DE250724C - Sicherheitsschaltung fuek Kabel und Freileitungen in Gleich und Wechselstromanlagen unter Verwendung von Hilfsleitungen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c. GRUPPE

unter Verwendung von Hilfsleitungen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. September 1911 ab.

In größeren Freileitungs- oder Kabelnetzen, namentlich solchen mit geschlossenen Ringleitungen, die durch Schalter in Sektionen unterteilt sind, besteht das Bedürfnis nach Einrichtungen, durch welche bei Auftreten eines Erdschlusses oder Kurzschlusses auf der Strecke nur die schadhafte Sektion selbsttätig abgeschaltet wird, was durch Anordnung von selbsttätigen Starkstromschaltern allein bekanntlich nicht

ίο erreichbar ist. Es sind bereits Sicherheitsschaltungen bekannt, welche die genannte Schaltwirkung zu erreichen suchen dadurch, daß an den Enden jeder zu schützenden Sektion Stromwandler angeordnet werden, durch die ein mehrpoliges Hilfsleitungssystem in induktive Beziehung zu dem Hauptleitungssystem gebracht wird, oder auch dadurch, daß beim Durchschlagen der Isolation unmittelbar an der schadhaften Stelle ein aus gesonderter Stromquelle gespeister Hilfsstromkreis geschlossen wird, der die Schalterauslösung bewirkt.

Die vorliegende Schutzschaltung erreicht den gewollten Zweck durch Schaffung je eines künstlichen Neutralpunktes an den beiden Enden jeder zu schützenden Leitungssektion und Verbindung dieser beiden Punkte durch eine normalerweise stromlose, im übrigen von den Hauptleitungen und der Erde isolierte Hilfsleitung. Diese besitzt in normalem Betriebe keine Spannungsdifferenz zur Erde, zu den einzelnen stromführenden Adern aber konstante, gleich große Spannungsdifferenzen, was beispielsweise durch statische Spannungsmesser nachgewiesen werden kann. Tritt dagegen auf der Strecke ein Kurzschluß oder ein Erdschluß ein, so wird die Hilfsleitung dadurch in Mitleidenschaft gezogen, und ihre Spannungsdifferenzen zu den einzelnen Hauptleitungen werden verschieden groß, was durch Änderungen in den Ausschlägen der vorerwähnten statischen Spannungsmesser kenntlich sein würde. Setzt man nun gemäß der Erfindung an Stelle der statischen Spannungsmesser geeignet konstruierte Spannungsrelais, welche beispielsweise den Kontakt eines HilfsStromkreises schließen, sobald eine Verschiedenheit in den Spannungsdifferenzen eintritt, so können hierdurch Schaltvorrichtungen ausgelöst werden, welche ein selbsttätiges Abschalten der Leitungssektion an ihren Enden bewirken. Hierbei ist es prinzipiell gleichgültig, ob die zu verwendenden Spannungsrelais direkt zwischen die Hauptleitungen und die Hilfsleitung angeschlossen werden, oder ob dies unter Zwischenschaltung von anderen Vorrichtungen, z. B. von Spannungstransformatoren bei Wechselstrom, geschieht. Wesentlich ist, daß im Gegensatz zu anderen bekannten Schutzschaltungen nicht im Hilfsleiter auslösende Relais angeordnet sind und durch die in diesem auftretenden Ströme in Tätigkeit gesetzt werden; denn auch bei völlig unversehrter Hauptleiterisolation können im Hilfsleiter infolge von Ladungen oder Induktionsstößen momentane Ströme erzeugt werden, die dann eine unbeabsichtigte Auslösung hervorrufen würden. Bei der Schaltung der Relais gemäß der Erfindung ist dies jedoch nicht möglich, da die genannten Ströme die Relais in

gleichem Sinne beeinflussen und eine Verschiedenheit der Spannungsdifferenzen nicht herbeiführen; Abschaltungen finden also nicht statt. In den Fig. ι bis 5 ist die Sicherheitsschaltung beispielsweise für ein dreiadriges Hochspannungsdrehstromkabel erläutert. Der in Fig. ι dargestellte Kabelquerschnitt zeigt die drei Hauptadern a_v a₂ und a_z, welche unter Zwischenlage von Isoliermaterial von den den Hilfsleiter darstellenden, unter sich leitend verbundenen Umhüllungen h umschlossen sind. Der Hilfsleiter h bildet, solange das Kabel intakt ist, einen Neutralpunkt zu dem Drehstromsystem, und die drei zwischen ihn und die Drehstromadern a_v a_% und a_z direkt oder unter Zwischenschaltung eines dreiphasigen Spannungstransformators t angelegten Spannungsmesser D₁, V₂, V₃ weisen gleiche Ausschläge auf. Tritt jedoch ein Durchschlag im Kabel ein, so wird sofort das Symmetrieverhältnis gestört und die Voltmeter zeigen verschiedene Ausschläge.

Die in Fig. 1 dargestellte Form des Hilfsleiters kann durch Umpressen der Adern mit einem Metallmantel, durch Umwickeln mit Metallband oder in ähnlicher Weise erzielt werden, doch ist diese besondere Form nicht wesentlich für den Erfindungsgedanken. So zeigt beispielsweise Fig. 2 einen Hilfsleiter, der in eine um und zwischen die Hauptadern verteilte Anzahl von parallel geschalteten Einzeldrähten d aufgelöst ist, und Fig. 3 weist einen Mantel m und einen zentral angeordneten Leiter η auf, die einzeln oder gemeinsam den Hilfsleiter bilden können, womit aber die möglichen Formgebungen des Hilfsleiters keinesfalls erschöpft sind. Die Anordnung nach Fig. 3 hat den Zweck, durch den von allen Hauptadern gleich weit entfernten mittleren Hilfsleiter η auch für Durchschläge innerhalb des Kabels eine Sicherheit zu schaffen.

In Fig. 4 sind nun an beiden Enden der Drehstromkabelstrecke die drei Hauptleitungen a_x, a_%, a_s mit der Hilfsleitung h durch die Primärwicklungen von Spannungstransformatoren t_x und L₁ verbunden, an deren Sekundärwicklungen die dreiphasigen Spannungsrelais T₁ und r₂ angeschlossen sind. Solange die Kabelstrecke intakt ist und der Hilfsleiter einen Neutralpunkt des Drehstromsystems darstellt, wirken drei gleich große Kräfte auf jedes Relais, die sich gegenseitig ausbalancieren. Dieses Gleichgewicht wird jedoch sofort gestört, sobald durch einen Kurz- odre Erdschluß im Kabel der Hilfsleiter die Eigenschaft des Neutralpunktes verliert, und die Folge davon ist ein Schließen der Kontakte k^ und A₂ an den Relais, wodurch der Strom der Hilfsbatterien \ und δ₂ oder einer beliebigen anderen Stromquelle auf die Auslösespulen S₁ und S₂ der Schalter O₁ und O₂ wirkt und letztere zum Ausschalten bringt.

In analoger Weise wird der Hilfsleiter für ein zwei- oder mehradriges Kabel angeordnet und die Sicherheitsschaltung angewandt, die sich gleichgut für Gleich-, Emphasen- und Mehrphasenstromnetze benutzen läßt.

So stellt beispielsweise Fig. 6 das Schutzsystem für eine Gleichstromkabelstrecke mit zwei Einfachkabeln dar, deren Adern a_x und a₂ von den als Hilfsleiter dienenden Mänteln A₁ und A₂ umgeben sind, die ihrerseits wieder an den Enden der Kabelstrecke miteinander und mit den Neutralpunkten der zugehörigen Spannungsrelais T₁ und ;-₂ leitend verbunden sind. Die Wirkungen der beiden Spulen jedes Relais heben sich gegenseitig auf, solange die Kabel intakt sind, dagegen überwiegt bei Durchschlag in einem Kabel die Zugkraft einer Relaisspule die der anderen, und es erfolgt bei A₁ und A₂ Kontaktgebung, durch die, in gleicher Weise wie bei Fig. 4 erläutert, die Abschaltung der Kabelstrecke herbeigeführt wird.
, Auch für Freileitungsnetze ist die Sicherheitsschaltung geeignet zur Abschaltung der Strecke bei einem Isolatorendurchschlag, wobei man die Hilfsleitung in leitende Verbindung mit den Isolatorenstützen bringt, die ja in normalem Betriebe ebenfalls das Potential eines Neutralpunktes haben; in diesem Falle kann die für das sichere Arbeiten der Schaltung erforderliche Isolation der Hilfsleitung von der Erde durch isolierte Befestigung der Isolatorenstützen an den Masten erreicht werden, sofern nicht bei Verwendung von Holzmasten der Isolationswert des Holzes selbst schon hierfür genügt.

Die Isolierung der Hilfsleitung von der Erde im normalen Betriebe ist deshalb erforderlich, weil andernfalls die Hilfsleitungen der verschiedenen Sektionen miteinander in leitender Verbindung stehen und bei einem Leitungsdefekte nicht nur die zu der betreffenden Sektion gehörigen Relais, sondern auch die von anderen Sektionen ansprechen würden; dagegen hat es keinerlei für den Leitungsschutz nachteilige Wirkung, wenn durch den Kurz- oder Erdschluß der Hilfsleiter der schadhaften Sektion Erdverbindung erhält.

