DE966596C

DE966596C - Schutzschaltung fuer Kabel oder Leitungen in explosions- bzw. schlagwettergefaehrdeten Betrieben

Info

Publication number: DE966596C
Application number: DES21913A
Authority: DE
Inventors: Ewald Ummelmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1951-02-14
Filing date: 1951-02-15
Publication date: 1957-08-22

Description

Für elektrische Kabel und Leitungen in explosions- bzw. schlagwettergefährdeten Betrieben verwendet man insbesondere in Bergbaubetrieben Schutzschaltungen, die bei mechanischen Beschädigungen des Kabels bzw. der Leitung diese sofort abschalten. Zu diesem Zweck ist es bekannt, außer dem zur Energieüberwachung dienenden Hauptleitersystem ein Schutzleitersystem vorzusehen, das aus einem Schutzleiter und einem Überwaohungsleiter besteht. Der Schutzleiter und der Überwachungsleiter umgeben dabei die Hauptleitungen mantelartig. Bei diesen Anordnungen wird der Schutzleiter oft von einer leitenden, die Hauptleiter umgebenden Gummihülle gebildet, in der die Überwachungsleiter isoliert eingebettet sind. Zwischen Schutzleiter und Überwachungsleiter wird eine kleine Wechselspannung angelegt, und bei einer mechanischen Beschädigung des Kabels bzw. der Leitung entsteht zwischen Schutz- und Überwachungsleiter ein Stromschluß, der dazu benutzt wird, mit Hilfe eines Hauptschalters die Hauptleiter abzuschalten.

Es sind für diesen Zweck bereits Anordnungen bekannt, welche die Leitungen sowohl auf sogenannte innere Fehler, d. h. solche, welche zwischen einem Hauptleiter und einem Überwachungsleiter eintreten können, als auch auf sogenannte äußere Fehler überwachen, die zwischen einem Schutzleiter und einem besonderen Überwachungsleiter entstehen können. Schäden, die die

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Isolation der Hauptleiter von außen bedrohen können, werden also bereits vorher erfaßt.

Zur Überwachung auf innere und äußere Fehler wurden bereits zwei Relaiseinrichtungen benutzt, von denen die eine zur Überwachung auf Schluß zwischen dem geerdeten Schutzleiter und einem Überwachungsleiter sowie auf Unterbrechung eines dieser Leiter, und die zweite zur Überwachung auf Schluß zwischen den Hauptleitern und dem geerdeten Schutzleiter bzw. Überwachungsleiter dient. Diese beiden Relais werden dann vorzugsweise so angewendet, daß das eine Relais seine Kontakte bei normalerweise fließendem Ruhestrom schließt, so daß bei Unterbrechung des Stromkreises eine Auslösung des Hauptschalters erfolgt. Das zweite Relais wird zweckmäßig so bemessen, daß es bei einem Schluß zwischen dem Schutzleiter und dem Üb er wachungs leiter infolge der hierbei auftretenden Stromerhöhung zum Ansprechen ao kommt und dadurch die Auslösung des Hauptschalters bewirkt. Durch die Einführung des zuerst erwähnten Ruhestromrelais in den Überwaohungskreis ergibt sich eine erhebliche Betriebssicherheit. Für den Betrieb der Anlage ist eine Ausschaltmöglichkeit des Hauptschalters der zu überwachenden Leitung von dem vor Ort befindlichen Hochspannungstransformator aus erforderlich. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Überwachungseinrichtung selbst, die zwischen Schutzleiter und Überwachungsleiter liegt, zur Ausschaltung herangezogen wird. Für diesen Zweck ist es bekannt, zur willkürlichen Abschaltung der überwachten Leitung an deren Ende eine handbetätigte Schaltvorrichtung vorzusehen. Die bekannten Schalteinriehtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie· nicht die Gewähr bieten, daß ein am Ende der Leitung gegebenes Öffnungskommando immer zu einem tatsächlichen Öffnen des Hauptschalters führt.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß eine Schalteinrichtung verwendet wird, die aus zwei Druckknöpfen besteht, die zeitlich nacheinander zur Wirkung gebracht werden, und zwar derart, daß der erste einen Schluß zwischen Überwachungsleiter und Schutzleiter herbeiführt, während der zweite den Stromkreis der beiden Relais unterbricht, oder umgekehrt. Dadurch, daß beiden Druckknöpfen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein gemeinsamer Antrieb zugeordnet ist, wird eine zwangläufige Durchführung beider Schalthandlungen gewährleistet, ohne daß es für den Bedienenden selbst augenfällig wird, daß er zwei Kommandos gibt.

