DE577460C - Leitungsanordnung zur Erdstromregelung elektrischer Anlagen - Google Patents

Description

Beim Betriebe elektrischer Leitungen fällt

• die elektrische Spannung gegen Erde in den Isoliermitteln von der Betriebsspannung bis auf Null herab. Es hat demnach jeder Punkt des Isoliermittels in bestimmtem Abstande vom Stromleiter eine bestimmte Spannung gegen den Leiter und gegen die Erde. Wird ein Stromübergang von einem Stromleiter zur Erde hervorgerufen, so verursacht dieser Erdschluß,, daß die anderen Stromleiter anstatt mit der niederen Erdspannung mit der höheren , Stromleiterspannung beansprucht werden. Die statische Erdspannungsteilung wird häufig durch Verbindung des Nullpunktes mit Erde dadurch unterstützt, daß bestimmte Punkte der Spannungsteiler, z. B. der Stromerzeuger, der Stromwandler,, oder Teilungswiderstände bzw. ähnliche Punkte der Anlage unmittelbar mit der Erde verbunden werden. Diese Erdung hat- aber den Nachteil, daß beim Schadhaftwerden eines Zwei- - ges der Spannungsteiler oder einer Stromleitung, d. h. bei Erdschluß, ein Erdstrom zwischen dem Erdschlußpunkt und dem.

Erdungspunkt der Anlage entsteht. Wird bei ungeerdeten Anlagen ein Stromübergang von einem Stromleiter zur Erde hervorgerufen und besteht gleichzeitig irgendwo ein Stromübergang von einem anderen Stromleiter zur Erde, so entsteht ein Erdstrom von der Erdschlußstelle des ersten Stromleiters bis zum Stromübergang von dem zweiten Stromleiter. Die Erdströme machen die Verwendung der Erde als Rückleitung für Schwachstromzweige, d. h. ^Fernmeldeleitungen,. drahtlose Übertragungen usw., unmöglich. Bei Schwachstromleitungen mit isolierten Rückleitungen ■__ stören sie dadurch, daß sie bei genügender Stärke in die Schwachstromleitungen eindringen oder Störungsströme in diesen induzieren. Sie beschädigen auch im Erdboden befindliche oder befestigte metallische Einrichtungen und können. Tiere und Menschen gefährden.

Es sind Anordnungen bekannt, bei welchen Freileitungs- oder Kabelfehler dadurch unschädlich gemacht werden, daß man Hilfs- .; leitungen in Form von Prüfdrähten, Metallbändern usw. neben oder um die Stromleitung' gen legt, welche dazu dienen, durch Fremd- oder Eigenstroni die beschädigten Leitungen kenntlich zu machen oder auszuschalten.

Die Mängel der ungeerdeten Stromleitungen oder der Erdung derselben zu beheben oder zu verringern, dient nachstehende Lei-: tungsanordnung, welche für Drehstrom beschrieben, aber für alle anderen Stromarten. anwendbari ist.

Bei Freileitungen verbindet man gleiche Spannungspunkte der Isoliermittel, ζ. B. der Befestigungsisolatoren, Durchführungen usw. einer Stromleitung elektrisch derart miteinander, daß die Verbinder selbst von der Erde isoliert bleiben (Grundisolierung). Dieses kann dadurch geschehen, daß man z. B. bei gewöhnlichen Isolatoren um die Glocken (oder an anderen geeigneten Punkten) der Einzelleitungen Metallringe legt oder Metallzwi-

schenpunkte im Isoliermittel schafft und an diese oder bei sogenannten Kettenisolator en an die Metallträger gleichliegender Glieder die Verbinder anschließt oder auf andere Weise Gleichspannungspunkte bildet und diese verbindet. Man kann auch die metallenen Befestigungsteile der Isoliermittel der zusammengehörigen Leitungen durch eine gemeinsame Grundisolierung von der Erde trennen, ίο Dann bilden diese Befestigungsteile die isolierten Verbinder. Die Verbinder können aus gewöhnlichen Drähten, aus Widerständen ohne und mit Induktivität und Kapazität, aus Kondensatoren u. dgl. bestehen. Werden die Spannungspunkte der Isolatoren unmittelbar oder durch Widerstände miteinander verbunden, so besteht die Isolierung der Stromleiter gegeneinander aus der Summe der Isolierungen der Stromleiter zum isolierten Verbinder. Die Isolierung der Stromleiter gegen Erde ist dabei gleich der Summe der Isolierungen vom Stromleiter zum Verbinder und vom Verbinder zur Erde. Werden die Spannungspunkte aber durch Kapazitäten miteinander verbunden, so werden die Isolierungen der Stromleiter gegeneinander um das Kapazitätsdielektrikum verstärkt, gegen Erde werden die Leiter aber, wie vorher, durch die Summe der Isolierungen vom Stromleiter bis zur Erde isoliert. Die Stärke der Isolierung kann also den tatsächlichen Beanspruchungen angepaßt werden. Durch die Kapazitäten der drei Stromleiter zu den Verbindern wird die Spannung der Stromleiter gegeneinander statisch in gleicher Weise, wie ohne isolierte Verbinder durch die Kapazitäten zur Erde, geteilt, d. h. sie erhält einen gleichen statischen Ausgleichspunkt (etwa von der Spannung des Nullpunktes des Spannungsteilers), nur daß dieser gemeinsame Spannungsausgleich der drei Stromleiter von der Erde isoliert ist. Die Kapazität der Stromleiter gegen die Verbinder kann durch Parallelschalten von Kondensatoren (Teilungskapazitäten) vergrößert werden.