In Fig. 5 ist endlich schematisch die Atrsführung eines dreipoligen Spannungsrelais angedeutet, wie sie für den Schutz einer Drehstromleitung in Betracht kommen kann. Über den Phasenspulen C₁, c₂, c₃ ist ein dreiarmiger Anker e angeordnet, der bei gleicher Anzugskraft der Spulen in Gleichgewichtslage gehalten wird, aber beim Überwiegen der Kraft einer oder zweier Spulen zum Kippen kommt, wobei einer der Hüfskontakte i geschlossen und dadurch die Schalterauslösung bewirkt wird. Bei Eintritt eines gleichzeitigen Kurzschlusses zwischen allen drei Phasen könnte allerdings der Fall eintreten, daß die Potentialdifferenzen aller drei Phasen gegen den Hilfsleiter zu null werden,

die Relaisspulen dann überhaupt keine Kraft auf den Anker ausüben und die Kontaktgebung bei i trotz des Leitungsdefektes unterbleibt. Um letzteres zu verhindern, kann im Relais eine Feder f angebracht werden, welche beim vollständigen Verschwinden der Anzugskraft der Spulen den dreiarmigen Anker gegen die Kontakte i drückt und diese schließt.

Da aber auch bei' zeitweisem Fortbleiben der

ίο Spannung von der Zentrale aus die Feder f in Wirksamkeit treten und die Kontakte i schließen würde, in diesem Falle aber ein Abschalten der Leitungssektionen nicht erwünscht wäre, so kann das Schließen des Hilfsstromkreises für die Auslösung in Abhängigkeit von dem Vorhandensein eines Stromflusses in der Hauptleitung gebracht werden, indem man entweder als Stromquelle für den Auslösestrom die Sekundärwicklung eines in den Hauptleitungen Hegenden Stromwandlers verwendet oder durch von den Strömen der Hauptleitungen beeinflußte Stromrelais den Auslösestromkreis öffnen läßt, sobald die Hauptleitungen bei Fortbleiben der Zentralenspannung stromlos werden.

Als Spannungsrelais zur Wirksammachung der Spannungsdifferenzen zwischen dem Hilfsleiter und den Hauptleitern können nach elektromagnetischem, elektrostatischem, Hitzdraht-, Ferrarisprinzip 0. dgl. gebaute Apparate oder Kontaktvoltmeter verwendet werden.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Sicherheitsschaltung für Kabel und Freileitungen in Gleich- und Wechselstromanlagen zum selbsttätigen beiderseitigen Abschalten einer Leitungsstrecke bei Auftreten eines Isolationsdefektes in ihr unter Verwendung von Hilfsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden jeder Leitungsstrecke Neutralpunkte der Spannung gebildet und durch eine von der Erde isolierte Hilfsleitung verbunden sind und die bei einem Isolationsdefekt eintretende Verschiedenheit der zwischen den einzelnen Hauptleitungen und der Hilfsleitung bestehenden, in normalem Betriebe gleichen Spannungsdifferenzen die von letzteren gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Spannungstransformatoren, erregten Spannungsrelais in Tätigkeit setzt, welche die an den beiden Enden der Teilstrecke angeordneten Selbstschalter auslösen.
2. 2. Ausführung nach Anspruch 1 für mehradrige Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitung aus einem sämtliche Adern umgebenden isolierten Metallmantel und einem in der Kabelachse angeordneten Metalldraht besteht (Fig. 3).
3. 3. Ausführung nach Anspruch 1 für Freileitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitung in leitende Verbindung mit den Metallstützen der Hauptleitungsisolatoren gebracht wird, so daß beim Durchschlagen eines Isolators von Leitung nach Stütze ein Abschalten der Strecke erfolgt.
4. 4. Ausführung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Spannungsrelais, die so ausgebildet sind, daß sie den zugehörigen Hauptschalter nicht nur auslösen, wenn die Spannungsdifferenzen zwischen der Hilfsleitung und den einzelnen Hauptleitungen verschieden groß werden, sondern auch dann, wenn diese Spannungsdifferenzen gleichzeitig einen bestimmten Größenwert unterschreiten (Fig. 5).
5. 5. Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Selbstschalter außer von Spannungsrelais auch noch von Stromrelais beeinflußt wird, die in Abhängigkeit von den in den Hauptleitungen fließenden Strömen gebracht sind und das Auslösen durch die Spannungsrelais erst von einer bestimmten Mindeststromstärke an zulassen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.