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Schutzschaltung für Starkstromleitungen, insbesondere für Drehstromkabelleitungen
in schlagwettergefährdeten Grubenbauen Gegenstand der Erfindung ist eine Schutzschaltung
für Starkstromleitungen, insbesondere für Drehstromkabelleitungen in schlagwettergefährdeten
Grubenbauen, mit einem Schutzleiter und einem, die einzelnen Leiter allseitig umhüllenden
Überwachungsleiter, bei der beim Auftreten äußerer oder innerer Leitungsfehler eine
selektive Abschaltung der störungsbehafteten Leitungsstrecken, durch ein Schaltschütz
erfolgt.
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Die Erfindung besteht darin, d,aß zur mittelbaren Beeinflussung des
Schaltschützes ein polarisiertes Relais mit zwei entgegengesetzt durchfluteter,
Wicklungen vorgesehen, ist und daß zur Steuerung des polarisierten, Relais ein störungsempfindlicher
Steuerkreis - bestehend aus dem überwachungsleiter, dem Schutzleiter, einem Schaltorgan
und der Reihenresonanzschaltung einer Kapazität mit einer Induktivität - verwendet
ist. Die eine der beiden Wicklungen des polarisierten Relais wird: von einer Gleichrichteranordnung
gespeist, die im Raihenresonanzkreis, liegt, während eine die zweite Relaiswicklung
speisende weitere Gleichrichteranordnung zusammen mit einem in Reihe liegenden Begrenzungswiderstand
und mit einer in Reihe liegenden, dreiphasigen Kapazität, die einen künstlichen
Sternpunkt bildet, an das Netz geschaltet ist. Zur selektiven Abschaltung gestörter
Leitungsstrecken bei inneren Fehlern auch in den Fällen, wo die Verbraucher vom
Netz abgetrennt sind, ist dieser Netzsternpunkt dreiphasig ausgebildet und besteht
aus gleich großen Kondensatoren. Dies hat den Vorteil, daß infolge des symmetrischen
Aufbaus der Leitungen und damit gleich großen Leitungskapazitäten keine Fehlauslösungen
verursacht werden können. Ebenso wird durch die Verwendung von Kondensatoren für
den
künstlichen Sternpunkt eine Beeinflussung undiVerfälschung der
Anzeige von Netzprüfgeräten, die im gleichen Netzteil eingeschaltet sind und nach
dem. Prinzip der Gleichstromfehlermessung arbeiten, vermieden. Ein weiterer Vorteil
der Schaltung gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Fernsteuerung des Schaltschützes
erfolgt, indem das Schaltorgan und die Indukbivität zu einem Kommandogeber zusammengebaut
sind und. in, der Nähe des Verbrauchers angeordnet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind: an Hand der Zeichnung (Fig.
i und, 2) näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der neuen Schutzschalteng
für eine vieradrige Gummischlauchleiteng für den Betrieb unter Tage zur Speisung
eines Schrämmotors dargestellt ist.
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An dem Drehstromnetz i ist durch ein: Drehstromkabel über ein Schütz
2 und einen Überlastschalter 3 ein Drehstrommotor q. für den Antrieb einer Schrämmasehine
angeschlossen. In einem gestrichelt angedeuteten Gehäuse 5 ist ein Hilfswandler
6 untergebracht, der über einen Sehafter 7 mit den Phasen S und
T des Drehstromnetzes i verbunden, ist. Die Sekundärspule des Hilfswandlers
6 speist außer der Magnetspule des Schützes-2 drei - im Gehäuse 5 angeordnete -Relajis,
und; zwar ein verzögert einschaltendes ZeitreUis 8, ein Hilfsrelais 9 und ein polarisiertes
Relais io. Letzteres besitzt zwei über Gleichrichteranordnungen ii und i2 gespeiste
Wicklungen ioa und iob. Der Spulenstromkreis des Zeitrelais 8 ist über den Ruhekontakt
des Hilfsrelais 9 und dir Spulenstromkreis dies Hilfsrelais 9 über den unteren Arbeitskontakt
io, des polarisierten Relais io geführt.
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Im Stromkreis der Schützspule 2 liegen in Reihe geschaltet der Arbeitskontakt
des Hilfsrelais 9, der Ruhekontakt des überlastschalters 3 sowie, der Arbeitskontakt
dies Zeitrelais, 8. Die Gleichrichteranordnungen i i und i2 sind mit den
Wicklungen ioa bzw. iob derartig verbunden, daß die Durchflutungen in, den beiden
Wicklungen. entgegengesetzte Richtung haben. Die Gleichrichteran.ordnung 12 ist
mit einem ebenfalls im Gehäuse 5 angeordneten Kondensaator 13, mit der Sekundärseite
des Hilfswandlers 6 und mit einer außerhalb des Gehäuses 5 liegenden Drosselspule
1q. sowie einem Schalter i 5 in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung bildet mit
einem Überwachungsleiter ÜL und einem mit dem Motorgehäuse verbundenen, geerdeten
Schutzleiter SZ einen Reihenresonanz-Irreis.
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Der geerdete Schutzleiter SZ sowie die drei Phasen R, S, T der Kabelleitung
sind Leiter eines vieradrigen Drehstromkabels. Dieses Drehstromkabel ist dabei:
gemäß Fig. 2 so aufgebaut, daß die genannten Leiter R, S, T und SL von dem Überwachungsleiter
ÜL einzeln allseitig umgeben werden, wobei der Überwachungsleiter vorzugsweise aus
leitendem. Gummi. besteht.
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Ferner sind im Gehäuse S drei gleich große Kondensatoren 17 untergebracht,
die in Sternschaltung an das Drehstromnetz zwischen. dem Überlastschalter 3 und
dem Motor q. angeschlossen sind und deren Sternpunkt mit der Gleichrichteranordrlung
i i leitend verbunden ist.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Durch Einschalten des
Hilfswandlers. 6 bekommt das Zeitrelais 8 Spannung und schließt nach Ablauf seiner
Verzögerungszeit seinenArbeätskontakt. Damit istdieEänrichtung-in »Bereitschaftsstellung«.
Wird nun durch Schließen des Schalters 15 der Reihenresonanzkreäs geschlossen und
die Wicklung iob über die Gleichriehteranordnung 12, an die Sekundärspannung des
Hilfswandlers. 6 gelegt, so zieht sie den Kontakt io, in die untere Arbeitslage
und schließt damit den Stromkreis des Hilfsrelais g. Das Hilfsrelais 9 verbindet
(bei gleichzeitigem Öffnen seines Rilhekontakte@s) über seinen Arbeitskontakt das
Schütz 2 mit dem Hilfswandler 6, so daß es den Motor q. an das Netz i schaltet.
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Bei einer Überlastung des Motors q. öffnet der Überlastschalter 3
seinen Kontakt und unterbricht den Stromkreis für das Schütz. 2 und, das Zeitrelais
8, so daß beide gleichzeitig abfallen. Der nunmehr vom Netz getrennte Motor kann.
auch nach. Schließen des überlastschalterkontaktes nicht wieder eingeschaltet werden,
da das Zeitrelais 8 abgefallen ist und sein Spulens.tromkreis infolge des geöffneten
Ruhekontaktes des Hilfsrelais 9 unterbrochen bleibt. Sonmf wird ein Pumpen des Schützes
:2 vermieden. Zür Wiederinbetriebnahme der Einrichtung mu;B vorher der Schalter
15 kurzzeitig abgeschaltet werden, damit das Hilfsrelais.9 abfallen kann und der
Stromkreis -für das Zeitrelais 8 durch dem Ruhekontakt des Hilfsrelais 9 geschlossen
wird.
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Das polarisierte Relais io wird in stromlosem Zustand durch eine Federkraft
od. dgl. in; der gezeichnefen Nullstellung gehalten, d. h. die Kontakte io, sind
geöffnet. Durch Schließe des Schalters 15 wird die Wicklung iob über die Gleichrichteranordnung
i2 von einem Strom solcher Größe und Richtung durchflossen, daß die Kontakte eio,
in ihre untere Schließlage gebracht werden. Der Reihenresonanzkreis ist dabei so
abgestimmt, daß im Normalbetrieb die Stromstärke unterhalb eines Wertes z. B. von
2o mA bleibt, bei dem noch lein zündfähiger Funke auftreten kann.
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Bei Auftreten eines äußeren Fehlers, beispielsweise einer Erdschlußverbindung
des Überrwachungsleiters ÜL, oder auch bei Unterbrechung des Resonanzkreises sinkt
der Strom in dem Reihenresonanzkreis so weit ab, daß die verringerte Durchflutung
- und damit die verringerte magnetische Kraftder Wicklung iob nicht mehr ausreicht,
um die unteren Kontakte io, entgegen der Federkraft geschlossen zu halten. Die Einrichtung
fäll dadurch außer Betrieb.
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Bei Auftreten eines inneren Fehlers, z. B. einer leitenden Verbindung
zwischen einer Phrase und dem Überwachungsleiter ÜL; wird der Fehlerstrom über die
Gleichrichteranordnung i i (mit der Wicklung ioa) zu dem künstlichen Sternpunkt
17 fließen. Der Fehlerstrom wird dabei bevorzugt den. direkten Weg über den Überwachungsleiter,
denWiderstand
16, die Gleichrichteranord:nung i i zum Sternpunkt
17 einnehmen. Der zweite mögliche Stromweg über den Schalter 15, die Drosselspule
1q., den Schutzleitrr SZ, die Gleichrichteranordnung I2 (mit der Relaiswicklung
IOb), dem Kondensator 13, der Sekundärwicklung des Hilfswandlers 6, dem Widerstand
16 und der Gleich.rich:teranordnung II (mit der Relaiswicklung ioQ) zum Sternpunkt-i7
stellt demgegenüber einen wesentlich höheren Widerstand für den Strom dar. Der künstliche
Sternpunkt 17
ist aus drei gleichen, möglichst verlustarmen Kondensatoren
gebildet, die gegenüber den übrigen Netzkapazitäten groß sind. Dies hat den Vorteil,
daß eine Beeinflussung von Netzprüfgeräten, die auf Gleichstrom reagieren, vermieden
wird.
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Dieser Fehlerstrom ist sä groß, daß durch die magnetische Kraft der
von ihm erregten Wicklung iod die Kontakte ioc in die obere Stellung gebracht werden.
Durch öffnen des im Normalbetrieb geschlossenen unteren Kontaktes io, fällt das
Hilfsrelais 9 ab, was wiederum ein Ausschalten des Schaltschützes 2 zur Folge hat.
Der Fehlerstrom wird durch den Hilfswandler 6 in dem bestehenden Fehlerstromkreis
aufrechterhalten. Er wird dabei über folgenden Weg fließen, nämlich über die obere
Sekundärklemme des Hilfswandlers 6, den oberen Relaiskontakt io, der zwischen dem
Relaiskontakt ioc und der Lampe 18 abgehenden Leitung zur Eingangsklemme der Gleichrichteranordnung
i i und von der zweiten Eingangsklemme der Gleichrich.teranordnung i i über den
Sternpunkt 17 auf die drei Netzphasen oder die Verbraucher direkt und über
die Fehlerstelle, dann über den Überwachungsleiter zur unteren Sekundärklemme des
Hilfswandlers 6.
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Dieser Fehlerstrom bleibt also so lange aufrechterhalten, bis der
Fehler beseitigt worden ist. Durch das Schließen des oberen Kontaktes ioc kann außerdem
eine Signaleinrichtung, beispielsweise eine Lampe 18, eingeschaltet werden, die
anzeigt, daß ein innerer Fehler vorliegt.
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Die Einrichtung arbeitet selektiv, d. h. beim Auftreten von Erdschlüssen
im übrigen Netz spricht die Schutzschaltung nicht an. Die Selektivität wird dadurch
gewahrt, daß die Wicklung iod und die Wicklung IOb, die in diesem Falle vom Fehlerstrom
durchflossen werden, so gegeneinander abgestimmt sind, daß sich ihre Wirkungen in
Bezug auf das Relais io aufheben. Tritt z. B. in der Phase T des übrigen Netzes
ein Erdschluß auf, so wird der dadurch hervorgerufene Fehlerstrom folgenden Weg
nehmen: Von der Erdschlußstelle über den Erdleiter der Schutzschaltung zunächst
in den Parallelresonanzkreis mit folgenden zwei Resonanzkreiszweigen, nämlich einem
ersten, bestehend aus der Gleichrichteranordnung 12 (mit der Relaiswicklung IOb)
dem Kondensator 13, der Sekundärwicklung des Hilfswandlers 6, und einem zweiten
Resonanzkreiszweig, bestehend aus der Drosselspule 1q., dem Schalter 15 und dem
Übe'rwachungsleiler ÜL. Der Fehlerstrom fließt nunmehr über den Widerstand 16, die
Gleichrichteranördnung i i (mit Relaiswicklung io") zum Sternpunkt 17. Dabei ist
- wie schon erwähnt - die Relaiswicklung lob, die an die Gleichrichteranordnung
12 angeschlossen ist, so ausgelegt und der Parallelresonanzkreis so dimensioniert,
daß der in einem Resonanzkreiszweig auftretende Strom in der Relaiswicklung IOb
eine entgegengesetzt gleiche Wirkung hervorruft wie der Fehlerstrom in der Relaiswicklung
ioa.
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Bei einem kurzzeitigen Ausbleiben der Spannung im Netz fallen alle
Relais und damit auch das Schaltschütz 2 ab. Nach Wiederkehr der Spannung kann infolge
der verzögerten Anspruthzeit des Zeitrelais 8 das Schaltschütz 2 auch nach Einschalten
der anderen Relais nicht ansprechen, bevor nicht von Hand der Schalter 15 geöffnet
wurde. Durch das öffnen des Schalters 15 wird nämlich der Stromkreis des polarisierten
Relais io und des Hilfsrelais 9 unterbrochen, so daß beide Relais abfallen. In diesem
Zustand der Relais 9 und io kann die Einrichtung durch Schließen des Schalters 15
wieder in Betrieb genommen werden. Es ist vorteilhaft, den Schalter i5 und die Induktivität
14 zu einem »Kommandogeber« zusammenzubauen.
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An Stelle des Schalters 15 kann auch ein Taster vorgesehen werden.
Hierbei wird aber ein zusätzliches Relais zur Überbrückung des Tasters notwendig.
Wegen des einfacheren Aufbaus der Schaltung ist deshalb in den meisten Fällen die
Verwendung eines Schalters vorteilhafter.
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Die Vorteile der neuen Schutzschaltung sind kurz zusammengefaßt folgende:
Fernsteuerung des Schaltschützes, Schutz der Leitung gegen innere und äußere Fehler;
Verhinderung einer unbeabsichtigten Einschaltung nach wiederkehrender Netz-Spannung
oder Schließen des Überlastauslöserkontaktes; selektives Abschalten gestörter Leitungsstrecken,
kein Verfälschen der Anzeige von Prüfgeräten, die im gleichen Netzteil angeschlossen
sind und auf Gleichstrom reagieren; Induktivität im Kommandogeber kann durch keinen
Fehler in der Leitung vorgetäuscht werden, d. h. die Kommandogabe ist eindeutig.