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Schutzeinrichtung für ortsveränderliche Stromverbraucher In vielen
Betrieben, vorwiegend in Betrieben unter Tage, wird verlangt, daß ortsveränderliche
Stromverbraucher, z. B. bei Beschädigung des Zuleitungskabels, abgeschaltet werden.
Zu diesem Zweck hat man als Zuleitungskabel besondere Gummischlauchleitungen entwickelt,
die einen oder mehrere Schutzschirme aus Drahtgeflecht haben. Durch Verwendung von
Schutzrelais, die an .diese Schutzschirme angeschlossen werden, hat man erreicht,
daß der Stromverbraucher bei Beschädigung des Zuleitungskabels abgeschaltet wird.
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Es läßt sich nun nicht vermeiden, daß die Schutzschirme gegen die
Netzphasen eine verhältnismäßig hohe Kapazität haben. Dies hat zur Folge, daß beim
Einschalten des Stromverbrauchers, insbesondere aber bei Erdschlüssen im Netz, in
-den bzw. in die Schutzschirme kapazitive Ladeströme hineinfließen, die so hoch
sein können, daß das Schutzrelais zum <lnsprechen gebracht und der Stromverbraucher
abgeschaltet wird, ohne daß eine Beschädigung des Zuleitungskabels vorliegt. Hierdurch
werden unerwünschte Betriebspausen verursacht.
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Um diesen Übelstand zu vermeiden, verwendet die Erfindung als Schutzrelais
ein in an sich bekannter Weise über Gleichrichter aus dem Netz erregtes Gleichstromrelais,
das eineGleichstromerregerwicklung und eine mit einem Kondensator in Reihe liegende,
ebenfalls an dem über einen Widerstand geerdeten Schutzschirm angeschlossene Hilfswicklung
besitzt, deren Wicklungssinn,dem der Erregerwicklung entgegengesetzt gerichtet ist.
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Durch die beim Einschalten des Stromverbrauchers und bei einem Erdschluß
im Netz auftretenden kapazitivenLadeströme, die mit annähernd gleicher Phasenverschiebung
sowohl über die Erregerwicklung als auch über die Hilfswicklung fließen, werden
zwar beide Wicklungen erregt, das Schutzrelais kommt aber trotzdem nicht zum Ansprechen,
da
diese beiden Wicklungen entgegengesetzten Wicklungssinn haben und sich infolgedessen
die magnetischen Wirkungen beider Wicklungen aufheben. Bei Schluß des Schutzschirms
mit einem geerdeten Metallteil fließt dagegen Gleichstrom nur über die Erregerwicklung
des Relais, während die Hilfswicklung, da sie mit dem Kondensator in Reihe liegt,
von dem Gleichstrom nicht durchflossen wird. Das Schutzrelais kommt also in diesem
Fall zum Ansprechen.
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In der Zeichnung ist das Stromlaufbild eines Ausführungsbeispiels
der Schutzschaltung nach der Erfindung dargestellt.
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Mit T f ist der einspeisende Transformator bezeichnet, von
dem aus beim Einlegen des Trennschalters Ty und beim Schließen der Hauptkontakte
Schi eines Schützes Sch die zu dem Stromverbraucher führenden Hauptleitungen
R, S, T gespeist'werden. Diese Hauptleitungen sind mit den Steuerleitungen L1, L2,
dem Schutzschirm SS und dem geerdeten Schutzleiter SL zu einem Kabel vereinigt.
Die Hilfsleiter werden von einem Spannungswandler W eingespeist, an dessen Sekundärwicklung
W2 über Gleichrichter G1, G2 der Schutzschirm SS angeschlossen ist. In dem Schutzleiter
liegt das Schutzrelais mit seiner Gleichstromerregerwicklung SRi und der hierzu
in Reihe mit einem Kondensator C parallel geschalteten Hilfswicklung SR2, deren
Wicklungssinn entgegengesetzt gerichtet ist wie der der WicklungSRi. Über den Widerstand
R1 ist der Schutzschirm SS mit dem geerdeten Schutzleiter SL verbunden. Die Steuerleitungen
L1 und L2 werden von der Sekundärwicklung W1 des Spannungswandlers W eingespeist.
Mit ER ist die Spule des Einschaltrelais ER bezeichnet. Der Sternpunkt des Transformators
T f ist einerseits über die Durchschlagsicherung D-Si mit Erde und über den
Widerstand R, mit dem Schutzleiter SL verbunden. Mit Bi ist der Kontakt des
Bimetallaus-. lösers und mit Sk der Kontakt eines Schnellauslösers im Stromkreis
der Primärwicklung des Spannungswandlers W bezeichnet.
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Beim Einschalten des Trennschalters Tr wird der Spannungswandler W
erregt. Die Sekundärwicklungen Wz' und W2 führen Spannung. Die Signallampe SZ leuchtet
auf. Nach dem Schutzschirm SS, der eine verhältnismäßig große Kapazität hat, fließt
über die Wicklungen SRi und SR,
des Schutzrelais ein Aufladestrom, der rasch
abklingt. Das Schutzrelais kann jedoch unter der Wirkung des Aufladestromes nicht
ansprechen, da der Wicklungssinn der Arbeitswicklung SR, und der Hilfswicklung SR2
entgegengesetzt ist und sich somit die magnetischen Wirkungen beider Spulen aufheben.
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Wird der Steuerknopf »Ein<, niedergedrückt, dann erhält das Einschaltrelais
ER Strom und schaltet über seinen Kontakt ER, das Schütz Sch ein,
das seinerseits den Selbsthaltekontakt Sch 2 und seine Hauptkontakte Schi
schließt. Über den Kontakt Sch2 wird das Einschaltrelais ER in der Einschaltstellung
festgehalten, auch wenn nach Loslassen des Steuerknopfes »Ein« dessen Kontakte unterbrochen
sind. Soll der Stromverbraucher abgeschaltet werden; dann wird am Steuerknopf »Aus«
der Stromkreis des Steuerrelais ER unterbrochen. Dieses fällt ab und unterbricht
an seinem Kontakt ER, den Stromkreiis der Schützspule Sch, so daß das Schütz
deu Stromverbraucher abschaltet.
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Bei Überlastung öffnet -der Bimetallauslöser seinen Kontakt
Bi und schaltet dadurch das Schütz' Scli direkt ab. Dieses schaltet wieder
an seinem Kontakt Sch, das Einschaltrelais ER ab. Beim Auftreten eines Kurzschlusses
in der Verbraucherzuleitung öffnet der Schnellauslöser den Kontakt Sk. Die Abschaltung
des Stromverbrauchers erfolgt wie vor.
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Bekommt der Schutzschirm SS bei Beschädigung mit einem geerdeten Metallteil
Schluß, dann bildet sich folgender Stromkreis aus: oberes Ende der Wandlerwicklung
W2, Gleichrichter Gi, Arbeitswicklung SR., Schutzschirm SS, geerdetes Metallteil,
Erde, Schutzleiter SL, Mitte der Wandlerwicklung W2. Die Hilfswicklung SR2 bleibt
stromlos, da über den Kondensator kein Gleichstrom fließen kann. Über die Arbeitswicklung
SR, wird das Schutzrelais erregt. Es spricht an und öffnet an seinem Umschaltkontakt
SR den Stromkreis des Einschaltrelais ER und der Signallampe L. Diese erlischt.
Das Einschaltrelais ER fällt ab und schaltet durch Öffnen des Schaltkontaktes ERi
das Schütz Sch ab. Gleichzeitig schließt das Schutzrelais an seinem Umschaltkontakt
SR seinen eigenen Selbsthaltestromkreis, so daß es nach dem Ansprechen eingeschalteit
bleibt.
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Bekommt eine Netzphase R, S oder T in der nach dem Stromverbraucher
abgehenden Leitung mit dem Schutzschirm Schluß, dann fließt der Wechselstrom von
der Netzphase über die Wicklung SR, und über den Kondensator C und die Hilfswicklung
SR2 und den Widerstand R2 nach dem Sternpunkt des einspeisenden Transformators
T f. Der über die Arbeitsspule SR, abfließende Strom ist ein Strom, der der
Phasenspannung nacheilt; denn die Wicklung SR, hat vorwiegend induktiven Widerstand.
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Ist der Kondensator groß genug bemessen" dann fließt über die Hilfswicklung
SR, ein Strom, welcher der Phasenspannung voreilt. Da die Wicklungen
SR, und SR, entgegengesetzten Wicklungssinn haben, müssen sich die magnetischen
Wirkungen der beiden Teilströme über die beiden Spulen SR, und SR2 addieren. Das
Schutzrelais SR spricht also an, wenn eine Netzphase des abgehenden Kabels mit dem
Schutzschirm Schluß bekommt.
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Hat das Netz irgendwo vor dein Trennschalter Ty Erdschluß; dann fließt
über die Arbeitswicklung in die Kapazität, die von den Netzphasen und dem Schutzschirm
gebildet wird, ein kapazitiver Ladestrom. Über die Hilfswicklung SR2 fließt ebenfalls
ein Ladestrom mit annähernd der gleichen Phasenverschiebung wie über die Arbeitswicklung
SR,. Da diese beiden Wicklungen entgegengesetzten Wicklungssinn haben, müssen sich
die magnetischen Wirkungen ,dieser beiden Ladeströme annähernd aufheben. Bei richtiger
Bemessung der Wicklungen SR, und 5R2 kann also das Schutzrelais bei einem Erdschluß
außerhalb
des Verbraucherstromkreises nicht ansprechen.
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Mittels des Prüfknopfes PR kann ein künstlicher Erdschluß des Schutzschirms
hergestellt werden, so daß das Schutzrelais auf einwandfreies Arbeiten überprüft
werden kann. Der Widerstand R1 ist ein Schutzwiderstand für die Gleichrichter und
soll verhindern, daß die Gleichrichter durchschlagen, wenn im Netz bereits ein Erdschluß
besteht und der Schutzschirm Berührung mit einer Phase des nach dem Stromverbraucher
abgehenden Kabels erhält.