DEC0008483MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 21. November 1953 Bekanntgemacht am 20. September 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es gibt Schutzeinrichtungen für isolierte elektrische Leitungen, die bei Isolationsfehlern infolge Erdschluß stromes ansprechen. Es eignen sich z. B. zur Verwendung in Bergwerken, wo die Zuleitungen zu den Antrieben! von Schrämmaschinen: als Gummischlauchleitungen ausgebildet sind. Solche Schutzeinrichtungen erfüllen neben der Aufgabe, die Leitung bei auftretendem Erdschlußstroni abzuschalten, in der Regel weitere den Forderungen der Bergwerkbetriebe entsprechende Schutz- und Steueraufgaben. Die Hauptpatentanmeldung C 6146 VIIIb/2ic hat eine Einrichtung solcher Art zum Gegenstand, die sich dadurch auszeichnet, daß bei einem elektrischen. Kabel die Stromadern, einzeln von untereinander verbundenen über eine Relaisauslöseeinrichtung geerdeten Schutzleitern und gemeinsam von einem über eine Hilfsspannungsquelle und eine Relaisauslösevorrichtung an Erde liegenden Überwachungsleiter umgeben sind.

Das Ausführungsbeispiel nach der genannten Patentanmeldung ist in erster Linie als Schutzeinrichtung für Hochspannungsleitungen bestimmt. Sie spricht auf verschiedene Arten von Isolationsfehlern der Leitung an und erfüllt mehrere Steuer- und KontroMaufgaben, auf die hier nicht im einzelnen eingegangen werden, soll. Bekommt dabei ein Phöisenleiter der Guimmischlauichleitung Verbindung mit einem geerdeten, ihn mit Abstand umgebenden Schutzleiter, so ist ein einphasiger Erdschluß vorhanden, und der Erdschlußstrom erregt

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ein Erdschlußrelais, welches die Abschaltung der Leitung veranlaßt. Bei Verwendung der Schutzeinrichtung der genannten. Art für Niederspannungsleitaaigien, müßte das Erdschluß relais, weit empfindlicher sein, als es für Hochspannungsleitungen erforderlich ist, da der Erdschlußstrom in Niederspannungsanlagen bedeutend kleiner als in Hochspannungsanlagen ist.

Nach einem der Erfindung zugrunde liegenden

ίο Gedanken wäre es aber erwünscht, ein und dieselben Schutzeinrichtungen sowohl bei Hochspannungsleitungen als auch bei Niederspannungsleitungen verwenden zu können. Dies ist aber mit Rücksicht auf die unterschiedlichen Anforderungen an das Erdschluß relais nicht ohne weiteres durchführbar. Durch die Erfindung läßt es sich jedoch dadurch verwirklichen, daß Ansprechglieder der Schutzeinrichtung bezüglich ihrer Ansprechempfindlichkeit mit Rücksicht auf die Verwendung der Einrichtung bei Hochspannungskabeln bemessen und daß Mittel vorgesehen sind, die mit Rücksicht auf die Verwendung bei Niederspannungskabeln den Ansprechstrom erhöhen. Dies gelingt insbesondere dadurch, daß an die Sekundärseite des Speisetransformators einer Niederspannungsleitung Kapazitäten gegen Erde angeschlossen werden, so daß der Erdschluß strom beim Ansprechen des Erdschlußrelais so¹ groß wird, daß ein Erdschlußrelais geringerer Empfindlichkeit benutzt werden kann.

Durch entsprechende Bemessung dieser Kapazitäten läßt es sich erreichen, daß bei Niederspannungsleitungen ein bei Schutzeinrichtungen für Hochspannungsleitungen bezüglich seiner Empfindlichkeit ausreichendes Erdschlußrelais verwendet werden kann. Somit braucht also zwischen Schutzeinrichtungen für Hoch- und Niederspannungsleitungen kein Unterschied mehr zu bestehen. Eine Schutzeinrichtung für Hochspannungsleitungen kann ohne weiteres auch bei Niederspannungs-, leitungen Anwendung finden, wenn man die Leitungen an geeigneter Stelle über Kapazitäten genügender Größe an Erde legt. Diese Möglichkeit hat für die Einheitlichkeit der Herstellung und für die Lagerhaltung wesentliche Vorteile. Der An-Schluß der zusätzlichen Kapazitäten kann auf verschiedene Weise erfolgen. Man kann z. B. an der Sekundärseite des Speisetransformators an die drei Phasenleiter Kapazitäten symmetrisch gegen Erde anschließen. Es ist aber auch möglich, eine Kapa,-zität zwischen Transformatorsternpunkt und Erde zu schalten.

An Hand der Zeichnung werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele für Schutz- und Steuerschaltungen für Niederspannungsschrämkabel beschrieben, bei denen die Erfindung angewendet ist. Die gezeichneten Schaltungen unterscheiden sich von dem Ausführungsbeispiel der Hauptpatentanmeldung im wesentlichen dadurch, daß zum Schalten der Leitung ein Schütz an Stelle eines Selbstschalters verwendet ist. Dadurch ergeben sich gewisse schaltungstechnische Unterschiede.

