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Erdschlußanzeiger
Zur selektiven Erfassung von kurzzeitigen Erdschlüssen
in Starkstromanlagen, sogenannten Erdschlußwischern, benutzt man bekanntlich die
mit dem am Anfang jedes Erdschlusses auftretenden kapazitiven Ladestoß verbundenen
Vorgänge zur Richtungsanzeige. Man erfaßt dabei entweder das Vorzeichen der ersten
Halbwelle des Erdschluß-bzw. Unsymmetriestromes oder das Vorzeichen des dem Erdschlußstrom
überlagerten abklingenden Gleichstromgliedes und vergleicht es mit dem Vorzeichen
der entsprechenden Größe der Unsymmetriespannung. Im ersten Fall braucht man sehr
flinke, im zweiten Fall träge Ansprechglieder.
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Die auf Erfassung des Gleichstromgliedes gerichteten Anordnungen
scheiden überall da aus, wo kein oder nur ein schwach ausgeprägtes Gleichstromglied
auftritt, was erfahrungsgemäß häufig der Fall ist. Die Erfassung des Vorzeichens
der ersten Halbwelle ist dagegen immer möglich.
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Man hat dies früher mit Hilfe von gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhren
erreicht. Die Verwendung von Entladungsröhren mit beheizten Kathoden in Starkstromanlagen
ist jedoch seit jeher aus vielerlei Gründen als großer Nachteil angesehen worden.
Diese Einrichtung hat sich daher nicht durchsetzen können.
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Die vorliegende Erfindung löst daher die Aufgabe mit Hilfe gepolter
Relais, die in moderner Ausführung äußerst flink ansprechen. Erfindungsgemäß werden
mindestens zwei gleiche gepolte Relais ver-
wendet, von denen zwei
durch Wirkung ihrer Kontakte nur von der ersten Halbwelle des Wechselstromes beeinflußt
werden, wobei die Richtung der auf den Anker ausgeübten Kraft zur Feststellung des
Vorzeichens ausgenutzt wird.
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Durch die Erfindung ist es gelungen, das Ziel mit einem viel geringeren
Aufwand an Schaltmitteln zu erreichen als bei der Schaltung mit Entladungsröhren.
Die Erfindung ermöglicht mit einfachen und erprobten Mitteln die zuverlässige Erfassung
des Vorzeichens der ersten Halbwelle auch bei kürzesten Erdschlußwischern und bei
den höchsten hier vorkommenden Frequenzen.
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Bei derartigen Erdschlußanzeigern wird je ein besonderer Stromanzeigerkreis
zur Erfassung der ersten Halbwelle des Unsymmetriestromes für jede von einer Sammelschiene
abgehende Leitung vorgesehen, wogegen ein einziger Spannungsanzeigekreis genügt,
um das Vorzeichen der ersten Spannungshalbwelle zu erfassen.
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Da ein Relaisanker zum Öffnen eines Kontaktes einen viel kürzeren
Weg als zum Schließen braucht, weil der Luftweg des beweglichen Kontaktstückes nach
dem Öffnen aber vor dem Schließen zurückgelegt wird, ergibt dies das schnellste
Ansprechen.
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Der sich öffnende Kontakt als erste Folge einer auftreffenden Wechselstromhalbwelle
ist daher ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung.
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Dieses Merkmal bedingt die Verwendung eines Ruhestromes.
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Da auch der Spannungsanzeigekreis durch einen der Unsymmetriespannung
verhältnisgleichen Wechselstrom angeregt wird. ist in den verschiedenen nachstehend
näher beschriebenen Schaltungen immer nur von einem Wechselstrom die Rede.
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Abb. 1 zeigt die vor allem als Stromanzeigekreis gedachte Schaltung
mit drei gepolten Relais Å, B, C derselben Type. Sie haben zwei Ankerruhelagen entsprechend
den Kontakten a 1, b I, C 1 (Grundstellung) und a2, 2, c2 (Anzeigestellung) und
vier bzw. drei Wicklungen A 1 . . . A4, BI . . . B4, C2 . . C4 (WicklungCI wird
nicht benutzt). Ferner gehören dazu zwei gleichartige Anzeige- oder Relaiseinrichtungen
S I, S2 (Schau-oder Leuchtzeichen, Zwischenrelais u. ä.) und ein Widerstand R 1
zur Begrenzung des Ruhestromes.
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Der Umschaltkontakt D (Taste, Relaiskontakt od. ä.) mit Ruhelage D
1 unterbricht (mit D 1 als Grundstellung) den Haltestrom und schließt mitD2 den
Rückstellstrom durch die Wicklungen A4, B4, C4, der alle drei Relaisanker in die
Grundstellung zurückstellt (sofern sie diese bei der Anzeige verlassen hatten).
An den Klemmen I und 2 wird der Wechselstrom zugeführt, außerdem ist die Schaltung
an den positiven P und negativen Pol.?\t einer Gleichstromquelle (Batterie) angeschlossen.
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Der Wechselstrom fließt durch die in Reihe geschalteten Anregewicklungen
A I und B I und iiber den in Grundstellung geschlossenen Kontakt c 1.
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Diese Wicklungen sind so geschaltet, daß die elektromagnetischen Kräfte
auf die zugehörigen Relaisanker entgegengesetzt gerichtet sind, so daß bei einer
bestimmten, z. B. positiven Stromrichtung z. B. a 1 geöffnet wird und b 1 geschlossen
gehalten wird. Über aI und b 1 fließt in der Grundstellung der Anker (Anzeigebereitschaft)
ein RuSegleichstrom P-a I-R I-b I-D I-N, die Wicklungen A2, B2, C2 und 243, B3,
C3 sind dabei durch aI bzw. b 1 kurzgeschlossen, also stromlos.
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Bei den praktisch vorkommenden Frequenzen des Unsymmetriestromes
öffnet sich (in obigem Beispiel) a 1 während der ersten Halbperiode.
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Dann fließt der Gleichstrom, jetzt als Haltestrom, durch A2-C2-B2,
und zwar in solcher Richtung, daß er in A 2 und B2 die von der ersten Wechselstromhalbwelle
ausgeübte Kraft unterstützt, also den Anker des einen Relais in Anzeigestellung
a2 und den des anderen in Grundstellung b i festhält.
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Durch a2 wird der Stromkreis P-a2-SI-N I-N geschlossen, so daß SI
das Vorzeichen der ersten Halbwelle (im Beispiel positiv) anzeigt oder seinerseits
einen entsprechenden Meldestromkreis schließt.
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Die Vorzeichenanzeige ergibt sich somit durch Öffnen des Relaiskontaktes
a 1 bzw. b 1 und liegt von diesem Augenblick an eindeutig fest. Aus diesem Grunde
besteht auch nicht die Gefahr von Fehlanzeigen durch Kontaktprellungen, weil solche
nur beim Schließen auftreten können. (Für das Ansprechen von S I, S2 sind Prellungen
bei a 2, b 2 belanglos.) Der durch C2 bzw. C3 fließende Haltestrom legt den Anker
von C um, so daß c 1 den Anregestrom unterbricht, noch bevor die zweite Halbwelle
beginnt. Mit c2 kann man außerdem die Wechselstromquellen I und 2 kurzschließen
(gestrichelt eingezeichnet), wenn z. B. bei einem Zwischenwandler dessen Sekundärklemmen
nicht dauernd offen bleiben sollen. Alle nachfolgenden Halbwellen sowie spätere
Erdschlüsse können also die von der ersten Halbwelle bewirkte Anzeige nicht mehr
beeinflussen.
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Der Umschaltkontakt D, der die Löschung der Anzeige bewirkt, kann
in beliebiger Weise betätigt werden. Er kann auch, in Verbindung mit entsprechenden
Einrichtungen im Spannungsanzeigekreis, in bekannter Weise zur bedingten Selbstlöschung,
z. B. bei Schaltvorgängen, dienen.
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In Abb. I besteht zwischen den Wicklungen A2, B2, C2 einerseits und
S3, B3, C3 andererseits immer das volle Potential der GleichstromquelleP-N. Für
Fälle, wo die Wicklungsisolation nicht ausreicht oder man besonders betriebssicher
vorgehen will, dient die Schaltung nach Abb. 2.
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Hier liegen die Anzeigeeinrichtungen 53, S4 in Reihe mit den zugeordneten
Haltewicklungen und werden vom Haltestrom erregt. Die Gegenkontakte a 2, b2 bleiben
unbenutzt. Die elektrischen Daten der Anzeigeeinrichtungen S3, S4 sind in diesem
Fall nicht so frei wählbar wie in Abb. I, da auf den Haltestrom der Relais und auf
die durch 53, 54 verlängerte Zeitkonstante des Haltestromkreises Rücksicht zu nehmen
ist. Dafür besteht hier zwischen den Haltewicklungen weder vor noch nach dem Ansprechen
ein schädlicher
Potentialunterschied. Der den Ruhestrom begrenzende
Widerstand R 2 liegt hier unmittelbar am positiven oder negativen Pol der Gleichspannung.
Im übrigen ist die Wirkungsweise dieselbe wie in Abb. I.
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Von Abb. 2 gelangt man zu der besonders einfachen Schaltung in Abb.
