DE1051367B

DE1051367B - Schutzschaltung fuer Beleuchtungsanlagen, insbesondere fuer Betriebe unter Tage

Info

Publication number: DE1051367B
Application number: DEL27669A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joseph Gonsior
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-05-20
Filing date: 1957-05-20
Publication date: 1959-02-26

Description

JÖDk

In Betrieben unter Tage wird wegen der erhöhten Gefahrenmomente verlangt, daß die Beleuchtungsanlagen bei Störungen selbsttätig abgeschaltet werden. Die Störungen beziehen sich insbesondere auf den Erdschluß einer Phase des Lichtnetzes und auf eine merkliche Vergrößerung des Widerstandes des geerdeten Schutzleiters, z. B. Bruch des Leiters, an den alle Beleuchtungsarmaturen angeschlossen sind. Darüber hinaus verlangt man, daß durch kurzzeitiges Ausschalten der Beleuchtungsanlage die Möglichkeit besteht, von jedem beliebigen Betriebspunkt aus Lichtsignale geben zu können. Bei bekannten Anlagen erreicht man dies dadurch, daß eine der Netzphasen schleifenartig verlegt ist und in der durchgeführten Phase, Signalphase genannt, Unterbrechungsschalter angeordnet sind, durch die die gesamte Anlage ausgeschaltet werden kann.

Bei der Unterbrechung der in der Phase verhältnismäßig großen Ströme kann es leicht zur Funkenbildung kommen, wodurch anstehende Schlagwetter zur Explosion gebracht werden können. Für derartige Beleuchtungsanlagen sind Überwachungsgeräte entwickelt worden, die einmal die Beleuchtungsanlage auf Fehler überwachen und außerdem das Signalisieren mit der Anlage durch willkürliches Unterbrechen des Überwachungsstromkreises ermöglichen. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird dem Schutzleiter über Widerstands- und/oder Gleichrichterschaltungen am Ende der Leitung ein Überwachungsstrom bestimmter Größe überlagert. Bei Änderung oder Unterbrechung dieses Überwachungsstromes wird das Lichtnetz über den Schutzleiter und das Schütz abgeschaltet. Diese Einrichtungen befriedigen aber insofern nicht, da der Überwachungsstrom noch so groß ist, daß beim Signalisieren und bei fehlerhaften Unterbrechungen des Schutzleiters zündfähige Funken auftreten können.

Es sind daher Schutzschaltungen bekanntgeworden, bei denen ein Differentialrelais mit zwei Wicklungen verwendet wird, von denen eine die Vergleichswicklung ist und die andere die Signal- und Überwachungsschleife enthält. Bei Änderungen des Stromes in der Signal- und Überwachungsschleife wird das Gleichgewicht des Differentialrelais gestört und die Anlage ausgeschaltet. Außerdem sind Schaltungen bekannt, bei denen in der Signal- und Überwachungsschleife ein gepoltes Relais mit einer oder mehreren Wicklungen vorgesehen ist. Dabei wird die Stromrichtung in der Überwachungsschleife geprüft und bei einer Störung des Stromes durch Bruch oder Schluß der Phasen der Überwachungsschleife die Anlage ausgeschaltet. Bei diesen Arten von Schaltungen läßt sich zwar der Strom in der Überwachungsschleife sehr klein halten, jedoch sind außer dem in der Über-Schutzschaltung für Beleuchtungsanlagen, insbesondere für Betriebe unter Tage

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dipl.-Ing. Joseph. Gonsior, Essen,
ist als Erfinder genannt worden

wachungsschleife angeordneten Relais noch zwei oder drei weitere Relais erforderlich, um alle Arten von Steuer- oder Störungsvorgängen der zu schützenden Leitung erfassen zu können. Es ist weiterhin bereits bekannt, bei Schutzschaltungen als Verstärkerelemente Röhren vorzusehen, damit der Strom in der Überwachungsschleife sehr niedrig gehalten werden kann, so daß bei Signalisieren und bei fehlerhaften Unterbrechungen des Schutzleiters keine zündfähigen Funken auftreten können.

Bei einer bekannten Schutzschaltung wird über eine Widerstandsbrücke einem Überwachungsstromkreis, der aus einer besonderen Hilfsphase, einem Widerstand am Ende der Leitung und dem geerdeten Schutzleiter besteht, ein Gleichstrom überlagert. Bei Änderung oder Unterbrechung dieses Gleichstromes verschiebt sich das Potential an den einzelnen Widerständen der Widerstandsbrücke. Diese Potentialänderung wird zum Steuern eines Röhrenverstärkers benutzt, der über ein Relais das Lichtnetz ausschaltet.

Weiterhin ist eine Schaltung bekannt, bei der in der Überwachungsschleife ein Widerstand vorgesehen ist, an dem eine Spannung als Gitterspannung für eine als Einschaltrelais dienende Ionenröhre abgegriffen wird. Hier dient jedoch die Röhre in erster Linie als Schaltelement. Die Überwachung der Anlage während des Betriebes erfolgt durch ein von der Röhre völlig unabhängiges Relais.

Bei allen diesen bekannten Schutzeinrichtungen können entweder nicht alle an der zu schützenden Leitung möglichen Fehler oder Steuervorgänge erfaßt werden, oder es sind mehrere Relais erforderlich, so daß die Schutzeinrichtungen entsprechend teuer werden. Es besteht daher die Forderung nach einer mit

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einfachen Mitteln arbeitenden Schutzschaltung, die außerdem in sicherer Weise sämtliche auf der zu schützenden Leitung vorkommenden Fehler oder Steuervorgänge erfaßt.

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für Beleuchtungsanlagen, insbesondere für Betriebe unter Tage, mit einer parallel den Leitungsphasen liegenden, aus einem Schutzleiter und einer mit Signalschaltern versehenen Signalphase bestehenden Überwachungs- und Signalschleife, die im ungestörten Zustand einen Überwachungsstrom führt, der gleichzeitig eine Teilwicklung eines Differentialtransformators durchfließt und die Amperewindungen einer anderen von Störungen unabhängig gespeisten Teilwicklung aufhebt.

Erfindungsgemäß ist eine dritte Teilwicklung an der Primärseite des Differentialtransformators mit dem Nullpunkt des Netzes verbunden, und diese Teilwicklung stört bei einem Erdschluß einer Netzphase das Gleichgewicht des Differentialtransformators. Außerdem ist an der Sekundärseite des Differentialtransformators eine gittergesteuerte Elektronenröhre mit einem Relais geschlossen, das sowohl als Steuerrelais beim Betätigen der Signalschalter als auch als Überwachungsrelais bei Störungen die Ein- bzw. Ausschaltung der Anlage herbeiführt.

Bei dieser Schaltung wirken sich sowohl alle Signalbzw. Steuervorgänge als auch alle Störungen in einer Gleichgewichtsstörung des Differentialtransformators aus. Dadurch lassen sich sämtliche Signal-, Steuer- und Störungsvorgänge mit einem einzigen Relais erfassen. Für den Aufbau der Schaltung sind daher im wesentlichen lediglich ein Differentialtransformator, eine Elektronenröhre und ein Relais erforderlich.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen.

R und T sind die Eingangsphasen des Lichtnetzes. Daran ist ein zweipoliges Schütz angeschlossen, das aus der Schaltspule c und den Schaltkontakten C₁ besteht. In dem Stromkreis der Schaltspule ist ein Arbeitshilfskontakt d_t des Überwachungsrelais d angeordnet. Das Überwachungsrelais d liegt in dem Anodenstromkreis einer Verstärkerröhre p. Der Überwachungsstromkreis, der aus der Signalphase 5 mit den eingebauten Unterbrechungsschaltern b, einem Strombegrenzungswiderstand r_s und dem Schutzleiter SL besteht, wird von einem Transformator W₁, der vor den Schaltkontakten C₁ angeordnet ist, gespeist. Weiterhin ist ein Differentialtransformator w₂ vorhanden, dessen Primärwicklung aus drei im gleichen Sinn gewickelten Spulen mit den Anzapfungen 1 bis 4 besteht. Der Teilwicklung I₃ 2 wird über den Transformator W₁ ein Strom bestimmter Größe aufgedrückt, der durch den Vorschaltwiderstand T₁ begrenzt wird. Über die Widerstände r₂ und r₃, den Schutzleiter SL, die Signalphase 6" und die Signalschalter b erhält die Teilwicklung 2, 3 von dem Transformator W₁ einen Strom, der im entgegengesetzten Sinn wie der Strom durch die Wicklung I₃ 2 die Wicklung 2, 3 durchfließt. Diese beiden Ströme sind so abgeglichen, daß sich im ungestörten Zustand ihre magnetischen Wirkungen aufheben. In der Sekundärwicklung 5₃ 6 des Differentialtransformators wird also bei ungestörtem Lichtnetz keine Spannung induziert. Diese Ausgangswicklung ist über Gleichrichterschaltungen n₂ und M₃ mit der Anode und dem Gitter der Verstärkerröhre verbunden. Außerdem liegt zwischen dem Gitter und der Anode der Röhre noch ein hochohmiger Widerstand r₄. Solange in der Sekundärwicklung des Differentialtransformators keine Spannung induziert wird, hat das Gitter das gleiche Potential wie die Kathode. Die vom Strom durchflossen Röhre erhält das Relais d erregt, und der Arbeitshilfskontakt d_t des Relais läßt das Schütz c eingeschaltet.

Wird durch eine Störung im Überwachungsstromkreis der Strom in der Wicklung 2, 3 größer oder kleiner, so wird das magnetische Gleichgewicht in der Primärwicklung des Transformators w₂ geändert, und in der Sekundärwicklung 5, 6 wird eine Spannung induziert. Über die Gleichrichterschaltung wird diese Spannung so gerichtet, daß am Gitter der Verstärkerröhre eine negative Spannung liegt. Dadurch wird der Anodenstromkreis der Röhre unterbrochen und somit das Relais d stromlos. Das Lichtnetz wird dann übet das Schütz c ausgeschaltet. Durch eine entsprechende Bemessung der Sekundärwicklung des Transformators W₂ läßt sich die zur Sperrung der Röhre erforderliche Gitterspannung bei sehr geringem Leistungsbedarf in der Eingangswicklung 2, 3 erreichen.

Der Punkt 4 der Primärwicklung des Differentialtransformators ist an den Nullpunkt des Lichtnetzes R₃ T angeschlossen. Der Nullpunkt ist bei dem dargestellten Beispiel durch die Mittelanzapfung einer Drossel k_t gebildet. Bei einem Erdschluß einer der Phasen R oder Γ fließt durch die Primärwicklung des Differentialtransformators ein Strom, der ebenfalls das magnetische Gleichgewicht des Transformators aufhebt und in der Ausgangswicklung 5, 6 eine Spannung induziert. Dadurch wird in gleicher Weise das Lichtnetz abgeschaltet.

Durch die Verstärkerröhre p wird in folgenden Fällen das Lichtnetz ausgeschaltet:

1. beim Betätigen eines Signalschalters h,

2. durch Unterbrechen der Signalphase S₃

3. durch Unterbrechen des Schutzleiters SL₃

4. durch Vergrößerung des Leitwertes des Überwachungsstromkreises, z. B. durch Verschlechterung der Übergangs- und Verbindungskontakte,

5. bei Schluß der Signalphase S mit dem Schutzleiter SL₃

6. bei Erdschluß einer Netzphase.

Damit bei Unterbrechung des Schutzleiters SL oder bei einem Schluß zwischen diesem und der Signalphase 5 der Strom, der über die Fehlerstelle fließt, so klein ist, daß sich schlagende Wetter oder andere explosive Gasgemische nicht entzünden können, wird durch eine entsprechende Bemessung des Widerstandes r₂ der Uberwachungsstrom sehr klein gehalten.

Da sich vielfach der Einfluß der Kapazität zwischen dem Schutzleiter OX und der Signalphase S störend bemerkbar macht, ist parallel zu dem Widerstand T₁ ein Kompensationskondensator C vorgesehen. Da aber die Steuerung der Verstärkerröhre p nahezu leistungslos erfolgt, kann der Strom im Überwachungsstromkreis und damit das Potentialgefälle zwischen dem Schutzleiter SL und der Signalphase 5" so klein gehalten werden, daß der Kompensationskondensator in den meisten Fällen nicht notwendig ist.

Hat das Schütz c die Anlage bei einem Erdschluß der zu überwachenden Leitung abgeschaltet, so muß ein Einschalten des Schützes auf den bestehenden Erdschluß verhindert werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Schaltkontakte C₁ des zweipolig ausgeführten Schalters in einer Phase durch einen Widerstand r₅ überbrückt werden. Der Widerstand kann verhältnismäßig hochohmig sein, da ja die Steuerströme in dem Überwachungsstromkreis der Schutzschaltung sehr klein gehalten sind.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung nur die unbedingt zum Verständnis der Schaltung erforderlichen Teile der Anlage dargestellt sind. So ist beispielsweise der Heizstromkreis der Verstärkerröhre ganz weggelassen.

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für Beleuchtungsanlagen, insbesondere für Betriebe unter Tage, mit einer parallel den Leitungsphasen liegenden, aus einem Schutzleiter und einer mit Signalschaltern versehenen Signalphase bestehenden Überwachungsund Signalschleife, die im ungestörten Zustand einen Überwachungsstrom führt, der gleichzeitig eine Teilwicklung eines Differentialtransformators durchfließt und die Amperewindungen einer anderen von Störungen unabhängig gespeisten Teilwicklung aufhebt, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Teilwicklung an der Primärseite des Differentialtransformators mit dem Nullpunkt des Netzes verbunden ist und diese Teilwicklung bei einem Erdschluß einer Netzphase das Gleichgewicht des DifFerentialtransformators stört und an der Sekundärseite des Differentialtransformators eine gittergesteuerte Elektronenröhre mit einem Relais angeschlossen ist, das sowohl als Steuerrelais beim Betätigen der Signalschalter als auch

als Überwachungsrelais bei Störungen die Einbzw. Ausschaltung der Anlage herbeiführt.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nullpunkt des Netzes sowohl die Mittelanzapfung einer besonderen Drossel (^₁) als auch die Mittelanzapfung der Primärwicklung des den Überwachungskreis speisenden Transformators (Ot₁) zu benutzen ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung eines erneuten Einschaltens des Netzschützes (c) bei einem Erdschluß def zu überwachenden Leitung einer der Schaltkontakte des Schützes durch einen hochohmigen Widerstand (r₅) überbrückt ist.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Einflusses der Kapazität zwischen dem Schutzleiter (SL) und der Signalphase (S) einem Widerstand zwischen dem einen Ende der Primärwicklung des Differentialtransformators und der Erde ein Kondensator (C) parallel geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 949 414, 935 617, 955 070,963 451;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 005 164, 1 000 098, 1011042.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen