DE238150C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JV* 238150 -KLASSE 21c. GRUPPE

KARL KUHLMANN in PANKOW b. BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. September 1910 ab.

Das nachfolgend beschriebene Schutzsystem für Gleich- und Wechselstromanlagen unterscheidet sich von den bekannten dadurch, daß sich die Hilfsleitungen selbst in induktiver Verkettung mit dem magnetischen und gegebenenfalls auch mit dem elektrischen Felde des Hauptleitungssystems befinden und die dadurch in den Hilfsleitungen entstehenden elektromotorischen Kräfte für die Wirkung der

ίο Schutzapparate nutzbringend herangezogen werden. Bei Kabeln kann die induktive Wirkung der Hauptleitungen auf die Hilfsleitungen z. B. dadurch erzielt werden, daß man die in Fig. ι dargestellte Querschnittsform wählt, in welcher i, 2, 3 die Kraftleitungen, a, b, c die Hilfsleitungen sind.

Fig. 2 zeigt das Schutzsystem für ein solches Drehstromkabel. Die Anordnung ist z. B. so, daß im normalen Betriebe die durch die in den Hauptleitungen i, 2, 3 fließenden Ströme I₁,1₂J₃ in den Hilfsleitungen a, b, c infolge der magnetischen Verkettung beider induzierten Spannungen durch die in den Sekundärwicklungen der Stromwandler S₁, S₂, S₃ induzierten Spannungen aufgehoben werden. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler können dabei auch nach Art der Induktionsregler gegenüber den Primärwindungen drehbar angeordnet werden, um jeweils eine der Phase der in der Hilfsleitung induzierten Spannung ganz genau entsprechende Kompensationsspannung zu erhalten, Diese Drehbarkeit der Sekundärwicklungen ist durch die Kreispfeile an ihnen zum Ausdruck gebracht. Ferner können die Stromwandler zur Erzielung eines Maximalstrom-Schutzes über entsprechende Apparate, wie Zeitrelais, Sicherungen usw., in bekannter Weise nebengeschlossen sein. Die Hilfsleitungen a, b, c sind an dem stromwandlerfreien Ende des Kabels miteinander verbunden bzw. geerdet. An jedem Ende der Hilfsleitungen ist ein Maximalrelais, R₁ und R₂, eingeschaltet. Diese Relais werden zwar infolge der elektrischen Induktion der Hilfsleitungen durch die Hauptleitungen ständig von einem kleinen Ladestrome der Hilfsleitungen, z. B. i, c, a, durchflossen; durch entsprechende Einstellung der Relais kann aber verhindert werden, daß der Ladestrom einen Einfluß ausübt.

Im übrigen ist die Wirkung dieses Schutzsystems die gleiche wie bei den bekannten. Entsteht z. B. in einer Hauptleitung ein Erdschluß, so führen die einzelnen Teile derselben verschieden starke Ströme, die Kompensation der Spannungen ist aufgehoben, die Relais R₁ und R₂ erhalten Strom und schließen ihre Kontakte, so daß die Auslösespulen W₁ und W₂ der Hauptschalter S₁ und S₂ erregt und letztere geöffnet werden.

Damit die Hilfsleitungen a, b, c keine hohe Ladespannung gegen Erde annehmen, kann man verschiedene Anordnungen treffen.

In Fig. 2 ist z.B. der Verbindungspunkt der drei Hilfsleitungen mit der Erde verbunden.

In Fig. 3 sind die Hilfsleitungen ganz nahe an den Bleimantel des Hauptkabels verlegt, um ihre elektrische Induktion durch die Hauptleitungen und damit die Ladespannung zu verringern.

In Fig. 4 liegen die Hilfsleitungen auf der äußeren Oberfläche des geerdeten Bleimantels des Hauptkabels, so daß eine induktive Beeinflussung der Hilfsleitungen durch das elekirische Feld im Kabel überhaupt nicht mehr vorhanden ist. Sie können auch nachträglich um das Kabel herum angebracht sein, und zwar entweder von Hand oder maschinell. Bei Bleikabeln mit Eisenbandarmierung müssen sie zwischen dieser und dem Bleimantel liegen, um die magnetische Verkettung beider Leitungen aufrechtzuerhalten. Hierbei können die Hilfsleitungen auch in Form eines Bandes verwendet werden.

