DE592551C - Arrangement for monitoring electrical networks that are not solidly earthed - Google Patents

Arrangement for monitoring electrical networks that are not solidly earthed

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DE592551C
DE592551C DE1930592551D DE592551DD DE592551C DE 592551 C DE592551 C DE 592551C DE 1930592551 D DE1930592551 D DE 1930592551D DE 592551D D DE592551D D DE 592551DD DE 592551 C DE592551 C DE 592551C
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earth fault
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DE1930592551D
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Inventor
Dr-Ing Raoul Willheim
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AEG AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/34—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system
    • H02H3/343—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system using phase sequence analysers

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 9.FEBRUAR 1934ISSUED ON FEBRUARY 9, 1934

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

JVe 592551 KLASSE 21c GRUPPE 68soJVe 592551 CLASS 21c GROUP 68so

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)General Electricity Society in Berlin *)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. März 1930 abPatented in the German Empire on March 21, 1930

Für das selektive Anzeigen und Abschalten vom Erdschluß betroffener Netzteile sind Relais üblich, welche in Abhängigkeit von der Stromsumme aller Phasen der von ihnen überwachten Leitungen, dem sog. Summenstrom, arbeiten. In der Regel wirkt in diesen Relais der in HoImgrenschaltung herausgesiebte Summenstrom mit der Phasenspannung des vom Erdschluß betroffenen Leiters, welche z. B. zwischen Sternpunkt und Erde erscheint, oder einer dieser Spannung proportionalen Größe nach dem Prinzip eines Leistungsrelais zusammen.Relays are used to selectively display and switch off power supplies affected by the earth fault common, which depends on the current sum of all phases of the monitored by them Lines, the so-called total current, work. As a rule, the high-level circuit acts in these relays filtered out total current with the phase voltage of the affected by the earth fault Head, which z. B. appears between the star point and earth, or a size proportional to this voltage according to the Principle of a power relay together.

Es ist nun bekannt, daß Erdschlußreldis auch dann ansprechen, wenn außer einem Leiter eines verzweigten Hochspannungsnetzes noch ein weiterer Leiter, und zwar in einem anderen Netzabschnitt, Erdschluß erleidet, ein Störungsfall, der als Doppel- oder Gesellschaftserdschluß bezeichnet wird. Es ist nicht Aufgabe der Erdschlußrelais, solche Störungen anzuzeigen oder zu beseitigen, da hierfür der selektive Fehlerschutz der Anlage, etwa in Form von Distanzrelais, vorgesehen ist. Überdies sind die Erdschlußrelais zum Abschalten eines Doppelerd-Schlusses auch deswegen nicht verwendbar, weil sie in einem Teil des Netzes gerade die nicht erdschlußbehafteten Teile abschalten. Es rührt dies daher, daß die im Relais zur Wirkung gelangende Spannung nur an einer der beiden Fehlerstellen mit dem Summenstrom, der im wesentlichen dem zur Erde fließenden Kurzschlußstrom gleich ist, eine positive Leistung ergibt. An der anderen Fehlerstelle dagegen hat die Leistung ein umgekehrtes Vorzeichen, da der Strom von der Erde in das Netz zurückfließt, während die Sternpunktspannung ihre Phasenlage nur wenig ändert. Es werden also in der Umgebung dieser zweiten Fehlerstelle die Relais der erdschlußbehafteten Leitung nicht ansprechen ; dagegen werden die Relais der übrigen, vom Fehler nicht betroffenen Leitungen, die die Kurzschlußstelle speisen, zum Ablauf kommen und ihre Netzschalter auslösen. Hierdurch können ganze Stationen infolge Abschaltung der Speiseleitungen spannungslos werden. Auch wenn solche Erdschlußrelais nur als Anzeigeeinrichtung verwendet werden, können sie ihre Aufgabe nicht- erfüllen, da ihre Angaben irreführend sind.It is now known that earth fault reldis too then respond if, in addition to a conductor of a branched high-voltage network, another Another conductor, namely in a different network section, suffers an earth fault, a fault, which is a double or company earth fault referred to as. It is not the job of the earth fault relay to indicate such faults or to be eliminated, as the selective fault protection of the system, for example in the form of distance relays, is provided. In addition, the earth fault relays are used to switch off a double earth fault also not usable because they are not in a part of the network Switch off parts subject to earth faults. This is due to the fact that the relay takes effect Voltage only at one of the two fault locations with the total current, which is essentially the short-circuit current flowing to earth is the same, results in a positive performance. At the other point of failure, however, it has the power has an opposite sign, since the current flows back from the earth into the network, while the neutral point voltage changes its phase position only slightly. So in the In the vicinity of this second fault, the relays of the earth fault line do not respond ; on the other hand, the relays of the other lines not affected by the error, which the Feed the short-circuit point, come to the drain and trigger your power switch. Through this entire stations can be de-energized due to the disconnection of the feed lines. Even if such earth fault relays are only used as a display device, they can be theirs Do not do the task because the information you provide is misleading.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits Schaltungen vorgeschlagen, welche eine Blockierung der Relais im Falle des Doppelerdschlusses bezwecken. Zur gegenseitigen Abgrenzung des einfachen und des doppelten Erdschlusses sind dabei verschiedene Merkmale herangezogen worden. Eine der bekannten Anordnungen stützt sich auf die Annahme, daß der bei einfachem Erdschluß zustande kommende Summenstrom kleiner ist als der in der gleichen Schaltung bei Doppelerdschluß entstehende Summenstrom. Eine auf dieser Erkenntnis beruhende Anordnung führt die Blockierung vonIn order to avoid these disadvantages, circuits have already been proposed which one The purpose of blocking the relays in the event of a double earth fault. For mutual delimitation of the single and double earth faults, different features are used been. One of the known arrangements is based on the assumption that the result of a simple earth fault Total current is smaller than that which occurs in the same circuit in the event of a double earth fault Total current. An arrangement based on this knowledge leads to the blocking of