Gemäß Fig. 1 ist eine 3phasige Niederspannungs-. leitung an den Speisetransformator T₁ angeschlossen. Über einen Trennschalter TS und das' Motorschütz Sch führt die gummiisolierte Leitung z. B. zu einem Schrämmaschinenantrieb. Der Querschnitt- der Leitung ist in Fig. 2 gezeigt. Die drei Phasenleiter α sind von Schutzleitern b umgeben, die durch den in der Mitte liegenden Längsdraht c untereinander verbunden und geerdet sind. Unter der Oberfläche der Leitung befindet sich als Überwachungsleiter eine Umflechtung d. In der Fig. 1 ist diese Anordnung unter Weglassung des Leiters c schemarnäßig wiedergegeben. Die Verbindung der Schutzleiter b unter sich ist durch gerade Linien eingezeichnet. Der weitere Aufbau ist aus der folgenden Beschreibung der Wirkungsweise erkennbar, die die verschiedenen mit der Einrichtung erzielbaren Wirkungen im einzelnen kurz wiedergibt.

Einschalten/ des¹ Motor Schützes vom

Leitungsende her

Als Steuerleitungen für die Ein- und Ausschaltung vom Leitungsende her werden die Schutz- und Überwachungsleiter benutzt. Ist der Trennschalter TS eingeschaltet, so wird bei Betätigung des Einschalters der , Spulenstromkreis des Einschaltrelais ER, der von der Sekundärseite des Steuertransformators T₂ her über den Gleichrichter G₁ gespeist wird, über die Schutz- und Uberwachungsleiter geschlossen. Mit dem Schließen des Arbeitskontaktes von ER erhält die Spule des Schützes Sch über die Ruhekontakte der Relais SR und AR Spannung, das Schütz schaltet ein und hält sich über seinen Hilf skontakt und die Ruhekontakte von SR und AR selbst. Die Spule von AR bleibt während des Einschaltkommandos stromlos, da der über G₁ gleichgerichtete Strom auf dem Parallelweg über AR durch den Kondensator C₂ gesperrt wird.

Ausschalten des Schützes vom Leitungsende her

Bei Betätigung des Ausschalters wird die Spule des Relais AR an die sekundärseitige Spannung des Steuertransformators T₂ gelegt, so daß der zugehörige Ruhekontakt den Selbsthaltekreis der Schützspule unterbricht und das Schütz Sch ausschaltet.

Eindringen eines geerdeten Leiters durch
die Kabeloberfläche

Dringt ein geerdeter Leiter in den Überwachungsleiter d der Leitung ein, so wird der Spulenstromkreis des Relais AR über Erde geschlossen, so daß der Selbsthaltestromkreis der Schützspule durch den öffnenden Ruhekontakt von AR unterbrochen wird und das Schütz Sch ausschaltet. Auch bei ausgeschaltetem Schütz wird dieser Schutz wirksam, denn auch dann spricht das Relais AR an und unterbindet ein Einschalten des Schützes bis zur Behebung des Fehlers.

Eindringen eines nicht geerdeten Leiters
durch die Kabeloberfläche

Durchdringt ein nicht geerdeter leitender Körper die Isolation bis zu den geerdeten Schutzleitern b,

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so wird der Spulenstromkreis von AR durch die Überbrückung d — Schutzleiter b geschlossen, so· daß das Schütz ausgeschaltet wird. Auch in diesem. Fall ist wie im Fall 3 bei ausgeschaltetem Schütz Sch eine Einschaltung nicht möglich. Bei einer Überbrückung zwischen den Schutzleitern b und dem Überwachungsleiter d erhält auch das Relais ER Spannung. Das würde zwar die Funktion der Schutzeinrichtung, wenn das Relais AR bei eingeschaltetem Schütz anspricht, nicht beeinträchtigen. Bei einem Ansprechen von AR bei ausgeschaltetem Schütz ist jedoch ein einwandfreies Arbeiten nur gewährleistet, wenn der Ruhekontakt von AR öffnet, bevor der Arbeitskontakt von ER geschlossen ist. Das Relais ER muß dementsprechend eine Zeitverzögerung gegenüber dem Relais AR erhalten bzw. ER muß ein polarisiertes Relais sein.

Selektive Erdschluß abschaltung bei
eingeschaltetem Motorschutz

Ein Schluß zwischen einem Phasenleiter α und dem zugehörigen Schutzleiter b bedeutet einen einphasigen Erdschluß, da die Schutzleiter über einen Stromwandler W an Erde liegen. Wenn ein Erdschlußstrom fließt, wird das Erdschlußrelais SR, das an der Sekundärseite des Stromwandlers W angeschlossen ist, erregt und öffnet den Selbsthaltekreis der Schützspule, so daß das Schütz Sch die Leitung abschaltet. Zur Erhöhung des Erdschktßstromes, sind eirfindungsgemäß an der Sekundärseite des Speisetransformators T₁ drei symmetrische Kapazitäten C₁ gegen Erde angeschlossen, die zweckmäßigerweise so bemessen werden, daß der Erdschlußstrom in der Größenordnung desjenigen von Anlagen mitHochspannungsgummischlauchleitungen liegt, damit dasselbe Erdschlußrelais SR verwendet werden kann, wie für den selektiven Schutz von Hochspannungsgummi-Schlauchleitungen.

