung zur Überwachung des Isolationszustandes
von Leitungen usw. benutzt.
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In der Abb. i sind die Linien i und 2 zwei Metalleiter z. B. eines
Drehstromsvstems. Diese, den Hauptstrom führenden Leiter werden von einer Isolation,
z. B. Gunnni, umschlossen. In die Isolation eingebettet oder diese umgebend ist
jedoch außerdem je ein Hilfsleiter 3. 4. z. B. aus Kupfer, der sehr dünndrähtig
sein kann, da er normalerweise keinen Strom führt und beim Ansprechen der Einrichtung
nur voriibergehend äußerst schwach belastet wird. Am Anfang der Leitungen. die,
evtl. mit den an sie angeschlossenen Apparaten, auf Isolation kontrolliert werden
sollen, sind je eine Glimmlampe und 6 zwischen die Hauptleiter und den jeweilig
zugehörigen Hilfsleiter geschaltet. Die beiden Hilfsleiter 3 und .4 sind am Anfang
und am Ende der Leitungen elektrisch verbunden.
Zwischen jede Lampe
und dem zugehörigen Hilfsleiter werden zweckmäßigerweise kleine elektromagnetische
Relais ; und 8 eingeschaltet, die bei den vorgesehenen Ansprechströmen von max.
2o bis 30 -Milliampere Schaltvorgänge auszulösen vermögen. Es ist natürlich auch
möglich, eine zwei- oder mebrpolige Leiteranordnung zu verwenden, derart, daß z.
B. die Leiter i und 2 von einem gemeinsamenGummikörper umschlossen werden. An Stelle
einer Anordnung mit einzelnen Leitern 3 und d. kann natürlich dann eine gemeinsame
Hilfsleitung verwendet werden, -wobei zweckmäßigerweise die Hilfsleitung schraubenförmig
die Hauptleiter umgibt. Die Abb. 2 gibt einen Querschnitt durch eine solche zweipolige
Leitung mit einem gemeinsamen Hilfsleiter wieder. Für eine z. B. vorliegende Betriebsspannung
von .7..2o Volt an den Hauptleitern werden zwei Glimmlampen 5 und 6 verwendet, deren
Summe der Zündspannungen höher liegt als die Betriebsspannung. Je geringer die Differenz
zwischen der Betriebsspannung und der Ansprechspannung (Summe der Zündspannungen
beider Lampen) ist, um so empfindlicher arbeitet die Kontrolleinrichtung. Bei gutem
Isolationswiderstand der Hauptleiter gegenüber dem oder den Hilfsleitern tritt kein
Ansprechen der Einrichtung ein. Verschlechtert sich jedoch der Isolationswert in
der Leitung, so erhält die entsprechende Glimmlampe, z. B. 5, einen Nebenschluß
durch den Ohmsehen Widerstand der Übergangsstelle, und es tritt eine Spannungserhöhung
an der anderen Glimmlampe 6 auf. Wird dabei die Zündspannung erreicht, so leuchtet
diese Lampe auf und gibt dadurch ein Zeichen der eingetretenen Isolationsverschlechterung
der Leitungsanlage. Wenn ein Abschalten herbeigeführt werden soll, dann genügt die
Einschaltung der Relais 7 und 8, um in diesem Falle das Relais 8 zum Ansprechen
zu bringen und dadurch weitere Wirkungen, z. B. eine akustische Signalgebung oder
ein Abschalten der Leitungen, herbeizuführen.
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Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß sie jeden Fehler im
Entstehen erkennen läßt, was an dein mehr oder weniger schwachen Aufleuchten der
Lampen schon vor dem Ansprechen der Relais bemerkbar -wird. Bei der Verwendung der
Anordnung in Wechselstromanlagen ist bei der Ermittlung der Ansprechwerte der Lampen
der Maximalwert der Halbwelle der annähernd sinusförmigen Netz-E.M.K. zu berücksichtigen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die beiden Relais 7 und 8 erforderlichenfalls
auch zusammengebaut werden können.
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Es besteht eine -weitere Möglichkeit der Vereinfachung darin, daß
auch die beiden Lampen zu einer einzigen Lampe vereinigt «-erden. Diese Lampe erhält
dann eine -Mittelelektrode, an die der oder die Hilfsleiter angeschlossen sind.
In der Abb.3 ist dieses dargestellt.
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Die Schaltung ist grundsätzlich dieselbe wie bei der Anordnung mit
zwei Lampen, doch wird bei der Lampe mit Mittelelektrode von einer Erscheinung Gebrauch
gemacht, die die Empfindlichkeit des Ansprechens der Einrichtung ganz wesentlich
steigert. Bei der Anordnung nach Abb. 3 besitzt die Gasentladungsstrecke zwischen
den Hauptelektroden i und 2 eine Mittelelektrode 3, die sogenannte Zündelektrode.
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Werden die Verhältnisse so gewählt, daß die Zündspannung an den Hauptelektroden
der Röhre um einige Volt über der Betriebsspannung liegt, so vermag die Röhre keinen
Strom durchzulassen. Erhöht man jedoch die Spannung an der Zündelektrode um einen
geringen Betrag, so genügt schon ein außerordentlich geringer Strom von z. B. io-g
bis io-iU Ampere, um die Entladung zwischen den Hauptelektroden einzuleiten. Mit
diesem Glimmrelais können dann weitere Schaltungen eingeleitet oder bewirkt werden.
Die Erhöhung der Spannung an der Zündelektrode ist nun beispielsweise dadurch sehr
leicht zu erzielen, daß die Zündelektrode, die normalerweise an die Titte eines
Spannungsteilers angeschlossen ist, eine höhere Spannung dadurch erhält, daß an
dem Spannungsteiler ein höheres Potential abgegriffen wird. In der praktischen Anwendung
für die Kontrolle des Isolationswiderstandes von Leitungen sind nun die Hauptelektroden
an die Hauptleitungen und die Zündelektrode an die Hilfsleitungen) angeschlossen.
Bei gleichem, hohem Isolationswiderstand zwischen den Hauptleitern und der Hilfsleitung
tritt keine Spannungserhöhung an der Zündelektrode auf, daher auch kein Stromdurchgang
durch die Röhre. Verschlechtert sich jedoch der Isolationswiderstand eines Leiters
gegen den Hilfsleiter, so tritt eine Potentialverschiebung an der Röhre auf und
infolge Erhöhung des Potentials an der Zündelektrode zündet dann die Röhre. In Serie
mit der Röhre sind nun zwei Relais q. und 5 angeordnet, deren Wicklungen für den
Ansprechstrom der Röhre bemessen sind und die auch auf einem gemeinsamen Eisenkörper
angebracht sein können. Beim Stromdurchgang durch die Röhre tritt eines oder beide
Relais in Tätigkeit, wodurch Signalgebungen oder die Abschaltung eingeleitet oder
herbeigeführt werden können. Die außerordentlich hohe Empfindlichkeit dieser Glimmrelais-Anordnung
gestattet eine sehr feine Kontrolle des Isolationswiderstandes von Leitungen, wodurch
jeder kleine Fehler
der Isolation schon im Entstehen bemerkbar wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der an die Zündelektrode angeschlossene
Hilfsleiter praktisch spannungsfrei ist, da die Ansprechstromstärke so außerordentlich
gering ist. Eine Berührung des Hilfsleiters ist also jederzeit völlig gefahrlos,
besonders auch, da das Ansprechen der Röhre praktisch t ri ägheitslos erfolgt, so
daß schon der geringste kurzzeitige Impuls die Auslösung herbeiführen muß.
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Die Anordnung ist, worauf bereits hingewiesen wurde, sinngemäß auch
für die Überwachung des Isolationswiderstandes der Leiter von Mehrphasenanlagen
gegeneinander zu verwenden.