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Kaoul Willheim in B erlin-Ob er schöneweide.Dr.-Ing. Kaoul Willheim in Berlin-Ob he beautiful pasture.

Erdschlußrelais dann durch, wenn der auftretende Fehlerstrom eine gewisse Größe überschreitet. Die Arbeitsweise einer derartigen Anordnung ist jedoch namentlich bei Verwendung in ausgedehnten Netzen, z. B„ in städtischen Kabelnetzen, unzuverlässig, da hier der Unterschied des Einfach- und Doppelerdschlußstromes dadurch, daß der Kurzschlußstrom bei Doppelerdschluß einen Stromweg von vergleichsweise hoher Impedanz vorfindet, relativ gering ist. Außerdem schwankt die Größe des Doppelerdschlußstromes infolge des veränderlichen Maschineneinsatzes in für die Schutzeinrichtung unzulässigen Grenzen. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, die Erdschlußrelais nur dann arbeiten zu lassen, wenn die Spannung des neutralen Punktes gegen Erde einen gewissen Mindestwert unterschreitet. Hierbei wird damit gerechnet, daß bei Doppelerdschluß das Dreieck der Netzspannung eine Seitenverkürzung erfährt, durch welche auch die Spannung des neutralen Punktes gegen Erde entsprechend vermindert wird. Nun tritt eine derartige Spannungsverminderung auch im Falle eines nicht metallischen Erdschlusses auf. Ferner ist es bei großem Maschineneinsatz, also bei starkem Netz, sehr wohl möglich, daß auch bei Doppelerdschluß das Dreieck der Netzspannungen nur so weit verzerrt wird, daß die Spannung des neutralen Punktes gegen Erde unter dem möglichen, zwischen 50 und 100% der Phasenspannung liegenden Werte einen dem Höchstwert nahekommenden Wert annimmt. Eine befriedigende Arbeitsweise einer derartigen Einrichtung ist also ebenfalls nicht möglich.Earth fault relay only works when the fault current that occurs exceeds a certain level. However, the operation of such an arrangement is particularly in use in extensive networks, e.g. B “in urban cable networks, unreliable, because this is the difference of the single and double earth fault current in that the short circuit current in the case of a double earth fault has a current path of comparatively high impedance is relatively low. In addition, the size of the Double earth fault current as a result of the variable use of the machine in for the protective device impermissible limits. It has also been suggested that the earth fault relays only work if the voltage of the neutral point to earth falls below a certain minimum value. It is assumed that in the event of a double earth fault, the triangle of the mains voltage has a Side shortening experiences, by which also the tension of the neutral point against earth is reduced accordingly. Now such a reduction in tension also occurs in the Case of a non-metallic earth fault. Furthermore, it is with large machine use, so with a strong network, it is very possible that, even with a double earth fault, the triangle of the network voltages is only distorted to such an extent that the Voltage of the neutral point to earth below the possible, between 50 and 100% the phase voltage values close to the maximum value. A satisfactory operation of such a device is also not possible.

Die Nachteile der beschriebenen Anordnungen sind darin begründet, daß sie die Unterscheidung von doppeltem und einfachem Erdschluß mit jenen Größen zu erreichen trachten, die im Erdschlußrelais selbst zur Wirkung kommen. The disadvantages of the arrangements described are due to the fact that they make the distinction try to achieve double and single earth faults with those quantities that come into effect in the earth fault relay itself.

Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch Anwendung eines Merkmales, welches den Fall des einfachen Erdschlusses streng von jenem des Doppelerdschlusses unterscheidet. Erfindungsgemäß wird als ein derartiges Merkmal das Auftreten einer zahlenläufigen Spannungs- oder Stromkomponente bei Doppelerdschluß dazu benutzt, das Erdschlußrelais bei Doppelerdschluß zu sperren oder die Betätigung der Anzeige- oder Auslöseeinrichtungen durch das Erdschlußrelais zu verhindern. Eine Verzerrung des Spannungs- oder Stromdreiecks läßt bekanntlich die Zerlegung des Drehstromsystems in drei Teile zu: in die mitläufige symmetrische Komponente, in die gegenläufige symmetrische Komponente und in die Nullkomponente. Hiervon tritt im normalen Betrieb mit ausgeglichener Belastung nur die erste Komponente auf. Bei zweiphasigem Kurzschluß, ebenso bei Doppelerdschluß, wird noch ein gegenläufiger 'symmetrischer Anteil in Erscheinung treten, der eine Verzerrung des Spannungs- oder Stromdreiecks bewirkt. Eine derartige gegenläufige symmetrische Komponente tritt aber bei Einfacherdschluß in Netzen, die mit einer in die künstliche Erdungsleitung eingebauten Einrichtung zur Kompensation des Erdschlußstromes versehen sind, überhaupt nicht auf, da der Erdschlußstrom in solchen Netzen nur eine geringe Größe annimmt. Auch in Netzen, die keine künstliche Erdung des Nullpunktes besitzen, bleibt die gegenläufige symmetrische Komponente bei Einfacherdschluß bedeutend hinter ihrem Werte bei Doppelerd-Schluß zurück, so daß auch in derartigen Netzen die Einrichtung der Erfindung verwendet werden kann.The present invention solves the problem posed by applying a feature which strictly distinguishes the case of the single earth fault from that of the double earth fault. According to the invention, as such Feature the occurrence of a numerical voltage or current component Double earth fault used to block the earth fault relay in the event of a double earth fault or the To prevent actuation of the display or tripping devices by the earth fault relay. A distortion of the voltage or current triangle is known to cause the decomposition of the Three-phase system into three parts: in the rotating symmetrical component, in the opposite symmetrical component and into the zero component. Of these, only the first component on. In the case of a two-phase short circuit, as well as a double earth fault, an opposing 'symmetrical component appear, which leads to a distortion of the voltage or current triangle causes. Such a counter-rotating symmetrical component occurs with a single earth fault in networks that with a device built into the artificial earthing line to compensate for the Earth fault current are not provided at all, since the earth fault current in such networks only takes on a small size. Even in networks that do not have an artificial earthing of the zero point the opposite symmetrical component in the case of a single earth fault remains significantly behind its value in the case of a double earth fault back, so that the device of the invention can also be used in such networks can.

Die infolge der gegenläufigen Komponente hervorgerufene Verzerrung des Spannungs- oder Stromdreiecks kann dabei beispielsweise durch paarweisen Vergleich der verketteten Spannung oder verketteten Ströme festgestellt werden oder durch die von dem normalen Wert des Phasenwinkels der Ströme oder Spannungen auftretenden Abweichungen oder auch durch das Überschreiten eines gewissen Wertes eines von den Strömen oder Spannungen oder der Leistung hervorgerufenen gegenläufigen Drehfeldes.The distortion of the voltage or voltage caused by the opposing component The current triangle can be created, for example, by comparing the linked voltage in pairs or concatenated currents are detected or by those of the normal value of the phase angle the currents or voltages occurring deviations or by exceeding them a certain value of one of the currents or voltages or the power caused opposite rotating field.

Einrichtungen, die in der beschriebenen Weise go bei einer gegenläufigen Spannungs- oder Stromkomponente ansprechen, sind an sich bekannt. Eine Anordnung, in der eine dieser Einrichtungen gemäß der Erfindung verwendet wird, ist in der Zeichnung dargestellt. Mit SS ist ein dreiphasiges Sammelschienensystem bezeichnet, das über einen Transformator Tr von einem Generator^ gespeist wird. Von den Sammelschienen SS zweigen Leitungen L1, L2 ab, von denen die erstere einpolig angedeutet, die zweite dreiphasig und mit der Ausrüstung gemäß dem Gegenstand der Erfindung versehen dargestellt ist. In die Leitung Z2 sind drei Stromwandler Si eingebaut, die auf der Sekundärseite zu einem Sternpunkt S1 zusammengeschlossen sind. Von den anderen Sekundärklemmen dieser Stromwandler sind drei Leitungen, in die auch Meßinstrumente M eingebaut sein können, weitergeführt. An diese Leitungen ist eine Nullpunktdrossel N angeschlossen, die mit einer in Dreieck geschalteten Ausgleichswicklung versehen ist. Der Sternpunkt der Nullpunktsdrossel S2 ist über die Stromspule des Erdschlußrelais E mit dem Sternpunkt S1 der Stromwandler St verbunden. Die Spannungsspule des Erdschlußrelais ist in bekannter Weise in die auf den Rückschlußschenkeln eines Vier- oder Fünfschenkelwandlers Sp angeordnete Hilfsmeßwicklung H eingeschaltet. Die Primärwicklung des Wandlers Sp liegt in den Sammelschienen SS und ist mit ihrem Sternpunkt geerdet.
Die Sekundärleitung der Wandler St istDevices that respond in the described manner to an opposing voltage or current component are known per se. An arrangement in which one of these devices according to the invention is used is shown in the drawing. SS denotes a three-phase busbar system which is fed by a generator ^ via a transformer Tr. Lines L 1 , L 2 branch off from the busbars SS, of which the former is indicated as single-pole, the second as three-phase and provided with the equipment according to the subject matter of the invention. Three current transformers Si are installed in the line Z 2 , which are connected on the secondary side to form a star point S 1 . From the other secondary terminals of this current transformer, three lines, in which measuring instruments M can also be installed, are continued. A zero point choke N , which is provided with a compensating winding connected in a triangle, is connected to these lines. The star point of the zero point choke S 2 is connected to the star point S 1 of the current transformer St via the current coil of the earth fault relay E. The voltage coil of the earth fault relay is connected in a known manner to the auxiliary measuring winding H arranged on the yoke legs of a four-leg or five-leg transformer Sp . The primary winding of the transformer Sp lies in the busbars SS and is grounded at its star point.
The secondary line of the converter St is

weiterhin an die Eckpunkte einer aus vier Impedanzen Z1, Z2, Z3 und Z4 bestehenden Brückenschaltung B in der gezeichneten Weise geführt. Die Impedanz Z4 ist gleichzeitig die Spule eines Relais RK, dessen Betätigungskontakte zu den Kontakten des Erdschlußrelais und der Betätigungsspule AM des Schalters Sch sowie einer Stromquelle in Serie liegt.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In die Nullpunktsdrossel N können die symmetrischen Komponenten der Ströme JR, JS, JT infolge der großen Leerlaufinduktivität der Drossel nicht in nennenswertem Maße eindringen. Hingegen findet ein beim Erdschluß auftretender Summenstrom ungehindert Durchtritt zum Sternpunkt s2, insbesondere infolge der in Dreieck geschalteten Ausgleichswicklung. Somit wird die Stromspule des Erdschlußrelais E durch den Summenstrom /„ erregt, und das Erdschlußrelais kommt bei gleichzeitigem Auftreten eines Stromes in der Hilfsmeßwicklung H des Wandlers Sp zum Ansprechen. Eine Auslösung des Schalters Sch wird durch den geschlossenen Betätigungskontakt des Relais RK nicht verhindert. Wenn dagegen gleichzeitig eine gegenläufige Komponente der Ströme JK, JS, JT auftritt, dann wird durch die Brückenschaltung B diese in bekannter Weise ausgesiebt und in dem Relais RK zur Wirksamkeit gebracht. Dadurch wird der Betätigungskontakt dieses Relais geöffnet und somit der Auslösekreis des Schalters Sch unterbrochen.continues to the corner points of a bridge circuit B consisting of four impedances Z 1 , Z 2 , Z 3 and Z 4 in the manner shown. The impedance Z 4 is at the same time the coil of a relay RK, the actuating contacts of which are in series with the contacts of the earth fault relay and the actuating coil AM of the switch Sch and a power source.
The mode of operation of the arrangement is as follows: The symmetrical components of the currents JR, JS, JT cannot penetrate into the zero-point choke N to any significant extent due to the large no-load inductance of the choke. In contrast, a total current occurring in the event of an earth fault finds its way unhindered to the star point s 2 , in particular as a result of the equalizing winding connected in a delta. Thus, the current coil of the earth fault relay E is excited by the total current / ", and the earth fault relay is activated when a current occurs in the auxiliary measuring winding H of the transducer Sp at the same time. Triggering of switch Sch is not prevented by the closed actuating contact of relay RK. If, on the other hand, an opposing component of the currents JK, JS, JT occurs at the same time, then this is screened out in a known manner by the bridge circuit B and brought into effect in the relay RK. As a result, the actuating contact of this relay is opened and thus the trigger circuit of switch Sch is interrupted.

Wird statt der Einrichtung B, welche das Auftreten einer gegenläufigen Stromkomponente feststellt, eine Einrichtung gewählt, welche auf die gegenläufige Spannungskomponente anspricht, so genügt es, für eine Station oder ein Sarnmelschienensystem eine einzige derartige Einrichtung vorzusehen, welche an die gemeinsamen Sammelschienen angeschlossen wird und zur Überwachung der Erdschlußrelais sämtlicher Leitungen dient.If instead of the device B, which detects the occurrence of an opposing current component, a device is selected which responds to the opposing voltage component, it is sufficient to provide a single device of this type for a station or a Sarnmelschiensystem, which is connected to the common busbars and for Monitoring of the earth fault relay of all lines is used.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: ι . Anordnung zur Überwachung nicht starr geerdeter elektrischer Mehrphasennetze mit Erdschlußrelais, die beim Auftreten eines Doppelerdschlusses unwirksam gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (RK), welche die Erdschlußrelais (E) unwirksam machen, von den bei einem Doppelerdschluß auftretenden gegenläufigen Komponenten im Netzstrom oder in der Netzspannung abhängig gemacht sind.ι. Arrangement for monitoring non-solidly earthed electrical multi-phase networks with earth fault relays, which are made ineffective when a double earth fault occurs, characterized in that the devices (RK) which make the earth fault relay (E) ineffective from the counter-rotating components in the mains current or occurring in a double earth fault are made dependent on the mains voltage. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Relais (RK), das mit dem Erdschlußrelais (E) so gekuppelt ist, daß es beim Auftreten einer gegenläufigen Komponente im Netzstrom oder in der Netzspannung das Erdschlußrelais sperrt.2. Arrangement according to claim 1, characterized by a relay (RK) which is coupled to the earth fault relay (E) so that it blocks the earth fault relay when an opposing component occurs in the mains current or in the mains voltage. 3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Relais (RK), dessen Kontakte in den Betätigungskreis des Erdschlußrelais (E) so geschaltet sind, daß beim Auftreten einer gegenläufigen Komponente im Netzstrom oder in der Netzspannung die von3. Arrangement according to claim 1, characterized by a relay (RK), the contacts of which are connected in the operating circuit of the earth fault relay (E) so that when an opposing component occurs in the mains current or in the mains voltage of ■dem Erdschlußrelais (E) gesteuerten Einrichtungen (AM) nicht betätigt werden. ■ Devices (AM) controlled by the earth fault relay (E ) are not operated. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche beim Auftreten eines von den gegenläufigen Komponenten der Netzspannungen oder Netzströmen oder der Leistung beider hervorgerufenen inversen Drehfeldes die Erdschlußrelais (E) unwirksam machen.4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized by devices which make the earth fault relay (E) ineffective when one of the opposing components of the mains voltages or mains currents or the power of both caused inverse rotating field occurs. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3 für Erdschlußschutzeinrichtungen, welche in mehrere Abzweige der gleichen Sammelschienen eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Einrichtung vorgesehen ist, welche beim Auftreten einer gegenläufigen Komponente in der Spannung der Sammelschienen die Erdschlußrelais unwirksam machen. 5. Arrangement according to claim 1 to 3 for earth fault protection devices, which in several branches of the same busbar are installed, characterized by that a common device is provided which, when an opposing component occurs in the voltage of the busbars make the earth fault relays ineffective. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DE1930592551D 1930-03-21 1930-03-21 Arrangement for monitoring electrical networks that are not solidly earthed Expired DE592551C (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2650711A1 (en) * 1989-08-07 1991-02-08 Merlin Gerin Control relay for shunt circuit breaker with separate poles

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