Einrichtung zum selektiven Erkennen eines mit Erdschluss behafteten Netzteils eines Hochspannungsnetzes. Im Hauptpatent ist eine Einrichtung zum selektiven Erkennen einer mit Erdschluss be hafteten Zweigleitung eines Hochspannungs netzes beschrieben, bei welcher in die Zweig leitungen auf höhere Harmonische ansprechende Vorrichtungen eingeschaltet sind, welche im Erdschlussstrom enthaltene höhere Harmoni sche anzeigen oder die Abschaltung des kran ken Leiters herbeiführen. Hiernach kommen also Anzeigeinstrumente in erster Linie Ober wellenstrommesser (Amperemeter), aber auch Oberwellenfrequenzmesser in Betracht.
Diese Instrumente besitzen aber den Nachteil, nicht richtungszeigend zu sein, so dass zur Fest stellung der Richtung, in welcher von .irgend einem Punkte der kranken Leitung aus der Fehler zu suchen ist, mehrere der genannten Instrumente, welche örtlich weit auseinander liegen, gleichzeitig beobachtet werden müssen.
Dieser Nachteil lässt sich vermeiden, wenn Vorrichtungen verwendet werden, welche auf die Kombination von Oberwellenstrom und Oberwellenspannung ansprechen, und es ist Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zum selektiven Erkennen eines mit Erdschluss behafteten Netzteils eines Hochspannungs netzes, bei welcher auf die auf höhere Har monische ansprechenden Vorrichtungen sowohl die im Erdschlussptrom enthaltenen Ober wellenströme, als auch die in der Netzspan nung enthaltenen Oberwellenspannungen ein wirken, so dass die Vorrichtungen die Rich tung erkennen lassen, in welcher der Fehler zu suchen ist.
Bei dieser Einrichtung kann die Gesamtheit aller Oberwellenströme mit den ihnen zugehörigen Oberwellenspannungen in Wechselwirkung gebracht werden, oder aber es kann für. den beabsichtigten Zweck eine bestimmte Oberwelle bevorzugt werden, welche mittelst Resonanzkreisen, die aus ge gebenenfalls regelbaren Induktivitäten und Kapazitäten bestehen, aus der Gesamtheit der Oberwellen zur, -Beeinflussung der auf höhere Harmonische ansprechenden Vorrich tung ausgewählt wird. In diesem Falle kann demgemäss ein Resonanzkreis sowohl für den Oberwellenstrom, als auch einer für die zu gehörige Oberwellenspannung vorhanden sein.
Wählt man zum Beispiel als Anzeigeinstru ment ein Zweispuleninstrument, dessen eine Spule vom Oberwellenstrom, dessen andere Spule von der Oberwellenspannung gespeist wird, dann ist die Richtung des Ausschlages von dem Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung abhängig.
Da nun aber der Vektor des der Messstelle zu- und der des abfliessenden Leitungsstromes sich in Gegenphase zuein ander befinden, so lässt die Ausschlagsrichtung des Instrumentes erkennen, auf welcher Seite der Leitung der Oberwellenstrom der Messstelle zu- und auf welcher Seite er abfliesst, oder mit andern Worten, auf welcher Seite der Leitungsfehler zu suchen ist.
Um die Ober wellenspannung auf einen für die Messzwecke brauchbaren Betrag zu bringen, wird man vorteilhaft kapazitive oder induktive Span- nungswandler verwenden, wobei sich eine Ver einfachung bei kapazitiven Spannungswand lern dadurch ergibt, dass die Kapazität zwi schen Messbelag und Erde ganz oder teilweise für den Resonanzkreis verwendet werden kann.
Ganz besonders als Anzeigeinstrument ge eignet ist ein Telephon, weil es die Ober wellen sowohl hinsichtlich der Lautstärke, als auch der Tonhöhe kenntlich macht und daher schon an sich die Oberwellen selektiv von einander trennt. Man könnte für den vor liegenden Zweck nur ein Telephon verwenden, welches zwei Spulen besitzt, wobei die eine Spule von den Oberwellenströmen, die andere von den Oberwellenspannungen gespeist wird und wobei die Phase zwischen diesen beiden Spulenströmen so gewählt bezw. durch Regel einrichtungen so eingestellt ist, dass der Phasenwinkel zwischen den Spulenströmen einen von 90 abweichenden Wert besitzt,
denn nur in diesem Falle wird die Laut stärke des Telephons von der Richtung des Oberwellenstromes abhängig sein und diese Richtung erkennen lassen. Am zweckmässig sten wird man die beiden Ströme in Phase oder Gegenphase bringen, weil dann die Richtungsumkehr eines Spulenstromes einen grossen Lautunterschied hervorruft. Die Erfindung sei anhand der Ausfüh rungsbeispiele der Fig. 1 und 2 näher er läutert.
