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Einrichtung zur Überwachung des Übergangswiderstandes und zur Erhaltung
der elektrischen Leitfähigkeit zwischen elektrisch leitenden Teilen Die Erfindung
hat die laufende oder regelmäßig wiederkehrende Prüfung oder Anzeige der Kontaktbeschaffenheit
elektrisch leitender Teile, auf deren geringen Übergangswiderstand es wesentlich
ankommt, während ihres Betriebes zum Gegenstand. Sie ist auf Kontakte jeder Art
anwendbar und von. besonderer Bedeutung für Anlagen, deren Kontakte zur Übertragung
elektrischer Energie, also zur Fortleitung eines Arbeitsstromes, dienen, insbesondere
innerhalb solcher Anlagen, bei denen ein;. völlige Kontaktunterbrechung oder auch
nur eine plötzliche oder allmähliche Verschlechterung des Kontaktzustandes bzw.
Vergrößerung des Übergangswiderstandes zu Schäden oder Zerstörungen irgend"velch,er
Art führt oder führen kann. Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde,
eine Unterbrechung der Kontakte oder auch nur eine Verschlechterung ihres Zustandes
bzw. Vergrößerung des Übergangswiderstandes entweder durch eine Warnanlage anzuzeigen,
so da:ß das Überwachungspersonal eingreifen kann, bevor nachhaltige Schäden. oder
Störungen auftreten., oder mittels selbsttätig wirkender Vorrichtungen eine Verminderung
oder zeitweise Unterbrechung des Stromes auszulösen, sobald der Übergangswiderstand
der Kontakte eine bestimmte Größe überschreitet.
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Der Zustand und Übergangswiderstand elektrischer Kontakte ist bekanntlich
weitgehend abhängig von der jeweiligen Beschaffenheit der
Medien,
wie z. B. der Luft oder des Öles, in denen sie angeordnet sind. Der Sauerstoff oder
die Feuchtigkeit der Luft begünstigen z: B. die Bildung einer Oxydschicht auf :den
Kontaktflächen, deren Entstehen häufig noch durch Einwirkung von. Wärme gefördert
wird-. Staub, Öl oder Fett können. den Übergangswiderstand wesentlich erhöhen. Überdies
bestehen zahlreiche Möglichkeiten einer Lockerung mechanischer Verbindungen, die
gleichfalls zu einer Vergrößerung des Übergangswiderstandes führt.
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Gemäß der Erfindung werden Änderungen des Übergangswiderstandes optisch
oder akustisch angezeigt oder dazu benutzt, um Schalter zu betätigen, die mit den
zu überwachenden bzw. zu schützenden, im Betrieb befindlichen Kontakten dauernd
verbunden sind, so d-äß einem auftretenden.. Fehler beizeiten abgeholfen, oder erforderlichenfalls
der Strom abgeschaltet oder zumindest herabgesetzt werden kann.
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Jede Kontaktstelle ergibt zwischen ihren Berührungsflächen :einen
von ihrem Übergangswiderstand abhängigen Spannungsabfall, der namentlich in Starkstromanlagen,
wie z. B. bei elektrischen Schmelzöfen, die mit Strömen von 50 ooo A und mehr betrieben
=werden, einen erheblichen Teil der Gesamtspannung erreichen kann. Jeder unbemerkte
Anstieg .des Kontaktübergängswiderstandes kann daher nicht nur zum Verschmoren.
der Kontakte und-sonstiger Anlagenteile mit dem Verlust erheblicher Metallmengen
führen., sondern: er ist auch mit einem hohen Energieverlust verbunden, unter dessen
Wirkung Teile der Anlage nicht selten in Weißglut geraten, indem sich stehende Lichtbögen
zwischen den Kontaktteilen, wie z. B. zwischen den Elektroden :eines Schmelzofens
und ihren Haltern, ausbilden und selbst die Sammelschienen bis zur Schmelztemperatur
erhitzt werden. Nur selten kann die Fchlerquelteentdeckt werden, bevor Schäden aufgetreten
sind; was 'häufig zu vielstündiger oder sogar tagelanger Betriebsunterbrechung führt.
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In der Tat hat es bisher an jedem Mittel gefehlt, solche Störungen
und Zerstörungen mit Sicherheit oder par selbsttätig auszuschließen. Es sind zwar
viele Einrichtungen zur Messung des spezifischen Widerstandes fester Leiter bekannt,
.doch sind sie alle nicht zur Ermittlung von Kontaktfehlern innerhalb hochstromdürchflossenerAnlagenteile
geeignet, weil eben. der Übergangswiderstand zwischen hochbelasteten Kontakten keine
unveränderliche Größe und namentlich auch weitgehend abhängig von der jeweiligen
Strombelastung ist. Mißt man beispielsweise den Übergangswiderstand bei einer Stromstärke,
die wesentlich unterhalb der normalen Betri.ebsstroinstärke liegt, so kann die Messung
zu durchaus -irreführenden Ergebnissen führen. Deswegen trachtet man danach, die
Meßs:tröme möglichst groß zu wählen.; doch sind sie, da solche Meßeinrichtungen
tragbar sein sollen, naturgemäß auf einige hundert Ampere begrenzt. Es liegt auf
der Hand, daß man mit so verhältnismäßig kleinen Strömen nicht die Kontaktübergangswiderstände
von Anlageteilen, wie z. B. eines elektrischen Schmelzofens, einwandfrei messen
kann, die mit vielen tausend Ampere arbeiten. Hiervon ganz abgesehen, besteht aber
ein wesentlicher Unterschied, ob der Übergangswiderstand nur unter der Belastung
eines Meßstromes oder unter den wahren Betriebsbedingungen ermittelt werden soll,
bei welchen Temperatureinflüsse, Erschütterungen und sonstige Einwirkungen zu Lichtbogenbildungen
und Schmorstellen führen können, .die den Kontaktwiderstand ganz erheblich beeinflussen.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Meß:einrichtungen und -verfahren
kann der Kontaktwiderstand mit einer Anordnung gemäß der Erfindung unter den normalen
Betriebsbedingungen, also während der betriebsmäßigen Strombelastung, ermittelt
werden, und zwar kann dies sowohl durch laufende Überwachung, selbsttätige Anzeige
oder durch gelegentliche Messung des Übergangswiderstandes bzw. seiner Änderungen
als auch durch Einrichtungen erfolgen, welche eine selbsttätige Verminderung oder
gegebenenfalls sogar Abschaltung des Arbeitsstromes bewirken.- In allen Fällen wird
der Umstand benutzt, daß.eine jede Verschlechterung des Übergangswiderstandes von
Kontakten: mit einer entsprechenden Erhöhung des zwischen ihnen auftretenden Spannungsabfalles
verbunden ist. Wenn die Stromstärke hohen Schwankungen unterworfen ist, empfiehlt
sich zur Anzeige der auftretenden Störung ein Ouotientenmesser, d. h. ein Meßgerät,
:das, wie z. B. ein Kreuzspulgerät, den Quotienten aus Spannung und Strom bzw. den
Widerstand unmittelbar angibt. In Anlagen, deren Strombelastung weniger hohen Schwankungen
unterliegt, können ein einfaches Voltmeter, ein Relais, eine Schmelzsicherung, eine
Lampe oder jede andere optische oder akustische Einrichtung zur Anzeige dieser Änderungen
dienen.
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Für das Wesen :der Erfindung ist es belanglos: ob zur Betätigung der
Anzeigegeräte, Alarmvorrichtungen, Schalter od. dgl: der Betriebsstrom selbst oder
ein besonderer Strom verwendet wird, der sich dem Betriebsstrom überlagert. Wenn
z. B. einbesondererGleichstrom innerhalb einer W.echselstromänlage zur Anzeige des
Kontaktzustandes gemäß der Erfindung benutzt wird, so entspricht der durch den Übergangswiderstand
verursachte Spannungsabfall des Gleichstromes genau dem augenblicklichen Übergangswiderstand,
der sich als Folge der Wechselstrombelastung einstellt.. Die Tatsache, daß man mit
Hilfe eines überlagerten Meßgleichstrom,es das gleiche Ergebnis erhält, wie es die
Messung mittels des Tausende von Ampere betragenden Arbeitsstromes an sich liefern
würde, kann in allen Fällen von besonderem Vorteil sein, in denen eine Induktionswirkung
von dein Meß- oder Prüfergebnis fernzuhalten ist: bieErfindungermöglichtalso dein
Überwachungspersonal einen laufenden Überblick über jede Verschlechterung des Kontaktzustandes
während des Betriebes und setzt es somit in die Lage, rechtzeitig einzugreifen,
um Beschädigungen oder Zerstörungen der Anlage zu verhindern, soweit dies nicht
selbsttätig durch besondere Mittel nach der Erfindung geschieht. Die Erfindung ist
auf stromführende Anlagen
derverschiedensten Art anwendbar und
keineswegs auf die wenigen Ausführungsbeispiele der Zeichnung beschränkt, deren
Fig. i das Schaltbild eines wechselstromgespeisten Schmelzofens mit einer in einem
Halter befestigten Elektrode und die Verwendung .des Betriebsstromes selbst zur
Anzeige des Kontaktzustandes zeigt; Fig.2, zeigt :eine ähnliche Anlage für Gleichstrombetrieb,
bei welcher der Kontaktzustand von Sammelschienen ebenfalls mittels des Betriebsstromes
selbst überwacht wird; Fig. 3 zeigt eine Wechselstromanlage mit einer Sainmelschienenverbindungsstelle,
deren Übergangswiderstanid durch überlagerten Gleichstrom überwacht wird; Fig. 4.
stellt entsprechend ein Gleichstromsystem in_Verbindung mit Mitteln zur Überwachung
einer Samm-elschienenverbindung durch überlagerten Wechselstrom dar; Fig. 5 zeigt
ein Anwendungsbeispiel der Erfindung auf Hebelschalter, insbesondere auf einen -zweipoligen
Gleichstromlastschalter, unter Verwendung eines Hilfsschalters innerhalb der Überwachun.gseinrichtung
; Fig. 6 ist das Schaltbild einer Anlage mit einem Hochspannungsölschalter, dessen
LTberwachungs-bzw. Prüfeinrichtung gleichfalls einen Hilfsschalter enthält; Fig.7
und 8 zeigen einen für die Zwecke der Erfindung entwickelten. Spannungswandler,
der zur Transformierung von normalerweise weniger als i V betragenden Sekundärspannungen
und zur Degrenzung des primären Magnetisierungsstromes auf bestimmte Höchstwerte
dient und die Entstehung hoher Sekundärspannungen verhindert.
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Gemäß Fig. i ist der Halter 2 der Elektrode 3 eines elektrischen.
Schmelzofens mit der Primärwicklung 33 eines Stromwandlers 32 verbunden; der Schmelzfiuß
ist mit 5 bezeichnet. Es sei angenommen, daß der Übergangswiderstand zwischen der
Elektrode 3 und deren Halter 2 während des Iletriebes laufend durch ein Meßgerät
zu überwachen ist, das dauernd im Stromkreis liegen möge und dem Überwachungspersonal
jederzeit anzeigt, ob der Kontakt befriedigend ist oder einer Verbesserung bedarf.
Zu diesem Zwecke sind die Klemme 7 der Elektrode 3 und die Klemme 6 des Halters
-2: über die Leitungen 9 und 8 an die Primärwicklung i i eines Spannungswandlers
io angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 12 einerseits durch die Leitungen 14.1
mit der Gl.eichrichterbrückenschaltUng 22 und andererseits durch die Leitung 1q.
mit dem Kontakt 147 eines kleinen, als ganzes nicht näher bezeichneten Prüfschalters
verhunden ist, dessen Ruhestellung mit A gekennzeichnet ist. Von dem Kontakt 147
geht die Verhindung über das Segment 15, die S.egi-entbrücke 16, (las Segment 17,
den Kontakt 150 und die Leitung 21 zur anderen Wechselstromklemme der Gleichrichterbrück
enschaltung 22, der eine Gleichstromklemme, z. B. die positive, über die Leitungen
23, 143 und 24. mit der Spannungsspule 25 des :Meßge rätes 26, z. 13. eines
Kreuzspul-Ohmmeters, verbunden ist, während die andere Gleichstromklemme der Gleichrichterbrückenschaltung,
im dargestellten Beispiel die negativeKlemme,über dieLeitung 163, den Kontakt 2:7
und die Leitung 28 an Vorwiderstände 29 angeschlossen ist, durch deren Auswahl mittels
des z. B. als Kurbelbürste ausgebildeten und durch die Leitung 31 mit der
Spannungsspule 25 des Meßgerätes 26 verbundenen Umschalters 144 der Meßbereich desselben
verändert werden kann.
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Die Sekundärwicklung 34 des Stromwandlers 32, dessen Primärwicklung
33 einerseits mit der Elektrode 3 und andererseits mit der Leitung 164 verbunden
ist, ist über die Leitungen 43, 35 und .11 unter Zwischenschaltung eines Strommessers
36 an eine Gleichr ichterbrückenschaltung 42 angeschlossen. Deren, eine Gleichstromklemme,
z. B. die positive, ist mittels der Leitung 4.7 mit einem Nebenschlußwiderstand
4.8 verbunden, dessen Größe mittels der über die Leitung 49 mit der anderen Gleichstromklemme
verbundenen Kurbel 5o od. dgl. einstellbar ist. Dieser Nebenschlußwiderstand 48
liegt über die Leitungen 165 und 55 bzw. 51 und- 52 parallel zur Stromspule 53 des
Meßgerätes 26.
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Da dieses Meßgerät 26 das Verhältnis der Spannung zur Stromstärke
anzeigt, kann der Widerstand unmittelbar an seiner Skala abgelesen werden. Mittels
der Vorwiderstände 29 im Spannungskreis und des regelbaren Nebenschlußwiderstandes
4.8 im Strompfad kann der Meßbereich des Meßgerätes 26 leicht den unterschiedlichen
Betriebsgrößen verschiedener Anlagen angepaft werden. Hierbei hat die im Ofen herrschende
Stromstärke für sich allein h@einen Einfiuß auf das Meßergebn.is, weil dieses nur
vom Verhältnis Spannung : Strom gegeben ist. Solange also der Übergangswiderstand
zwischen der Elektrode 3 und ihrem Halter 2 unverändert bleibt, wird auch der Ausschlag
des Meßgerätzeigers 161 keine Änderung erfahren. Tritt jedoch, beispielsweise infolge
Lockerung der Verbindung, zwischen dem Halter 2 und der Elektrode 3 oder auch aus
anderen Gründen eine Verschlechterung des Kontaktes auf, was mit einer Erhöhung
des zwischen Halter und Elektrode herrschenden Spannungsabfalles verbunden ist,
so wird der Meßgerätzeiger ihr in eine andere Winkelstellung gelangen, und wenn
der Übergangswiderstand eine bestimmte Größe erreicht hat, wird: der Zeiger die
Kontakte 54. und 59 eines Signalstromkreises schließen., der aus der Stromquelle
58, den Leitungen 6o, 57 und 166 und dem Relais 56 besteht. Das durch Schließen
der Kontakte 5.4 und 59 erregte Relais 56 schließt seinerseits den Kontakt 64.,
wodurch die von der Stromquelle 65 gesp.eisteoptischeoder akustischeSignaleinrichtung66
in Tätigkeit tritt. Auf diese Weise wird das Überwachungspersonal auf die Verschlechterung
des Kontaktzustandes selbst dann aufmerksam gemacht und vor der dem Ofen und seinem
Inhalt drohenden Gefahr gewarnt, wenn .es den veränderten Zeigerausschlag des Meßgerätes
26 nicht bemerkt haben sollte. Als weitere Sicherungsmaßnahme kann für den Fall,
daß das Personal gerade abwesend sein oder aus sonstigen Gründen selbst das optische
oder
akustische Signal nicht wahrnehmen sollte, die Signaleinrichtung
66 mittels der durch 67 und 68 angedeuteten Anschlüsse mit einem in Fig. 1 nicht
dargestellten Zeitrelais verbunden sein und unter dessen Wirkung durch Einschaltung
von Widerstand den Arbeitsstrom zunächst drosseln und ihn mittels eines Leistungsschalters
schließlich ganz unterbrechen. Gegen außergewöhnlich hohe Spannungen, die zufällig
auftreten könnten,- ist durch ein Schaltrelais 130 vorgesorgt, das die Spannungsspule
25 des Meß.gerätes 26 mittels der von dem Umschalter 144 des Meßbereichwählers abzweigenden
Leitung 131 sowie der zwischen den L--itungen 143 und 23 abzweigenden Leitung 13'2
überbrückt. Jeder Spannungsstoß an der Spannungsspule 25 des Meß.gerätes 26 wird
daher das Schaltrelais 130 veranlassen, den Kontakt 27 zu öffnen. Weitere Schutzmaßnahmen
gegen Spannungsstöße werden später noch erwähnt werden.
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Im Falle außergewöhnlich kleiner Spannungen ist :es ratsam, sich von
Zeit zu Zeit zu vergewissern, ob die Kontakte .des Prüfstromkreises in Ordnung 'sind.
Zu diesem Zweck wird ein als Drehschalter ausgebildeter Prüfschalter in Verbindung
mit einer besonderen, in Fig. 1 nicht dargestellten Wechs@elstromquelle vorgesehen,
die .einen Niederspannungstransformator 70 speist, in dessen Sekundärkreis
ein Regelwiderstand 73 liegt, dessen nicht näher bezeichneter Schleifkontakt über
die Leitung 74, den Strommesser 75 und die Leitung 76 mit dem Kontakt 155- verbunden
ist, wähnend die andere Klemme der Sekundärwicklung 712 über die Leitungen 78 und
79 an den Kontakt 156 des- Prüfschalters angeschlossen ist. Zwischen den Leitungen
714 und 78 liegt ein Spann .ungsmesser 77 zur Messung der vom Niederspannungstransformator
70 abgegebenen Spannung.
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Wird nunc der als Ganzes nicht näher bezeichnete Prüfschalter in die
erste Prüfstellung B gedreht, so fließt der Strom von der einen Sekundärklemme des
Niederspannungstransformators 70 über den Kontakt 155, das S-egm.ent 8,2i,
die Segmentbrücke 8@3, .das Segment 84, den Kontakt 1q.8 und die Leitungen 1q.9
und 13 zu .einer Klemme der Sekundärwicklung 12 des Spannungswandlers 1o. Die ändere
Klemme .der Sekundärwicklung 1.2 steht mit demNi.ederspannungstransformator70 über
den Kontakt 156, das Segment 87, die Segmentbrücke 86, dasSegment85, denKontakt147
und dieLeitung14 in Verbindung. Dadurch wird die Sekundärwicklung 12 erregt, -so
daß in der Primärwicklung des Spannungswandlers io eine Spannung induziert wird,
die 'bei :gutem Zustand älter Kontakte durch die Leitung 9., die Klemme 7 der Elektrode
3, die Leitung 8 und -die Klemme 6 des Halters 2 kurzgeschlossen ist. Der Ausschlag
des Strommessers 75 bei einem bestimmten Ausschlag des Spannungsrnessers 77 erlaubt
dann -einen Rückschluß .darauf, ob die Kontakte der Klemmen 7 und 6 an der Elektrode3
bzw. ihrem Haltere in Ordnung sind. Wenn sie beispielsweise oxydiert sein sollten,
wird ein wesentlich geringerer Strom hindurchgehen, wobei für eine jede Anlage die
Beziehungen zwischen: Arbeitsstrom und Ausschlag der Meflgeräte 7 5 und 77 durch
Versuche zu .ermitteln und durch die vorbeschriebene Prüfung zu überwachen sind.
Ergibt sich bei der Einstellung der Überwachungseinrichtung innerhalb der betreffenden
Anlage ein zu kleiner Ausschlag des Strommessers 75, so wird die Spannung mittels
des Regelwiderstandes 73 so weit erhöht, bis der Strommesser75 dieWiderherstellung
eines guten Kontaktes an der Elektrode 3 anzeigt.
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Durch Drehung des kleinen Prüfschalters in die Stellung C wird der
Spannungspfad geprüft, indem die Sekundärwicklung 72 des Niederspannungstransformators
70 einerseits über den Kontakt 155, das Segment 88, die Segmentbrücke 89, das Segment
9o, den: Kontakt 15o und die Leitung 211 und andererseits über den Kontakt 156,
das Segment 93, die Segmentbrücke 92, das Segment 9@I, den Kontakt 148 und die Leitungen
149 und 141 mit der Gleichrichterbrückenschaltung 2io verbunden wird. Bei gegebener
Spannung wird jede Änderung derselben einen Ausschlag des Zeigers 161 am Meßgerät
26 zur Folge haben, wenn die vom Stromwandler 32 gespeiste Stromspule 53 vom gleichen
Betriebsstrom durchflossen wird.
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Durch Abschaltung der auf das Meßgerät 26 wirkenden Betriebsspannung
und durch schrittweises Erhöhen der Spannung im Prüfstromkreis kann jeder Einfluß
einer Isolationsschicht an den Kontakten des Prüf- oder Meßstromkreises ausgeschaltet
werden, da diese Schicht beim Erreichen einer gewissen Spannung plötzlich durchschlagen
wird, so daß sich der normale Übergangswiderstand wieder einstellt.
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Durch Betätigung des Prüfschalters in regelmäßigen Zeitabständen hat
man es also in der Hand; sich jederzeit von dein innerhalb der Anlage herzsehenden
Kontaktzustand oder Übergangswiderstand zu überzeugen. Selbstverständlich kann diese
regelmäßig wiederkehrende Ab.tastung in an sich bekannter Weise auch selbsttätig
erfolgen, z. B. durch einen umlaufenden Unterbrecher, und auch das Ausmaß einer
Verschlechterung der Meßkontakte gelangt hierbei zur Anzeige.
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Esversteht sich von selbst"daßMeßeinrichtungen der vorbeschriebenen
Art auch innerhalb anderer Niederspannungsanlagen vorteilhaft verwendbar sind. So
können z. B. die allgemein bekannten und von der Bildung einer hauchdünnen Oxydschicht
an der Kollektoroberfläche herrührenden Anlaufschwierigkeiten von Gleichstromgeneratoren
mittels Durchschlagung dieser Schicht unter der Einwirkung einer fremden, beispielsweise
zu den Bürstenhaltern parallel liegenden. Spannungsquelle behoben wenden. Das gleiche
gilt für Kontaktschwierigkeiten an Aufzugsanlagen.
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Während Fig. 1 als eines der vielen Anwendungsbeispiele des Erfindungsgedankens
für die Kontaktüberwachung wechselstromgespeisterAnlagen einen Schmelzofen darstellt;
zeigt Fig.2 den gleichen Grundsatz der Erfindung innerhalb einer Gleichstromanlage,
bei der es sich um die Überwachung des Kontaktzustandes einer Verbindungsstelle
zweier Sammelschienen 2o1 und 2o2 mittels des
von ihnen durchflossenen
Betriehsstromes handelt. Hier hängt der wesentliche Teil der überwachun:gseinrichtung
unmittelbar an denSammelschienen201 und 2o2, indem die Spannungsspule 25' des Meßgerätes
26 .einerseits über die Leitungen 205 und 2o6 und den Kontakt 27 und andererseits
über die Leitung 207, den Kontakt 2o9 (Schalterstellung _4 des Prüfschalters),
das Segment 2iiro, die Segmentbrücke 211, das Segment 21z, den Kontakt 213 und die
Leitungen 218 und 143 mit den Klemmen 203
bzw. 204 der Sammelschienen 201
bzw. 2o2 verbunden ist. Die innere Schaltung der Stromspule 53 in Bezug auf den
Nebenschlußwiderstand 48 :entspricht der in Fig. 1 dargestellten. Die eine Klemme
des Nebenschlußwiderstandes 48 ist hier jedoch über Leitungen 233 und 2312 mit der
einen Klemme eines Nebenschlusses 2-31 verbunden, d°r in dzr Stromzuleitung 298
zur Sammelschiene 201 liegt. Die andere Klemme dieses Nebenschlusses führt über
die Leitung 219, den Strommesser 297, die Leitung 22o, den Kontakt 2i21 (Stellung
.d des Prüfschalters), das Segment 222, die Segment-Brücke 2:23, das Segment 22q.,
den Kontakt 225 und die Leitung 23o zur Kurbel 5o od. dgl.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung entspricht derjenigen der in Fig.
i dargestellten Anlage. Auch hier ruft jedes stärkere Anwachsen des Übergangswiderstandes,
vorliegendenfalls zwischen den Sammelschienen 201 und 2o2, einen Ausschlag des Meßgerätzeigers
161 hervor, unter dessen Wirkung die Kontakte 54 und 59 überbrückt werden, wodurch
die Signaleinrichtung 66 ausgelöst wird. Auch geben Spannungsstöße ist der gleiche
Schutz vorgesehen wie gemäß Fig. i, und es sind gleichfalls zwei Stellungen der
Prüfeinrichtung dargestellt, in denen der Kontaktzustand ermittelt werden kann,
nur daß hier statt eines Niederspannungstransformators (7o in: Fig. i) eine besondere
Gleichstromquelle 234 mit einem Spannungsteiler 235 vorgesehen ist. Der eine Pol
dieser Gleichstromquelle 234 ist (Prüfstellung B des Prüfschalters) über die Leitungen
242 und: 2'43, den Kontakt 246, das Segment 252, .die Segmentbrücke 253,
das Segment 25q., den Kontakt 209 und die Leitung 207 mit der Klemme 2o4 der Sammelschiene
2o2 verbunden, während der andere Pol der als Batterie dargestellten Gleichstromquelle
234 mittelbar über den Spannungsteiler 235 und dessen Schleifkontakt sowie über
die Leitungen 236 und 239, den Kontakt 241, das Segment 247, die S.egmentbrücke
248, das Segment 249, den Kontakt 25o und die Leitungen 25;1 und 205 mit,derKlemm:e203
derSammelschiene2oi verbunden ist. Auch hier werden, wie bei dein Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. i, die Ausschläge des Strommessers 238 bzw. des Spannungsmessers 291
im Stromkreise der Hilfsgleichstromquelle 234 anzeigen, ob zwischen den zu überwachenden
An.lageteilen, d. h. vorliegendenfalls zwischen den Sammelschienen 201 und 2o2,
ein inniger Kontakt besteht. In gleicher Weise kann nötigenfalls die Spannung so
lange erhöht werden, bis der Übergangswiderstand auf das betriebszulässige Maß zurückgegangen
ist. In der Stellung C des Prüfschalters wird die zu dem Nebenschluß 231 führende
Verbindung geprüft. Dies geschieht in gleicher Weise wie die Messung in der Stellung
B des Prüfschalters und bedarf daher keiner nochmaligen Erörterung.
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Es versteht sich von selbst, daß die in. Fig.2 dargestellte Schaltung
auch zur Lfberwachung jeder anderen Kontaktübergangsstelle dienen kann.
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Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine wechselstromgespeiste Anlage
mit Sammelschienen 301 und 302, deren Übergangswiderstand nicht mittels des Betriebsstromes,
sondern mit Hilfe eines überlagerten Meßgleichstromes überwacht wird.
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Dieser Meßgleichstromkreis besteht beispielsweise aus einer Niederspannungsbatterie
303, die einerseits über den Regelwiderstand 3o4, die Leitung 305, den Strommesser
3o6 und die Leitung 307
mit der Sammelschiene 301 und andererseits über die
Leitung 3o8, den Nebenschlußwiderstand 309,
die Leitung 31o, die Drosselspule
311 und die Leitung 312 mit der Sammelschiene 302 verbunden ist.
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Von dem Nebenschlußwiderstand 309 führen M.eßleitungen 317 und 318
zu dem mittels der Kurhel 5o od. dgl. einstellbaren Nebenschlußwiderstand 48, der
wie in den Beispielen der Fig. i und 2 mit der Stromspule 53 des Meßgerätes 26 verbunden
ist, dessen Spannungsspule 25 auch hier mit dem Kontakt 27 verbunden und an die
Leitung 143 angeschlossen ist. Diese Leitung 143 steht über die Leitung 316 mit
der Sammelschiene 302 in Verbindung, während der Kontakt 27 über die regelbare Eisenkerndrosselspule
314 und die Leitung 313 zu der anderen Sammelschiene 3a1 führt. Der Regelwiderstand
3o4 im Stromkreise der Niederspannungsbatterie 303 regelt den durch den Strommesser3o6angezei:gtenMeß:gleichstrom,
dessen am Nehenschlußwiderstand 3o9 erzeugter Spannungsabfall zur Speisung der Stromspule
53 des Meßgerätes (Ouotientenmesser) 26 dient. Der von diesem Meßgleichstrom zwischen
den Sammelschienen 301 und 302 hervorgerufene Spannungsabfall wirkt über
die Leitungen 315 und 316 auf die Spannungsspule 25 des Meßgerätes 2.6 ein.
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Die Wirkungsweise entspricht jener der an Hand der Fig. i und 2 beschriebenen
Anlagen. Natürlich bewirkt auch der Betriebswechselstrom -durch die Sammelschienen:
301 und 302 einen SpannungsabfaII.Um zu verhindern, daß dieser dieMeßeinrichtung
und deren Anzeige beeinflußt, sind die beiden zuvor erwähnten Drosselspulen 311
und 314 vorgesehen. Sie bieten dem Durchgang eines Wechselstromes einen hohen induktiven
Widerstand, während sie den Gleichstrom ungehindert durchlassen. Infolgedessen liefert
die Messung mit dem überlagerten Gleichstrom einwandfreie Ergebnisse, unbeschadet
des in der Anlage fließenden Betriebswechselstromes.
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Der im Gleichstromkreis entstehende Spannungsabfall ist genau proportional
dem Ohmschen Übergangswiderstand, den der Betriebswechselstrom zu überwinden hat.
Selbst wenn also der Meßgleichstrom nur einen geringen Prozentsatz des Betriebswechselstrom,es
erreicht, liefert er trotzdem ein zutreffendes
Bild des zu überwachenden.
Übergangswiderstandes.
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Das vorstehend beschriebene Meßverfahren ist von besonderem Vorteil
überall dort, wo,es sich darum handelt, den Einfuß eines induktiven Widerstandes
an der zu prüfenden Kontaktstelle auszuschalten: Wird nämlich Wechselstrom zur Messung
benutzt, so kann der Spannungsabfall infolge dieses induktiven Widerstandes sehr
viel höher erscheinen, als es dem rein Ohmnschen Wi:derstande .entsprechen würde.
Die Anwendung eines überlagerten Meßgleichstromes vermeidet also nicht nur solche
Fehlergebnisse der Messung, sondern sie ermöglicht die einwandfreie Ermittlung des
Übergängswiderstandes oder seinerVeränderung sowohl vor Inbetriebnahme der Anlage
als auch während ihres vollen Betriebes.
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Die als Niederspannungsbatterie 303 dargestellte Hilfs@gleichstromquelle
kann von der Wechselstromseite gestellt und insbesondere, wenn es sich um eine Batterie
handelt, über einen Niederspannungstransformator und einen Gleichrichter aufgeladen
werden.
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Fig. 4 zeigt eine Gleichstromanlage mit Sammelschienen 401 und 4o2,
deren Übergangswiderstand an ihrer Verbindungsstelle während des Betriebes mittels
überlagertenWechselstromes gemessenwird. Hier ist als Meßstromquelle ein Niederspannungstransformator
404 vorgesehen, dessen Sekundärwicklung 4o6 einerseits am Regelwiderstand 407 liegt.
Der nicht näher bezeichnete Abgriff dieses Regelwiderstandes' 407 ist über die Leitung
408, den die Meßstromstärke anzeigenden Strommesser q:09 und die Leitung 410 mit
der Sammelschiene 401, -die andere Klemme der Sekundärwicklung 4o6 ist über die
Leitung 411, die Primärwicklung 33 des Stromwandlers 3,2 und die Leitung 412 mit
der anderen Sammelschiene 4öi2 verbunden.
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Die Sekundärwicklung 34 des Stromwandlers 32 ist mit' der Stromspule
53 des Meßgerätes (Kreuzspulgerät) 2#6 über eine Gleichrichterbrückenschaltung q.2
in der gleichen Weise verbunden, wie es an Hand der Fig. ii, beschrieben wurde,
deren Bezugszeichen daher auch jenen der Fig. 4 .entsprechen.
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Der aus dem Wechselstrom sich ergebende Spannungsabfall zwischen den.
Sammelschienen 401 und 4-a2 wird durch die Leitungen 413 und 4.14 der Primärwicklung
i i des Spannungswandlers io zugeführt, dessen Sekundärwicklung 12 diese Spannung
nach Gleichrichtung in der Gleichxichterbrückenschaltung 22 dem Meßgerät 26 in derselben
Weise zuführt, wie es in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. i beschrieben
wurde.
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Der Übersicht halber sind in den Fig. 3 und 4 der Prüfschalter und
dessen Stellungen A, B und G nicht eingezeichnet.
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Obwohl der Spannungsabfall des betriebsmäßigen Gleichstromes neben
dem des überlagerten Wechselstromes auftritt, kann @er das Meßergebnis offensichtlich
nicht beeinflussen, denn das Meßgerät 26 wird nur von dem über die Wandler io bzw.
32 auf die Gleichrichterbrückenschaltüngen z2 bzw. 42 wirkenden Spannungen bzw.
Strömen, nicht aber auch von dem Spannungsabfall zwischen den Gleichstromsammelschienen
bceinflußt, der auf die Sekundärwicklungen der Wandler und die mit ihnen verbundenen
Gleichrichterbrückenschaltungen bzw. auf die Spulen -des Meßgerätes 26 naturgemäß
ebensowenig Einfluß haben kann wie der Betriebs-Strom bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3.
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Das vorstehend beschriebene Prüfverfahren ist besonders vorteilhaft
in Fällen; hei denen eine häufige und wesentliche. Verschlechterung des Kontakt
üb.ergangswiderstandes und sogar eine völlige Kontaktunterbrechung auftritt, weil
bereits einige Volt im Hilfsstromkreis genügen, um das Meßgerät vor Beschädigungen
durch die volle Netzspannung von beispielsweise r io oder 22o V zu schützen.
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Es erübrigt sich, auch noch den. Fall eines überlagerten Wechselstromes
zur Messung des Kontaktzustandes innerhalb wechselstrombetriebener Anlagen darzustellen,
da Anordnung und Wirkung jenen des der Fig. 4 zugrunde liegenden: Aüsführungsbeispieles
der Erfindung völlig entsprechen. So kann z. B. meiner Anlage, deren Betriebsfrequenz
viele tausend Hertz beträgt, ein überlagerter Meßwechselstrom von. nur 25 oder 6o
Perioden zur Anzeige von Kontaktübergangswi.derstandsänderungen verwendet werden.
Der induktive Widerstand der für geringe Periodenzahl ausgelegtenMeßwandler bietet
dem hochfrequentenArbeitsatrom einen so hohen Widerstand, daß jeder Einfluß, des
Betriebsstromes auf das Meßergebn.is prak= tisch völlig ausgeschaltet ist. Aus dem
gleichen Grunde empfiehlt sich dieses Meßverfähren auch in denjenigen Fällen, in
denen starke Spannungsspitzen infolge wesentlicher Änderungen des Kom taktübergangswiderstandes
das Meßgerät gefährden würden, da letzteres, wenn es für die übliche Frequenz von
.etwa 50 oder 6o Perioden abgestimmt ist, für hochfrequente Impulse unempfindlich
wäre.
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Bereits aus dem bisher Gesagten ergibt sich, däß sich die Erfindung
nicht mit der Bestimmung des Übergangswiderstandes-an sich, sondern vielmehr nur
mit der Anzeige seiner Veränderungen; d. h. seinen Vergrößerungen, befaßt, um das
Überwachungspersonal nötigenfalls zürn Einschreiten zu veranlassen.
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Fi:g. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung zum Schutze von
Hebelschaltern, und zwar in Verbindung mit -einem zweipoligen Gleichstromiastschalter.
Die hierbei zurAnwendung gelangende Prüf- öder Schutzeinrichtung zur Überwachung
seiner Kontakte enthält neben anderen Geräten auch eine Hilfseinrichtung zum Schutze
der Meßgerate vor der vollen Betriebsspannung bei eingerücktem Schalter; .die jedoch
bei der Auslösung des Schalters wieder abgeschaltet werden muß, um die Meßeinrichtung
vor unzulässigen Spannungsspitz@en zu bewahren. Das Grundsätzliche dieser Hilfseinrichtung
wird durch einen Hilfsschalter verkörpert, der in den zu der Spannungsspule führender
M.eßleitungen liegt, wobei das zur Betätigung des Hilfsschalters dienende Relais
an der Ausgangsseite des - Gleichstroinlästschalters liegt. Infolgedessen wird das
Relais nur ansprechen und
den Hilfsschalter einrücken, nachdem der
Gleichstromlastschalter geschlossen worden ist und auch seine Ausgangsseite an Spannung
liegt. Mittels eine der an sich bekannten Svsteme von Verriegelungseinrichtungen
ist gewährleistet, daß der Hilfsschalter vor dem Öffnen .des Gleichstromlastschalters
ausgeschaltet wird.
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Diese Vorrichtung kann in Verbindung mit Schaltern jeder Art für Gleich-
und Wechselstrom benutzt «-erden. Sie ist besonders vorteilhaft dort, wo der Hauptschalter
nicht ohne weiteres zugänglich oder sichtbar und daher der unmittelbaren Überwachung
entzogen ist. Handelt es sich um nicht selbsttätige Handschalter, so wird auch der
Hilfsschalter gemäß der Erfindung von Hand be-
tätigt. Es ist jedoch möglich,
ihn mit dem Hauptschalter mechanisch zu kuppeln, etwa derart, daß er von dessen
Brücke mitgenommen und eingerückt wird, sobald diese einen. Teil ihres Schaltweges
zurückgelegt hat, während er beim Öffnen des Hauptschalters unter der Wirkung einer
Feder herausspringt.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Vereinigung eines Haupt- und Hilfsschalters
erfolgt die Stromzuleitung über die Leitungen 5oi und 506. 11l it 511 ist der Handgriff
und mit 503 und 5o8 sind die Schaltinesser des Hauptschalters (Lastschalter)
bezeichriet, die um die Eingangsklemmen 502 bzw. 507
drehbar sind, während
die Ausgangsklemmen mit 5o4 und 5o9 bezeichnet sind. 513 ist der normalerweise
geschlossene Hilfskolitakt und 5i9 ein normalerweise geöffneter Hilfschalter, der
durch die Spule 516 gesteuert wird, deren eine Klemme über die Leitung 517 mit der
Ausgangsklemme 509 des Hauptschalters verbunden ist, während ihre andere
Klemme über die Leitung 515, den Hilfskontakt 513 und die Leitung
512-, mit der zweiten Ausgangsklemme 5o4 des Hauptschalters verbunden ist.
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Nach Einrücken .des Hauptschalters (Handgriff 5 11) liegt an dessen
Ausgangsklemmen 5o4 und 509
und somit auch an der Spule 5r6 die volle Netzspannung,
wodurch der Hilfsschalter 5i9 die Leitungen 518 und 207 miteinander verbindet.
D,°cr Anker 539 des Hilfsschalters 5ig ist an einer Feder 526 aufgehängt. Ein an
diesem Anker 539 drehbar angeordneter Haken 527 kann sich nur nach oben drehen,
da er an einer Drehung nach unten durch einen Anschlag 529 verhindert wird. Bei
Erregung der Spule 516 trifft der Haken 9a7 den um d---il Drehpunkt 931 drehbaren
Hebel 530 und gelangt, durch seine Drehung nach oben ausweichend, unterhalb
dieses Hebels 530.
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Infolge der Verbindung der Leitungen 2o7 und 5i8 durch den Hilfsschalter
519 wird die Spannungsspule des hier nicht dargestellten Meßgerätes (Kreuzspulgerät)
mit den Ein- und Ausgangsklemmen :eines der beiden Hauptschalterpole verbunden.
Die offen gezeichneten Anschlüsse 2o5 und 207 spielen hier die gleiche Rolle
wie in der Schaltung gemäß Fig. 2. Die Stromspule des hier nicht dargestellten Meßgerätes
wird von dem Nebenschlußw iderstand 52!3 überbrückt, der mit der Ausgangsklemlne
5o4 des Hauptschalters durch die Leitung 505 verbunden ist und dessen abgehende
Leitungen 219 und 23-9, den gleichbezeichneten Verbindungen in Fig. 2 .entsprechen,
so daß für Schaltung und Wirkung des Meßgerätes und der von diesem gesteuerten Hilfsstromkreise
das bereits dort Gesagte gilt. Beim Auftreten einer außergeivöhnlichen Verschlechterung
der Hauptschalterkontakte werden diese augenblicklich und stromlos ausgeschaltet.
Hierzu dienen die auch in den Fig. i und 2 angedeuteten Leitungsanschlüsse 67 und
68, die zur Relaisspule 514 führen. Durch Öffnung des Kontaktes 513 wird die Erregung
der Spule 516 unterbrochen, wodurch der Anker 539 unter der Wirkung der Feder 526
zurückgezogen und der Hilfsschalter 519 geöffnet wird. Als erste wird somit die
Verbindung zur Spannungsspule des nicht dargestellten Meßgerätes (Kreuzspulgerät)
unterbrochen. In diesem Zeitpunkt trifft der Haken. 527 den drehbaren Hebel
530, und indem er diesen schwenkt, gelangt er wieder in seine Anfangsstellung
oberhalb desselben. Die Drehung des Hebels 53o hat zur Folge, daß sein rechtes Ende
53'2 den Kontakt 53'4 schließt, von dem die Leitung 535 zu der in Fig. 5 nicht dargestellten
Schaltspule führt, deren andere Klemme über die Leitung 538. die Stromquelle 537
und die Leitung 536 mit dein Hebel 530 bzw. dessen rechtem Ende 532 verbunden
ist und durch deren Erregung der Hauptschalter sofort ausgeschaltet wird. Die Feder
533 hewirkt eine Rückführung des drehbaren. Hebels 530 und aller anderen Teile in
ihre Ausgangsstellung.
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Hieraus ergibt sich, daß die Einschaltung des Hilfsschalters 5i9 nach
Einschaltung des Hauptschalters bzw. seine Ausschaltung vor dessen Ausschaltung
gewährleistet ist.
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Soll der Hauptschalter nach Betriebsende in der üblichen Weise ausgeschaltet
werden., so wird die Relaisspule 514 über ihre Leitungen 67 und 68 durch Betätigung
eines besonderen nicht dargestellten Druckknopfes gespeist, um den Hilfskontakt
513 zu öffnen, was ein Öffnen 4es Hauptschalters in gleicher Weise zur Folge hat
wie bei der zuvor beschriebenen Steuerung der Schaltspule.
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Die Schaltung arbeitet gleichermaßen mit Wechsel- bzw. Drehstrom.
In diesem Falle werden nur die Leitungen 205 und 207 durch die in Fig. @i
dargestellten Leitungen 9 und 8 ersetzt, da hier ein Spannungswandler mit Gleichrichter
benötigt wird. Desgleichen treten an Stelle des Nebenschlußwiderstandes 523 ein
Stromwandler gemäß Fig. i und für die Leitungen 219 -und 232 die Leitungen 35 und
43 (Fig. i), d. h. es wird die Meßeinrichtung nach Fig. i benutzt, jedoch in Verbindung
mit dem zuvor beschriebenen Hilfsschalter 5i9. Sowohl bei Gleich- als auch bei Wechsel.strombetrieb
kann die Prüfeinrichtung in völlig gleicher Weise wie bei den Ausführungsheispielen
gemäß den Fig. i und 2 benutzt werden. Auch können die Messungen, wie an Hand der
Fig. 3 und. .4 erläutert, mit dem Be.-triebsstrom überlagerten Meßström:en ausgeführt
werden, nur daß in diesem Falle an Stelle eines Hilfssehalters 5i9 deren zwei benötigt
werden, von denen der eine zur Einschaltung der besonderen
Hilfsstromquelle
und der andere zur Einschaltung der Spannungsspule des Meßgerätes dient, ohne daß
sich am Grundsätzlichen der an Hand der Fig.3 und 4 beschriebenen Arbeitsweise etwas
ändert.
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Außer Lastschaltern; die durch Schalthilfsmittel und. Schaltspulen
gesteuert werden, -können" auch einfache Handschalter durch Prüfein@richtüngen gemäß
der Erfindung beschützt werden. In solchen Fällen kann der Hilfsschalter von Hand
oder auch mechanisch, z. B. durch Mitnehmer eines Hilfsschalters, seitens der Lastschalterbrücke
betätigt werden. Wesentlich hierbei ist nur, daß der Hilfsschalter erst dann betätigt
werden kann, wenn der Lastschalter bereits in eine Stellung gelangt ist, in welcher
seine Kontakte zu schließen beginnen, und daß vor Öffnung des Lastschalters zunächst
der Hilfsschalter geöffnet wird.
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Fig. 6 zeigt die Erfindung in. ihrer Anwendung zum Schutz von Hochspannungsölschaltern.
Der hier vorgesehene Hilfsschalter wird wegen der hohen Spannung zweckmäßigerweise
gleichfalls als Hochspannungsölschalter ausgebildet, jedoch für entsprechend kleinere
Ströme bemessen sein. Er wird durch einen Niederspannungsbilfsschalter gesteuert,
dessen Arbeitsweise an Hand der Fig. 5 beschrieben wurde.
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Gemäß Fig. 6 erfolgt die Zuführung der Hochspannung -durch die mit
- den Kontakten. 604, 6o9 und 639 verbundenen, Leitungen Gor, 6o2 und
603.
Der Übersicht halber ist die vollständige Schaltung nur für eine der
drei Phasen gezeichnet; sie ist für die beiden anderen Phasen die gleiche. Zwischen.
den Hochspännungsölscbalterausg angskontakten 6o6 und 611 zweier Phasen: liegt über
die Leitung 6r3 und die Schmelzsicherung 615 bzw. die Leitung 618
und
die Schmelzsicherung 617 die Primärwicklung 616 eines Spannungswandlers 614, dessen
Sekundärwicklung 6i9- einen. Niederspannungshilfsschalter 5i9 der in Fi-g: 5 dargestellten
Art und Schalteng speist. Die einander entsprechenden Teile sind daher in den Fig.
5 und 6 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Beim Einschalten des Höchspannungsölhauptschalters erhalten die Ausgangskontakte
6o6 und 61(i1 Spannung, wodurch der Spannungswandleröz4 erregt wird, dessen Sekundärwicklung
Gig die Spule 516 speist wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fg. 5. Gleichzeitig
wird der Niederspannungshilfsschalter 5 19 geschlosen, wodurch die Leitungen 62-1
und 622 miteinander verbunden werden und die Schaltspule 623 über die Leitung 624
an eine nicht dargestellte Niederspannungsquelle gelegt wird. Die erregte Schaltspule
623 zieht den Anker 625 an, dessen Kontaktbürste 628 die Ein-und Ausgangskontakte
629 und 627 des Hochspannungshilfsschalters miteinander verbindet. Durch diese Überbrückung
allein wirkt nunmehr der an den Kontakten des Hochspannungshauptschalters vorhandene
Spannungsabfall über den Ausgangskontakt 6o6, die Leitung 634 und die Höchspannungsschmelzs:icherung
635 auf die Primärwicklung 633 des Spannungswandlers 632, deren freie Klemme über
die Sicherung 631 und die Leitung 630 mit dein Eingangskontakt 629 verbunden
ist und somit über die Kontaktbürste 628, den Ausgangskontakt 627 und die Leitung
626 zu dem Kontakt 604 führt. Die von der Sekundärwicklung 636 des Spannungswandlers
6312 abgebenden Leitungen: 13 und 14 entsprechen in jeder Beziehung
den in Fig. i gleichbezeichneten Verbindungen, welche zur Spannungsspule des in
Fig. 6 nicht dargestellten Meß.gerätes (Kreuzspulgerät) führen. Die Primärwicklung
64o des Stromwandlers 639, ist über die Leitung 607 mit dem Ausgangskontakt
6o6 des Hauptschalters verbunden, während die Sekundärwicklung 64z über die Leitungen
35 und 43 entsprechend Fig. i an die Stromspule des Meßgerätes angeschlossen ist.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, werden bei jedesmaligemEinschalten des.Hochspannungsölschalters
auch die beiden Spulen des Meßgerätes eingeschaltet, dessen Einzelheiten und Arbeitsweise
an; Hand der Fig. i beschrieben worden sind. Das Überwachungspersonal kann sich
also jederzeit und ohne Unterbrechung des Betriebes ein zutreffendes Bild über den
"tatsächlichen Betriebszustand der Hochspannungsschalterkontakte verschaffen. Wird
der Schalter einmal unter großer Überlastung oder gär bei-Kurzs.chluß geöffnet,
so ist es möglich, sich nach dem Wiedereinschalten sofort davon zu überzeugen, ob
die Kontakte hierunter gelitten haben. Aus dem Ausschlag des Meßgerätes kann auch
geschlossen werden, innerhalb welcher Betriebspause Ausbau und Überholung des Lastschalters
durchführbar wären..
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Auch hier wird für jeden Ölschaltertyp ein bestimmter Übergangswiderstand
festgestellt und durch Versuche ermittelt. Wenn der Übergangswiderstand infolge
Verschlechterung der Kontakte unerwartet schnell ansteigen und einen gewissen Höchstwert
überschreiten sollte, wird die Schutzeinrichtung ansprechen und ein Signal auslösen
,oder auch den Schalter ganz auslösen.
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Ebenso wie bei der Anordnung gemäß Fig. 5 wird der Hilfsschalter,
vorliegendenfälls ein Hochspannungsschalter, zuerst ausgeschaltet, wodurch die gesamte
Meßeinrichtung und der Hochspannungshauptschalter abgeschaltet werden. Zu diesem
Zweck .gibt die Signaleinrichtung 66 (Fg. i) den Impuls über die Anschlüsse 67 und
68 in der bei Beschreibung der Fig. 5 erläuterten Weise an die Relaisspule 514 für
den Hilfskontakt 513,
durch dessen. Wiederöffnung auch -der zwischen den Leitungen
62,1 und, 622 liegende Niederspannun@gshilfsächalter 519 geöffnet wird, so
daß der Stromkreis der Schaltspule 623 unterbrochen wird. Auf diese Weise wird der
Höchspannungshilfsschalter sofort geöffnet.
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Wie bei der Anordnung gemäß Fig. 5 schließt das rechte Ende 532 des
drehbaren Armes 53o beim Zurückziehen des Ankers 539 die die Schaltspule des Hochspannungsschalters
betätigende Stromquelle 537 an: Wie an. Hand der Fig: 5 beschrieben, wird zur Auslösung
des Hochspannungsschalters ein. zusätzlicher, nicht dargestellter Druckknopf
betätigt,
um einen Stromstoß durch die Leitungen 67 und 68 zu der Relaisspule 514 zu schicken.
und dadurch den Hilfskontakt 513 zu öffnen.
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Die zur Verriegelung des Hilfsschalters dargestellten, und beschriebenen
Mittel können auch durch andere elektrische öder mechanische Einrichtungen ersetzt
werden.
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Die Fg. 7 und 8 stellen einen für die Zwecke der Erfindung besonders
entwickelten Spannungswandler 632 in Fig. 6,dar, dem die Aufgabe zugrunde liegt,
Sekundärspannungen von weniger als @i V zu erzeugen, ohne daß Hochspannung im Sekundärkreis
auftreten kann, indem der primäre Magnetisierungsstrom begrenzt wird.
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Dieser Spannungswandler besitzt vier Schenkel 701, 702, 703
und 7o4, von denen der Schenkel 702
die in Fig. 6 dargestellte Primärwicklung
633 trägt, während der einen sehr kleinen OOuerschnitt aufweisende Schenkel 701
mit der Sekundärwicklung 636 versehen ist. Der dritte Schenkel 703 besitzt
einen sehr großen Querschnitt und einen Luftspalt 707, und auch der vierte Schenkel
704 ist durch großen Querschnitt und überdies durch einen erheblichen Luftspalt
714 gekennzeichnet, in welch letzteren sich ein Keil 710 erstreckt, der normalerweise
durch die Feder 715 in einer den Luftspalt 714 offen lassenden Lage gehalten wird.
Entgegen der Einwirkung dieser Feder 715 wird der Eisenkern 712 bei Erregung der
Spule 713 angezogen und der Luftspalt 714 durch .den Keil 710 geschlossen. Bei der
Normalspannung von i V oder einem Bruchteil derselben geht der gesamte magnetische
Fluß durch den dünnen. Schenkel 701. Weil die Schenkel mit großem Querschnitt wegen
ihrer Luftspalte einem so kleinen magnetischen Fluß einen unverhältnismäßig hohen
magnetischen Widerstand entgegensetzen, ergibt sich eine verhältnisgleiche Transformierung
der Spannung. Die Abmessungen des dünnen Schenkels 701 müssen so gewählt
werden, daß bereits bei einer Spannung von wenigen Volt seine volle magnetische
Sättigung eintritt. Dadurch wird erreicht, daß die Spannung auf der Sekundärseite
nur bis zu einem bestimmten Wert ansteigen kann, welcher der Eisensättigung des
dünnen Schenkels entspricht. Von einer bestimmten Primärspannung ab wird der magnetische
Kreis des Schenkels 704 mit großem Querschnitt durch die Spule 713 künstlich geschlossen,
indem der Keil 7io nunmehr den Luftspalt 714 schließt. Diese Spule 713 wird durch
die Signaleinrichtung 66 über .die Anschlüsse 67 und 68 (Fig. i) erregt, durch deren
Charakteristik oder Einstellung die Spannung bestimmt werden kann, bei welcher die
Spule 7r3 anzieht. Ihre Erregung kann z. B. beim Auftreten einer starken Erhöhung
des Kontaktübergangswiderstandes erfolgen, und statt der Auslösung optischer oder
akustischer Signale kann. die Herabsetzung des Stromes oder dessen völlige Unterbrechung
veranlaßt werden.. Mit der Schließung :des Luftspaltes 714 durch den Keil 710 findet
die Mehrzahl der magnetischen Kraftlinien einen neuen Durchgang mit erheblich kleinerem
magnetischem Widerstand, wodurch der Magnetisierungs-Strom in der Primärwicklung
633 begrenzt und damit ihre Beschädigung bei starkem Anstieg der Primärspannung
verhindert wird. In der Tat muß sich der ganze Anstieg des magnetischen Flusses
größtenteils in dem Schenkel 7o4 auswirken, sobald das Eisen des dünnen Schenkels
701 einmal gesättigt ist.
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Durch entsprechende Bemessung der Querschnitte bzw. des magnetischen
Widerstandes beider Schenkel kann erreicht werden, daß ein Anstieg des magnetischen
Flusses in dem dünnen Schenkel begrenzt wird und daher auch die Sekundärspannungeinen
bestimmten Wert nicht überschreitet. Beim Eintritt des magnetischen Keiles 710 in
den Luftspalt 714 wird die Sekundärspannung gedrosselt. Dadurch wird ein Relais,
beispielsweise der zu Rufzwecken in Fernsprechanlagen üblichen Art, ein Signal geben
bzw. aufrechterhalten, bis, es durch Handbetätigung wieder unterbrochen wird.
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Bei entsprechender Wahl der Eisenquerschnitte usw. dieser Schenkel
kann praktisch jedes Verhältnis zwischen normalerweise zu messender Spannung und
höchster Spannungsspitze auf der Primärseite erhalten werden, ohne daß die Sekundärspannung
einen bestimmten Betrag überschreitet. Freilich kann sich im praktischen Betrieb
dieser Schutzeinrichtung eine gewisse Trägheit des Eisenkernes 712 bemerkbar machen,
derzufolge die Sekundärspannung noch ansteigt, bevor die ganze Anlage ausgeschaltet
wird. In diesem Falle wird die Magnetisierung der Schenkel 703 und 704 mit
großem Querschnitt ansteigen, und ein beträchtlicher Teil des magnetischen Flusses
geht durch den Keil 71o hindurch. Bei hinreichendem Anstieg der Spannung wird daher
der Keil 710 von selbst angezogen, so daß der Spannungswandler selbst, wenn auch
mit geringer Verzögerung, die gleiche Wirkung hat, die normalerweise durch den Eisenkern
7i2 erzielt wird.
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Es kann auch vorkommen, daß der Luftspalt 714 des Schenkels 704 mit
großem Querschnitt überhaupt nicht geschlossen wird. In diesem Falle tritt der Schenkel
703 in Wirkung. Nach Erreichen einer bestimmten Magnetisierung bzw. Spannung
wird der größere Teil des magnetischen Flusses durch den Luftspalt 707 hindurchzugehen
bestrebt sein. Auf diese Weise wird eine ähnliche Wirkung wie durch die Schließung
des Luftspaltes 714 im Schenkel 704 mit großem Querschnitt erreicht, und auch in
diesem Falle wird die Sekundärwicklung 636 vor einer unzulässig höhen Spannung bewahrt.
