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überwachungseinrichtung für Leitungssicherungen in Maschennetzen Die
Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung, die es ermöglicht, auf einfache
Weise von einer zentralen Stelle aus den Zustand eines vermaschten Verteilungsnetzes
zu prüfen und Störungen, insbesondere Leitungsunterbrechungen; durch ausgelöste
Sicherungen sofort festzustellen und gegebenenfalls auch den Fehlerort innerhalb
des Verteilungsnetzes zu ermitteln. Der Hauptvorzug des Maschennetzes liegt bekanntlich
darin, daß bei Unterbrechung einer Leitung, beispielsweise infolge Überlastung der
darin. liegenden Sicherung, die Stromlieferung für den an diesen Leitungszweig angeschlossenen
Verbraucher trotzdem noch weiter aufrechterhalten bleibt,, da jeder Knotenpunkt
von mehreren Leitungen her gespeist wird. Wollte man jedoch in einem Maschennetz
dafür sorgen, daß durchgebrannte Sicherungen sofort wieder ersetzt werden, so würde
das .einen erhebliehen Aufwand an Überwachungsarbeit bedeuten. Andererseits ist
aber ein ordnungsmäßiger Zustand sämtlicher Sicherungen von großer Wichtigkeit,
da andernfalls die unbedingte Sicherheit der Stromlieferung, die ja gerade den Hauptvorteil
des Maschennetzes darstellt, nicht mehr gewährleistet wäre. Es ist bekannt, Sicherungen
durch Lampen zu überbrücken, welche aufleuchten, sobald die Sicherung durchgebrannt
ist. Bei der Anwendung dieser Maßnahme auf Maschennetze wäre es jedoch erforderlich,
daß ständig Kontrollgänge durch die ganze Anlage durchgeführt werden, was infolge
der meist sehr großen Ausdehnung von Maschennetzen- nicht ohne weiteres durchführbar
ist. Erst eine zentrale Überwachungseinrichtung, die an einer bestimmten Stelle
Alarm gibt, wenn irgendwo im Netz eine Sicherung durchgebrannt ist, bietet hier
die unbedingte Gewähr,
daß das Netz ständig in allen seinen Teilen
in Ordnung gehalten wird und so seine Vorzüge restlos ausgenutzt werden können.
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Gemäß der Erfindung werden deshalb die einzelnen Leitungssicherungen
durch die Primärwicklungen von Transformatoren überbrückt, deren Sekundärwicklungen
hintereinandergeschaltet sind, wobei je zwei Transformatoren, die ein und demselben
Leitungsabschnitt zwischen zwei benachbarten Knotenpunkten zugeordnet sind, in der
Reihenschaltung entgegengesetzten Wicklungssinn und verschiedene - Übersetzungsverhältnisse
besitzen. Der Gedanke, Signaleinrichtungen zur Überwachung von Sicherungen auf der
Sekundärseite eines Transformators anzuordnen, ist in anderem Zusammenhang bereits
bekannt. Es ist auch schon bekannt, eine Differentialschaltung vorzusehen, bei der
die Signallampe, die den Zustand der Sicherungen anzeigen soll, in dem Stromkreis
der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen zweier Transformatoren liegt. Bei der
bekannten Anordnung handelt es sich jedoch um eine Schaltung, bei der die Primärwicklung
des einen Transformators unmittelbar an der Netzspannung vor den Sicherungen und
die andere an der Spannung zwischen den Netzleitern hinter den Sicherungen liegt.
Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand, bei dem die Transformatoren erst dann Spannung
führen, wenn eine Sicherung durchgebrannt ist, stehen hier die beiden Transformatoren
im Normalzustand ständig unter Spannung, wobei sich ihre Sekundärspannungen gegeneinander
aufheben. Es liegt in der Natur des Maschennetzes, daß an einer Sicherung, sobald
diese durchbrennt, eine gewisse Spannung auftritt, die dann auch an der Primärwicklung
des dazu parallelgeschalteten Transformators liegt und somit in der in die Überwachungsleitung
eingeschalteten Sekundärwicklung eine Spannung induziert. Durch die erfindungsgemäß
vorgesehene Hintereinanderschaltung der Transformatorsekundärwick-Lungen wird es
ermöglicht, mit nur einer einzigen Überwachungsleitung auszukommen. Aus Gründen,
die später erörtert werden sollen, wird es jedoch in vielen Fällen zweckmäßig sein,
zumindest zwei Überwachungsleitungen vorzusehen, und zwar so, daß an einem Knotenpunkt
immer nur diejenigen Sicherungen, die im Zuge derselben Leitung liegen, ein und
derselben Leitung zugeordnet sind.
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Man muß beim Auftreten von Störungen besonders zwei Fälle streng unterscheiden;
bei lange andauernden Überlastungen besteht z. B. die Möglichkeit, daß in einem
Leitungsabschnitt nur eine Sicherung durchbrennt. An der dadurch geschaffenen Trennstelle
wird im allgemeinen wegen der vielseitigen Speisung des Maschennetzes nur eine verhältnismäßig
niedrige Spannung auftreten. Es ist daher, um auch in diesem Fall in dem Überwachungsstromkreis
eine hinreichend große Auslösespannung zu erzielen, erforderlich, den Transformatoren
ein nicht zu kleines Übersetzungsverhältnis zu geben. Ein anderer Fall ist der,
daß dieser Leitungsabschnitt, wenn z. B. in der Mitte von ihm ein Kurzschluß entsteht,
beiderseits abgetrennt wird. In diesem Fall könnten an den Primärwicklungen der
Transformatoren wesentlich größere Spannungen auftreten, die eine Zerstörung der
Alarmeinrichtung befürchten ließen, wenn keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden.
Auch wenn eine größere Zahl von Sicherungen durchbrennt, könnte durch Summation
der einzelnen Sekundärspannungen der Transformatoren eine gefährliche Spannung hervorgerufen
werden. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Transformatoren verschiedenen Wicklungssinn
erhalten, und somit hinsichtlich ihrer Spannungen gegeneinandergeschaltet sind,
wird diese Gefahr unterdrückt. Die Verschiedenheit der Übersetzungsverhältnisse
sorgt dafür, daß auch beim symmetrischen Durchbrennen einer geraden Anzahl von Sicherungen
die Alarmvorrichtung infolge der trotzdem entstehenden Differenzspannungen ansprechen
kann. Die Abweichung der Übersetzungsverhältnisse wird zweckmäßig so gewählt, daß
die entsprechenden Differenzspannungen etwa die gleiche Größe haben wie die in einem
einzelnen Transformator beim Durchbrennen der :zugehörigen Sicherung induzierte
Spannung.
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Bei einem mehrphasigen Netzsystem, bei dem alle Phasen gesichert sind,
wird man vorteilhaft die Sekundärwicklungen, die zu ein und derselben mehrphasigen
Sicherungsgruppe gehören, ebenfalls in Reihe schalten. Damit bei Kurzschlüssen,
bei denen die drei Sicherungen zugleich durchbrennen, die drei um zzo° gegeneinander
verschobenen Spannungen sich nicht gegenseitig aufheben können, kann man die Übersetzungsverhältnisse
der einzelnen Phasen zumindest zum Teil verschieden wählen. Immerhin muß man bedenken,
daß die einzelnen Sicherungen ja doch niemals genau gleichzeitig durchbrennen, so
daß auch bei völlig symmetrischer Anordnung aller Teile in jedem Fall, wie die Störung
auch beschaffen sein möge, zumindest kurzzeitig ein Spannungsstoß in der Überwachungsleitung
entsteht. Man wird daher zweckmäßig die Alarmvorrichtung so ausbilden, daß ein kurzer
Spannungsstoß genügt,: um sie in Tätigkeit zu setzen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. r zeigt einen
Ausschnitt aus einem Maschennetz, und zwar zwei
Knotenpunkte, die durch den horizontalen Leiter i und die vertikalen Leiter 2 bzw.
3 gebildet werden. An jedem Knotenpunkt liegt in jeder Leitung eine Sicherung, so
daß jeder Leitungsabschnitt, z. B. der mittlere Abschnitt des Leiters i, beiderseits
durch Sicherungen geschützt ist. Jede Sicherung, betrachtet werden mögen hier nur
die Sicherungen 4 und 5, ist durch die Primärwicklung eines Transformators (6, 7)
überbrückt. Die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren sind sämtlich miteinander
in Reihe geschaltet, wobei im vorliegenden Fall angenommen ist, daß zwei Überwachungsleitungen
8 bzw. 8' vorgesehen sind, von denen die erstere die in den vertikalen, die letztere
die in den horizontalen Leitungszügen liegenden Sicherungen überwacht. Die Transformatoren
6 und 7, die zu demselben Leitungsabschnitt zwischen den beiden Knotenpunkten gehören,
sind, wie das auch in der Zeichnung dargestellt ist, gegensinnig gewickelt. Bei
gleichzeitigem Durchbrennen der Sicherungen 4 und 5 wirken sich also ihre Spannungen
entgegen. Um trotzdem eine Spannung in den Überwachungsleiter 8' hervorzurufen,
sind, wie- schon oben erwähnt, die Übersetzungsverhältnisse der beiden Transformatoren
voneinander abweichend gewählt. Bei der Verteilung der Transformatoren kann man
so vorgehen, daß immer abwechselnd ein Transformator hohes und der nächste niedriges
Übersetzungsverhältnis besitzt, jedoch kann man von dieser Regel je nach den vorliegenden
Verhältnissen auch abweichen.
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Fig. 2 zeigt, wie die beiden überwachungsleitungen 8 und 8' das mit
dicken Linien dargestellte Maschennetz durchlaufen. Man erkennt, daß die Überwachungsleitung
8 nur den in der vorliegenden Zeichnung vertikal dargestellten Leiter, die Überwachungsleitung
8' dagegen den horizontalen Netzleitern zugeordnet ist. Diese beiden überwachungsleitungen
wird man zweckmäßig auf ein und dieselbe Alarmvorrichtung einwirken lassen. Man
kann auch die vertikalen und horizontalen Leiter des Maschennetzes mit einer gemeinsamen
Überwachungsleitung kontrollieren. Ebenso ist es auch möglich, für verschiedene
Bezirke des Netzgebildes besondere Überwachungsstromkreise vorzusehen.
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Die Wicklungen, die im Zuge einer Überwachungsleitung ein und demselben
Knotenpunkt des Maschennetzes zugeordnet sind, kann man auf einem gemeinsamen, mit
einer entsprechenden Anzahl von Schenkeln aus gerüsteteten Eisenkern unterbringen.
Eine solche Anordnung ist in Fig.3 dargestellt; dort ist ein Knotenpunkt eines dreiphasigen
Maschennetzes herausgegriffen, in welchem sich die Leiter i, i' und i" mit den Leitern
2, 2' und 2" schneiden. Der Eisenkörper 6o des Transförmators besitzt insgesamt
sechs Kerne und ist nach Art eines Manteltransformators ausgebildet. Auf jedem Kern
ist eine Primärwicklung 63 und eine Sekundärwicklung 64 angeordnet. Dabei sind die
Primärwicklungen der Reihe nach an die. Sicherungen 61, 61' und 61" sowie an die
im Zuge der gleichen Leitungen liegenden Sicherungen 62, 62' und 62" angeschlossen.
Die Sekundärwicklungen 64. der verschiedenen Kerne sind alle- hintereinandergeschaltet
und in die Überwachungsleitung 8' eingeschaltet.
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In Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel für die Alarmeinrichtung dargestellt.
Mit 9 ist ein dreiphasiger Transformator bezeichnet, dessen Primärwicklungen die
drei Sicherungen einer Sicherungsgruppe- überbrücken. Die Sekundärwicklungen sind
in Reihe miteinander in der Überwachungsleiter 8 eingeschaltet. Selbstverständlich
werden in den Leiter 8 im allgemeinen noch eine ganze Reihe weiterer Transformatorwicklungen
eingeschaltet sein. Durch einen Zwischentransformator io wird der beim Durchbrennen
einer Sicherung ankommende Spannungsimpuls an das Alarmrelais i i weitergegeben.
