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Schutzschaltung für geerdete elektrische Verteilungsanlagen Man pflegt
Betriebe, in denen mangelnde Erdung der elektrischen Verteilungsanlage eine Gefahr
für das Bedienungspersonal oder die Umgebung mit sich bringen kann, z. B. Bergbaubetriebe,
insbesondere Schlagwetterbetriebe, mit einer zuverlässigen Erdung zu versehen und
für den Fall einer Unterbrechung der Erdung dadurch zu sichern, daß beim Verlorengehen
der Erdung etwa der Hauptschalter selbsttätig ausgelöst und dadurch der betreffende
Teil des Verteilungsnetzes spannungslos gemacht wird. Zur Durchführung der Erdung
werden parallel zu den Haupt- und Zweigleitungssträngen Erdungsleiter verlegt, welche
die Verteilungskästen im Zuge des Verteilungsnetzes, die Schaltgeräte und die Maschinen
untereinander verbinden.
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Man läßt zweckmäßig die Erdungsleiter selber den Ruhestrom führen,
bei dessen Unterbrechung das Auslöseorgan im Hauptschalter anspricht. Diese Anordnung
,ist deswegen zweckmäßig, weil in dem Fall, wo die Erdungsleitung selbst den Ruhestrom
führt, die Unterbrechung der Erdung an irgendeiner Stelle (auch an den Steckvorrichtungen
oder Klemmen) mit Sicherheit das Ansprechen der Sicherungsvorrichtung bewirkt. Der
Stromkreis des Ruhestromes schließt sich dann durch einen Hilfsleiter, der parallel
zum Erdungsleiter verlegt wird. Es ist nun bisher nicht möglich gewesen, diese zweckmäßige
und einfache Anordnung bei verzweigten Verteilungsnetzen zu verwenden; sie ist schon
nicht anwendbar, wenn von einer Hauptleitung mehrere Stichleitungen abzweigen und
im Falle einer Unterbrechung der Erdleitung immer der Hauptschalter im Speisepunkt
des Netzes ausgelöst werden soll; denn man muß zu dem Zweck alle Stellen einer möglichen
Unterbrechung in Reihe schalten und vom Ruhestrom durchfließen lassen und darf hierfür
die Erdungsleiter derAbzweige aus schaltungstechnischen Gründen nicht benutzen,
sondern ist, falls Kabelleitungen verwendet werden, gezwungen, in jedes Abzweigkabel
zwei Hilfsadern als Hin- und Rückleitung für den Ruhestrom zu verlegen.
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Ein so gebildeter Ruhestromkreis hat jedoch den Nachteil, daß die
Schutzwirkung sich nur auf Riß des ganzen Kabels und nicht auf die anderen Möglichkeiten
einer Unterbrechung der Erdung erstreckt; sie ist also unvollkommener als eine Anordnung,
bei welcher der Erdleiter selber den Ruhestrom führt.
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Ein solches Verteilungsnetz kommt z. B. sehr oft im Bergbau vor, und
handelt es sich um einen Abbaubetrieb, dann ist der Raum für die Verlegung insbesondere
der Stichleitungen, die von der Grundstrecke abzweigen
und zu den
einzelnenAbbaustellen führen, sehr knapp. Man wird daher Kabel, welche zufolge der
zwei Hilfsadern einen größeren Durchmesser und ein größeres Gewicht erhalten, und
Steckereinrichtungen, die einen Steckstift mehr enthalten, gern vermeiden.
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Ordnet man an jedem Abzweigpunkt einen Schalter an, welcher im Falle
einer Unterbrechung der Erdung in dem betreffenden Abzweig die Abzweigleitung von
der Hauptleitung trennt, dann kommt man zwar mit einer Hilfsader im Zweigkabel aus
und kann den Erdungsleiter zur Ruhestromrückleitung benutzen, nimmt dafür aber die
Schalter in Kauf, welche Wartung brauchen, beim Versagen zu umständlichen Revisionsarbeiten
führen, die oft schlagwettersicher gekapselt werden müssen, daher die Anlage beträchtlich
verteuern und auch wegen ihrer Rauminanspruchnahme unerwünscht sind.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine in jedem
Falle einer Unterbrechung der Erdung verläßlich wirkende Schutzanordnung zu schaffen,
welche für alle Formen von Verteilungsnetzen geeignet ist, bei Erdungsunterbrechung
das Ansprechen von Auslösern, Relais, Signalvorrichtungen u. dgl. in beliebiger
Anzahl und an beliebigen Stellen bewirkt und dabei einfach ist und niedrige Anschaffungskosten
hat. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß an den Abzweigstellen der Zweigleitungen
von den Hauptleitungen elektromagnetische Einrichtungen (Transformatoren, Elektromagnetschalter
o. dgl.) angeordnet werden, über welche die einzelnen, unter Spannung stehenden
Auslösestromkreise, welche als Erdleitung die nicht stromführenden Metallteile an
der betreffenden Leitung miteinander verbinden, sich gegenseitig elektromagnetisch
so beeinflussen, daß bei jeder in den Zweigauslösekreisen erfolgenden Erdungsunterbrechung
in dem Hauptauslösestromkreis Stromänderungen hervorgerufen werden, durch welche
der Hauptschalter abgeschaltet wird. Diese Anordnung enthält also die die Auslösung
bewirkenden Einrichtungen in Ruhestromschaltung.
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Der Auslösestromkreis im Hauptleitungsstrange kann von dem parallel
zur Hauptleitung verlegten Erdleiter und einem Hilfsleiter gebildet und mit einem
Hilfsstrom von niedriger Spannung gespeist sein. In dein Auslösestromkreis liegt
dann das Auslöseorgan in Ruhestromschaltung. Die in Reihenschaltung liegenden Beeinflussungseinrichtungen
schalten beim Auftreten einer Erdungsunterbrechung in einem der Abzweige in die
Hauptauslöseleitung eine Spannung oder einen Widerstand ein, wodurch der Ruhestrom
zum Verlöschen gebracht und die Auslösung bewirkt wird. Die Auslösung tritt also
sowohl bei einer Erdungsunterbrechung im Hauptleitungsstrange wie auch bei einer
solchen in einem der Nebenstränge ein, und es wird durch dieses System jeder Fehler
in der Erdung an beliebiger Stelle des Netzes erfaßt. Die Auslösestromkreise der
Abzweige werden ihrerseits wieder durch je einen parallel zum Abzweig verlegten
Erdleiter und einen dazu parallelen Hilfsleiter gebildet, werden ebenfalls mit Hilfsstrom
niedriger Spannung gespeist und enthalten den erregenden Teil der Beeinflussungseinrichtung
in Ruhestromschaltung.
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Die Beeinflussungseinrichtungen können beispielsweise als Magnetschalter
oder als eine Anordnung von Transformatoren ausgeführt werden. Im ersten Fall wird
man den Magneten mit dem Ruhestrom des Nebenauslösekreises des betreffenden Abzweiges
erregen und sobald dieser unterbrochen wird, öffnet der in dem Hauptauslösekreis
liegende Schalter, wodurch entweder ein parallel zum Schalter liegender- Widerstand
eingeschaltet oder der Auslösekreis unterbrochen werden kann.
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Im zweiten Falle verwendet man zwei einphasige Spannungswandler, deren
sekundäre Wicklungen in Reihenschaltung in der Hauptauslöseleitung liegen und deren
sekundäre Spannungen sich im normalen Betriebszustand das Gleichgewicht halten,
mithin auf das Auslöseorgan ohne Wirkung sind. Der eine Spannungswandler wird von
der Netzspannung oder einer konstanten fremden Spannung erregt, der zweite dagegen
durch die Ruhespannung im Nebenauslösestromkreis. Bei - normalem Zustand der Erdung
sind also beide Wandler erregt (Ruhestromschaltung). Wird nun der Nebenauslösestromkreis
unterbrochen, dann wird die Primärwicklung des einen Wandlers von der Ruhespannung
abgetrennt, die Spannungen in den Sekundärwicklungen halten sich daher nicht mehr
das Gleichgewicht, sondern es tritt im Hauptauslösestromkreis eine Spannung auf,
welche so bemessen wird, daß sie der Ruhespannung in diesem Stromkreis entgegengesetzt
gleich ist, wodurch der Ruhestrom zum Verlöschen gebracht und die Auslösung bewirkt
wird.
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Die Beeinflussungseinrichtung, bei welcher Transformatoren verwendet
werden, hat gegenüber den Magnetschaltern den Vorzug, daß bei ihr bewegte Teile
vermieden werden, was im Interesse einer mühelosen Instandhaltung oft erwünscht
ist.
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Die Abb. i zeigt ein einpolig gezeichnetes Schaltungsschema einer
derartigen Schutzanordnung. Die Hauptverteilungsleitung ist mit 9 bezeichnet. Der
Hauptauslösestromkreis
wird von dem längs des Hauptleitungsstranges
verlegten Erdleiter io und dem dazu parallelen Hilfsleiter, i i gebildet. Die Leitungen
io und ii werden meist als Hilfsadern in einem gemeinsamen Kabel mit der Hauptleitung
angeordnet. Dieser Stromkreis wird durch Verbindung des Erdleiters mit dem Hilfsleiter
am letzten Abzweigkasten i9 geschlossen. Der Erdleiter io verbindet die geerdeten
Schaltgeräte und Abzweigkästen im Zuge des: Hauptleitungsstranges, und zwar den
Hauptschaltkasten 12 mit den Einführungen für die Speiseleitung 13, dem selbsttätig
betätigten Hauptschalter 1q., dem dazugehörigen Nullspannungsauslöser 15 und dem
zur Speisung des Auslösestromkreises dienenden Transformator 16, die Abzweigkästen
17, 18 und ig, welche die Abzweigstücke enthalten und meist mit Steckvorrichtungen
zum Anschluß der Hauptleitungen und Abzweigleitungen ausgestattet sind.
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Diese Abzweigkästen enthalten ferner die drei Einphasentransformatoren
2o, 21 und 22, 2o und 21 bilden die Beeinflussungseinrichtung, 22 erzeugt die Ruhespannung
im Nebenauslösestromkreis.
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An die Abzweige 17 und i9 schließen sich einfache Stichleitungen 23
und 24 an; von denen Motoren 25 und 26 mit angebauten Schaltern gespeist werden.
Die Nebenauslösestromkreise werden von den Erdleitern 28
bzw. 30 und
den Hilfsleitern 27 bzw. 29 gebildet, die parallel zur Zweigleitung meist als Hilfsadern
in einem gemeinsamen Kabel mit der Hauptleitung verlegt sind. Der Abzweig 18 ist
in diesem Beispiel wieder ein Verteilungsstrang 31, von dem Abzweigleitungen 3 2
und 33 ausgehen. In seinem Auslösestrornkreis, gebildet durch den Erdleiter 34 und
den Hilfsleiter 35, fällt die von den Nebenauslösestromkreisen 36 oder 37 induzierte
Gegenspannung bei Unterbrechung der Erdleitung 36 oder 37 weg, so daß die Spannung
am Transformator 21 im Abzweigkasten 18 ebenfalls verschwindet und damit der Ruhestrom
im Hauptauslösestromkreis io, ii zu fließen aufhört, weil keine treibende Spannung
mehr da ist. Der Verteilungsstrang 31 ist hinter dem Abzweigkasten 38 abgebrochen
und zu weiteren Abzweigkästen verlängert zu denken, wobei der Nebenauslösestromkreis
34., 35 dann am letzten Schaltkasten geschlossen wird.
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Das Schaltschema gibt nur ein Beispiel für die Anordnung des Auslösesystems
bei einer bestimmten Form des Verteilungsnetzes, und es kann dieses System natürlich
sinngemäß für komplizierte Verteilungsnetze beliebigen Aufbaues verwendet werden.
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DieAbb.2 stellt schematisch dar, in welcher Art die Transformatorgruppe
20; 21, 22 in den einzelnen Abzweigkästen zu zwei Transformatoreinheiten vereinfacht
werden kann. Mit io ist die dreiphasige Hauptleitung bezeichnet, mit i i die hiervon
abzweigende Leitung. 12 ist die parallel zur Hauptleitung i o verlegte Hilfsleitung,
13 die Erdleitung des Abzweiges und 14. die dazu parallele Hilfsleitung. Der einphasige
Transformator i 5 besitzt eine Primärwicklung 16, welche an der Hauptspannung liegt,
und zwei Sekundärwicklungen 17 und 18. 17 liefert die Ruhespannung für den Nebenauslösestromkreis
13, 1q., welcher sich über die Primärwicklung des einphasigen Transformators ig
schließt, der diese Spannung in den Auslösestromkreis des Hauptleitungsstranges
induziert. Die Wicklung 18 erzeugt die i9 entgegengesetzt gleiche Spannung in diesem
Auslösestromkreis. Bei Verlöschen des Stromes in 17 infolge einer Erdungsunterbrechung
im Abzweig wird von 18 allein eine Gegenspannung von entsprechender Größe in den
Hauptauslösestromkreis induziert.