In Ausnahmefällen kann der Übergangswiderstand einer Kontaktstelle kurzzeitig einen
sehr hohen Wert erreichen, so daß gegebenenfalls ein Spannungsabfall bzw. eine Spannungsdifferenz
von sogar mehreren tausend Volt zwischen ihr auftritt, noch bevor die Auslösung
des Hoc'hspannungs-Hauptschalte-rs in Wirkung tritt, was mit einem entsprechenden
Anstieg des primären. Magnetisierungsstromes verbunden wäre. Durch hierauf Rücksicht
nehmende Berechnung der magnetischen Beanspruchungen kann jedoch der Magnetisierungsstrom
so bemessen werden, daß die Hochspannungsschmelzsicherungen
(635
und 631 in Fig. 6) bei Überschreitung einer bestimmten Spannung und damit
eines gewissen Magnetisierungsstromes durchbrennen. Außer diesem Schutz für die
Meßeinrichtungen ist noch der Schutz gegen Spannungsspitzen durch das Schaltrelais
130 gemäß Fig. i vorgesehen. Selbstverständlich können die Zahl der Schenkel und
ihre gegenseitige Anordnung sowie die Schließungs- und Öffnungsverhältnisse ihrer
Luftspalte den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. So kann beispielsweise
auch ein anderer Schenkel mit magnetisch schließbarem öder ständig offenem Luftspalt
vorgesehen werden, und der sekundäre S-chetikel kann auch mehr als eine Wicklung
tragen; die verschiedenen. Zwecken dienen können. Entsprechende Maßnahmen können
auch im Stromwandler vorgesehen werden, um das Meßgerät zu schützen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung, -durch Schließung eines Luftspaltes
den magnetischen Widerstand zu verringern, kann mit Vorteil selbst dann angewendet
werden, wenn es sich um den Schutz von Meßgeräten vor der Wirkung von Spannungsspitzen
handelt. Beim Auftreten plötzlicher Änderungen des magnetischen Flusses und der
damit verbundenen Spannungsspitzen an der Sekundärwicklung kann :diese durch Anbringung
eines Silitwderstandes unschädlich gemacht werden, dessen Widerstand bekanntlich
stark von der Spannung abhängig ist. Ein gleiches Ergebnis erhält man durch:die
Überbrückung solcher Wicklungen mittels Kondensatoren.
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Auch in Niederspannungsanlagen jeder Art kann es zweckmäßig sein,
Meßwandler 'ähnlicher oder gleicher Art zum Schutze der Meßgeräte vor Spannungsspitzen
vorzusehen.
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Bei Verwendung einer Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung innerhalb
einer Wechselstromanlage, die mit sehr hohen Stromstärken arbeitet, wie z. B. bei
einerri Schmelzofen, oder in einer Anlage finit Höchstleistungstransformator, kann
es vorkomm°n, daß die in der Nähe sehr starker Magnetfelder v--rlegten Sighalleitungen
einer großen Induktionswirkung ausgesetzt sind. Um diese soweit wie möglich zu kompensieren;
wird man -die Leitunken möglichst :dicht beieinander verlegen. Dennoch kann der
Fall eintreten, daß die induktive Bieeinfiussung zweier zu einer Schutzeinrichtung
führender Leitungen nicht völlig aufgehoben: ist, wodurch eine zusätzliche Spannung
in dem Meßströmkreis induziert wird, der den normalerweise auftretenden und zu messenden
Spannungsabfall sogar um --ein Vielfaches übersteigen kann. Um diesen Fremdeinfluß
auszuschalten, werden zweckmäßigerweise die Enden jedes Meßleltungspaares miteinander
verbunden und ihre anderen, zur Schalttafel führenden Enden an ,einen empfindlichen
Wechselspannungsmesser, an ein Drehspulmeßgerät mit Gleichrichter oder an ein sonstiges
empfindliches Meßgerät für Wechselstrom angeschlossen. Ergibt nun diese Schleife
einen Ausschlag am Wechselstrommeßgerät, so wird der eine oder der andere Zweig
der Schleife verkürzt bzw. verlängert, bis der beiderseitige Induktionseinfluß ausgeglichen
ist und die indüzierteFremdspannung somitverschwindet, wonach das lediglich dieser
Justierung oder Kompensation dienende Wechselstrflmmeßgerät durch die normale Prüfeinrichtung
ersetzt wird.
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Im übrigen; ist es für :das Wesen der Erfindung ohne Belang, ob -das
Anzeigegerät ein Kreuzspulmießgerät oder ein anderes Meß:gerät, wie z. B. ein Wattmeter
oder ein Strommesser mit oder ohne Reihenwiderstand, ist. Die aufgeführten Beispiele
zeigen ferner; d@aß die Schutz.cinrchtung gemäß der Erfindung unter Verwendung des
Betriebsstromes sowohl in Gleich- als auch in Wechselstromanlagen verwendbar ist.
Sie ist in gleicher Weise geeignet für Kontakte, die normalerweise während des Betriebes
dauernd geschlossen sind oder in stromlosem Zustand häufig geöffnet werden müssen
sowie für Kontakte aller Arten von Schaltern, die während,des Betriebes unter voller
Spannung geöffnet und geschlossen werden. Auch kann die Erfindung sowohl bei einigen
Leitern als auch bei ganzen Teilen des Netzes zur Anwendung gelangen. Die Schutzvorrichtung
kann fest eingebaut oder ortsbeweglich, insbesondere tragbar und von solcher Beschaffenheit
sein, daß sie nur anzeigt oder auch registriert; auch kann sie Verstärkereinrichtungen
enthalten.
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Als .Anwendungsgebiete der Erfindung seien folgende Beispiele besonders
erwähnt: Ausschalter, Sammelschienenverbindungensowie Verbindungen in Motoren, Generatoren,
Transformatoren oder Schmelzsicherungen,. feiner Kabelverbindungen in Maschinen
ündApparaten, elektrischen Schmelzöfen usw. und allgemein Kraft- und Stahlwerke,
chemische Fabriken, Bahnanlagen, elektrochemische Anlagen zur Rückgewinnung von
Metallen, wie Kupfer, Nickel, Silber od. dgl., und schließlich auch elektrische
Koch-, Heiz- und Beleuchtungsanlagen.
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Wenngleich die Erfindung inerster Linie auf den Schutz elektrischer,
d. h. von einem Betriebsstrom durchflossener Anlagen hinzielt, kann sie aber mit
Vorteil auch dort zur Anwendung gelangen, wo es sich lediglich um die Überwachung
der mechanischen Verbindung leitender Teile, wie Niete, Schrauben, Bolzen sowie
Weich- oder Hartlotverbindungen und Schweißstellen in Apparaten und Maschinen an
sich: nicht elektrischer Art handelt. So unterliegen beispielsweise die zwei oder
mehrere Teile miteinander verbindenden Schraubenbolzen der meisten Werkzeug- und
Kraftmaschinen stets der Möglichkeit; sich unter dem Einfiüß der während des Betriebes
eintretenden Schwingungen od. dgl. zu lockern. Bei Flugzeugen besteht für gewisse
Teile, wie namentlich für Streben, die Gefahr einer Lockerung von Verbindungen,
insbesondere unter der Wirkung,des Landesstoßes.
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Die Zuverlässigkeit elektrischer Anlagen an Bord von Schiffen und,
namentlich. von Kriegsschiffen kann von der selbsttätigen Überwachung der Kontakte
abhängen. In, allen diesen Fällen. kanngemäß der Erfindung die Tatsache nutzbar
gemacht werden, .daß eine jede Lockerung metallischer Verbindungen
mit
einem Anwachsen des elektrischen Übergangswiderstandes verbunden ist und daß diese
Widerstandsänderung mittels eines die Verbindung durchfließenden Niederspannungsstromes
optisch, akustisch oder sonstwie wahrnehmbar gemacht wird.
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Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die Überwachung Ohmscher Widerstände
beschränkt, sondern sinngemäß auch zur Überwachung der Änderung von Scheinwiderständen,
z. B. von induktiven Widerständen inWechselstromkreisen,geeignet und ganz allgemein
überall dort von Bedeutung, wo der Spannungsabfall zwischen einander berührenden
Teilen mit einer Gefahrenquelle oder einem erheblichen En.ergiev-erlust selbst dann
verbunden ist, wenn er nur einen geringen Bruchteil der gesamten Betriebsspannung
erreicht, wie dies namentlich hei Hoclistromanlagen der Fall ist.