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Erdschluß-Schutzschaltung für Hochspannungsleitungen In verstromten
Grubenbetrieben ist man heute oft gezwungen, den einspeisenden Krafttransformator
möglichst nahe an den Abbau heranzubringen. Dies bedingt eine Verlegung der Hochspannungskabel
bzw. Hochspannungsleitungen in Strecken, die oft begangen werden. Da in diesen Strecken
laufend Arbeiten ausgeführt werden müssen, sind die Hochspannungsleitungen, die
in diesen Strecken verlegt sind, Beschädigungen ausgesetzt. Durch beschädigte Hochspannungsleitungen
können aber Berührungsspannungen übertragen werden, derenAuftreten in Grubenbauen
besonders gefährlich ist.
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Schaltet man zwischen den Hochspannungssternpunkt und den Erdleiter
ein Auslöserelais, dann kann man beim Auftreten eines Erdschlusses den Hochspannungsschalter
über dieses Auslöserelais zum Ausschalten bringen und so @die beschädigte Ableitung
abschalten. Durch das Abschalten der beschädigten Hochspannungsleitung wird auch
die Berührungsspannung abgeschaltet.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei mehreren Transformatoren,
die am gleichen Hochspannungsnetz liegen, alle Transformatoren abgeschaltet werden,
deren hochspannungsseitige Sternpunkte über ein Auslöserelais an den Erdleiter gelegt
sind. Es treten dann durch die Abschaltung der gesunden Netzteile unnötige Betriebsstörungen
auf. Darüber hinaus muß noch durch umständliche Messungen festgestellt werden, in
welchem Netzteil der Erdschluß aufgetreten ist.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und unter Verwendung
eines alle drei Netzphasen des Hochspannungskabels oder -leitung umgebenden Schutzleiters
oder von einzelnen Schutzleitern für jede Netzphase erreicht sie dies dadurch, daß
die Schutzschirme in zwei sich von den Enden
des zu schützenden
Abschnittes bis zur Mitte erstreckende und dort voneinander getrennte Hälften unterteilt
sind, deren äußere Enden an zwei in Reihe geschaltete Stromwicklungen eines Wandlers
geführt sind, deren andere Enden miteinander und mit dem geerdeten Schutzleiter
des Netzes verbunden sind und so abgestimmt und gewickelt sind, daß in einer dritten,
ein Auslöserelais od. dgl. speisenden Wicklung des Wandlers nur eine die Auslösung
bewirkende Spannung erzeugt wird, wenn das Gleichgewicht der Schaltung durch einen
Schluß einer oder mehrerer Netzphasen mit dem Schutzschirm gestört wird.
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In der Zeichnung sind in Fig. i und 2 zwei Ausführungsbeispi:le der
Erfindung dargestellt. Einander entsprechende Teile sind in den beiden Figuren mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Nach Fig. i enthält das Hochspannungskabel bzw. Hochspannungsleitung
einen als Schutzschirm dienenden Metallbelag oder ein Metallgeflecht Sch aus dünnen
Drähten, das von den spannungsführenden Phasen R, S, T ausreichend isoliert ist.
Dieser Schutzschirm umschließt konzentrisch alle drei 1Vetzphasen. Leitungen mit
derartigen Schutzschirmen sind bekannt.
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Als Schutzeinrichtung dient ein Wandler; der auf einem geschlossenen
Eisenkern drei Wicklungen trägt. Die Wicklungen WI und I1'2 sind so hintereinandergeschaltet,
daß in dem Eisenkern ein geschlossener magnetischer Fluß erzeugt wird, wenn ein
Strom beide Wicklungen in Reihe durchfließt. Zwecks Ausgleichs etwaiger Ungleichheiten
können die Spulen W1 und W2 einige Anzapfungen erhalten. Der Punkt, an dem die beiden
Spulen Z31 und W2 in Reihe geschaltet sind, ist elektrisch leitend mit dem geerdeten
Schutzleiter SL verbunden. Von den freien Enden der- beiden Wicklungen WI und W2
wird das eiaie Ende dr einen Wicklung, z. B. W1, am Anfang der Hochspannungsleitung
an den Schutzschirm, das freie Ende der anderen Wicklung, z. B. W2, am Ende des
Hochspannungskabels an den Schutzschirm gelegt. Der Schutzschirm ist etwa in der
Mitte so unterteilt, daß die beiden Teile elektrisch nicht miteinander verbunden
sind.
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Der Wandler erhält außerdem noch eine dritte Wicklung W3, an die ein
Auslöserelais R angeschlossen ist, das über einen Gleichrichter G in Brückenschaltung
eingespeist wird und zur Steuerung der Auslösespule des dem zu schützenden Leitungsabschnitt
vorgeschalteten Hochspannungsschalters dient. Im Stromkreis des Relais R liegt ferner
ein Strommesser A. Es ist zweckmäßig, den Nullpunkt der Skala des Strommessers etwa
in die Mitte des Skalenbereiches zu legen. Man kann dann leicht das Gerät durch
Anschluß der Schutzschirme an die einzelnen Anzapfungen der Wicklungen W1 und W2
so abstimmen, daß bei ungestörtem Netz über das Relais praktisch kein Strom fließt.
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In jedem Netz fließen über dem Erdleiter kapazitive Ladeströme. Da
der Schutzschirm alle drei Phasen R, S, T umschließt, rnuß die geometrische Summe
der kapazitiven Ladeströme, die von den drei Phasen auf den Schirm übertragen werden,
gleich Null sein, wenn die Spannung der Phasen untereinander gleich ist. Da der
Schutzschirm eine verhältnismäßig große Kapazität hat, werden auch bei ungestörtem.
Netz vom geerdeten Schutzleiter nach dem Schutzschirm kapazitive Ladeströme fließen.
Weil aber der Anschluß des Schutzschirmes an die Wicklungen TV' und W2 symmetrisch
erfolgt, werden über jede der beiden Wicklungen TV' und IV2 Ströme fließen, die
annähernd gleich sind. Diese beiden Ströme fließen in gleichen Wicklungen im entgegengesetzten
Drehsinn. Die von ihnen erzeugten magnetischen Flüsse müssen sich also gegenseitig
aufheben, so daß in der Wicklung WS praktisch keine Spannung induziert wird.
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Tritt im Hochspannungsnetz außerhalb der abgeschirmten Hochspannungsleitung
ein Erdschluß auf, dann fließen von der erdgeschlossenen Netzphase über den geerdeten
Schutzleiter nach dein Schutzschirm kapazitive Ladeströme, die wesentlich größer
sind als die Ladeströme, die im gesunden Netz fließen. Aber auch die größeren Ladeströme
durchfließen in gleicher `'eise die Wicklungen TV' und W':, so daß auch bei
Erdschluß außerhalb der abgeschirmten Hochspannungsleitung in der Wicklung f'3 keine
nennenswerte Spannung erzeugt «-erden kann.
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Bekommt innerhalb der _Uschirinu-ng eine Phase des Netzes mit dem
Schutzschirm Schluß, dann wird diese Hälfte des Schutzschirmes auf das Potential
der Phase gebracht. Von der kranken Phase fließt jetzt ein Ladestrom nach der anderen
Hälfte des Schutzschirmes, die keinen Schluß mit der Netzphase hat. Der kapazitive
Ladestrom, der nach der gesunden Hälfte der abgeschirmten Hochspannungsleitung fließt,
durchfließt aber die Wicklungen WI und W2 so, daß die Drehrichtung des Stromes in
der einen Wicklung der Drehrichtung in der anderen Wicklung entgegengesetzt ist.
Die magnetischen Wirkungen der Ströme, die jetzt durch die Spule fließen, addieren
sich. Im Eisenkern des Wandlers entsteht ein magnetischer Fluß, der in der Wicklung
WS eine Spannung erzeugt, welche das Relais R zum Ansprechen bringt. Dieses Relais
führt dann die Abschaltung des vor der kranken Leitung liegenden Hochspannungsschalters
herbei.
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Von der kranken Stelle fließt außerdem über die eine Wandlerwicklung
W1 oder W2 ein zusätzlicher kräftiger Ladestrom nach dem Schutzleiter, der eine
zusätzliche magnetische Wirkung in dem Eisen des Wandlers erzeugt. Es wird daher
bei Schluß des einen Schirmteiles mit einer Phase in der Wicklung WS eine kräftige
Spannung erzeugt, die das Relais R sicher zum Anspr:chen bringt.
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Wird nach Fig.2 eine Hochspannungsleitung verwendet, bei der jede
Netzphase einen eigenen Schutzschirm hat, dann bleibt die Anordnung etwa die gleiche.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die drei Schutzschirme der drei Netzphasen etwa in der Mitte
der Leitung ebenfalls so getrennt, daß jeder Netzphase zwei Teilschirme zugeordnet
sind. Die drei Teilschirme,
die über eine halbe Leitungslänge sich
erstrecken, sind an dem einen Ende miteinander und mit den freien Enden der Wicklungen
W1 und W2 verbunden. Die Schutzschaltung arbeitet dann genau so wie die Schaltung
nach Fig. r.