Die beschriebene Schaltung hat den Vorteil, daß auch bei einem nichtfunktionsfähigen Relais oder einem hochohmigen Schluß zwischen Schutz- und Überwachungsleiter, bei dem ein Öffnungskommando allein nicht durchkommen würde, der Hauptschalter mit Sicherheit geöffnet werden kann.

Für die Überwachung eines Hauptleiters auf Schluß mit dem Schutzleiter wird man mit Vorzug eine Relaiseinrichtung anwenden, die mit Gleichstrom gespeist wird. Zu diesem Zweck wird die Sekundärspannung des Spannungswandlers gleichgerichtet und unter Parallelschaltung eines Kondensators an einen besonderen Widerstand gelegt, an den nun seinerseits die Relaiseinrichtung angeschlossen wird. Die Überwachung des Schlusses zwischen Hauptleiter und Schutzleiter erfolgt dann vorzugsweise dadurch, daß der Sternpunkt des am Leitungsende angeschlossenen Transformators über einen Mittelpunktsleiter, einen hochohmigen Widerstand, einen weiteren Widerstand und die Spule eines. Überwachungsrelais mit der erwähnten Gleichspannungsquelle verbunden wird. Es kann auch ein künstlicher Sternpunkt aus Widerständen oder/und Drosseln gebildet werden; dann entfällt der Mittelpunktsleiter des Kabels.

Da der Leitungswächter mit einer Hochspannungsleitung arbeitet, werden besondere Einrichtungen angewendet, die bei einem Übertritt von Hochspannung in die Niederspannungseinrichtungen ein Anwachsen der Spannung am Leitungswächter auf gefährliche Werte verhindern. Eine solche Aufgabe kann grundsätzlich erfüllt werden durch Isolierwandler oder durch Überspannungsableiter. Im ersten Teil der Überwachungseinrichtung, welche den Schluß zwischen Schutzleiter und Überwachungsleiter kontrolliert, müssen, um eine genügende Empfindlichkeit zu erreichen, kleine Leistungen übertragen werden. Dies stößt bei Verwendung von Isolierwandlern mit Rücksicht auf den erforderlichen Magnetisierungsstrom auf gewisse Schwierigkeiten. Die zweite Überwachungseinrichtung, welche den Schluß zwischen einem Hauptleiter mit dem Schutzleiter kontrolliert, gestattet nicht die Verwendung von Isolierwandlern, wenn man mit Gleichspannung für das Schutzsystem arbeitet. Einen einfachen Überspannungsschutz erhält man durch Überspannungsableiter, die so angeordnet werden, daß bei ihrem Ansprechen auch die Schutzeinrichtungen ansprechen, so daß der Hauptschalter der überwachten Leitung abgeschaltet wird. Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich aus dem im folgenden behandelten Ausführungsbeispiel.

Fig. ι zeigt einen Querschnitt durch das für die xAnlage verwendete 6-kV-Hochspannungskabel, und

Fig. 2 zeigt einen Schaltplan für den diesem Kabel zugeordneten Leitungswächter.

Das für den vorliegenden Zweck verwendete Hochspannungskabel besitzt die drei Hauptleiter R, S, T und den mit dem Sternpunkt des Hoch-Spannungstransformators Tr verbundenen Mittelpunktsleiter ML. Diese vier isolierten Leitungen sind in leitenden Gummi eingebettet, der zusammen mit den darin befindlichen vier Adern A den Schutzleiter SL bildet. In die äußere isolierte Hülle H des Kabels ist als konzentrisches Geflecht der Überwachungsleiter ÜL eingebettet. In. der Nähe der Kohlenabbaustelle ist der ' Hochspannungstransformator Tr aufgestellt, der die Primärspannung von 6000 V auf die übliche Gebrauchspannung von 500 V herabtransformiert.

Um dem Hochspannungstransformator die erforderliche Leistung zuzuführen, ist das in Fig. ι im Querschnitt dargestellte Kabel K vorgesehen, dem, weil es unter Tage erheblich gefährdet ist, ein besonderer Leitungswächter LW zur .Überwachung zugeordnet ist. Mit Sch ist der Hauptschalter des Hochspannungskabels K bezeichnet. Die Speisespannung für den Leitungswächter LW wird aus dem 6-kV-Netz vor dem Schalter Sch

ίο über einen Spannungswandler SpW entnommen, der die Spannung von 6ooo V auf ioo V herabtransformiert. In dem Leitungswächter LW, der ein gekapseltes oder druckfest gekapseltes Gerät ist, wird die Spannung von ioo V durch einen Zwischentransformator ZTr im Verhältnis 100:220 übersetzt. Dieser Zwischentransformator ZTr ist erwünscht, weil mit ihm eine Trennung der Betriebsspannungen für den Spannungsrückgangsauslöser r am Schalter Sch und für sonstige Hilfs-Stromkreise erreicht wird.

Die Überwachung zwischen dem Schutzleiter SL und dem Überwachungsleiter ÜL auf Schluß und Unterbrechung erfolgt mit der Wechselspannung von 220 V über zwei Relais R₁ und R₂. Die beiden Leitungen 6"L und ÜL sind im Hochspannungstransformator Tr durch einen Widerstand W₁ überbrückt. Es fließt also über die beiden Relais R₁, R_v den Überwachungsleiter ÜL, den Widerstand W₁ und den Schutzleiter SL dauernd ein Ruhestrom. Dieser Ruhestrom bringt das Relais R₉ zum Ansprechen und den zugehörigen Kontakt in die Schließstellung. Dieser Kontakt des Relais R₂ liegt, ebenso wie die Kontakte aller übrigen Relais in Reihe mit dem Spannungsrückgangsauslöser des Expansionsschalters Sch. Wenn also der eben angegebene Stromkreis unterbrochen ist, erfolgt über das Relais R₂ eine Auslösung des Schalters Sch. Durch diesen Ruhestromkreis wird auch gleichzeitig die Spule des Relais R₁ überwacht. Erfolgt ein Schluß zwischen dem Schutzleiter SL und dem Überwaohungsleiter ÜL, so erhöht sich der Strom, der durch die Relais fließt, und das auf einen bestimmten höheren Ansprechstrom eingestellte Relais R₁ zieht an, so daß der Spannungsrückgangsauslöser des Schalters Sch auch in diesem Fall ausgelöst wird. Im Ausführungsbeispiel sind für diese Überwachungseinrichtung Wechselstromrelais vorgesehen. Falls man eine höhere Empfindlichkeit für die Relais benötigen sollte, kann man an Stelle der Wechselstromrelais auch Gleichstromrelais anwenden, die über Gleichrichter gespeist werden. Die Betriebssicherheit wird dabei nicht vermindert, da Gleichrichter und Relais'Spulen durch den Ruhestromkreis auch selbst mit überwacht werden.

Zur Überwachung eines Schlusses zwischen einem der Hauptleiter R, S, T des Kabels und dem Schutzleiter SL dient eine zweite von der eben beschriebenen Einrichtung gesonderte Überwachungseinrichtung. Durch die Einbettung der Leitungen R, S, T in den leitenden Gummi muß ein Schluß dieser Hauptleiter zunächst immer gegen den Schutzleiter SL erfolgen. Die Überwachungseinrichtung hierfür wird mit Gleichspannung betrieben. Die Spannung wird ebenfalls dem Zwischentransformator ZTr entnommen und über einen Gleichrichter GL gleichgerichtet. Diese Gleichspannung lädt einen Kondensator C₂ auf, so daß an einem Widerstand W₃ eine eindeutig wenig pulsierende Gleichspannung zur Verfügung steht. Diese Gleichspannung wird durch ein Relais R_s überwacht, so daß Defekte am Gleichrichter GL oder Kondensator C₂ ebenfalls zu einer Auslösung des Schalters Sch führen. Man kann den besonderen Widerstand W₃ auch fortlassen und ihn durch die Spule des Relais R₃ unmittelbar ersetzen.

Zur Überwachung ist der Sternpunkt des Transformators Tr über den Mittelpunktsleiter ML, einen hochohmigen Widerstand W₁, einen Widerstand W₂ und die Spule eines Relais R₁ mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Diese Sicherheitsschaltung arbeitet folgendermaßen:

Wenn ein Schluß beispielsweise zwischen dem Hauptleiter T und dem Schutzleiter SL besteht, so fließt ein Gleichstrom vom Pluspol der Gleich-Spannungsquelle über die Relaisspule R₁, den Widerstand W_v den Widerstand W₁, den Mittelpunktsleiter ML, den Leiter T über den Fehler zum Schutzleiter SL und von diesem zum Minuspol der Gleichstromquelle. Durch diesen Strom spricht das Relais R_A an und löst den Schalter Sch aus.

Der Widerstand W₂ und die Relaisspule i?₄ sind durch einen Kondensator C₁ überbrückt. Dieser hat einmal die Aufgabe, bei kapazitiven Änderungen in der Hochspannungsleitung ein Ansprechen des Relais R₁ durch die auftretenden kapazitiven Wecihselstromänderungen zu verhindern, und außerdem leitet er bei einem Schluß zwischen Leiter und Schutzleiter den von der Transformatorspannung durch den Kreis getriebenen Strom an der Spule des Relais R₄ vorbei.

Um den Leitungswächter LW bei einem Übertritt von Hochspannung in die Niederspannungsteile der Schaltanlage zu sichern, sind zwei Spannungsableiter Sp₁ und Sp₂ den beiden Überwaehungskreisen zugeordnet. Diese Spannungsableiter sind so geschaltet, daß bei ihrem Ansprechen ebenfalls die Schutzeinrichtungen ansprechen, so daß auch in diesem. Fall der Expansionsschalter Sch abgeschaltet wird. Man kann für diesen Zweck Luftleerabieiter und Durchschlagssicherungen vorsehen und die Anordnung so bemessen, daß die Luftleerableiter schon bei einer Spannung λόιι 350 V maximal ansprechen. Die Stromtragfähigkeit dieser Ableiter genügt im allgemeinen, da bei dem hauptsächlich gefährdeten Ableiter Sp₁ der Kurzschlußstrom durch den Widerstand W₁ stark begrenzt ist.

Um den Expansionsschalter Sch auch vom Transformator Tr aus abschalten zu können, ist bei der Erfindung eine Anordnung gewählt, bei der die Überwachungseinrichtung, die zwischen Schutzleiter SL und Überwachungsleiter ÜL liegt, selbst zur Auslösung des Schalters herangezogen wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Schalter Sch zu betätigen, ohne daß besondere Steuerleitungen

im Kabel oder getrennt davon verlegt vorgesehen sein müssen. Zum Auslösen des Expansionssohalters wird zwangläufig eine Betätigung der beiden Relais R₁ und R₂ eingeleitet dadurch, daß ein Schließkontakt T₁ und ein Öffnungskontakt T₂ miteinander kombiniert sind. Auf diese Weise ist die Sicherheit in der Auslösung sehr groß. Die Auslösung selbst erfolgt dabei in folgender Weise: Zunächst \vird ein Schließkommando über T₁ gegeben und dann ein Öffnungskommando über T₂. Es erfolgt dann auch noch eine Auslösung, wenn das Relais R₂ nicht funktionsfähig ist. Andererseits wird der Schalter auch mit Sicherheit ausgelöst, wenn ein hochohmiger Schluß besteht, so daß das Öffnungskommando allein nicht durchkommen würde. Die beiden Druckknöpfe T₁ und T₂ werden durch einen gemeinsamen Antrieb betätigt, so daß es für den Bedienenden nicht augenfällig ist, daß er zwei Kommandos hintereinander gibt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Transformator Tr in Stern geschaltet und der Sternpunkt durch den vierten Leiter ML innerhalb der 6-kV-Kabelleitung K zum Aufstellungsort des Expansionsschalters Sch zurückgeführt. Man kann auf diesen Mittelpunktsleiter ML auch verzichten, wenn der Widerstand W₂ des Leitungswächters LW an einen künstlichen Sternpunkt angeschlossen wird, -der dann aus drei Widerständen- W₁ bestehen könnte. Die Überwachung als solche wird bei dieser Abänderung der Schaltung nicht beeinflußt.

Claims

Patentansprüche:

i. Schutzschaltung für Kabel bzw. Leitungen mit einem geerdeten Schutz leiter und einem Überwachungsleiter zur Überwachung auf Schluß zwischen dem geerdeten Schutzleiter und einem Überwachungsleiter sowie auf Unterbrechung eines dieser Leiter mit zwei im Überwachungskreis hintereinandergeschalteten Relais, von denen das eine seine Kontakte bei normalerweise fließendem Ruhestrom schließt, während das zweite bei Auftreten einer Stromerhöhung zum Ansprechen kommt, und mit einer zur willkürlichen Auslösung des Hauptschalters am Ende der Leitung vorgesehenen handbetätigten Schaltvo'rriehtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus zwei Druckknöpfen besteht, die zeitlich nacheinander zur \Virkung gebracht werden, von denen der erstere einen Schluß zwischen Überwachungsleiter und Schutzleiter herbeiführt, während der zweite -den Stromkreis der beiden Relais unterbricht, oder umgekehrt.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Druckknöpfen ein gemeinsamer Antrieb zugeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 433887;
deutsche Patentanmeldung ρ 9067/21 c D;
deutsche Patentschrift Nt. 825 863.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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