DE663091C - Schutzeinrichtung zur Verhinderung des Bestehenbleibens von Fehlerstroemen, beispielsweise bei Erdschluessen in elektrischen Anlagen - Google Patents

Description

• Schutzeinrichtung zur Verhinderung des Bestehenbleibens von Fehlerströmen, beispielsweise bei Erdschlüssen in elektrischen Anlagen Zum Schutze von auftretenden Fehlerströmen, z. B. bei Erdschlüssen in elektrischen Anlagen, sind verschiedene Einrichtungen bekanntgeworden, die eine Abschaltung des gefährdeten Stromkreises herbeiführen, wenn eine unzulässige Berührungsspannung auftritt. Eine Einrichtung verwendet eine besondere Schutzleitung, welche die von Erde isolierten Metallteile der zu schützenden elektrischen Anlage über einen Auslöser mit einer Hilfserde verbindet. Diese Einrichtung hat u. a. den wesentlichen Nachteil, daß eine besondere Leitung, die Schutzleitung, erforderlich ist.
• Zur Vermeidung dieses Nachteils sind Differentialschutzeinrichtungen bekanntgeworden, die den Fehlerstrom als Differenz der in der Zu- und Ableitung fließenden Ströme erfassen und durch diesen Differenzstrom eine Abschaltung des gefährdeten Stromkreises einleiten oder bewirken. U. a. werden zur Herbeiführung dieser Wirkung Gasentladudngsstrecken verwendet, die infolge ihrer Empfindlichkeit im Ansprechen unter Anwendung besonderer Schaltungen eine Abschaltung bereits beim Auftreten sehr geringer Fehlerströme von etwa 2o Milliampere und weniger ermöglichen. Diese Einrichtungen setzen nun das Bestehen einer bestimmten Betriebsspannung voraus, an der die Gasentladungsstrecken angeschlossen sind. Tritt nun zufällig ein Fehlerstrom auf, während im gleichen Augenblick ein vorübergehendes Absinken der Spannung eintritt, so würde dadurch die Sicherheitseinrichtung unempfindlicher werden. Um ,diesen Nachteil, der aber nur bei zufälligem Zusammentreffen ungünstiger Umstände eintreten kann, zu vermeiden, sind Differentialschutzeinrichtungen von Vorteil, die nur auf den Stromunterschied in der Zu- oder Ableitung ansprechen. Es sind zu diesem Zwecke Drehspulinstrumente in Vorschlag gebracht worden, die aber wegen. ihrer Kompliziertheit des Aufbaues und großen Empfindlichkeit der einzelnen Glieder für die Lösung des vorliegenden Problems wenig geeignet erscheinen. im übrigen lassen sich derartige Schutzgeräte nicht so preiswert herstellen, wie dieses mit Rücksicht -auf die allgemein notwendige Verwendung solcher Schutzeinrichtungen.erforderlich ist.
• Im nachstehenden soll nun eine Einrichtung beschrieben werden, die es gestattet, mit einem sehr einfachen und preiswerten Gerät einen Fehlerstromschutz in elektrischen Anlagen herbeizuführen. Diese Einrichtung macht von der an sich bekannten Erscheinung Gebrauch, daß ein polarisiertes Relais einen Anker im Ruhezustande gegen den Zug einer Feder ,gerade .noch festhalten kann, aber bei einer geringen Schwächung des Magnetismus den Anker losläßt und .dadurch andere Wirkungen auszuüben. vermag. Die Schwächung des Magnetismus eines solchen polarisierte,. Relais kann nun dadurch herbeigeführt werden, daß man den .als Differenzstrom in der-Zu- oder Ableitung einer elektrischen Anlagt",;" auftretenden Fehlerstroh durch eine Wicklung fließen läßt, die auf dem einen Pol des polarisierten Relais angebracht ist. Tritt dann z. B. bei Verwendung eines solchen Relais in einer Wechselstromanlage ein Fehlerstrom auf, so wird durch diesen Strom der Magnetismus des Relais während einer Halbperiode vorübergehend geschwächt, der an dem Pol mit geriaiger Haltekraft haftende Anker wird unter der Wirkung :einer Zugfeder vom Anker entfernt und vermag dann beispielsweise einen Schalter auszulösen oder akustische oder optische Signale zu geben. Ein Anziehen des Ankers tritt nicht wieder ein, nachdem der Anker abgezogen ist, weil die Zugwirkung bei der in der nächsten Halbperiode des fließenden Wechselstromes eintretende Verstärkung des Magnetismus nicht ausreicht, um den Anker wieder an den Pol heranzuführen. Die Anlage bleibt also beispielsweise ausgeschaltet, bis eine Rückstellung des Ankers in die Ruhestellung, evtl. von Hand, erfolgt.
• Durch die nachfolgend beschriebene Zeichnung, Abb. i und Abb. ä, soll das Wesen dieser Erfindung näher erläutert werden. In der Abb. i ist mit i ein polarisierter Magnet bezeichnet, der auf einem Pol zwei Wicklungen, eine in der Zuleitung und eine in, der Ableitung des Stromkreises liegende Wicklung, besitzt. Die beiden Wicklungen 2 und 3 sind von gleicher Windungszahl und so angeordnet bzw. vom Strom durchflossen, daß sich ihre magnetisierenden Wirkungen in jedem Augenblicke aufheben. An dem Pol haftet im Ruhezustande ein Anker 4, der unter der Spannung einer Feder 5 steht, die bestrebt ist, den Anker von dem Pol abzuziehen. Im Ruhezustande ist jedoch der Magnetismus noch so stark, daß die Feder hierzu nicht imstande ist. Tritt jedoch ein Unterschied der Stromstärken in den beiden Wicklungen 2 und 3 auf, so erfolgt beim Durchfließen eines Wechselstromes durch beide Wicklungen während der einen Halbwelle eine Schwächung und während der nächsten Halbwelle eine Stärkung des Magnetismus des Magnets. Je nach der Polarität des Magnetkerns kann auch in der ersten Halbwelle die Verstärkung des Magnetismus und in der zweiten Halbwelle die Schwächung eintreten. Beim Auftreten der Schwächung des Magnetismus wird der Anker 4 durch die Zugfeder 5 abgezogen und bleibt in dieser Stellung,, bis er an den pol zurückgeführt wird. Inzwischen ist jedoch durch den abfallenden Anker eine Auslösespule eines Schalters betätigt oder ein solcher Schalter mechanisch zur Auslösung bracht worden, der die Abschaltung der Anlage herbeigeführt hat. Wird ein unmittelbares Abschalten nicht verlangt, so kann durch den abfallenden Anker auch ein Signalstromkreis eingeschaltet werden.
• Die auftretende Stromdifferenz zwischen den durch die ,beiden Wicklungen 2 und 3 fließenden Strömen kann nun dadurch zustande kommen, daß ,ein Fehlerstrom von der Zuleitung oder der Ableitung nach Erde fließt, d. h. die Einrichtung ist als Fehlerstroinschutzeinrichtung in elektrischen Anlagen, beispielsweise bei Erdschlüssen, brauchbar.
• Um die Einrichtung zugleich zu befähigen, bei auftretendem unzulässigem Maximalstrom ebenfalls eine Abschaltung bzw. Signalgebung herbeizuführen, kann auf dem polarisierten Relais eine Zusatzwicklung 6 angebracht werden, die ebenfalls eine Schwächung des Magnetismus und damit eine Betätigung des Ankers zu bewirken vermag. Zweckmäßigerweise 4@ird diese Wicklung 6 als Nebenschluß zu einem Widerstand 7 angewendet, der vom Hauptstrom durchflossen wird. Durch Abgreifen einer bestimmten Spannung an dem Widerstand 7 kann dann das Ansprechen auf Maximalstrom leichteingestellt werden.
• Die beiden Hauptwicklungen 2 und 3 können auch bei .dieser Anordnung mit gleicher Windungszahl ausgeführt werden, so daß sie sich, wenn kein Fehlerstrom fließt, in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben. Das hat allerdings zur Folge, daß durch die Zusatzwicklung 6 bereits eine gewisse Vorbelastung und Schwächung des Dauermagnetfeldes eintritt, die mit wachsender Belastung zunimmt und die Empfindlichkeit gegen Fehlerstrom entsprechend erhöht. Eine überempfindlichkeit ist aber dabei wenigstens im Bereich bis zur Normalbelastung kaum zu befürchten, weil die 'U' berstromäuslösung in der Regel erst bei einem Mehrfachen dieser Stromstärke gewünscht wird. Bei einer entsprechenden Einstellung des Nebenschlüßwiderstandes 7 wird daher durch die Zusatzwicklung 6 die Fehlerstr omempfindlichkeit nur in einem durchaus zulässigen und manchmal sogar . erwünschten Maße gesteigert. Wird eine noch geringere Beeinflussung gewünscht, so kann auch die Wicklung 3 etwas schwächer gewählt werden als die Wicklung 2, so daß bei mittlerer Belastung die Wicklung 2 und die beiden Wicklungen 3 . und 6 sich in ihrer Wirkung das Gleichgewicht halten, während bei weiter zunehmender Belastung der Einfluß der Wicklung 6 immer mehr überwiegt. Diese Wirkung kann leicht noch dadurch verstärkt werden, daß man für den Nebenschlußwiderstand 7 einen Werkstoff wählt, dessen spezifischer Widerstandswert sich bei zunehmender Stromstärke erhöht.
• Uni jede unerwünschte Ummagnetisierung des polarisierten. Magneten zu vermeiden, beispielsweise bei nicht vollständig eingetretener Aufhebung der Wirkung der magnetisierenden Windungen im Ruhezustande, kann von einer unmittelbaren Erregung des polarisierten Relais durch den Fehlerstrom auch abgesehen werden. Zu diesem Zwecke wird, wie in der Abb. 2 zur Darstellung ;gebracht, ein getrennt angeordneter Differenzstromtrans.formator 3 verwendet, der zwei sich im Ruhezustande in ihren Wirkungen aufhebende Primärwicklungen 9 und io besitzt. Die eine Primärwicklung wird dabei von denn in der Zuleitung, die andere von dem in der Ableitung fließenden Strom durchflossen. Eine gemeinsame oder in zwei Hälften i i und 12 aufgeteilte Sekundärwicklung würde bei einer auftretenden Stromdifferenz in der Zu- und Ableitung dann :eine Wicklung 13 :erregen, die auf dem polarisierten Relais i angebracht ist. Der Anker des polarisierten Relais ist wieder mit q. und die Zugfeder mit 5 bezeichnet. Im übrigen ist die Wirkungsweise des Relais genau so, wie bei der Erläuterung der Schaltung nach Abb. i beschrieben. Der Vorteil. der Anordnung gemäß Abb.2 besteht darin, daß eine Ummagnetisierung des polarisierten Relais nur darin stattfindet, wenn tatsächlich ein Fehlerstrom fließt.
• Um die Empfindlichkeit des polarisierten Relais leichter einstellen und evtl. nachstellen zu können, ist ein verstellbarer magnetischer Nebenschluß 14 vorgesehen, wie aus der Abb. 2 ersichtlich ist.
• Zum Schluß sei bemerkt, däß an Stelle der Auslösung eines Schalters oder einer Signalgebung durch den abfallenden Anker durch letzteren auch ein Stromschluß in der abzuschaltenden Anlage herbeigeführt werden kann, wodurch ein vermehrter Strom durch die vorgeschalteten Schmelzsicherungen oder Selbstschalter fließen und ohne Zuhilfenahme besonderer Schaltmittel seine Abschaltung der gefährdeten Anlage bewirken würde.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schutzeinrichtung zur Verhinderung des Bestehenbleibens von Fehlerströmen, beispielsweise bei Erdschlüssen in elektrischen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der als Differenzstrom in der Zu-oder Ableitung auftretende Fehlerstrom ein mit Dauermagnet versehenes. polarisiertes Relais (i) erregt, dessen im Ruhezustande gegen den Zug .einer Feder (s) am Pol gehaltener Anker (4.) infolge vorübergehender Schwächung des Magnetis: mus -beim Auftreten !eines Fehlerstrome: unter der Wirkung der Feder (5) abgezogen wird und dadurch eine Abschaltung des gefährdeten Stromkreises einleitet oder bewirkt (Abb. i und Abb. 2).
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch i dadurch gekennzeichnet, ` daß der Differenz. Strom unmittelbar das polarisierte Relais (i) erregt, in der Weise, daß auf letzterem zwei Wicklungen (2, 3), je eine in der Zu- oder Ableitung liegende Wicklung, angeordnet sind, die sich im Ruhezustande in ihren Wirkungen auf den Magnet aufheben, beim Auftreten eines Fehlerstromes (Differenzstromes) aber das Ansprechen des Relais (i) durch Loslassen eines Ankers (q.) veranlassen (Abb. i).
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (i i, 12) eines Differenzstromtransformators (ä), der durch zwei in der Zu- bzw. Ableitung liegende und sich in ihren Wirkungen bei Stromgleichheit aufhebende Primärwicklungen (9, io) erregt wird, beim Auftreten eines Fehlerstromes ein polarisiertes Relais (i) erregt, dessen Anker (q.) im Ruhezustande an dem Pol anliegt, jedoch abfällt, wenn ein den Magnetismus des Relais vorübergehend schwächender Strom, beispielsweise wähnend einer Halbperiode eines Wechselstromes, die Relaiswicklung (13) durchfließt (Abb.2). q. Schutzeinrichtung nach vorstehenden Ansprüchen, .dadurch gekennzeichnet, daß auf .dem polarisierten Relais eine Zusatzwicklung (6) angeordnet ist, die in ihrer Wirkung so einstellbar ist, daß bei au;ftretendetn Maximalstrom in der Zuleitung mit Hilfe des Relais (i) die Abschaltung herbeigeführt wird (Abb. i). 5. Schutzeinrichtung nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklung im Nebenschluß zu einem Widerstand (7) geschaltet ist, der vom Hauptstrom durchflossen wird, wodurch die Stromstärke im Nebenschluß regelbar ist (Abb. i). 6. Schutzeinrichtung nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des polarisierten Relais (i) durch Anordnung eines magnetischen Nebenschlusses (14) erhöht bzw. geregelt wird (Abb. 2). 7. Schutzeinrichtung nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß durch den sich bewegenden Anker (q.) ein Stromkreis geöffnet, oder geschlossen wird, wodurch die fehlerhafte Leitung abgeschaltet oder der Fehler durch akustische oder :optische Signalgebung, Beispielsweise .durch Aufleuchten einer Lampe, angezeigt wird: B. Schutzeinrichtung nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß durch den abfallenden Anker' ein. Stromschluß in der gefährdeten Leitung herbeigeführt wird, so daß durch den auftretenden vermehrten Strom eine Steigerung der Stromstärke in deal fehlerhaften Abzweig und damit eine Abschaltung desselben durch Einwirkung auf vorgeschaltete Schmelzsicherungen oder Selbstschalter bewirkt wird.