Man kann auch sämtliche Verbinder einer Leitungsstrecke oder eines Leitungsnetzes durch eine vierte, isolierte Freileitung (Nullleiter) zusammenschalten. Die Summe der Kapazitäten der einzelnen Verbinder und des Nulleiters gegen die Stromleiter oder gegen Erde bilden die Gesamtkapazität der Ausgleichs- oder Nulleitung des Netzes. Die Höhe der Spannung der isolierten Verbinder und des Nulleiters, d. h. der Nulleitung, gegen Erde hängt von ihrer Kapazität gegen Erde ab. Diese kann durch Zuschalten von Kondensatoren vergrößert werden.

Die Isolierung der Nulleitung gegen Erde soll im allgemeinen nur so stark sein, daß sie von der Zweigspannung, d. h. dem Spannungsunterschied zwischen den Stromleitern und der Nulleitung zwecks He'rstellung einer Erdverbindung, durchschlagen wird, wenn ein Stromleiter Erdschluß erhält. Die Isolierung der Nulleitung muß aber wenigstens so stark sein, daß der Nulleiter die etwa entstehenden Erdströme isoliert zu leiten' imstande ist, Man kann den Durchschlag der Erdisolierung der Nulleitung auch dadurch ersetzen, daß man an geeigneten Stellen derselben leichtere Spannungsübergänge zur Erde, z. B. Funkenstrecken oder Durchschlagskapazitäten, einschaltet.

Den durch Kapazitäten gebildeten Spannungsausgleichspunkt der Nulleitung kann man auch durch Spannungsteiler, z. B. die Stromerzeuger, Stromwandler, Teilungswiderstände usw., herstellen. Der Nullpunkt des Stromteilers kann geerdet sein, wenn er nicht mit der Nulleitung verbunden wird.

Anstatt den Nulleiter als Freileitung zu verlegen, kann man ihn auch als isolierte Einfachleitung z. B. in die Erde ohne und mit Zusammenschaltung mit den Verbindern verlegen. In letzterem Falle bilden sich dieselben Verhältnisse wie bei der Freileitungsnullleitung mit vergrößerter Erdkapazität heraus. Der Übertritt des Erdschlußstromes auf den gegen Erde isolierten Leiter kann auf der ganzen Kabelstrecke als Kabelisolierungsdurchschlag erfolgen. Es können aber auch zum Schutz der Kabelisolierung an geeigneten Stellen Spannungsübergangs wege eingerichtet werden.

Bei der Anwendung von Kabeln als Stromleitungen kann man z. B. folgendermaßen verfahren: Bei Einfachleitungen legt man in die Isolierhülle der Leiter ringsum laufende, unterbrochene oder geschlossene Metallinnenflächen, z. B. ein dichtes Rohr oder eine Hülle aus gewickelten Blechstreifen, Drahtgewebe, metallischem Anstrich, aus dicht oder getrennt voneinander gewickelten Drähten, Bändern usw., und schließt die gleichliegenden Flächen der zusammengehörigen Einzelleitungen eines Stromlaufes durch Verbinder an den Enden der Leitungen oder den Ver-bindungspunkten der Teilstücke zusammen. Mehrere Einzelleitungen eines Stromlaufes mit Innenmetallflächen können auch zu Mehrfachleitungen miteinander verseilt werden. Sowohl die Einzelkabel als auch die verseilten können einen Außenbleimantel erhalten. Bei verseilten Leitungen können die Metallflächen auch auf die Isolierhüllen der Einzelleitungen gelegt werden, die sich dann durch die Verseilung von selbst zusammenschließen, wobei man auch Metalldrähte zwischen oder neben den Adern zu Hilfe nehmen kann. Um die verseilten Leitungen mit Metalloberflächen wird dann eine besondere gemeinsame.Isolier-

