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Isolationsmeßeinrichtung für Gleichstromsignalanlagen in erdfreier
Schaltung Signalanlagen bei Eisenbahnen und im Grubenbetrieb bedürfen einer besonders
sorgfältigen Ausführung und Überwachung, weil es sich hier um die Sicherung von
Menschenleben handelt. Vor allem muß dafür gesorgt werden, daß durch irgendwelche
Störungen, z. B. Erdschluß oder Leitungsberührung, kein falsches Signal und damit
etwa ein Gefahrenzustand entstehen kann. Aus diesem Grunde werden Signalanlagen
vielfach in erdfreier Schaltung ausgeführt. Dabei ist es aber zweckmäßig, den Isolationszustand
der Anlage dauernd zu messen. Dies trifft insbesondere für Signalanlagen in Grubenbetrieben
zu, in denen Erdschlußüberwachungseinrichtungen ohnehin vorgeschrieben sind, um
Erdschlüsse sofort feststellen und notfalls die Anlage abschalten zu können, ehe
die Gefahr einer Betriebsstörung entsteht.
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Bei der Isolationsmessung von elektrischen Anlagen sind im allgemeinen
dieselben Fehlerquellen zu berücksichtigen wie bei Erdschlußüberwachungseinrichtungen.
Der innere Widerstand der Meßeinrichtungen rnuß
[email protected] sein, da sonst ein
unter Umständen an beiden Polen des Netzes gleichzeitig vorhandener Erdschluß den
jeweils nur zwischen einem Pol und Erde gemessenen Widerstandswert verfälschen würde.
Andererseits ist aber zu berücksichtigen, daß ein niederohmiges Meßinstrument, das
unmittelbar im Erdschlußstromkreis liegt, durch den bei niedrigem Erdschlußwi.derstand
auftretenden hohen Strom stark gefährdet ist. Es sind daher Meßeinrichtungen entwickelt
worden, bei denen das Instrument durch einen parallel geschalteten spannungsabhängigen
Widerstand geschützt ist. Dieser Widerstand beeinträchtigt aber gleichzeitig die
Meßgenauigkeit. Bei einer anderen bekannten Einrichtung liegt in Reihe mit dem Meßinstrument
ein sperrender Gleichrichter, der im Zusammenwirken mit einer Hilfsstromquelle innerhalb
des vorzugsweise zu überwachenden Widerstandsbereiches einen geringen inneren Widerstand
und bei weiterem Absinken des Widerstandes einen hohen inneren Widerstand der Meßeinrichtung
erzeugt. Der innere Widerstand ändert sich bei dieser Einrichtung demnach in entgegengesetztem
Sinne wie die zu messenden Widerstände, so daß seine Änderung gerade bei den besonders
genau zu messenden niedrigen Erdschlußwiderständen die Meßgenauigkeit herabsetzt.
Es sind auch Meßeinrichtungen vorgeschlagen worden, deren Widerstand und Empfindlichkeit
stufenweise den jeweils vorliegenden Iso-lations- bzw. Erdschlußwiderständen angepaßt
werden kann. Das Meßinstrument ist dabei mit mehreren Skalen versehen, wodurch ein
Ablesefehler begünstigt und eine kontinuierliche Messung unmöglich gemacht wird.
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Es ist -zwar bereits bekannt, zur Erdschlußüberwachungvon Starkstromnetzen
einen Magnetverstärker durch den auftretenden Fehlerstrom zu steuern. Dabei wirken
jedoch normalerweise die Steuerwicklungen des Magnetverstärkers und weitere zur
Kompensation der Steuerspannungsschwenkungen dienende Wicklungen auf dieselben Drosseln.
Dies bringt erhebliche Nachteile mit sich, weil damit eine Beeinflussung der durch
diese Wicklungen erzielten Wirkungen untereinander gegeben ist. Es ist bei derartigen
Meßeinrichtungen nicht möglich, daß die Drossel durch einen niederohmigen Erdschluß
fast völlig im Sättigungsbereich. arbeitet, während der Arbeitspunkt der Drossel
für die Spannungsreglung sich davon unabhängig im nichtgesättigten Bereich befindet.
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Diese Nachteile werden bei einer Isolationsmeßeinrichtung für Gleichstromsignalanlagen
in erdfreier Schaltung gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß das Anzeigeinstrument
in einem Wechselstromkreis liegt, der in an sich bekannter Weise durch eine vom
Erdschlußstrom durchflossene, bis zur Sättigung aussteuerbare Steuerdrossel beeinflußt
wird, und daß eine hiervon magnetisch getrennte weitere Steuerdrossel vorgesehen
ist, deren steuernde Wicklung dauernd an dem zu überwachenden Netz liegt und deren
gesteuerte Wicklung parallel zum Anzeigeinstrument geschaltet ist. Der Widerstand,
der im Erdschlußkreis liegenden Drosselwicklung kann für den gesamten zu überwachenden
Widerstandsbereich konstant gehalten und so bemessen werden, daß auch bei niedrigen
Erdschlußwiderständen eine ausreichende Meßgenauigkeit gewährleistet ist. Diese
Drosselwicklung ist eher überlastbar als ein unmittelbar in Erdschlußkreis liegendes.
Meßinstrument.
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Eine Überlastung des gemäß der Erfindung im Wechselstromkreis liegenden
-Meßinstrumentes wird
durch Verwendung einer Steuerdrossel mit entsprechender
Sättigungscharakteristik vermieden. Die Sättigungscharakteristik kann außerdem,
z. B. durch Verwendung entsprechender Kernbleche, so bemessen werden, daß sie allein
oder im Zusammenwirken mit Gleichrichtern eines im Wechselstromkreis liegenden Gleichstrominstrumentes
eine Dehnung bzw. Drängung der Anzeigeskala bewirkt.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen von Einrichtungen
nach der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen.
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Bei der Anordnung nach Fig.1 wird die Wicklung 1 der Steuerdrossel
Dr 1 durch den Kontakt K eines Langsamunterbrechers abwechselnd mit dem Plus-oder
dem Minuspol des zu überwachenden Gleichstromnetzes von 110V Spannung verbunden.
Der durch die niederohmige Wicklung 1 fließende Strom, dessen Größe von den jeweils
vorliegenden Erdschlußwiderständen x und y der Netzpole abhängig ist,
beeinflußt den Wechselstromwiderstand der im eigentlichen Meßkreis in Reihe liegenden
Wicklungen 2 und 3 der Steuerdrossel. Der Ausschlag des über Gleichrichter G 1 bis
G 4 und einem Übertrager Tr mit Wechselstrom gespeisten Anzeigeinstrumentes A ist
ein unmittelbares Maß für den jeweils vorliegenden Erdschlußwiderstand.
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Der Einfluß von Spannungsschwankungen des Gleichstromnetzes wird durch
eine zweite Steuerdrossel Dr 2 kompensiert. Ihre Steuerwicklung 11 liegt
über einen Abgleichwiderstand W 3 dauernd an dem zu überwachenden Gleichstromnetz
und beeinflußt die parallel zum Anzeigeinstrument A liegenden Wicklungen 12 und
13. Fließt z. B. infolge einer Spannungserhöhung bei konstantem Erdschlußwiderstand
ein größerer Erdschlußstrom, so wird eine falsche Anzeige verhindert, weil gleichzeitig
der Wechselstromwiderstand der Drossel Dr2 verringert wird und so die durch die
Drossel Dr 1 bewirkte Stromerhöhung im Meßkreis für das Anzeigeinstrument
kompensiert wird. W 1 und W 3 sind zwei weitere Abgleichwiderstände.
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Durch entsprechende Wahl des Drosseleisens, z. B. Mu-Metall, Bemessung
der Drosselwicklungen und der Widerstände W 1 und W 2 im Meßkreis kann bei gleichbleibender
Wechselspannung eine Abhängigkeit des Wechselstromes Im im Meßkreis vom Erdschlußstrom
TE bzw. dem Erdschlußwiderstand x/y erzielt werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt
ist. Bei Verwendung eines gewöhnlichen Gleichstrominstrumentes mit stromproportionalem
Ausschlag ergibt sich dann für eine Spannung von 110 V des zu überwachenden Netzes
eine Einteilung der Instrumentenskala zwischen den Widerstandswerten oo und 0 nach
Fig. 3. Der vorzugsweise genau anzuzeigende Meßbereich vom 110 kg (1000 Q/V) bis
27,5 kg (250 9/V) Erdschlußwiderstand ist gedehnt. Aber auch Widerstandswerte von
27,5 bis 5k62, bei derenVorliegen unterBeachtung besonderer Maßnahmen das Signalstromnetz
in Grubenanlagen noch betrieben werden darf, sind noch gut ablesbar. Bei vollkommen
abgeschalteten Spannungen bzw. bei abgeschalteter Wechselspannung und trotzdem fließendem
Erdschlußstrom steht dann der Zeiger in der Grundstellung G. Ist die Wechselspannung
eingeschaltet und einunendlicher Erdschlußwiderstand vorhanden, so stellt sich der
Zeiger auf die Skalenmarke oo ein. Durch Verwendung entsprechender Gleichrichter
G 1 bis G 4 ist der dem Ruhestrom im Wechselstromkreis und bei einem Erdschlußwiderstand
co entsprechende Zeigerausschlaga (Fig. 2) auf den Wert a 1 (Fig. 3) zusammengedrückt.
Dieser kleine Ausschlag a 1 ist vollkommen ausreichend, um den Unterschied zwischen
der Grundstellung der Meßeinrichtung und dem erdschlußfreien Zustand bei eingeschalteter
Meßeinrichtung erkennbar zu machen.
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Die Wechselspannung zum Betrieb des Meßkreises kann in Grubensignalanlagen
z. B. dem Wechselstromnetz entnommen werden, das auch über Gleichrichter das Signalstromnetz
speist. Die Wechselspannung am Meßkress läßt sich durch Reihenschaltung eines Kondensators
C mit der Primärwicklung des Transformators Tr leicht stabilisieren, so daß die
Widerstandsanzeige in weiten Grenzen von Spannungsschwankungen des Wechselstromnetzes
unabhängig ist.
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Zweckmäßigerweise werden dreischenklige Steuerdrosseln verwendet,
wobei die Wicklung 1 auf dem Mittelschenkel, die Wicklungen 2 und 3 auf den äußeren
Schenkeln angeordnet sind. Durch wechselseitige Schichtung der Drosselbleche bzw.
Anordnung eines Luftspalts im Mittelschenkel kann die Anzeige im Meßkreis von der
jeweils vorliegenden Stromrichtung im Erdschlußstromkreis unabhängig gemacht werden.
Zweckmäßigerweise wird außerdem die Wicklung 1 durch einen Kondensator überbrückt,
damit die Welligkeit des Gleichstromes ohne Einfluß auf den Meßkreis bleibt.
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Wird verlangt, daß beim Erreichen bestimmter Erdschlußwiderstände,
z. B. bei 1000 S2 /V eine Signalisierung, bei 250 52/V eine Abschaltung des überwachten
Stromnetzes erfolgt, so können die dafür benötigten Relais in Reihe mit der Steuerwicklung
1 der Steuerdrossel Dr1 liegen. Noch zweckmäßiger ist es, sie in Reihe mit dem Anzeigeinstrument
A in den Meßkreis zu schalten. Auch diese Relais, die wegen ihrer hohen Ansprechempfindlichkeit
gegen Überbelastungen besonders anfällig sind, werden dann in gleicher Weise geschützt
wie das Anzeigeinstrument.