Sperrung der Einschaltung des Schützes
bei Erdschluß

Bei .ausgeschaltetem Schütz Sch sind, die drei Phasenlaiter α des zu schützenden Kabels über Rückwärtskontakte des Schützes mit dem Überwachungs leiter d verbunden,. Bei einem Schluß zwischen einem Phiasenleitar α und dem zugehörigen geerdeten Schutzleiter & spricht das Relais. AR an und macht dadurch die Einschaltung des Schützes Sch unmöglich.

Prüfung der Schutzschaltung

Zur Prüfung der einwandfreien Funktion, des Relais AR bei ausgeschaltetem Schütz Sch ist der Ausschalter zu betätigen. Leuchtet die Kontrolllampe L auf, so ist die Schutzeinrichtung in Ordnung.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zunächst dadurch, daß an Stelle dreier Kapazitäten eine Kapazität C zwischen den Sternpunkt des Speisetransformators T₁ und Erde geschaltet ist. Außerdem ist ein normalesSchütz Sch, also ein. Schütz ohne Rückwärtskontakte, verwendet. Die Funktion der in Fig. 1 vorgesehenen, Rückwärtskontakte wird von einem zusätzlichen Hilfsschütz HS übernommen. Das Prinzip der Schutzeinrichtung ist das gleiche wie in der Schaltung nach Fig. 1.

Während bei der Ausführung mit Rückwärtskontakten am Schütz Sch unmittelbar die Sicherheit gegeben ist, daß die Phasenleiter α des zu schützenden Kabels erst kurzgeschlossen werden, , wenn die Leitung spannungsfrei ist bzw. daß der Kurzschluß aufgehoben ist, wenn sich beim Einschalten die Schützkontakte berühren, muß bei der Ausführung mit Hilfsschütz die Schaltung so ausgebildet werden,, daß diese Bedingungen ebenfalls erfüllt sind. Dies geht folgendermaßen vor sich.

Beim Ein-Kommaindo spricht das Relais ER an. Über den Kontakt 1 von ER erhält die Spule des Hilfsschützes HS Spannung, dessen, Arbeitskontakte 3 und 4 schließen, während die drei Ruhekontakte öffnen und den Kurzschluß der Phasenleiter aufheben. Erst dann ist der Spulenstromkreis für das Schütz Sch geschlossen, das Schütz schaltet ein und hält sich so lange selbst, bis das Relais SR anspricht. Das Hilfsschütz HS, das von, der Netzspannung gespeist wird, hält sich über seinen Kontakt 3 so lange eingeschaltet, wie die Kontakte des Schützes Sch geschlossen sind. Damit ist die Gewähr gegeben, daß die drei Ruhekontakte von HS ■. die Phasenleiter α erst kurzschließen, wenn, das zu schützende Kabel spannungsfrei ist. Wie in der in Fig. ι dargestellten. Schaltung muß auch in dieser Schaltung das Einschaltrelais ER gegenüber Relais AR verzögert oder als polarisiertes Relais ausgeführt werden,

Da der Spulenstromkreis von HS bei ausgeschaltetem Schütz Sch über die Erdkapazitäten der Anlage vor und hinter dem Schütz und über Erde geschlossen ist, kann bei relativ hohen Erdkapazitäten die Gefahr bestehen, daß das Hilfsschütz HS nicht mit Sicherheit abfällt. Für diesen Fall kann in den Spulenkreis von HS ein Gleichrichterventil G₂ vorgesehen werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Niederspannungskabel mit Schutzschalteinrichtunig, bei dem die Stromadern einzeln, von untereinander verbundenen über eine Relaisauslöseeinrichtung geerdeten Schutzleitern, und gemeinsam von einem über eine Hilfsspannungsquelle und eine Relaisauslösevorrichtung an Erde liegenden Überwachungsleiter umgeben sind, nach Patentanmeldung C 6146 VIIIb/21 c, dadurch gekennzeichnet, daß Ansprechglieder der Schutzeinrichtung bezüglich ihrer Ansprechempfindlichkeit mit Rücksicht auf die Verwendung der Einrichtung bei Hochspannungskabeln bemessen und daß Mittel vorgesehen sind, die mit Rücksicht auf die Verwendung bei Niederspannungskabeln den An-Sprechstrom erhöhen.

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2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sekundärseite des Speisetransformators Kapazitäten gegen Erde angeschlossen sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die drei Phasenleiter drei symmetrische Kapazitäten gegen Erde angeschlossen sind. '
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität zwischen Transformatorsternpunkt und Erde geschaltet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Siemens Druckschrift TS 171/576.01/Wst, Erlangen, Dezember 1950, insbesondere S. 18, 19 und 20;

   Dr. THeodiOT Bucbhodd, »Elektrisch© Kraftwerke und Netze«, Beirlin, 1952, S. 144, Abb. 156, und S. 338.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen