DE744206C - Schutzeinrichtung fuer Schaltanlagen gegen Beschaedigungen durch freibrennende Kurzschlusslichtboegen - Google Patents

Description

• Schutzeinrichtung für Schaltanlagen gegen Beschädigungen durch freibrennende Kurzschlußlichtbögen Es ist bekannt, daB elektrische Lichtbögen infolge ihrer hohen Temperatur und ihrer Schmelzwirkung auf Metalle erhebliche Verwüstungen in Schaltanlagen anrichten können, indem z. B. Schaltgeräte, Wandler, Transformatoren und Leitungen der Hauptstrom- und Hilfsstromkreise durch Abbrand unbrauchbar gemacht werden.
• In dem Bestreben, die auf Funken- oder Lichtbogenbildungen zurückzuführenden Nachteile zu beheben, hat man versucht, einzelne Geräte und Maschinen mit Sicherheitseinrichtungen, insbesondere in Form von lichtempfindlichen Organen (Selenzellen) 'auszurüsten, die bereits beim Auftreten von Überschlägen zwischen Wicklungsteilen oder zwischen den Wicklungen und dem Eisen, also schon bei geringen Funkenerscheinungen oder Vorentladungen ansprechen sollen, um dadurch eine Störung kenntlich zu machen oder das Abschalten der Maschine einzuleiten. Hierbei sollte lediglich das Gerät, an dem Überschläge auftreten, von seiner Energiezufuhr abgeschaltet werden.
• Der°Nachteil derartiger und ähnlicher Schutzeinrichtungen besteht vor allem darin, daB ihre Ansprechorgane auch bei zufällig, also nicht vom Lichtbogen herrührenden Licht- oder Spiegelungserscheinungen das Abschalten des Gerätes herbeiführen.
• Dadurch, daB beim- Auftreten eines KurzschluBlichtbogens ein Stromimpuls gegeben wird, kann zwar bei einzelnen elektrischen Geräten, insbesondere bei elektrischen Schaltern oder bei sehr einfachen Anlagen, bei denen auf Überstrom ansprechende Relais beliebiger Art vorhanden sind, das Abschalten des jeweiligen in der Nähe des gefährdeten Anlageteils befindlichen Gerätes sofort oder nach einer im voraus eingestellten Zeitdauer durch Ansprechen des Relais herbeigeführt werden. Handelt es sich dagegen, wie dies meist der Fall ist, um elektrische Anlagen mit mehreren Leistungsschal-5 tern, Abzweigleitungen usw., bei denen wegen der erforderlichen Selektivität Relais verwendet werden, deren Auslösezeiten gestaffelt sind, so bereitet ein sofortiges selbsttätiges Abschalten des gefährdeten Anlageteils bei einem frei brennenden KurzschluBlichtbogen erhebliche Schwierigkeiten. Besonders schwierig ist es hierbei, solche Anlagenteile oder Geräte zum sofortigen Abschalten bei Eintritt eines Lichtbogenkurzschlusses zu bringen, bei denen sich die als Ansprechorgane dienenden Relais verhältnismäßig weit von der Anlagenstelle befinden, an der der Kurzschlußlichtbogen aufgetreten ist. Dies trifft z. B. bei Impedanzrelais zu.
• Die Erfindung, die sich auf eine Schutzeinrichtung für Schaltanlagen gegen Beschädigungen durch frei brennende Kurzschlußlichtbögen bezieht und bei der auf die physikalischen Wirkungen des Lichtbogens ansprechende Mittel, z. B. lichtempfindliche Auslöseorgane in der Nähe der gefährdeten Teile der Schaltanlage vorgesehen sind, geht von diesen vorstehend angegebenen schwierigen Voraussetzungen aus. Die Erfindung besteht darin, daß beim oder kurz nach dem Auftreten eines Lichtbogens die Schnellabschaltung des betroffenen Anlageteils nur dann erfolgen kann, wenn außer dem durch die Lichtstrahlung des Lichtbogens hervorgerufenen Strom der Lichtbogenstrom selbst auf die Abschalteinrichtungen (Relais, Leistungsschalter) einwirkt. Auf diese Weise wird vor allem ein fehlerfreies sofortiges Abschalten der gefährdeten Anlageteile beim Auftreten von frei brennenden Kurzschlußlichtbögen erzielt und die ausgedehnten elektrischen Schaltanlagen sowie ihre Teile vor unbeabsichtigten Abschaltungen geschützt.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen Fig. i eine schaubildliche Darstellung einer Schaltanlagenzelle mit den Ansprechmitteln .für das Sammelschienensystem, ' Fig. 2 und 3 Schaltungen für einen Leistungsschalter und Fig.:f einen pneumatischen Kontaktgeber. Gemäß Fig. i ist in einer Schaltanlagenzelle i ein Leistungsschalter 2 vorgesehen, der über Trenner 3. 'und Verbindungsleitungen an die Sammelschienen U, l', 11a' angeschlossen ist. In der Nähe der, Schalterzelle i befindet sich eine Photozelle 5, -die-.vorteilhaft mit einem Blendrohr 6 zur=Abhaltung von Fremdstrahlung versehen -ist. Die -Photozelle 5 spricht beim Auftreten eines. Lichtbogens durch Einwirkung der starken vom Lichtbogen.ausgehenden Strahlung an, um, wie nachstehend .näher erläutert wird, unter Verwendung von Primär- oder Sekundärauslösern, Primärrelais o. dgl. eine Schnellauslösung des Schaltgerätes zu vermitteln.