In Fig. 5 ist ein Drehstromkabel dargestellt mit den beiden isolierten Adern 1 und 2 und dem als dritten Leiter aus Kupfer oder bei genügendem Querschnitt auch aus Aluminium oder Blei usw. bestehenden Mantel 3, der entweder auf seiner ganzen Länge oder nur an einer Stelle, etwa im Kraftwerk, geerdet wird. Die Hilfsleitungen α und b können in diesem Falle sowohl innerhalb des Mantels als auch außerhalb desselben angebracht werden und sind nur für die isolierten Leitungen 1 und 2 notwendig. Statt zweier Hilfsleitungen können natürlich auch mehrere vorgesehen sein, wie Hilfsleitung c.

Ist die Kabellänge nicht ausreichend, um eine zur Bedienung der Relais .R₁ und R₂ genügende Spannung zu erhalten, so kann in die Hauptleitungen noch je ein Stromwandler gelegt werden, der eine zusätzliche E. M. K. zu der durch die Ströme I₁, I₂, I₃ in den Hilfsleitungen erzeugten hervorbringt. Diese Zusatzspannung braucht nicht, wie in den bekannten ähnlichen Schutzsystemen, unbedingt an dem dem ersten Stromwandler entgegen liegenden Hauptkabelende erzeugt zu werden, sondern kann auch an demselben Ende, ja in dem gleichen Stromwandler hervorgerufen werden. Es ist hier nämlich zu beachten, daß im Falle eines Fehlers im Hauptkabel stets eine Strecke desselben entweder gar keinen oder einen anders gerichteten Fehlerstrom führt, wodurch im gegebenen Augenblicke stets die zum Ansprechen der Relais nötige Differenzspannung erzeugt wird.

Falls eine Erdung der Hilfsleitungen nicht erwünscht ist, steht nichts im Wege, zur Vermeidung gefährlicher Spannungen an den Relais diese an die Sekundärwicklung Meiner, in die Hilfsleitungen geschalteter Stromwandler anzuschließen.

Es ist nicht notwendig, gemäß Fig. 2 ■ die Hilfsleitungsspannung gegen die Stromwandlerspannung zu schalten; man kann sie auch in Reihe mit ihr schalten und das Relais R, wie Fig. 6, in der die Hauptleitungen nicht gezeichnet sind, zeigt, an die spannungsgleichen Punkte α, β, γ ■ anschließen. In dem Hilfsleitungssystem fließt jetzt beständig Strom, aber erst wenn ein Fehler am Hauptkabel eintritt, ändert sich die Spannung zwischen den Punkten α, β, γ, und das Relais R erhält Strom. Hierdurch werden die Auslösespulen, Relais o. dgl. m_x und m₂ eingeschaltet und die Hauptschalter geöffnet. Die Verbindungsleitungen I₁ und I₂ können um das Hauptkabel oder andere irgendwie angebrachte Adern gelegt sein. Daß für eine dieser Leitungen auch die Erde oder eine der Leitungen a, b, c benutzt werden kann, ist ohne weiteres klar.

Die Speisung der Relais M₁ und m₂ kann durch eine besondere Stromquelle B (Fig. 6) oder auch z. B. durch einen der Stromwandler S₁, S₂, S₃ erfolgen.

Die Einrichtung nach Fig. 6 kann auch eine Abänderung derart erfahren, daß die Hilfsleitungen a, b, c an den Punkten α, β, γ aufgeschnitten und an die Sekundärwicklungen eines dreiphasigen Transformators angeschlossen werden, dessen Primärwicklungen mit den Stromwandlerwicklungen S₁, S₂, S₃ verbunden sind, ähnlich der Schaltung in Fig. 7. An eine besondere Wicklung des dreiphasigen Transformators ist das Relais R angeschlossen. Normal heben sich die Amperewindungen ein und desselben Kernes, erzeugt durch die Hauptstromwandler S₁, S₂, S₃ und die Leitungen a, b, c, auf. Erst im Falle eines Fehlers bzw. der dadurch bedingten Verschiedenheiten der Ampere windungen spricht das Relais R an.

Eine weitere Vervollkommnung erfährt das System durch die Schaltung nach Fig. 7. Auch hier wie in den folgenden Figuren sind die Hauptleitungen nicht gezeichnet. Sie enthalten keine Stromwandler. In der Mitte der Kabellänge ist eine Muffe vorgesehen, die Hilfsleitungen O₁, a_%, b_v b₂, C₁, C₂ sind aus dieser herausgeführt und, etwa in einem Schachtkasten, um die Magnetkerne Z₁, z_z, Z₃ so herumgeführt, daß normal in den. Kernen kein Magnetismus vorhanden ist, sondern erst, wenn infolge eines Fehlers am Hauptkabel eine Ungleichheit in den magnetomotorischen Kräften eintritt. In diesem Falle erhält die besondere Wicklung des Transformators Spannung, das Relais R_n spricht an und schließt seine Kontakte, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Hierdurch sprechen auch die Relais R₁ und R₂ an und öffnen die Hauptschalter wie bei Fig. 2. Die in den Stationen liegenden Relais R₁ und R₂ werden also ohne besondere Hilfsleitungen und ohne Hilfsstromquellen lediglich durch die vorhandenen Hilfsleitungsspannungen in Tätigkeit gesetzt,

Etwaige Störungen durch den Einfluß der Ladeströme sind kaum zu erwarten, da beide Hälften des Kabels genau identisch sind und durch geeignete Wahl des Widerstandes der Hilfsleitungen erreicht werden kann, daß der größte Teil des Ladestromes nach den Nullpunkten M₁ und n₂ hinfließt. Wären die Stromwandler Z₁, Z₂, Z₃ nämlich nicht vorhanden, und würden die Hilfsleitungshälften a_x, a₂ usw.

ίο in der Mitte zu zwei Nullpunkten verbunden, so würde der Ladestrom, der von je einem Viertel der Hauptkabellänge herrührt, zu je einem der vier Nullpunkte fließen. Bei Einschaltung der Stromwandler ζ heben sich nun zwar normal die durch magnetische Induktion der Hilfsleitungen erzeugten Amperewindungen auf, die durch die elektrische Induktion entstehenden Ladeströme haben aber auf der einen Seite eine von ersteren Strömen verschiedene Richtung, magnetisieren also die Eisenkerne. Hierdurch wird eine Erhöhung der Induktanz der Windungen herbeigeführt, und der größte Teil der Ladeströme wird daher nach den kurzgeschlossenen Enden W₁ und W₂ der Hilfsleitungen hinfließen.

Der Einfluß der Ladeströme läßt sich übrigens beliebig verkleinern, wenn man die Anordnung von Fig. 7 vervielfältigt, wie es in Fig. 8 schematisch dargestellt ist. Eine Ungleichheit in den magnetomotorischen Kräften eines der Stromwandler Z₁, Z_n, Z₁₁₁ pflanzt sich über alle fort, so daß bei geeigneter Bemessung, etwa großem magnetischen Widerstände der Magnetkerne, es sich auch wohl erreichen läßt, daß man mit einem einzigen Relais auskommt anstatt mit dreien R₁, R₂, R₃, wie in Fig. 8 gezeichnet.

In die Hilfsleitungen der Fig. 6 usw. können auf einer Seite Sicherungen S₂- hineingelegt werden, um auch einen Überstromschutz zu erhalten.

In Fig. 9 ist der Fall behandelt, daß der Einfluß der Ladeströme auf die Relais vollkommen beseitigt werden soll. Zu diesem Zwecke wird auch für die Ladeströme eine Schaltung entsprechend Fig. 7 vorgei.eb.en. Es sind also zwei verschiedene Arten von Stromwandlern etwa in die Kabelmitte eingeschaltet. Die eine Art, s_a, s_b, s_c, ist so geschaltet, daß die infolge der Ladung fließenden Ströme sich vollständig in ihrer magnetischen Wirkung aufheben, die Transformatoren also für diese Stromart als induktionsfrei anzusehen sind. Die andere Art, Z₁, Z₂, Z₃, ist so geschaltet, daß die durch magnetische Induktion erzeugten Ströme im gesunden Zustande des Kabels keine magnetische Wirkung ausüben.

Im fehlerhaften Zustande des Kabels tritt durch Änderung der Stromrichtungen oder Stromstärken der beiden Hilfsleitungshälften O₁, a₂ oder b_v b₂ usw. ein Magnetismus in den Z-Stromwandlern und demzufolge ein Ansprechen des durch die Wicklung Zr gespeisten Relais R ein. Die Stromwandler s_a, s_b, s_c verlieren ihre Ladeströme gleichzeitig, da die Spannung am defekten Kabel verschwindet, sind aber jetzt auch induktionsfrei für die durch magnetische Induktion erzeugten Ströme, wenn deren Richtung infolge des Fehlers geändert ist. Es hängt also von der relativen Bemessung der s- und Z-Spulen ab, daß durch die an den Punkten a_lt <x_%, β_υ β₂, γ_1: γ₂ erfolgende Stromverzweigung den Z-Spulen nicht zuviel Strom entzogen wird, sondern immer noch ein genügender Strom durch diese zur Erregung des Relais R geht.

Jedenfalls ist im normalen Betriebszustande der Einfluß der Ladungsströme auf das Relais R beseitigt. Die Wicklungen der s-Stromwandler sind in Fig. 9 in Dreieck geschaltet, sie können natürlich auch in Stern geschaltet sein.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei Ausführung des Schutzsystems nach den Fig. 7 und 9 es nicht unbedingt nötig ist, daß die Stromwandler genau in der Mitte des Kabels liegen. Sie können vielmehr auch das Kabel in ungleich lange Stücke teilen.

Die Benutzung der Hilfsleitungen für Telephonzwecke ist ohne weiteres möglich, indem man die von den Telephonapparaten kommenden Leitungen an die Punkte W₁ und w_a anschließt.

In Fig. 10 ist noch der Fall dargestellt, daß ein Drehstromnetz so ausgeführt wird, daß zwei konzentrische Einphasenkabel benutzt werden; die Innenleiter 1 und 2 stellen zwei der Drehstromleitungen dar, während die dritte Drehstromleitung durch die parallel geschalteten Außenleiter 3,3 gebildet ist. Diese Außenmäntel werden zweckmäßig entweder nur an einer Stelle, etwa im Kraftwerk, oder auf ihrer ganzen Länge geerdet und sind ferner noch in gewissen Entfernungen gut leitend miteinander verbunden. Die Hilfsleitungen a, b, c sind zwischen dem Außenleiter und dem diesen gewöhnlich umgebenden Eisenmantel untergebracht. Die Hilfsleitung b, welche vornehmlich für den Fall eines Durchschlages der Leiter 1 und 2 nach dem Mantel 3 hin vorgesehen ist,, kann auch entbehrt werden; denn die Kraftlinienverteilung des Hauptkabels wird in einem solchen Falle doch immerhin etwas unsymmetrisch zu einer der Adern 1. oder 2, so daß die Hilfsleiter α und c genügend induziert werden.

In Fig. 11 ist schematisch ein Relais gezeichnet, bei dem im normalen Zustande des Kabels der Anker α sich nach der linken Seite legt. Bei Kabeldefekten aber bewegt sich der j Anker α infolge Stromumkehr in einer Abteilung der Hilfsleitung in die punktierte Lage nach rechts,

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Schutzsystem für Kabel und Freileitungen in Gleich- und Wechselstromanlagen unter Benutzung von Hilfsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitungen mit dem magnetischen Kraftlinienfelde des Hauptstromes magnetisch verkettet sind und die in ihnen erzeugten Spannungen derart zu Sicherungszwecken benutzt werden, daß die Abschaltung der Hauptleiter erfolgt, wenn die Richtung oder die Stärke des Stromes in den einzelnen Teilen eines Hauptleiters verschieden sind.
2. 2. Schutzsjfstem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitungen mit besonderen Stromerzeugern, deren Spannung vom Hauptstrome abhängt, in Gegenoder Reihenschaltung verbunden sind (Fig. 2 und 6).
3. 3. Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitungen in mehrere Abteilungen unterteilt und diese durch Transformatoren derart miteinander verkettet sind, daß die in ihnen durch magnetische Induktion erzeugten Ströme bei normaler Richtung und Stärke des Stromes in den Hauptleitungen keinen Einfluß auf die Schalter der letzteren ausüben (Fig. 7 und 8).
4. 4. Schutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufhebung der Wirkung der Ladeströme die Abteilungen der Hilfsleitung noch durch einen weiteren Satz von Transformatoren derart miteinander verkettet sind, daß die 'in ihnen durch elektrische Induktion erzeugten Ladeströme bei normalem Zustande der Hauptleitungen die Schalter der letzteren nicht beeinflussen (Fig. 9). ■
5. 5. Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitungen auf der Außenseite des Bleimantels des die Hauptleitungen enthaltenden Kabels angebracht sind (Fig. 4 und 5).
6. 6. Schutzsystem nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitungen auf dem Außenleiter konzentrischer Einphasenkabel angebracht sind (Fig. 10).

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.