hülle (Gürtelhülle) und gegebenenfalls noch ein Bleimantel gelegt. Die Nulleitung kann bei Kabeln durch genügende Leitfähigkeit der Metallflächen oder durch die Hilfsmetalldrahte gebildet werden. Werden die Metallflächen aus getrennt voneinander um die Lei-. tungen gewickelten Drähten gebildet, so leiten diese wohl Längsströme (Fehlerströme) weiter, lassen aber keine Rundströme (Verlustströme) entstehen. Je nachdem aber die Metallflächen schließend oder unterbrochen und aus magnetischem oder unmagnetischem Metall gemacht werden, kann der Stromleiterstrom und auch die Wärmebildung und -ableitung entsprechend beeinflußt werden. Bei dichten Metallflächen ist bei Tränkungskabeln die Trocknung und Tränkung der Einzelleitungen vor dem Aufbringen der Metallflächen erforderlich. Bei undichten oder unterbrochenen Flächen ist die spätere Trocknung und Tränkung nicht behindert. Die Nachtränkung der verlegten Kabel durch Strom wärme kann durch Mitverwendung des Nulleiters als Stromleiter verbessert werden.

Die Anordnung kann demnach sowohl bei Freileitungsnetzen als auch bei Kabeln und bei gemischten Stromleitungsarten angewandt werden.

Während die bisher geübte Anwendung von einfach isolierten oder von nullpunktgeerdeten, isolierten elektrischen Anlagen sowohl für die eigenen Einzelteile als auch für fremde Leitungen, besonders für Schwachstromleitungen, Fernmeldeleitungen, drahtlose Übertragungen usw., selbst für in den Erdboden verlegte oder befestigte Metallkörper, häufig Störungen oder sogar Gefahren für Tiere'und Menschen mit sich bringt, vermeidet oder verringert man diese bei Anwendung der neuen Anordnung durch isolierte Verbinder ohne oder mit Zusammenfassung derselben durch einen Nulleiter, besonders wenn dieser an dem isolierten Nullpunkt des Spannungsteilers angeschlossen wird, oder durch Anwendung eines Kabelnulleiters. Stromübergänge von einem Stromleiter zu einem Einzelverbinder, etwa infolge Feuchtigkeit eines Isolators, werden dann von dem isolierten Verbinder nicht ohne weiteres zur ■50 Erde gelangen, sondern über den Verbinder nach den anderen Stromleitern Ausgleich suchen. Bei durch einen Nulleiter zusammengeschalteten Verbindern werden die Stromübergänge an alle isolierten Verbinder herangebracht. Ist aber der Nulleiter mit dem Spannungsteiler verbunden, so werden die Übergangsströme zu diesem geleitet und von der Erde isoliert zum Ausgleich gebracht. Erdströme können also nicht entstehen.

Stromübergänge von einem Stromleiter zur Erde, etwa durch Anliegen des Leiters an Bäumen, Zerreißen desselben usw., bringen die Erde mehr oder weniger auf die Leiterspannung, und wenn die Erdspannung genügend hoch ist, treten sie über die Grundisolierung der Verbinder auf diese und verlaufen in gleicher Weise, wie vorher beschrieben. Die Stromübergänge können also nur von der Erdschlußstelle bis zum nächsten Verbinder oder bis zum Nulleiterkabel als Aufnahmepunkt durch die Erde verlaufen. Das Übertreten der Erdspannung auf die Verbinder kann dadurch begünstigt werden, daß man von Erde zu diesem Spannungsübergangswege einschaltet. Sind die Verbinder durch die Nulleitung mit dem Nullpunkt des Spannungsteilers verbunden und fließt ein Fehlerstrom durch diesen Leiter zum Spannungsteiler, so kann der Fehlerstrom dort durch Meßgeräte kenntlich gemacht werden. Durch den Leitungswiderstand des Nulleiters, ζ. Β. kleinen Querschnitt desselben, wird der Erdstrom geschwächt. Als Nulleiter eignet sich deshalb wegen seines hohen Einheitswiderstandes besonders Eisen, dessen s₅ magnetische Eigenschaften bei Wechselstrom noch einen Zusatzwiderstand geben. In. die Nulleitung zum Spannungsteiler können auch isolierte Widerstände (Drosselspulen) eingeschaltet oder selbsttätige Abschaltvorrichtun- g₀ gen eingebaut werden. Selbst bei Stromübergängen von den Stromleitern über die Verbinder zur Erde, welche durch Blitzschlag verursacht sind, bietet die Anordnung Schutz, weil der Blitz über den Nulleiter durch Funkenstrecken usw. zur Erde geleitet werden kann, während die Leiterspannung nicht folgt, weil sie nicht durch die Erde, sondern nur durch die isolierte Nulleitung Ausgleich findet, wobei der Blitz aber von den Spannungsteilern durch Drosselspulen, Schutzkabel usw. ferngehalten werden kann. Der Nulleiter kann deshalb bei Freileitungen auch als Blitzschutzleitung für die Stromleiter verlegt werden.

Bei Kabeln spielen sich die Vorgänge in ähnlicher Weise ab.

Die Leitungsanordnung gibt nicht nur die Möglichkeit, Stromübergänge von den Stromleitern über deren Isolatoren, unter sich ohne u₀ Inanspruchnahme der Erde als Leiter durch die isolierten Verbinder und den Nulleiter auszugleichen, sondern auch Erdströme von der Erdfortleitung abzuziehen und durch die Nulleitung gegebenenfalls in Verbindung mit den Spannungsteilern zum Ausgleich zu bringen. Die für die Anordnung aufzuwendenden Kosten sind im Vergleich zu dem technischen und wirtschaftlichen Nutzen, den sie bringt, sehr gering. Diese können durch Verwendung von billigem Eisen zu den Verbindern und dem Nulleiter sehr niedrig gehalten werden.

Bei Freileitungen kann man durch die Anwendung des Nulleiters einen besonderen Blitzschutz für die Stromleitungen, ersparen, wodurch die Kosten für den Nulleiter aufgehoben werden. Bei Kabeln kann der Nulleiter als Strahlungsschutz dienen, wodurch seine Kosten ebenfalls größtenteils oder ganz ausgeglichen werden. Die Anordnung kann auch dazu dienen, von Leitungen, z.B. ίο Schwachstromleitungen, Erdströme fernzuhalten. Bei der Anwendung von Kabeln kann dabei der Nulleiter (Verbinder) auch gemeinsam um die Hin- und Rückleitung des Schwachstromes oder um mehrere Stromlaufe (z. B. mehrere Doppeladern) gemeinsam gelegt werden, wonach auf diesen noch eine (gemeinsame) Gürtelhülle aufgebracht werden kann.

Beiliegende Zeichnung gibt einige Ausführungsmöglichkeiten der Leitungsanordnung wieder.

Abb. ι zeigt eine ungeerdete Wechselstrom-(oder Gleichstrom-) Zweileiter-Freileitung der neuen Anordnung mit dynamischer Spannungsteilung, bestehend aus zwei Stromleitungen ι und 2, einer Nulleitung ο (die als Blitzschutzleitung dienen kann) auf Glockenisolatoren/ und einem von der Erde durch eine Grundisolierung Ig isolierten, eisernen Isolatorenträger als Verbinder V. Eine Funkenstrecke F (oder ei» Durchschlagskondensator) kann Überspannungen (oder Blitzschläge) von der Nulleitung und den Verbindern zur Erde ableiten. Durch das Meßgerät M und den Widerstand R kann die Erdstromstärke angezeigt und geregelt werden. Abb. 2 zeigt eine ungeerdete Drehstrom-Dreileiter-Freileitung mit statischer Spannungsteilung, bestehend aus drei Stromleitungen 1, 2, 3 an Kettenisolatoren / und Verbinderdrähten V (punktiert), die an den ersten Isolatorgliedem Ig als Grundisolierung befestigt sind. Eine Funkenstrecke F kann Überspannungen (oder Blitzschläge) von dem Spannungsteiler zur Erde ableiten. Der Nullpunkt des Stromerzeugers kann geerdet werden, wodurch die Funkenstrecke auch bei einem einzelnen Stromleitererdschluß in Tätigkeit treten kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Leitungsanordnung zur Erdstromregelung elektrischer Anlagen mit geerdetem oder nicht geerdetem Spannungsteiler, gekennzeichnet durch Zusammenschaltung gleicher Spannungspunkte der Isolierungen der Stromleiter durch stromlei-. tende, gegenüber Erde isolierte Verbinder.

2. Leitungsanordnung zur Erdstromregelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man die isolierten Verbinder durch besonders isolierte Nulleiter elektrisch zusammenschließt.

3. Leitungsanordnung zur Erdstromregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den isolierten Nullleiter mit dem isolierten Nullpunkt eines. Spannungsteilers verbindet.

4. Leitungsanordnung zur Erdstromregelung nach Anspruch 3, dadurch ge-· kennzeichnet, daß man eine isolierte Einfachleitung als Nulleiter in die Erde verlegt und mit dem Nullpunkt eines Spannungsteilers verbindet.

5. Leitungsanordnung zur Erdstromregelung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß besonders schwache Isolierungsstellen oder Spannungsübergangswege zur Erde, wie Funkenstrecken, Kondensatoren oder mit letzteren nintereinandergeschaltete oder selbst als Funkenstrecken ausgebildete Drosselspulen o. dgl., am Nulleiter angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen