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Schutzeinrichtung für ortsveränderliche fernsteuerbare Stromverbraucher
Für den Betrieb ortsveränderlicher, .elektrisch angetriebener Arbeitsmaschinen ist
vorgeschrieben, in dem Kabel, das von der Stromquelle, beispielsweise einem Transformator,
zum Stromverbraucher, bei-@spielsweise dem Motor der Arbeitsmaschine, führt, einen
geerdeten Schutzleiter mitzuführen, dessen Erdung in der Nähe der Stromquelle vorgenommen
wird. Es ist bekannt, in dem Kabel außerdem eine Steuerleitung zu verlegen, über
die von der Arbeitsmaschine aus ein in der Nähe der Stromquelle angeordneter Schalter
oder Schütz zwischen der Stromquelle und den Motorzuleitungen im Kabel gesteuert
wird. Ferner ist es bekannt, um die isolierende Hülle, welche die das Kabel enthaltenden
Leitungen umgibt, zwei konzentrische Lagen feiner Drähte anzubringen, die gegeneinander
ebenfalls isoliert sind und. die als Außen- bzw. Innenschirm bezeichnet werden.
Diese Schutzschirme können auch durch in die Isolierung eingebrachte Schichten von
feinverteilten Metallteilchen gebildet werden.
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Es ist bereits eine Schutzschaltung vorgeschlagen worden, die unter
Mitverwendung der beiden Schutzschirme eine selbsttätige Abschaltung des Motors
der ortsveränderlichen Maschine bei Beschädigung des Kabels durch äußere Einflüsse
oder beim Bruch der Erd- oder Steuerleitung oder bei Erdschluß einer Netzphase unter
Verwendung nur eines zusätzlichenRelais außerdem Steuerrelais herbeiführt.
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Hierbei ist entweder ein besonderes Halterelais am Steuerstand zur
Überbrückung des Einschaltdruckknopfes
oder die Verlegung einer
weiteren Steuerleitung im Kabel für den Haltestromkreis des Steuerrelais erforderlich
.gewesen.
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Die Erfindung bezweckt, ohne diese zusätzlichen Mittel auszukommen
und dabei die selbsttätige Abschaltung des Stromverbrauchers herbeizuführen, wenn
bei -Beschädigung des Kabels durch äußere Einflüsse einer der Schutzschirme mit
dem anderen Schutzschirm oder mit einem Metallteil oder einer Motorphase Kontakt
bekommt, jedoch eine Abschaltung zu vermeiden, wenn eine Netzphase Erdschluß hat.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein von einer Sekundärwicklung
eines Spannungswandlers gespeistes Einschaltrelais für das Schütz zwischen der Stromquelle
und der Motorzuleitung und ein von einer anderen Sekundärwicklung des Spannungswandlers
gespeistes Schutzrelais vorgesehen sind, der Erregerstromkreis für das Einschaltrelais
über einen der Schutzschirme, den Einschaltdruckknopf und den geerdeten Schutzleiter
geführt ist und daß der Haltestromkreis des Einschaltrelais oder des Schützes über
einen Ruhekontakt des Schutzrelais verläuft, .das zwei getrennte Teilwicklungen
hat, von denen die eine mit dem Außenschirm in Reihe und die andere zwischen Innenschirm
und Schutzleiter geschaltet ist.
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In der Zeichnung sind in Fig. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung an Hand je eines Schaltbildes dargestellt, in dem alle Teile, wie z. B.
Sicherungen, Auslöser u. dgl., weggelassen sind, die für das Verständnis der Erfindung
nicht erforderlich sind. Übereinstimmende Teile sind in den beiden Figuren mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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In Fig. i sind RST die von der Stromquelle, z. B. Transformator TR,
ankommenden Phasen des Zuleitungskabels. In dieses sind die Hauptkontakte des dreipoligen
Schützes S ,geschaltet. UVW sind die Ableitungen vom Schütz nach dem Motor. Als
Ableitung nach dem Motor wird eine Gummischlauchleitung angenommen, in der unter
einem äußeren Gummimantel die beiden Schutzschirme, Außenschirm A und Innenschirm
J, sowie die geerdete Schutzleitung L und. die Steuerleitung ST eingebettet sind.