• Die Anordnung ist nun so getroffen, daß beim Auftreten des Lichtbogens nur der von diesem betroffene oder in Mitleidenschaft gezogene Teil der Anlage von der speisenden Stromquelle abgetrennt wird. Zu diesem Zweck kann man die ganze Anlage so aufteilen, daß man jedem Anlageteil eine Photozelle zuordnet. So kann man z. B. für jede Schaltanlagenzelle, d. h. für jeden dreipoligen Leistungsschalter, Trenner und deren Verbindungsleitungen eine Photozelle vorsehen. Außerdem kann man z. B. bei einem Doppelsammelschienensystem die Anordnung der Photozellen (vgl. Fig. _) so wälflen, daß beide Sammelschienensysteme von je einer Photozelle überwacht werden, d. h. daß ein Kurzschlußlichtbogen, der z. B. an den in Fig. i dargestellten Sammelschienen U, V, W auftritt, nur die gezeichnete Photozelle 5 und nicht etwa eine in dieser Figur nicht dargestellte Photozelle für das benachbarte Sammelschienensystem erregen kann.
• Die Schaltung kann, wie in Fig. 2 angedeutet, ausgebildet werden. Mit einem an das Netz angeschlossenen, ohne Verzögerung arbeitenden Überstromrelais 8 ist in an sich bekannter Weise ein mit einer einstellbaren Verzögerungsvorrichtung 14 versehenes Zeitrelais 12 in Reihe geschaltet, das beim Ansprechen des Überstromrelais 8 den Stromkreis einer Auslösespule i9 schließt, die über Zwischenglieder (z. B. ein Gestänge) und gegebenenfalls über eine Freilaufkupplung das Abschalten des Leistungsschalters 2 mit eingestellter Verzögerung vermittelt.
• Bei der Schalturig nach Fig. 2 ist ein Nebenstromkreis 7 vorgesehen, der eine Überbrückung des Zeitrelais derart gestattet, daß die Auslösespule ig des Leistungsschalters ohne Verzögerung erregt werden kann. Hierzu kann der Nebenstromkreis ? durch ein weiteres Relais 17 geschlossen werden, dessen Spule 18 gegebenenfalls von einer Photozelle -erregt wird.
• Bei einem normalen Abschalten wird also der Leistungsschalter über das Überstromrelais 8 und das Zeitrelais i2 mit gewünschter Ver-,ögerung ausgelöst. Tritt ein Kurzschlußlichtbogen auf, so wird die Photozelle 5 wirksam, 5o daß der Nebenstromkreis 7 mittels des Relais 17 geschlossen wird. Hierdurch wird die Auslösespule des Leistungsschalters z9 ohne Ver-,ögerung erregt und der Schalter sofort aus-;elöst.
• Infolge der gewählten Schaltung erfolgt die ,chnellauslösung ebenso wie die verzögerte Aus-.ösung in Abhängigkeit vom Ansprechen des )hne Verzögerung arbeitenden Überstromrelais B. :Auf diese Weise kann eine Schnellauslösung des Leistungsschalters nur dann erfolgen, sobald das Relais 8 infolge Überstromes und. gleichzeitig das Überbrückungsrelais 17 unter Erregung der Photozelle 5 durch die Strahlung eines frei brennenden Lichtbogens an dem durch sie überwachten Teil der Anlage anspricht.
• Nach Fig. 3 wird ein Primärrelais 22 verwendet, dessen Verzögerungsvorrichtung 24 dadurch überbrückt werden kann, daß eine zwischen der Verzögerungsvorrichtung 24 und dem Primärrelais 22 vorgesehene Verklinkung 25 beim Schnellauslösen durch ein im Stramkreis der Photozelle vorgesehenes Relais 26 gelöst? wird, so däß der im Stromkreis der Auslösespule ig des Leistungsschalters 2 vorgesehene Kontakt 27 ohne Verzögerung geschlossen wird.
• Bei den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung kann eine beliebige Verzögerungsvorrichtung verwendet werden. -So kann z. B. ein Druckluftkolben oder, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, eine Zahnstange benutzt werden, die über ein Ritzel mit einem Flügelrad zusammenarbeitet.
• An Stelle einer Photozelle können mehrere zu einem Setz zusammengebaute, hintereinandergeschaltete Zellen verwendet werden, um eine unmittelbare Betätigung des Überbrückungsrelais 17 zu erreichen, ohne daß die üblichen Versträrkerröhren angewendet werden müssen, die in Fig. 2 und 3 nicht dargestellt sind. Die von dem Kurzschlußlichtbogen ausgehende Lichtstrahlung stellt nur eine der Wirkungen dar, an denen das Auftreten eines frei in der Anlage brennenden Lichtbogens ermittelt werden kann. Es können auch andere Begleiterscheinungen des frei brennenden Kurzschlußlichtbogens, z. B. Wärme, Druckanstieg in der umgebenden Luft, zu dem gleichen Zweck nutzbar gemacht werden.
• So kann'die Wärmestrahlung des Lichtbogens ausgenutzt werden, um Hilfsstromkreise zu schließen, die das Kurzschließen der Zeitverzögerung der Generatorenschalter, Schalter der Speiseleitungen o. dgl. bewirken. Durch diese Maßnahme lassen sich Lichtbögen in den Schaltanlagen der Kraftwerke oder der Unterstationen oder an anderen Orten in kurzer Zeit löschen, so daß der durch den Lichtbogen hervorgerufene Abbrand und die dadurch verursachten Störungen auf ein: Mindestmaß beschränkt werden.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man einen pneumatischen Kontaktgeber verwendet. Ein derartiger Kontaktgeber spricht auf lokale Drucksteigerungen infolge der Erhitzung der Luft in Zellen und Sammelschienenabschnitten durch den Lichtbogen an. Der pneumatische Kontaktgeber kann als Membrankapsel (Fig.4), Blasebalg oder ähnlich ausgebildet und mit einem Kontakt 3o ausgerüstet sein. Beim Auftreten des Lichtbogens wird infolge der hierdurch hervorgerufenen Drucksteigerung die Membrankapsel zusammengedrückt, so daß der im Hilfsstromkreis vorgesehene Kontakt geschlossen wird.
• Als Ansprechmittel kann ferner ein B'olometer oder ein Bimetallstreifen benutzt werden. Auf diese Weise wird infolge der thermischen Einwirkung des Lichtbogens ein Kontakt betätigt, der den Hilfsstromkreis schließt.
• Es können ferner solche Ansprechmittel benutzt werden, die zugleich auf mehrere Eigenschaften des Lichtbogens ansprechen-Schließlich können auch optische oder akustische Signalvorrichtungen angewandt werden, die beim durch das jeweilige. Ansprechmittel verursachten Kurzschließen der Zeitverzögerungsvorrichtung wirksam werden.
• Jede dieser Einrichtungen zum Kenntlichmachen des Auftretens frei brennender Lichtbögen in der Schaltanlage wird zweckmäßig mit Blendschirmen versehen, die eine Erregung der Photozellen, Druckkapseln oder Bolometer durch andere Strahlungs-, Druck- und Wärmequellen ausschließen, als durch den in ihrem Überwachungsbezirk auftretenden Lichtbogen. Hierzu werden rohr- oder trichterförmige Gebilde angebracht, wie sie z. B. in Fig. i angedeutet sind. Um unerwünschte Beeinflussungen der Photozellen durch Fremdbestrahlung, z. B. durch die schwankende Helligkeit des Tageslichtes zu vermeiden, kann in an sich bekannter Weise dieser Einfluß durch Anwendung einer Brückenschaltung ausgeschlossen werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schutzeinrichtung für Schaltanlagen gegen Beschädigungen durch frei brennende Kurzschlußlichtbögen, bei der auf die physikalischen Wirkungen des Lichtbogens ansprechende Mittel, z. B. lichtempfindliche Auslöseorgane in der Nähe der gefährdeten Teile der Schaltanlage vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim oder kurz nach dem Auftreten eines Lichtbogens die Schnellabschaltung des betroffenen Anlageteils nur dann erfolgen kann, wenn außer dem durch die Lichtstrahlung des Lichtbogens hervorgerufenen Strom der Lichtbogenstrom selbst auf die Abschalteinrichtungen (Relais 8, Leistungsschalter ig) einwirkt (Fig.2).
2. 2. Schutzeinrichtung für Schaltanlagen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die für den normalen Betrieb eingestellte Zeitverzögerung der Relais (i2) für die zum Schutze dienenden Schalter (ig) beim Auftreten eines Lichtbogens durch einen mittels eines Relais (=7) eingeschalteten Umgehungsstromkreis (7) unwirksam gemacht wird.
3. 3. Schalteinrichtung für Schaltanlagen nach den Ansprüchen i und 2, dadurdh gekennzeichnet, daß die auf die physikalischen Erscheinungen des Lichtbogens ansprechenden Mittel Abschirmvorrichtungen, z. B. Blenden (6), aufweisen, so daß eine Erregung des Ansprechmittels durch fremde Energiequellen verhindert ist. q.. Schutzeinrichtung für Schaltanlagen nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellabschaltung ebenso wie die verzögerte Auslösung in Abhängigkeit vom Ansprechen eines ohne Verzögerung arbeitenden Überstromrelais ($) erfolgt. 5. Schutzeinrichtung für Schaltanlagen nach den Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die einem Anlageteil zugeordnete lichtempfindliche Zelle mit einer Anzahl Zellen zu einem Satz zusammengebaut ist, die miteinander in Reihe liegen. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschrift ....... Nr. 649 615; österreichische - . . . . . . . . - 99 271; # schweizerische Patentschriften . - io5 ioo, 146 363.