Fig. 1 erläutert den Fall, dass ein mit zwei Spulen verwendetes Telephon als An zeigevorrichtung verwendet wird, dessen Spu len von dem Strom bezw. von der Spannung einer Oberwelle erregt sind, welche durch Resonanzkreise aus dem Komplex aller Ober wellen herausgesondert wird; Fig. 2 erläutert den Fall, dass ein nor males einspuliges Telephon als Anzeigevor richtung verwendet wird, dessen Spule von den Oberwellenspannungen und Oberwellen strömen derart kombiniert erregt wird, dass ihr ein der Summe bezw. der Differenz der entsprechenden Erregerströme proportionaler Strom zufliesst.
In Fig. 1 bedeutet: n ein Dreiphaserrnetz, nr eine Zweigleitung dieses Netzes, I, II, III die Phasenleiter des Netzes, z ehren Dreiphasenstromwandler bezw. drei Einphasenstromwandler mit den in Reihe zu den Phasenleitern des Netzes liegenden Pri märwicklungen pi, pii, piri und den Sekun därwicklungen qi, Du, qiii.
Ferner bedeuten ii, üi, iiii drei irr dem Sekundärkreis der Stromwandler liegende Amperemeter, ei, cii, ciii drei Kondensatoren, s2 und s3 einen Doppelschalter, bei wel chem der Kontaktarm von s2 gegen die beiden einen Winkel zueinander bildenden Kontakt arme von s3 isoliert ist.
Die Kontaktarme von s2 und s3 sind jedoch mechanisch starr miteinander verbunden, so dass sie um den gemeinsamen Drehpunkt miteinander gedreht werden können.
<B><I>ei,</I></B><I> es</I> bedeuten einstellbare Kondensatoren, h, 1s einstellbare Induktivitäten, rVr, 1v2 einstellbare Widerstände, si einen einpoligen Unischalter, s4 einen doppelpoligen Umschalter, e Erde, na die Membran, di, <I>d2</I> die Spulen des Telephonhörers i. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist nun folgende:
Die in die Leitung n1 einge schalteten Stromwandler dienen zunächst zur Speisung der Amperemeter ir, ia und<I>im,</I> welche die Belastungsströme des Netzes an zeigen. Der Umschalter si ermöglicht nach Belieben je eine der Stromwandlersekundär- wicklungen qr, qa, qm auf den Resonanz kreis<I>c, l zu</I> schalten, welcher auf eine be liebig wählbare Oberwelle abgestimmt sein kann, während nun bei Normalbetrieb des Netzes die Oberwellenströme nur eine relativ geringe Amplitude haben,
so wird auch der durch den Resonanzkreis fliessende Oberwellen strom der entsprechenden Frequenz sich nicht so stark ausbilden, als wenn im Falle eines Erdschlusses schon im Netzstrom starke Ober harmonische auftreten. Der Umschalter s4 dient dazu, dem einstellbaren Widerstand einen von der Induktivität d1 abgezweigten Oberwellenstrom in wählbarer Richtung zu zuführen, und vom Widerstand w1 bezw. von einem beliebigen Teil dieses Widerstandes wird der die Spule d1 des Telephonhörers f speisende Oberwellenstrom abgezweigt.
Wird das Telephon so allein von einem Oberwellen strom einer bestimmten, bevorzugten Fre quenz erregt, dann tönt es im Normalbetrieb leise, im Erdschlussfalle lauter, aber die Ton stärke ist unabhängig von der Stellung des Umschalters s4. Während so die Spule d1 in Abhängigkeit vom Oberwellenstrom erregt wird, wird die zweite Spule d2 von der zuge hörigen Oberwellenspannung gespeist.
Zu diesem Zwecke werden an zweien von den drei mit der einen Belegung an die Netzleiter I, II, IH angeschlossenen Kondensatoren ei, ca, ein die noch freien Belegungen durch den Umschalter s2 miteinander verbunden, während die freie Belegung des jeweils dritten Kondensators durch den Umschalter ss an Erde gelegt wird. Die Spannung von s2 gegen Erde wird nun an einen aus der Kapazität e2 und der lnduktivität 12 gebildeten, für die gleiche Oberwelle wie der Resonanzkreis (s1, h) abgestimmten Resonanzkreis gelegt, zu welchem parallel der einstellbare Widerstand tot geschaltet ist.
Diesem Widerstand 2v2 wird also eine Oberwellenspannung der bevorzugten Frequenz entnommen und der Spule d2 des Telephons zugeführt. Die Stellung der Um schalter s1 und s2, ss ist nicht unabhängig voneinander zu wählen.
Hat beispielsweise die Phase HI Erdschluss, dann soll s1 auf qni schalten, damit der Oberwellenstrom des kranken Leiters gemessen wird, während der Resonanzkreis c2, 12 an die Spannungen der gesunden Phasen 1 und II über die Konden satoren ei, cn gelegt wird. Die am Resonanz kreis c2, 12 herrschende Spannung ist dann gegen den Erdschlussstrom bezw. den Strom der Wicklung d1 um 90 phasenverschoben.
Da nun die Wicklung d2 eine hohe Induk- tivität darstellt, ist der sie durchfliessende Strom ebenfalls gegen die Spannung am Resonanzkreis c2, 12, welche die Erregerspan nung der Spule d2 ist, um 90 phasenver schoben, also mit dem Strom in d1 in Phase oder Gegenphase. Dieser Fall entspricht den eingezeichneten Stellungen der Umschalter.
Mit Hilfe der Widerstände zvi und zcz und des Umschalters s4 lässt sich nun das Strom verhältnis der beiden Erregerströme in d1 und d2 so einstellen, dass die Stromstärken nahezu gleich sind, und dass sich dabei die Ströme entweder unterstützen oder schwächen. Die Schwingungen der Membran m werden als Ton bestimmter Höhe und Stärke ver nommen und dieser Ton ist am lautesten, wenn der Schalter s1 auf dem Kontakt der kranken Phase steht.
Hat man nun mit Hilfe des Umschalters s4 auf gleichsinnige Erregung von d1 und d2 und demnach auf den lautesten Ton eingestellt, so lässt sich zeigen, dass bei Stromumkehr in Spule d1, also durch Um legen des Schalters s4 die Lautstärke stark zurückgeht. Das gleiche würde eintreten, wenn die Stromrichtung in pr bezw. pa, piri um 180 gedreht würde.
Diese Verschieden heit der Stromrichtung liegt aber in jedem Falle bei zwei derartigen, in die gleiche Netz leitung eingebauten Einrichtungen vor, von denen die eine den ankommenden, die andere den abgehenden Oberwellenstrom derZwischen- station misst, so dass also von diesen beiden Einrichtungen diejenige lauter ansprechen wird, bei welcher sich die Ströme in d1 und d_2 unterstützen. Es bereitet keine Schwierig keit, die Schaltung so einzurichten, dass darin das lauter ansprechende Telephon die Rich tung weist, in welcher der Fehler zu suchen ist.
In allen Zwischenstationen des Hoch spannungsnetzes befinden sich all den zu- und abgehenden Leitungen Hörtelephone; deren Lautstärke verglichen wird, oder malt verwendet eine einzige Abhöreinriehtung dieser Art, die auf die zu- und abgehenden Leitungen umgeschaltet werden kann. Aber auch hier ergibt sieh aus dem Torfvergleich die Rich tung; in welcher der kranke Leiterteil liegt.
Will malt das Zweispulentelephon ver meiden, darin ist eilte Schaltung gemäss Fig. 2 vorteilhaft. In dieser Figur bedeutet re ein Dreiphasennetz mit den Netzleitern I, II, III, pi, pii, piii sind drei Primärwicklungen von Stromwandlern, von deren Sekundärwick lungen der Einfachheit halber nur die dem Netzleiter HI zugeordnete Sekundärwicklung qiii dargestellt ist,
welche auf eine durch den Widerstand iv angedeutete Belastung ge schaltet ist, zri welcher parallel die Steck dose /a liegt. Die Zeichnung wäre also ge danklich dahin zu ergänzen, dass noch zwei weitere Sekundärwicklungen (qi und qii) vor handen sind, welche ihrerseits ebenfalls je einen Verbraucher speisen, zu dem je eine Steckdose parallel geschaltet ist. Der Stecker rg ist demgemäss auf die den verschiedenen Phasen zugeordneten Steckdosen umsteckbar. Die Sekundärwicklung qiii liegt mit eitlem Pol alt Erde e.
In, ist ein einstellbarer Widerstand, G2 eine Kapazität, t ein Transformator, ein Schalter, d ein normales Einspulentelephon, at ein Umschalter, ei, Gii, GIIi Kondensatoren, si und s3 ist ein Doppelschalter, bei wel chem der Kontaktarm voll si gegen die beiden einen Winkel zueinander bildenden Kontakt arme von sa isoliert ist.
Die Kontaktarme von 5i und s;t sind mechanisch starr mitein ander verbunden, so dass sie um den ge- meirisamen Drehpunkt miteinander gedreht werden können. Die Kontaktarme voll s3 sind geerdet. l und c ist eine auf Resonanz mit der Grundfrequenz abgestimmte, aus Induk- tivität und Kapazität gebildete Reihe, deren einer Pol mit dem Kontaktarm von si ver bunden, deren anderer Pol geerdet ist.
Parallel zur Reihe (l -f- c) liegt ein aus der- Kapazität Ci und dem einstellbaren Widerstand rvi ge bildete Reihe. Die Sekundärwicklung des Transformators t ist über den Umschalter Ü in Reihe mit eitlem Teil des Widerstandes ul geschaltet. Die beiden Verbindungsleitungen enthalten die Arischluf.')purikte für das Tele- plion d.
Diese Einrichtung wirkt nun folgender- inaf.;en: Die die Wicklung qiii - im Erd- schlussfalle der Netzphase III - durchflie ssenden Oberwellenströme werden nach Ein stecken des Steckers g über diesen zur Reihe geleitet.
Der Kondensator es stellt für Wellen hoher Frequenz einen kleineren Widerstand als für Wellen geringerer Fre quenz dar, so dass der grundfrequente Strom die Reihe ca zri einem prozentual klei neren Betrage durelifliesst, als die Oberwellen höherer Frequenz. Ein Teil dieser Oberwellen- ströme wird zur Priniärwieklung des Trans formators t abgeleitet und transformiert und so flieht demnach auch in denn Sekundär stromkreis ein Oberwellenstrom, welcher das Telephon zurre Ansprechen bringt.
Die Kondensatoren ei, cii, ciii wirken nun in ähnlicher Weise wie in Fig. .'1 be schrieben. Die alt der Reihe (L -j- c) auftre tende Spannung ist aber vorwiegend eine Spannung höherer Frequenz, weil die genannte Reihe infolge ihrer Abstimmung für die Span nung der Grundfrequenz einen Kurzschluss darstellt.
Auch hier werden vorwiegend Ströme der Oberwellenfrequenz die Kapazität Ci und den Widerstand ivi dnrclifliel;en und sich da bei mit dem vorn Transformator t kommenden gleichfrequentem Oberwellenstrom in Phase oder Gegenphase befinden, oder mit ihm einen andern, im allgemeinen aber von<B>901</B> ab weichenden Winkel einschliessen.
Ob nun die Ströme sich geometrisch oder arithmetisch zu dem das Telephon durchfliessenden resul tierenden Strom zusammensetzen, auf jeden Fall wird die Lautstärke auch hier durch die Lage des Umschalters U beeinflusst, und auch hier ist das Umlegen des Umschalters gleichwertig einem Wechsel der Stromrich tung in den Primärwicklungen pi, pa, pes, so dass sich auch diese Anordnung, bei wel cher also der Hörerspule ein der Summe bezw. Differenz der entsprechenden Erreger ströme proportionaler Strom zufliesst, zur Fest stellung der Richtung eignet, in welcher der Fehler zu suchen ist.
Es ist bei dieser Ein richtung ohne Belang, ob die Erregerströme aus Strömen aller vorkommenden Oberwellen frequenzen oder aus den Strömen einer be vorzugten Oberwellenfrequenz bestehen. Die Summe oder Differenz der Ströme kann auch durch andere Einrichtungen gebildet werden, zum Beispiel dadurch, dass man die Sekun därwicklung eines Stromtransformators mit der eines Spannungstransformators in Reihe schaltet und diese Reihe über die Spule des Telephonhörers schliesst. In den Fällen, in denen die Spannungsgrundwelle des Netzes eine fast oberwellenfreie Sinuskurve ist, würden sich unter Umständen zu kleine Ober wellenströme für das Anzeigeinstrument er geben.
Man kann aber die dem Anzeige instrument zufliessenden Ströme in aus der Radiotechnik bekannter Weise soweit ver stärken, dass auch bei Spannungen von ange nähert reiner Sinusform die kranke Leitung auf dem hier angegebenen Wege als solche erkannt werden kann.