Die Schirme sind gegeneinander und gegen die Netzphasen, den Schutzleiter L und
den Steuerleiter ST isoliert. Die Schutzschirme können z. B. aus einem Metalldraht
bestehen, der in geringem Abstand senkrecht zur Leiterachse um .die Leitung herumgewickelt
ist. Der dem Haupt-Leiter benachbarte Schutzschirm ist der Innenschirm, der darüberliegende
Schutzschirm ist der Außenschirm. Der Steuerstromkreis und der Schutzstromkreis
werden über einen Spannungswandler eingespeist. Für den Steuerstromkreis und. den
Schutzstromkreis sind an dem Spannungswandler getrennte Sekundärwicklungen vorgesehen.
E ist das Einschaltrelais, über das das Schütz S ein- und ausgeschaltet wird. SR
ist das Schutzrelais, das bei Beschädigung der Motorzuleitung .das Schütz abschaltet.
Im vorliegenden Fall wird das Schutzrelais SR mit Gleichstrom eingespeist, wodurch
geringste Stromaufnahme des Schutzrelais ermöglicht wird. Die Wicklung des Schutzrelais
SR ist in zwei elektrisch getrennte Teilwicklungen SR i und. SR2 unterteilt, von
denen die eine Teilwicklung SR i zwischen Innenschirm und Schutzleiter, die andere
Teilwicklung SR 2 mit dem Außenschirm in Reihe geschaltet wird. Diese Unterteilung
der Wicklung des Schutzrelais SR hat den Vorteil, daß man die angestrebte Schutzwirkung
mit einem einzigen Schutzrelais erreicht. Der Schutzleiter L ist in Nähe .des einspeisenden
Transformators TR geerdet. Das Einschalten des Schützes S erfolgt über den Druckknopf
»Ein«, .das Ausschalten über den Druckknopf »Aus «. Der Prüfknopf dient zum Überprüfen
des Schutzrelais SR. Beim Niederdrücken dieses Druckknopfes muß das Schutzrelais
SR ansprechen und das Schütz abschalten.
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Durch die Schutzschaltung soll erreicht werden, daß der Stromverbraucher
(Motor 111) bei folgenden Störungen abgeschaltet wird: i. Unterbrechung des Schutzleiters
L, um den Betrieb mit ungeerdetem Motor zu verhindern; 2.. äußere Beschädigung .der
Motorleitung durch geerdete Metallteile, um das Bloßlegen der spannungsführenden
Motorphasen und Funkenbildung zu verhindern; 3. Beschädigung der Motorleitung durch
nicht geerdete Teile, z. B. Werkzeuge, um Funkenbildung und Berührungsspannungen
zu verhindern; q.. Schluß. einer der Motorphasen UVW mit dem Innenschirm beim Quetschen
der Motorzuleitung oder beginnenden Aderbrüchen. Das Abschalten soll dagegen nicht
erfolgen, wenn eine der Netzphasen RST oder der Motorphasen UVW Erdschluß hat. Hierdurch.
soll erreicht werden, daß bei Erdschluß des Netzes der Stromverbraucher in dringenden
Fällen im Betrieb bleiben kann.
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Die Arbeitsweise der Schutzeinrichtung ist wie folgt: Beim Drücken,des
Druckknopfes »Ein« fließt der Strom von dem linken Ende der Sekundärwicklung W i
des Spannungswandlers über die Wicklung des Einschaltrelais E, den Ruhehilfskontakt
s, des Schützes S, den Innenschirm J, die Kontakte des Druckknopfes »Ein«, dieKontakte
am Druckknopf »Aus«, die Sicherung S i, den: Schutzleiter L, den Umschaltkontakt
sr am Schutzrelais SR, der bei ungestörtem Betrieb die dargestellte Lage einnimmt,
nach dem anderen Ende der Sekundärwicklung W i. Das Einschaltrelais E spricht an
und schließt seinen Kontakt e2 im Stromkreis der Schutzspule S, so daß diese erregt
wird und das Schütz einschaltet, sowie seinen Kontakt e i, der zwischen der Wicklung
des Einschaltrelais E und dem Steuerleiter ST liegt. Beim Einschalten unterbricht
das Schütz über seinen Hilfskontakts die Zuleitung von der Spule .des Einschaltrelais
E zum Druckknopf »Ein«. Das Einschaltrelais E f:Jüllt jedoch nicht ab, da es sich
über seinen Kontakte i hält. Beim Drückendes Steuerknopfes »Aus« wind dieser Selbsthaltestromkreis
das Einschaltrelais E unterbrechen, so daß es abfallen muß, und durch Öffnen des
Kontakts e2 das Schütz S zum Abfallen bringt. Bei äußerer Beschädigung der Motorleitung
durch ein geerdetes Metallteil bekommt der Außenschirm
A Erdschluß.
Es bildet sich dann folgender Stromkreis aus: Äußeres Ende der Sekundärwicklung
W2 des Spannungswandlers, Gleichrichter, Spule SR2 des Schutzrelais SR, Außenschirm
A, geerdetes Metallteil, Erde, geerdeter Schutzleiter L, Spule SR i des Schutzrelais
SR, Mittenanzapfung der Sekundärwicklung Wz. Das Schutzrelais SR spricht an und
legt seinen Umschaltkontakt sr um. Hierdurch wird der Stromkreis des Einschaltrelais
E unterbrochen. Das Einschaltrelais E fällt ab und öffnet seine Kontakte. Durch
Öffnen des Kontakts e2 wird. der Stromkreis .der Schützspule S unterbrochen, so
daß das Schütz abfällt.
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Über seinen Umschaltkontakt sr in der oberen Lage schließt das Schutzrelais
SR seinen eigenen Selbsthaltestromkreis. Hierdurch wird erreicht, daß das Einschaltrelais
E nicht eingeschaltet werden kann, solange :das Schutzrelais SR in,dier Ansprechstellung
verbleibt. Das Abfallen des Schu.tzirelais SR kann durch eine Löschtaste erreicht
werden, die im Selbsthalt-estromkreis des Schutzrelais SR liegt. Diese Löschtaste
ist jedoch nicht eingezeichnet.
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Wird der Außenschirm A durch ein Metallteil mit dem Innenschirm T
leitend verbunden, dann fließt der Strom von den äußeren Enden der Sekundärwicklung
W2 des Spannungswandlers über die Gleichrichter, die Teilwicklung SR2 des Schutzrelais
SR, den Außenschirm A, das Metallteil, das die beiden Schirme verbindet, den Innenschirm
nach der Mittenanzapfung der Sekundärwicklung W2. Bei richtiger Bemessung der Teilwicklung
SR2 spricht das Schutzrelais SR an und unterbricht an seinem Umschaltkontakt
den Erregerstromkreis des Einschaltrelais E, so daß .dieses abfällt und das Schütz
S in gleicher Weise wie vor zum Abschalten bringt. Gleichzeitig schließt das Schutzrelais
SR seinen Selbsthaltestromkreis, so daß es in .der Ansprechstellung verbleibt, bis
es durch besondere Maßnahmen zum Abfallen gebracht wird.
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Bei Schluß ,einer der Phasen UVW mit dem Innenschirm bildet sich folgender
Stromkreis aus: Netzphase, Innenschirm i, Teilwicklung SR i des Schutzrelais SR,
Schutzleiter, Sternpunkt des Transformators TR. Das Schutzrelais SR spricht an,
schaltet das Einschaltrelais E ab, und schließt seinen eigenen Selbsthaltestromkreis.
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Hat eine Motorphase Erdschluß, dann entsteht ein Kurzschluß, sobald
eine andere Motorphase mit dem Innenschirm Schlugß, hat und,der »Ein«-Druckknopf
betätigt wird. Um Schäden durch .den Kurzschluß-strom zu verhindern, muß in der
Verbindung zwischen :dem »Ein«-Druckknopf und der Erde eine Sicherung Si gelegt
werden. Diese spricht an, sobald der Druckknopf »Ein« betätigt wird, wenn der Motor
im Erdschluß gefahren wird und der Innenschirm mit einer Netzphase Schluß bekommt.
Hat das Einschaltrelais einen kleinen Leistungsverbrauch, dann kann an Stelle der
Sicherung ein Strombegrenzungswiderstand treten.
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Der Einbau dieser Sicherung bzw. des Stromb,egrenzungswi@derstandes
kann an vorhandenen Maschinen mit eingebautem Steuerschalter Schwierigkeiten machen
oder sogar unmöglich sein. In diesen, Fällenkann,dienachstehend an.HandvonFig.2
beschriebene Schutzeinrichtung angewandt werden.
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Bei dieser Schutzeinrichtung wird der Außenschirm A als Einschaltphase
für das Einschaltrelais E benutzt. Durch geeignete Kontaktanordnung am Schütz S
und .dem Einschaltrelais wird erreicht, daß das Schutzrelais SR nur in .der Einschaltstellung
des Schützes nach Loslassen des D,rucicknopfes »Ein« ansprechen kann. Der Einfachheit
halber ist angenommen, daß die Schützspule über den Spannungswandler eingespeist
wird. Wird .die Schützspule vom Netz eingespeist, dann muß .ein zusätzliches Halterelais
vorgesehen werden, das die für die Umschaltung des Außenschirmes erforderlichen
Kontakte erhalten kann.
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Die Arbeitsweise dieser Schutzeinrichtung ist wie folgt: Beim Betätigen
des Druckknopfes »Ein« wird folgender Stromkreis geschlossen: Linkes Ende der Sekundärwicklung
W i des Spannungswandlers, Wicklung des Einschaltrelais E, Außenschirm A, Kontakte
am Druckknopf »Ein«, Schutzleiter L, Ruhekontakt sr am Schutzrelais SR, rechtes
Ende der Sekundärwicklung W i. Das Einschaltrelais spricht an und legt seinen Umschaltkontakte
um, wodurch der Stromkreis des Schutzrelais SR unterbrochen wird. Dieses kann also
nicht ansprechen, solange sich das Einschaltrelais E in .der Ansprechstel'lu@ng
befindet, ,d. h.,der Druckknopf »Ein« niedergedrückt wird. In der Ans.prechstellung
schließt das Einschaltrelais E für die Einschaltspule des Schützes S folgenden Erregerstromkreis:
Linkes Ende der Sekundärwicklung W i, Schützspule S, Arbeitskontakt e, Ruhekontakt
sr am Schutzrelais SR, rechtes Ende .der Wandlerwicklung W i. Das Schütz S spricht
an und legt über seinen Hilfskontakt S i die Teilspule SR 2 des Schutzrelais SR
an den Außenschirm. Das Schutzrelais SR kann aber nicht ansprechen, solange sein
Stromkreis an dem Kontakt e unterbrochen ist. Über einen zweiten Hilfskontakt s2
legt sich das Schütz S über den Steuerleiter SZ`, den Druckknopf »Aus.«, den Schutzleiter
L und dem Ruhekontakt sr in einen eigenen Selbsthaltestromkreis. Wird,der Druckknopf
»Ein;« losgelassen, dann unterbricht er an seinen Kontakten den Stromkreis für das
Einschaltrelais E. Dieses fällt ab und legt seinen Kontakt e in die dargestellte
Ruhelage um. Das Schütz S fällt jedoch nicht ab, da es sich über den Kontakt s2
hält. Nach dem Abfallen legt das Einschaltrelais E über seinen Kontakt
e die Teilspule SR i des Schutzrelais SR an den Schutzleiter. Dadurch
wird das Schutzrelais SR in Bereitschaftsstellung gebracht. Ein Ansprechen des Schutzrelais
SR ist im ungestörten Netz jedoch nicht möglich, da das Umschalten in die Bereitschaftsstellung
nur nach Loslassen des Druckknopfes »Ein« erfolgen kann,,d.h. nachdem die Verbindung
des Außenschirmes mit dem Schutzleiter über den Druckknopf »Ein« aufgehoben ist.
Soll das Schütz betriebsmäßig abgeschaltet werden, dann ist der Druckknopf »Aus«
zu betätigen. Hierdurch, wird der Erregerstrom der Schützspule unterbrochen, wodurch
das Schütz zum Abschalten gebracht wird.
In Betriebsstellung der
Schutzeinrichtung sind die Kontakte s i und s 2 sowie der Ruhekontakte geschlossen.
Wird die Motorleitung durch, ein geerdetes Metallteil so weit beschädigt, daß, der
Außenschirm mit dem geerdeten Metallteil Kontakt bekommt, dann bildet sich folgender
Stromkreis aus: Außenenden der Sekundärwicklung W2", Gleichrichter, Teilspule SR2
des Schutzrelais SR, Kontakt s i, Außenschirm, geerdetes Metallteil, Erde, geerdeter
Schutzleiter L, Ruhekontakt e, Teilspule SR i des Schutzrelais SR,
Mittenanzapfung der Sekundärwicklung W2. Das Schutzrelais SR spricht an und öffnet
an -dem Ruhekontakt sr den Haltestromkreis der Schützspule S. Das Schütz fällt ab
und schaltet den Stromverbraucher ab. Beim Ansprechen schließt das Schutzrelais
SR über den Arbeitskontakt sr seinen eigenen Selbsthaltestromkreis, so daß es in
der Ansprechstellung bis zur Unterbrechung des Selbsthaltestromkreises verbleibt.
Solange das Schutzrelais SR in der Ansprechstellung sich befindet, ist der Einschaltstromkreis
des Einschaltschützes E unterbrochen, so daß das Schütz nicht eingeschaltet werden
kann.
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Wird die Motorleitung bei eingeschaltetem Schütz von einem nicht geerdeten
Metallteil so weit beschädigt, daß der Außen- und Innenschirm über das Metallteil
leitend verbunden werden, dann erhalt die Teils,puleSR2 das Schutzrelais SR über
folgenden Stromkreis Strom: Außenenden der Sekundärwicklung W2, Gleichrichter, Teilspule
SR :2 des Schutzrelais SR; Kontakt s i, Außenschirm A, Metallteil,
Innenschirm T, Mittenanzapfung der Sekundärwicklung Wz. Bei richtiger Dimensionierung
der Teilspule SR2- spricht das Schutzrelais SR an und öffnet seinen Ruhestromkontakt
sr, wodurch der Haltestromkreis der Schützspule unterbrochen wird. Dieses schaltet
ab. Beim Ansprechen schließt das Schutzrelais SR an seinem Arbeitskontakt den eigenen
Selbsthaltekontakt und verbleibt in der Ansprechstellung, auch wenn das- Schütz
abgefallen ist.
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Bekommt der Innenschirm im Betrieb mit einer Motorphase Schluß, dann
ist folgender Stromkreis geschlossen: Netzphase, Innenschirm, TeilspuleSR i .des
Schutzrelais SR, Ruhekontakt e, Schutzleiter L, Sternpunkt des Transformators RT.
Das Schutzrelais SR spricht an und schaltet das Schütz wie vor ab.
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Mittels der beschriebenen Schutzeinrichtung können mit wenig Aufwand
auch bereits vorhandene Maschinen betrieben werden, ohne daß ein nachträglicher
Umbau erforderlich ist. Der Außenschirm wird ständig, d. h. bei jedem Einschalten,
auf guten Kontakt überprüft. Ein Prüfknopf für Überprüfung der Arbeitsweise über
den Außenschirm ist nicht erforderlich. Bei eingeschaltetem Motor braucht nur der
»Ein«-Druckknopf niedergedrückt zu werden. Wenn die Schutzeinrichtung in Ordnung
ist, dann muß das Schutzrelais SR ansprechen. Will man erreichen, daß die Selbsthaltung
des Schutzrelais SR von der Maschine aus aufgehoben werden soll, dann ist die Verbindung
der Teilspule SR i, die über den Ruhekontakt e nach dem Schutzleiter führt, nicht
an diesen, sondern hinter dem Kontakt s:2 an den Steuerleiter ST zu legen.
In diesem Fall wird: beim Niederdrücken des Druckknopfes »Aus« der Selbsthaltestromkreis
.des Schutzrelais SR unterbrochen.