3 mit nur zwei gepolten Relais A und B, wenn man das Relais C wegläßt und dessen
Aufgabe den Kontakten a2 und b2 überträgt. Diese Kontakte schließen hier die Anregewicklungen
A I, B I kurz und machen dadurch alle nachfolgenden Halbwellen unwirksam. Dabei
kommt allerdings der Gleichstromkreis mit den Wechselstromklemmen 3 und 4 über die
Relaiskontakte in leitende Verbindung, so daß für die Zuführung des Wechselstromes
in manchen Fällen ein Isoliertransformator T (gestrichelt eingezeichnet) nötig ist,
der gleichzeitig zur Anpassung dienen kann. Falls beim Schließen der Kontakte a2,
b 2 Prellungen auftreten, wirken sie sich allerdings auf den Strom in den Anregewicklungen
aus (er verschwindet dann nicht schlagartig), weshalb sich diese Schaltung nicht
für so hohe Frequenzen eignet wie die in Abb. I. Dafür braucht sie den denkbar geringsten
Aufwand an Schaltelementen.
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Die Anzeigeeinrichtungen in Abb. 3 sind mit S5 und S6 bezeichnet,
obwohl sie denen in Abb. 2 nach Art und Schaltung gleich sind.
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Die Schaltung Abb. 3 ist besonders als Spannungsanzeigekreis geeignet,
weil dabei ohnehin Übertrager oder Kondensatoren zur Gewinnung der Unsymmetriespannung
nötig sind und weil eventuelle Kontaktprellungen beim Überbrücken der -Anregewicklungen
wegen der niedrigen Frequenz der Unsymmetriespannung belanglos sind.
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Um dieAnsprechempfindlichkeit und die Richtigkeit der Vorzeichenanzeige
der hier beschriebenen Anordnungen jederzeit leicht nachprüfen zu können, wird die
nachstehende Prüfeinrichtung verwendet.
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Der Anzeigekreis wird hierzu an den Wechselstromklemmen I und 2 bzw.
3 und 4 von der Starkstromanlage getrennt und dafür die Prüfeinrichtung an diese
Klemmen angeschlossen. Die Prüfeinrichtung schickt durch die Anregewicklungen einen
gedämpften Wellenzug, dessen Frequenz und Dämpfung sowie Amplitude und Vorzeichen
der ersten Halbwelle bekannt sind. Abb. 4 zeigt die Schaltung der Prüfeinrichtung.
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Eine Induktivität L, eine Kapazität K und ein Wirkwiderstand W bilden
zusammen mit den AnregewicklungenA I, B 1 einen gedämpftenSchwingkreis. Nachdem
die Prüfeinrichtung, wie in Abb.4 durch Pfeile angedeutet, mit den Wechselstromklemmen
des zu prüfenden Anzeigekreises verbunden ist, wird der Umschalter H aus seiner
Mittelstellung kurzzeitig in die linke oder rechte Stellung gebracht. Dadurch wird
der Kondensator K mit einer bestimmten Gleichspannung U von bestimmter Polung aufgeladen.
Wird sodann H wieder in die Mittelstellung gebracht, so bewirkt die Entladung von
K einen gedämpften Wechselstrom in den Anregewicklungen. Da die Polung bei der Aufladung
des Kondensators bekannt und wählbar ist, wie in Abb. 4 durch Pfeile und Vorzeichen
im Kreis angedeutet, zeigt das Ansprechen der Anzeigeeinrichtungen nach der Erfindung,
ob der Anzeigekreis einwandfrei arbeitet.
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Mit dieser einfachen Prüfeinrichtung ist es möglich, alle in einer
Schaltstation vorhandenen Anzeigeeinrichtungen nach der Erfindung schnell und zuverlässig
auf einwandfreies Arbeiten zu prüfen.
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Man hat es dabei durch Verändern der Schwingkreisdaten L, K, W und
der Ladespannung U in der Hand, die Prüfbedingungen beliebig zu verändern, insbesondere
auch, was besonders wertvoll ist, sie beliebig zu verschärfen. Beispielsweise kann
die Frequenz höher und/oder der Scheitelwert der ersten Halbwelle kleiner gewählt
werden, als sie jemals bei Erdschlüssen vorkommen.
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Die Elemente L, K und W des Schwingkreises sowie die Größe der Ladespannung
U können stetig oder in Stufen veränderbar sein, wobei verschiedene Kombinationen
verschiedenen festgelegten Prüfbedingungen entsprechen.
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PATENTANSPR0CHE: I. Verfahren zur Erfassung des Vorzeichens der ersten
Halbwelle eines plötzlich einsetzenden Wechselstromes, insbesondere eines Erdschlußstromes,
gekennzeichnet durch mindestens zwei gleiche gepolte Relais, von denen zwei durch
Wirkung ihrer Kontakte nur von der ersten Halbwelle des Wechselstromes beeinflußt
werden, wobei die auf den Anker ausgeübte Kraft einen Ruhekontakt je nach dem Vorzeichen
öffnet bzw. geschlossen hält und dies zur Feststellung des Vorzeichens dient.