Um eine möglichst große Empfindlichkeit zu erzielen, ist parallel zu der Wicklung
i i des Alarmrelais noch ein Kondensator 12 geschaltet, der zusammen mit der Relaiswicklung
einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Resonanzkreis bildet. In ähnlicher Weise
kann auch der Primärkreis des Transformators io mit dem Kondensator 15 auf Resonanz
abgestimmt sein. Der Kondensator 15 dient jedoch in erster Linie zur Abriegelung
des Gleichstromes, der durch die später noch zu beschreibende Kontrolleinrichtung
fließt. Um das Relais vor allzu hohen Spannungsstößen, wie sie sich unter Umständen
in bestimmten Fällen ausbilden können, zu schützen, ist an die Sekundärwicklung
des Transformators io noch eine Glimmlampe 16 eingeschaltet. Zu demselben Zweck
ist seiner Primärwicklung eine Drosselspule 13 vorgeschaltet, deren Induktivität
sich durch Anziehen des an einer Feder aufgehängten Joches 14 bei unzulässigem Anwachsen
des Stromes in der Überwachungsleitung 8 erhöht.
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Sehr wichtig ist es, daß die Möglichkeit vorgesehen wird, den ordnungsgemäßen
Zustand der Überwachungsleitung selbst zu kontrollieren, da naturgemäß bei einem
Bruch dieser Leitung ein Ansprechen der Alarmvorrichtung unmöglich wird. Zu diesem
Zweck ist hier ein besonderer Gleichstromkreis, bestehend aus der Batterie i8 und
dem Anzeigeinstrument 17, vorgesehen, der durch die Drosselspule ig gegen die beim
Ansprechen der Überwachungseinrichtung auftretende Wechselspannung
gesperrt
ist und so keinen Kurzschluß für die Alarmeinrichtung darstellen kann.
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Es soll nun nicht allein das Vorhandensein einer Störung in dem Maschennetz
festgestellt werden; es ist vielmehr wünschenswert, auch den Ort des Fehlers sofort
feststellen zu können, damit nicht erst das ganze Leitungssystem abgesucht zu werden
braucht. Man kann sich bei nicht allzu ausgedehnten Netzsystemen darauf beschränken,
wenigstens festzustellen, in welchem Netzbezirk der Fehler vorhanden ist. Diesem
Zweck kann Beispielsweise eine Anordnung dienen, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.
Hier sind insgesamt fünf Überwachungssysteme, bestehend aus den Überwachungsleitungen
8o bis 84, vorgesehen, die im normalen Zustand über die Transformatoren 2o bis 24
miteinander gekuppelt sind und gemeinsam auf das als Alarmrelais dienende Entladungsrohr
28 mit Gas- oder Dampffüllung einwirken. Es ist hier in Anbetracht dessen, daß nur
eine zentrale Überwachungseinrichtung vorgesehen zu sein braucht, durchaus lohnend,
hochempfindliche Ansprechorgane, wie z. B. ein Entladungsrohr irgendwelcher Art
zu verwenden. Wenn die Alarmvorrichtung angesprochen hat, kann man durch einen Umschalter
25 die Schaltung der Sekundärwicklungen: der Transformatoren 2o bis 24 so ändern,
daß sie nicht mehr, wie bisher, in Reihe miteinander an den Gitterkreis des Entladungsgefäßes
28 angeschlossen sind; sondern daß man die Möglichkeit hat, die Sekundärwicklungen
einzeln an das Entladungsgefäß anzuschalten. Hierzu dient das auf den Schienen 26
verschiebbare Laufkontaktpaar 27. Auf diese Weise kann man prüfen, welche von den
Überwachungsleitungen 8o bis 84 das Ansprechen des Entladungsgefäßes ausgelöst hat
und im Bereich welcher Überwachungsleitung demgemäß der Fehler zu suchen ist.
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Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung des Fehlerortes zeigt Fig.
6 im Schema. Hier ist außer dem Überwachungsleiter B noch ein besonderes Hilfsleitergebilde29,
das beispielsweise selber wieder als Maschennetz ausgestaltet sein kann, verlegt.
Dieses Hilfsleitungssystem 29 ist mit den den einzelnen Knotenpunkten des Hauptnetzes
entsprechenden Punkten des Überwachungsleiters 8 über hochohmige Widerstände oder
Kondensatoren 3o bis 35 verbunden. Hierbei ist es erforderlich, daß jeder Knotenpunkt
des Hauptnetzes von dem Überwachungsleiter nur einmal durchlaufen wird, um beispielsweise
beim Durchbrennen sämtlicher einem bestimmtem Knotenpunkt zugeordneter Sicherungen
eine eindeutige Angabe des Fehlerkontaktes zu erhalten. Man muß also die Überwachungsleitungen
so anordnen; wie das beispielsweise in Fig. -9 dargestellt ist.
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Die beiden Endklemmen 36 und 37 des Überwachungsleiters 8 sind mit
der Klemme 41 des Hilfsleitersystems 29 über je ein Voltmeter 38 bzw. 39 verbunden.
Gegebenenfalls kann auch noch ein Voltmeter4o zwischen den Klemmen 36 und 37 vorgesehen
werden. Wenn jetzt in irgendeinem Netzteil Sicherungen durchbrennen, so werden in
den entsprechenden Transformatorwicklungen, z. B. 6 und 7, Spannungen induziert,
die man sich ersetzt denken kann durch eine Spannungsquelle 54. Man erkennt, daß
zwischen der Klemme 41 und dem rechten Pol der angenommenen Spannungsquelle 54 die
Parallelschaltung von vier hochohmigen Widerständen 32 bis 35, zwischen der Klemme
41 und dem linken Pol der Spannungsquelle 54 dagegen die Parallelschaltung von nur
zwei Widerständen 30 und 31 liegt. Infolgedessen wird sich die Spannung
54 auf die beiden Voltmeter 38 und 39 so verteilen, daß das erstere die höhere Spannung
anzeigt. Je nachdem, an welcher Stelle die angenommene Spannungsquelle 54 liegt,
wird die Abweichung der Anzeigen der beiden Voltmeter 38 und 39 verschieden sein,
so daß man aus dem Vexhältnis der Voltmeberanschläge auf die Lage der durchgebrannten
Sicherung schließen kann. Da sich die Anzeige der beiden Voltmeter stufenweise ändert,
ist ein ziemlich genaues Bestimmen des Fehlerortes möglich.
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Es ist nicht erforderlich, daß die Alarmeinrichtung ständig von einem
Bedienungsmann überwacht wird. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, bei der Auslösung
des Alarmes die Spannungsangaben, aus denen sich der Fehlerort ermitteln läßt, schriftlich
niederzulegen. Eine Anordnung, die das ermöglicht; zeigt Fig.7. Im Normalzustand
liegt der Überwachungsleiter über die Klemmen 36, 37 an dem Gitterkreis des Verstärkerrohres
43. Sobald dieses anspricht, löst es über- einen Transformator 44 das Arbeitskontaktrelais
5o aus, das die Alarmhupe 49 einschaltet und gleichzeitig den Motor 48 in Betrieb
setzt. Dieser Motor treibt eine Trommel 47 an, die den Papierstreifen 46 eines schreibenden
Voltmeters 45 bewegt. Weiterhin ist mit dem Motor 48 ein Umschalter 42 gekuppelt,
der das Gitter des Entladungsgefäßes 43 abwechselnd an die Klemme 36 des Überwachungsleiters
8 und an die Klemme 41 des Hilf sleitersystems 29 (vgl. Fig. 6) anschaltet. Auf
diese- Weise wird das Voltmeter 45, dessen Stromkreis über einen Hilfskontakt des
Relais 5o geschlossen ist, so umgeschaltet, daß es abwechselnd der Schaltung des
Voltmeters 40 und der des Voltmeters 39 in Fig.6 entspricht. Aus der Verschiedenheit
der beiden
Anzeigen, die auf dem Papierstreifen 46 wiedergegeben
werden, kann man .dann die Lage der abgeschmolzenen Sicherungen bestimmen.
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Das Ruhekontaktrelais 51 'liegt in einem durch die Drossel 53 gegen
Wechselstrom abgeriegelten, durch die Batterie 52 gespeisten Gleichstromprüfkreis
für den Überwachungsleiter. Es ist spricht an, sobald dieser Leiter aus irgendeinem
Grunde unterbrochen wird und löst dabei durch Schließen seines Kontaktes die Alarmhupe
49 aus.
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Durch die Erfindung wird @ es ermöglicht, das Maschennetz unbedenklich
bis zur höchstmöglichen Belastungsgrenze auszunutzen; durch sofortiges Auffinden
des Fehlers wird ein weitgehender Schutz gegen Überlastung der gesunden Leiterteile
gewährleistet.