DE656795C - Fehlerstromschutzeinrichtung fuer elektrische Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung für elektrische Anlagen, bei welcher der Fehlerstrom die selbsttätige Abschaltung der Anlage bewirkt.

Die bisherigen Anlagen dieser Art haben meist den Nachteil, daß sie nicht genügend empfindlich sind. Man hat zwar schon vorgeschlagen, diese Empfindlichkeit dadurch zu steigern, daß man von e.inem Spannungsteiler gespeiste Glimmlampen verwendet, deren Zündung durch einen vom Fehlerstrom beeinflußten Dift'erentialtransformator eingeleitet wird.

Vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß sich mit einer derartigen Einrichtung die Empfindlichkeit zwar sehr weit treiben läßt, daß aber diese Empfindlichkeit nicht gleichbleibend, sondern in hohem Maße von etwaigen Schwankungen der Netzspannung abhängig ist, so daß bei erhöhter Netzspannung die Gefahr eines ungewollten selbsttätigen Anspr„echens der Schutzvorrichtung besteht, während bei verminderter Netzspannung die Empfindlichkeit der Anlage beeinträchtigt wird.

Auf Grund dieser Erkenntnis ist die bekannte Einrichtung derart abgeändert worden, daß sich nicht nur eine hohe Empfindlichkeit erreichen läßt, sondern diese Empfindlichkeit auch von den üblichen Spannungsschwankungen des Netzes nicht beeinträchtigt werden kann. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die Grundspannung der Glimmlampe von einem am Netz liegenden Spannungsteiler abgenommen, der mit einem an sich bekannten, z. B. auf Urandioxyd bestehenden selbsttätigen Regler verbunden ist, der den Stromdurchfluß durch den Spannungsteiler und damit auch die Grundspannung für die Glimmlampe trotz der Schwankungen der Netzspannung im wesentlichen gleich hält und damit auch das von diesem abzugreifende Spannungsgefälle von den Schwankungen der Netzspannung unabhängig macht. Auf diese Weise läßt sich die Schutzvorrichtung äußerst empfindlich einstellen, ohne daß diese Empfindlichkeit durch die üblichen Spannungsschwankungen des Netzes beeinflußt wird.

Die Empfindlichkeit kann nun auch noch weiter mit Vorteil dadurch gesteigert werden, daß -der Differentialtransformator mit einem fugenlosen Ringkern von möglichst hoher Anfangspermeabilität und geringer Verlustziffer versehen ist. Zur Beschleunigung und Erleichterung des Schaltvorganges ist es auch vorteilhaft, wenn die verwendete Glimmlampe im Gegensatz zu den sonst gebräuchlichen Glimmlampen mit einer großflächigen Anode versehen ist. Auf diese Weise läßt sich eine besonders trägheitslose, schnelle Abschaltung erzielen.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel ■ des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt sie die Anwendung der Schutzeinrichtung für eine einfache Wechselstromleitung mit geerdetem Nulleiter.

Die dargestellte Schutzeinrichtung arbeitet nach dem Differentialschutzverfahren, welches die dem Fehlerstrom entsprechende Dif-

ferenz. der Ströme in der Zu- und Ableitung der zu schützenden Anlage zur Fehleranzeige und zum Abschalten der Anlage ausnutzt.

Zur Differenzanzeige ist zunächst ein Transformator mit zwei Primärwicklungen ο und b und einer Sekundärwicklung c vorgesehen. Von den Primärwicklungen liegt die eine in der Zuleitung d und die andere in der Ableitung/. Die Primärwicklungen α· und b

ίο haben gleiche -Windungszahlen und sind in / entgegengesetztem Sinne auf den Eisenkern g gewickelt, so daß ein magnetisches Feld entsteht, welches jeweils nur der Differenz der Amperewindungen der beiden Wicklungen a und b entspricht. Bei ordnungsmäßig arbeitender Anlage heben sich daher die Wirkungen der beiden Primärwicklungen auf. Tritt dagegen in der Anlage ein Fehlerstrom auf, so· ist der Ableitungsstrom und damit auch die Amperewindungszahl der Wicklung b um einen entsprechenden Betrag kleiner als der Strom in der Zuleitung und die Amperewindungszahl der Wicklung a. Es bildet sich dann ein der Größe des Fehlerstromes entsprechendes magnetisches Feld im Transformator aus. Dieses magnetische Feld erzeugt in der Sekundärwicklung eine der Feldstärke und der Windungszahl der Sekundärwicklung c entsprechende Spannung.

Diese in dem Transformator durch den Fehlerstrom hervorgerufene Differenzspannung wird dazu benutzt, eine Glimmlampe h zum Zünden zu bringen. Zu diesem Zweck ist die Sekundärwicklung c des Differentialtransformator mit ihrem einen Ende an eine Hilfselektrode i der Glimmlampe angeschlossen, die zwischen der Anode / und Kathode k angeordnet ist. Das andere Ende der Sekundärspule c ist mit dem Nulleiter / verbunden.

Die an der Anode/ und Kathodek der Glimmlampe liegende Grundspannung ist kleiner als die Zündspannung, kann also auch die Glimmlampe nicht zum Leuchten bringen. Sobald jedoch eine Differenzspannung an der

♦5 Hilfselektrode entsteht, tritt eine derartige Spannungssteigerung zwischen der Hilfselektrode und der Kathode oder Anode der Glimmlampe auf, daß die Zündspannung erreicht wird. Der nach der Zündung durch die Glimmlampe fließende Strom ist um ein Vielfaches stärker als der Fehlerstrom. Er genügt vollständig, um einen vor die Anode eingeschalteten elektromagnetischen Auslöser 0 zu betätigen, der dann seinerseits die Abschaltung der Anlage einleitet oder unmittelbar herbeiführt.

Die Glimmlampe h ist nicht unmittelbar an die Netzspannung angeschlossen, weil schon die üblichen Spannungsschwankungen des Netzes, die durch den maximal zulässigen Fehlerstrom an der Sekundärspule des Differentialtransformators erzielbare Spannung überschreiten und infolgedessen bei ordnungsmäßiger Empfindlichkeit der Schutzeinrichtung ein ungewolltes Ansprechen der Zündvorrichtung verursachen würden. Die Kathode k liegt zwar unmittelbar an der Nullleitung, dagegen ist die Anode / an einen zwischen Zu- und Ableitung liegenden Spannungsteiler ni angeschlossen. Dieser ist mit einem Regler η aus Urandioxyd oder einem ähnlichen Werkstoff versehen, welcher den Stromdurchfluß durch den .Spannungsteiler und damit auch die an der Glimmlampe liegende Grundspannung konstant hält. Diese Spannung kann, weil konstant, so bemessen sein, daß sie nur ein wenig unter der Zündspannung der Glimmlampe liegt. Die zum Herbeiführen der Zündung erforderliche Sekundärspannung kann deshalb auch wesentlieh kleiner sein als bei einer Schaltung, in welcher die Netzspannungsschwankungen auf die Glimmlampe einwirken. Durch das Konstanthalten der an der Glimmlampe liegenden Grundspannung läßt sich somit die Schutzeinrichtung äußerst empfindlich einstellen und trotzdem gleichzeitig die Gefahr eines ungewollten Ansprechens beseitigen..

Diese Empfindlichkeit kann noch dadurch gesteigert werden, daß der Differentialtransformator mit einem fugenlosen Ringkern versehen und daß der Kern aus einer hochwertigen Nickel-Eisen-Legierung mit besonders großer Anfangspermeabilität und geringer Verlustziffer hergestellt wird. Dadurch ist nicht nur eine geringe Energie zum Ansprechen erforderlich, sondern die Einrichtung hat infolge dieser hohen Empfindlichkeit gleichzeitig auch nur einen geringen Eigenverbrauch, so daß ein merklicher Stromverbrauch durch die Schutzeinrichtung nicht her-' vorgerufen wird.

Damit die an der Sekundärseite des Differentialtransformators entstehende Spannung in ihrer Phase gut mit der Grundspan- 1-05 nung der Glimmlampe zusammenwirkt, kann in die Verbindungsleitung von der Sekundärspule c zur Hilfselektrode i zweckmäßig noch ein kapazitiver Widerstands eingeschaltet werden. Hierdurch wird ein besonders schnelles trägheitsloses Ansprechen der Schutzeinrichtung ermöglicht. Zu dem gleichen Zweck ist außerdem noch die Sekundärwicklung c über einen Kondensator t mit parallel geschalteter Funkenstrecke u kurzgeschlossen, wobei die Funkenstrecke gleichzeitig als Sicherung der Schutzeinrichtung bei plötzlich auftretenden stärkeren Fehlerstfömen dient.

Die neue Schutzeinrichtung zeichnet sich infolge dieser Ausbildung durch eine besonders große Empfindlichkeit, eine hohe Schalt-

geschwindigkeit und zuverlässige Wirkungsweise aus. Dabei hat sie den Vorteil geringen Eigenverbrauchs und hoher Wirtschaftlichkeit.

S Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. Insbesondere kann die Einrichtung auch' sinngemäß auf

ίο andere Leitungssysteme übertragen werden. Zur Beschleunigung und Erleichterung des Schaltvorganges ist es auch vorteilhaft, wenn die verwendete Glimmlampe im Gegensatz zu den sonst gebräuchlichen Glimmlampen mit einer großflächigen Anode versehen ist.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι . Fehlerstromschutzeinrichtung für elektrische Anlagen, bestehend aus einem Differentialtransformator und einer im Kreise eines Ausschaltrelais liegenden Glimmlampe, deren unterhalb der Zündspannung liegende Grundspannung durch die vom Fehlerstrom erzeugte Sekundärspannung des Transfoimators bis zur Zündspannung erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundspannung der Glimmlampe Qi) von einem am Netz liegenden Spannungsteiler (m) abgenommen wird, der mit einem an sich bekannten, z. B. aus Urandioxyd bestehenden selbsttätigen Regler (n) verbunden ist, der den Stromdurchfluß durch den Spannungsteiler und damit auch die Grundspannung für die Glimmlampe gleich hält.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialtransformator mit einem fugenlosen

   . Ringkern (g) versehen ist, der aus einem Eisen mit hoher Anfangspermeabilität und kleiner Verlustziffer hergestellt ist.
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Glimmlampe mit großflächiger Anode.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen