DE19756043A1 - Verfahren und Anordnung zur Erkennung eines Kurzschlusses in einer elektrischen Energieversorgung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Erkennung eines Kurzschlusses in einem Kabel­ netz einer elektrischen Energieversorgung mit mindestens zwei Einspeisungen und/oder in einem Ringkabelnetz.

Die Erkennung und lokale Eingrenzung eines Kurzschlusses bereitet in einem Kabelnetzbereich mit nur einer Einspei­ sung keine technischen Probleme. Dazu brauchen nur am An­ fang und Ende jedes zu überwachenden Kabelabschnittes so­ genannte Kurzschlußsensoren bzw. Kurzschlußanzeiger ange­ ordnet zu werden. Üblicherweise handelt es sich um Geräte, die an dem jeweiligen elektrischen Leiter angeordnet und durch das sich bei Stromfluß bildende magnetische Feld angeregt werden und dann eine entsprechende, insbesondere optische Anzeige abgeben. Wird von beiden Sensoren beid­ seitig des jeweiligen überwachten Leitungsabschnittes ein Kurzschlußstrom signalisiert, so ist hierdurch erkennbar, daß der Kurzschlußstrom durch diesen Abschnitt hindurch­ geflossen ist; dieser Abschnitt ist demzufolge fehlerfrei. Wenn aber nur der Sensor an der der Einspeisung nächstlie­ genden Seite einen Kurzschlußstrom anzeigt, so liegt der Kurzschluß im Bereich dieses zwischen dem angesprochenen und dem nächsten, nicht angesprochenen Sensor angeordneten Kabelabschnittes.

Demgegenüber ist es in Netzen mit mindestens zwei Einspei­ sungen sowie auch in Ringkabelnetzen sehr viel schwieriger, einen Kurzschluß zu erfassen und lokal einzugrenzen. Denn mit den oben beschriebenen, einfachen Kurzschlußanzeigern würden stets beide Sensoren eines Kabelabschnittes anspre­ chen, auch wenn gerade in diesem Kabelabschnitt ein Kurz­ schluß auftritt. Dies liegt daran, daß auf beiden Seiten der Kurzschlußstelle sich jeweils ein Kurzschlußstrom aus­ bildet.

Es sind deshalb auch schon verschiedenartige Verfahren bekannt, um in solchen Netzen mit mehreren Einspeisungen oder in Ringnetzen einen Kurzschluß erkennen und lokal ein­ grenzen zu können. Diese Verfahren beruhen hauptsächlich auf dem Prinzip, über eine Messung der Phasenlage von Strom und Spannung eine Aussage über die Richtung des Energie­ flusses im überwachten Kabel zu gewinnen.

Bei einem ersten bekannten Verfahren wird mit einem konven­ tionellen Spannungswandler und einem Stromwandler die Ener­ gieflußrichtung bestimmt. Hierbei ist von Nachteil, daß ein konventioneller Spannungswandler sehr aufwendig gebaut ist und nicht überall einsetzbar ist. Weiterhin verursacht der Spannungswandler eine Phasenverschiebung und damit einen großen Anzeigefehler. Der Hauptnachteil dieser Anordnung ist aber, daß in einem Kurzschlußfall die Phasenspannung bis auf eine geringe Restspannung zusammenbricht, wodurch der Anzeigefehler weiter vergrößert wird.

Die DE-AS 23 37 314 beschreibt ein Meßglied zur Erfassung der Energierichtung in einem elektrischen Netz. Dem Meß­ glied ist ein Speicherglied zugeordnet, das bei Spannungs­ zusammenbruch an der Meßstelle eine der Netzspannung pro­ portionale Größe an das Meßglied abgibt. Dazu ist das Speicherglied als Oszillator ausgebildet, der mit der Phasenspannung synchronisiert wird und auch nach dem kurz­ schlußbedingten Zusammenbruch der Phasenspannung noch syn­ chron mit der Netzfrequenz weiterläuft.

Aus der DE-OS 24 32 279 ist eine Anordnung zur selbsttä­ tigen Erkennung der Richtung der in einer Hochspannungs­ leitung transportierten elektrischen Energie bekannt. Auch dabei ist eine astabile Kippstufe vorgesehen, die mit der Spannung des elektrischen Energieversorgungsnetzes synchro­ nisiert ist. Bricht die Spannung zusammen, gibt die astabi­ le Kippstufe Impulse ab, die mit der Spannung des Energie­ versorgungsnetzes phasengleich sind. Hierdurch soll sich trotz zusammengebrochener Spannung die Richtung des Ener­ gieflusses bestimmen lassen.

Die DE-30 21 003 A1 beschreibt eine ähnliche, in bestimmter Hinsicht weitergebildete Schaltungsanordnung, mit der eben­ falls die Energieflußrichtung im elektrischen Netz ermit­ telt werden soll.

Die DE 31 10 119 A1 beschreibt einen weiteren Energierich­ tungsanzeiger, bei dem die Frequenz der Spannung über einen als kapazitive Sonde ausgebildeten Spannungsfühler an einen Generator weitergeleitet wird, der die Frequenz und die Phasenlage synchron aufnimmt und bei Wegfall der Netzspan­ nung diese für eine bestimmte Zeit speichert (Schwungrad­ generator) und an eine phasenerkennende Schaltung weiter­ leitet. Die zum Vergleich notwendige Phasenlage des Stromes wird über eine Spule induktiv abgegriffen.

Einen ähnlichen Kurzschlußrichtungsanzeiger beschreibt auch die DE 31 26 045 A1.

Bei beiden letztgenannten Richtungsanzeigern tritt system­ bedingt jeweils ein sehr großer Phasenfehler auf. Ferner ist für die Energieflußrichtung im Kurzschlußfall an sich nicht die mit diesen Anordnungen gemessene Spannung zwi­ schen Leiter und Erde maßgeblich, sondern die Spannung von Phase zu Phase. Durch den Kurzschluß ergeben sich starke Phasendrehungen der Spannung, so daß auch ein Synchron­ oszillator eine fehlerhafte Phasenlage meldet. Diese Anord­ nung kann zudem auch nicht auf einem Kabel mit Abschirmung eingesetzt werden.

Schließlich ist in der DE 37 07 707 ein Meßwandler mit einem Mikroprozessoranschluß beschrieben, der in Kabel­ netzen zur Messung der Spannung und des Stromes und der Bestimmung daraus abgeleiteter Größen, wie Phasenwinkel oder Energieflußrichtung, dient.

Alle beschriebenen Verfahren und Anordnungen zur Bestimmung eines Kurzschlusses in Ringnetzen oder in Netzen mit mehre­ ren Einspeisungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß immer die Messung von Strom und Spannung und der zwischen beiden auftretenden Phasenlage erforderlich ist, wobei diese Mes­ sung mit großen Ungenauigkeiten und Unsicherheiten behaftet ist. Die Messung der Phasenlage des Stromes im Kurzschluß­ falle müßte an allen Punkten des Netzes zu einem synchroni­ sierten Zeitpunkt erfolgen. Für die Synchronisierung des Meßzeitpunktes wird in den bisherigen Anordnung die Phasen­ spannung benutzt.

Aufgrund der beschriebenen Probleme, die bei der Messung der Phasenspannung und der Phasenlage zwischen Strom und Spannung auftreten, sind zudem auch Anordnungen bekannt geworden, die zur Synchronisierung des Meßzeitpunktes der Sensoren am Kabelanfang und am Kabelende diese über eine zusätzliche elektrische Verbindung miteinander verbinden. Dies führt aber zu einem großen Aufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, womit auf technisch einfache und kostengünstige Weise sowie mit hoher Anzeigegenauigkeit und -sicherheit eine Erfassung und lokale Eingrenzung eines Kurzschlusses auch in Netzen mit mehreren Einspeisungen oder in Ring­ netzen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies zunächst gemäß dem Patentanspruch 1 durch ein Verfahren erreicht, wonach am Anfang und am Ende eines bzw. jedes zu überwachenden Kabelabschnittes jeweils ein auftretender Kurzschlußstrom und die Polarität von dessen erster Halbwelle oder die Polarität von dessen letzter Halbwelle vor einer kurzschlußbedingten Abschaltung erfaßt und dann jeweils eines von zwei möglichen, den beiden Polaritäten zugeordneten, unterscheidbaren Rich­ tungssignalen angezeigt wird. Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß dem Patentanspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und am Ende eines bzw. jedes zu überwachenden Kabelabschnittes jeweils min­ destens ein Kurzschlußsensor angeordnet ist, der das Auf­ treten eines Kurzschlußstromes erfaßt und ein der Polarität von dessen erster oder letzter Halbwelle entsprechendes Richtungssignal über Anzeigemittel anzeigt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen An­ sprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß wird somit bewußt auf eine Messung der Phasenspannung verzichtet, da diese ja im Kurzschlußfall ohnehin zusammenbricht. Es erübrigen sich daher vorteilhaf­ terweise auch die aufwendigen und fehlerbehafteten Maßnah­ men zur "Speicherung" bzw. Fortführung der Phasenlage der Spannung. Erfindungsgemäß werden statt dessen nur die sich jeweils beidseitig eines Kurzschlusses ausbildenden Kurz­ schlußströme erfaßt, wozu an sich bekannte Kurzschluß­ sensoren eingesetzt werden können. Zusätzlich wird jedoch erfindungsgemäß jeweils die Polarität einer ganz bestimm­ ten, insbesondere der ersten Halbwelle des jeweiligen Kurz­ schlußstromes oder alternativ der letzten Halbwelle vor einer kurzschlußbedingten automatischen Abschaltung be­ stimmt. Dies ist mit sehr einfachen und preiswerten Zusatz­ schaltungsmaßnahmen möglich. Die erste bzw. letzte Halb­ welle des Kurzschlußstromes stellt somit ein Signal dar, welches in allen Punkten des Netzes auftritt und daher zur Synchronisierung der Meßzeitpunkte herangezogen werden kann. Dadurch werden die Fehlerquellen der bekannten Anord­ nungen vermieden, und es wird eine deutlich höhere Zuver­ lässigkeit der Anzeige erreicht. Ein defekter, d. h. kurz­ schlußbehafteter Leitungsabschnitt kann sehr einfach da­ durch erkannt werden, daß am Anfang und am Ende dieses Abschnittes verschiedene Polaritäten (Flußrichtungen) des Stromes, d. h. verschiedene Richtungssignale, angezeigt werden. Dies ist ein sicherer Hinweis dafür, daß sich in diesem Leitungsabschnitt von beiden Seiten her bis zu einer Kurzschlußstelle zwei richtungsverschiedene Kurzschluß­ ströme treffen. Bei beidseitig gleichen Richtungssignalen bzw. Polaritäten ist durch den jeweiligen Leitungsabschnitt praktisch nur einer der in Ringnetzen und/oder aufgrund von mehreren Einspeisungen auftretenden Kurzschlußströme hin­ durchgeflossen, was als "defektfrei" gewertet wird.

Die Erfindung ist auch in Freileitungsnetzen und in ge­ mischten, aus Kabeln und Freileitungen bestehenden Netzen anwendbar, so daß der in dieser Anmeldung verwendete Be­ griff "Kabel" im allgemeinen Sinne als "Leitung" zu ver­ stehen ist. In solchen Netzen mit Freileitungen und ggf. Kabeln ist allerdings eine Zusammenschaltung zu Ringnetzen nicht üblich, so daß dabei nur der Fall mit mindestens zwei Einspeisungen von Bedeutung ist.

Anhand der Zeichnungen soll im folgenden die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt eines Energiever­ sorgungsnetzes mit zwei Einspeisungen,

Fig. 2 einen schematischen Ausschnitt eines Ringnetzes,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kurz­ schlußsensors in einer Minimalausführung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kurz­ schlußsensors in einer vorteilhaften Ausgestal­ tung und

Fig. 5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer kon­ kreten Schaltung eines erfindungsgemäßen Kurz­ schlußsensors.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich funktionell entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben.

In Fig. 1 ist schematisch ein Teil eines elektrischen Ener­ gieversorgungsnetzes veranschaulicht, der zwei Einspeisun­ gen 2, beispielsweise Generatoren G, und dazwischen eine bestimmte Anzahl von Transformatorenstationen 4 aufweist. Dabei ist der Einfachheit halber ein einphasiges Netz mit zwei Leitern L1 und N dargestellt, in der Regel handelt es sich jedoch um ein dreiphasiges Netz mit nicht dargestell­ ten zusätzlichen Phasenleitern L2 und L3. In einem der Leitungsabschnitte zwischen zwei Transformatorenstationen 4 ist mit einem blitzartigen Pfeil ein Kurzschluß K ange­ deutet. Aufgrund der zwei Einspeisungen 2 bilden sich auf beiden Seiten des Kurzschlusses K Kurzschlußströme i_K1 und i_K2 aus. Die eingezeichneten Pfeile stellen die Stromfluß­ richtung in einem bestimmten Moment der Phasenlage des Wechselstromes dar. Insofern kann auch eine Darstellung mit genau umgekehrten Pfeilrichtungen gewählt werden.

In Fig. 2 ist ein Ringnetz vereinfacht dargestellt, bei dem mehrere Trafo-Stationen 4 zu einem Ring zusammengeschaltet sind. Dabei bilden sich - auch mit nur einer Einspeisung 2 (wie dargestellt) - durch einen Kurzschluß K ebenfalls zwei Kurzschlußströme i_K1 und i_K2 aus.

Erfindungsgemäß wird nun am Anfang und Ende jedes auf Kurz­ schluß zu überwachenden Leitungs- bzw. Kabelabschnittes zumindest jeder Phasen-Leiter L1 (L2, L3) - eventuell auch der Null-Leiter N - mit einem speziellen Kurzschlußsensor 6 versehen, der einerseits das Auftreten eines Kurzschluß­ stromes durch Überschreiten eines bestimmten, insbesondere voreinstellbaren Schwellwertes erfaßt. Andererseits erfaßt aber erfindungsgemäß jeder Kurzschlußsensor 6 auch die Polarität der ersten oder der letzten Halbwelle des von ihm festgestellten Kurzschlußstromes (i_K1 oder i_K2), und diese jeweils erfaßte Polarität wird dann als Richtungssignal an­ gezeigt. Wie durch die in den Fig. 1 und 2 eingezeichneten Pfeile leicht erkennbar ist, sind die Polaritäten auf bei­ den Seiten eines fehlerfreien Kabelabschnittes - bezogen auf die einzelnen Leiter - stets gleich, während nur bei dem vom Kurzschluß K betroffenen Kabelabschnitt auf beiden Seiten jedes Leiters L1 (N) unterschiedliche Polaritäten erfaßt und angezeigt werden. Dies ist ein sicheres Zeichen dafür, daß der Kurzschluß K im Bereich dieses Leitungs­ abschnittes liegt.

In Fig. 3 ist für einen der speziellen, erfindungsgemäßen Kurzschlußsensoren 6 anhand eines Blockschaltbildes der Aufbau etwas genauer dargestellt. Bei dieser Ausführung nach Fig. 3 handelt es sich um eine Minimalausführung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens grund­ sätzlich ausreicht. Der im jeweiligen Leiter - hier bei­ spielhaft die Phase L1 - fließende Strom wird mit einem Stromsensor 8 gemessen. Dazu kann der Stromsensor 8 - wie an sich bekannt - als Meßspule ausgebildet sein, in der der Strom induktiv durch das sich strombedingt um den Leiter ausbildende Magnetfeld erfaßt wird. Der Stromsensor 8 ist mit einem Polaritätsdetektor 10 sowie mit einem Strompegel­ trigger 12 verbünden. In dem Zeitpunkt, in dem der Strom­ pegeltrigger 12 ein Überschreiten eines bestimmten Schwell­ wertes erfaßt, wird die genau in diesem Zeitpunkt vorlie­ gende, mittels des Polaritätsdetektors 10 erfaßte Polarität über eines von zwei Anzeigemitteln 14 oder 16 als Rich­ tungssignal angezeigt.

In der vorteilhaften Ausgestaltung nach Fig. 4 ist der Polaritätsdetektor 10 mit einem Eingang D eines Polaritäts­ speichers 18 verbunden, dessen jeweiliger Speicherinhalt im Zeitpunkt des erfaßten Auftretens eines Kurzschlußstromes - ins­ besondere über eine Anzeigesteuerung 20 - dem jeweiligen Anzeigemittel 14 oder 16 als Richtungssignal zugeführt wird. Dabei kann die Erfassung des Kurzschlußstromes - ana­ log zur Ausführung nach Fig. 3 - über den Strompegel­ trigger 12 erfolgen. Alternativ dazu oder aber - wie dar­ gestellt - zusätzlich kann auch ein Stromänderungstrigger 22 vorgesehen sein, der einen vorbestimmten Anstieg eines Maximalwertes einer Strom-Halbwelle gegenüber der jeweils vorangegangenen Halbwelle als Kurzschlußstrom erfaßt, wobei in diesem Zeitpunkt die Polarität der bezüglich des Maxi­ malwertes höheren Halbwelle als Richtungssignal angezeigt wird. Zwischen der Trigger-Anordnung (12 und/oder 22) und dem Polaritätsspeicher 18 ist vorzugsweise eine Logikstufe 24 angeordnet, die mit einem Steuereingang C des Polari­ tätsspeichers 18 verbunden ist. Zudem ist zwischen der Trigger-Anordnung 12 und/oder 22 und der Anzeigesteuerung 20 bevorzugt eine Zeitstufe 26 vorgesehen.

Die beschriebene Schaltung des Kurzschlußsensors 6 kann von einer eigenen Batterie, gegebenenfalls von einem Akku, ver­ sorgt werden und/oder unmittelbar aus dem überwachten Netz. Dazu ist dann der Stromsensor 8 insbesondere über einen Gleichrichter 28 mit einem Spannungsregler 30 für die Ver­ sorgungsspannung verbunden.

Die Funktion des Kurzschlußsensors 6 nach Fig. 4 ist wie folgt: Der in dem überwachten Leiter (hier L₁) fließende Strom wird mit dem Stromsensor 8 erfaßt. Die Polarität des Stromes wird mit dem Polaritätsdetektor 10 für jede Halb­ welle bestimmt und zu dem Polaritätsspeicher 18 geleitet. Das Signal des Stromsensors 8 wird einerseits vorzugsweise über den Gleichrichter 28 gleichgerichtet und dem Span­ nungsregler 30 zur Bereitstellung der Betriebsspannung zu­ geführt sowie andererseits gleichzeitig auch dem Strom­ pegeltrigger 12 und/oder dem Stromänderungstrigger 22 zuge­ führt. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Strom gleichzeitig mit beiden Triggern 12 und 22 überwacht, d. h. einerseits mit dem Strompegeltrigger 12 auf Überschreitung eines Grenzwertes und andererseits mit dem Stromänderungs­ trigger 22 auf einen Stromsprung des Absolutwertes aufein­ anderfolgender Halbwellen des differenzierten Signals. Beide Signale können grundsätzlich über die Logikstufe 24 eine Einspeicherung des jeweiligen Polaritätswertes in den Polaritätsspeicher 18 bewirken. Gleichzeitig wird die Zeit- bzw. Verzögerungsstufe 26 gestartet, mit der die Signalaus­ gabe über die Anzeigesteuerung 20 und eines der Anzeige­ mittel 14 oder 16 gesteuert wird.

In einem dreiphasigen Kabelnetz wird zweckmäßigerweise für jede Phase (L1, L2, L3) am Anfang und am Ende jedes zu überwachenden Kabelabschnittes je ein erfindungsgemäßer Kurzschlußsensor 6 angeordnet. Vorzugsweise werden die Signale aller am Anfang oder am Ende des jeweiligen Kabel­ abschnittes angeordneten Kurzschlußsensoren 6 einer gemein­ samen Anzeigeeinheit zugeführt, in der jeweils ein für alle Phasen gemeinsames Richtungssignal gebildet und angezeigt wird. Denn es kommt im Grunde nicht darauf an, zu erfassen, welche Phase konkret vom Kurzschluß betroffen ist, sondern es soll ja lediglich ein defektes Kabelstücke lokal erfaßt werden.

Als Anzeigemittel 14, 16 kann beispielsweise eine LED ver­ wendet werden, wobei die unterschiedlichen Richtungssignale durch zwei unterscheidbare Zustände der einen LED angezeigt werden, und zwar insbesondere durch einen unterschiedlichen Blinkrhythmus oder durch unterschiedliche Farben. Zudem können auch zwei separate LED verwendet werden, mit denen die beiden unterschiedlichen Signale aufgrund einer unter­ scheidbaren Anordnung und/oder Farbe und/oder unterschied­ lichen Blinkrhythmus angezeigt werden. Zudem sind auch beliebige andere Anzeigemittel möglich, beispielsweise ein LCD-Display. Es ist schließlich auch möglich, die Rich­ tungssignale an einer ersten Stelle optisch zu erzeugen und dann über Lichtleiter einer Anzeigeeinheit an einer zweiten Stelle zuzuführen.

Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet eine sehr hohe Zuverlässigkeit der Erkennung und lokalen Eingrenzung von Kurzschlüssen, und zwar vorteilhafterweise auch in anson­ sten etwas problematischen Kurzschlußsituationen. Bei­ spielsweise könnten sich in einer ungünstigen Lage des Kurzschlusses bei einem großen Unterschied der Längen der einzelnen Teilstränge zwischen der jeweiligen Einspeisung und der Kurzschlußstelle zwei sehr unterschiedlich hohe Teil-Kurzschlußströme ausbilden, wobei eventuell der niedrigere Teilstrom sogar unterhalb der Ansprechschwelle des erfindungsgemäßen Kurzschlußsensors 6 liegt. Aber auch in diesem Fall kann durch die Erfindung der defekte Lei­ tungsabschnitt sicher gefunden werden, weil die Anzeige­ zustände beidseitig dieses Abschnittes ungleich sind (ein­ seitig Anzeige; anderseitig keine Anzeige) Diesbezüglich kann aber in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ein Stromtrigger mit mehreren unterschiedlichen Teil­ schwellwerten vorgesehen sein, die dann in geeigneter Weise zur Anzeige gebracht werden können. Dies wäre beispiels­ weise über einen Analog/Digitalwandler mit einer digitalen Anzeige des jeweils erreichten bzw. überschrittenen Maxi­ mumwertes möglich.

Anhand der Fig. 5 soll nun beispielhaft eine konkrete Schaltung in einer bevorzugten Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Kurzschlußsensors 6 erläutert werden. Bei die­ ser Ausführungsform arbeitet der Kurzschlußsensor wartungs­ frei ohne Batterie und wird aus der Energie des im Netz auftretenden Kurzschlusses gespeist. Der Stromsensor 8 zur Überwachung des Leiterstromes ist als Spule mit Joch ausge­ bildet und arbeitet demzufolge als Strom/Spannungswandler. Die Ausgangsspannung des Stromsensors 8 wird in dem durch vier Brückendioden gebildeten Gleichrichter 28 gleichge­ richtet. Dem Gleichrichter 28 nachgeschaltet ist der Span­ nungsregler 30, der die mit einem Kondensator gestützte Betriebsspannung für die Schaltung liefert. Der Spannungs­ regler kann diskret aufgebaut sein, da keine sehr hohen Anforderungen an die Konstanz der Spannung bestehen.

Die über den Gleichrichter 28 gleichgerichtete, pulsierende Gleichspannung wird mit dem Strompegeltrigger 12 überwacht, der hierzu einen Komparator 32 aufweist. Mittels eines Potentiometers 34 kann ein Schwellwert der Stromstärke für den Komparator 32 eingestellt werden. Der Komparator 32 schaltet bei Erreichen bzw. Überschreiten des Schwellwer­ tes, und mit diesem Ausgangssignal wird über Transistoren T1 und T2 die Aufladung eines Energiespeicher-Kondensators T1 zur Speisung von die Anzeigemittel 14, 16 bildenden LED gesteuert. Gleichzeitig wird mit dem Ausgangssignal des Strompegeltriggers 12 bzw. des Komparators 32 vorzugsweise eine Impulsverlängerungsstufe 36 und anschließend eine Impulsverzögerungsstufe 38 angesteuert. Die Schaltung ist derart ausgelegt, daß der Strompegeltrigger 12 über eine vorbestimmte Zeitdauer von insbesondere etwa 100 ms in jeder Halbwelle eine Überschreitung des Schwellwertes der Stromstärke feststellen muß, damit dies als Kurzschlußstrom erkannt wird. Hierbei wird die Impulsverlängerung auf vor­ zugsweise etwa 20 bis 25 ms, insbesondere etwa 22 ms, ein­ gestellt, um eine von dem Stromsensor verursachte Gleich­ stromüberlagerung zu kompensieren. Wegen dieser Gleich­ stromüberlagerung könnte es vorkommen, daß der Strompegel­ trigger 12 erst bei der zweiten Halbwelle des Kurzschlusses anspricht und in der ersten Halbwelle eine Überschreitung des Schwellwertes nicht erkannt wird. Um nun aber die erste Halbwelle sicher zu erkennen, ist bevorzugt der Strom­ änderungstrigger 22 vorgesehen, der dann sicher anspricht, wenn von einer Halbwelle zur nächsten ein deutlicher Strom­ sprung auftritt.

Jedes Ansprechen des Strompegeltriggers 12 und/oder des Stromänderungstriggers 22 bewirkt insbesondere über Logik­ gatter 40 und über einen Eingang des Polaritätsspeichers 18 die Speicherung der in diesem Zeitpunkt mittels des Polari­ tätsdetektors 10 festgestellten aktuellen Polarität der entsprechenden Halbwelle des Kurzschlußstromes. Wenn dieser Kurzschlußstrom über eine bestimmte Mindestzeit von insbe­ sondere etwa 100 ms ansteht, wird über die Impulsverzöge­ rungsstufe 38 die Zeitstufe 26 gestartet, die dann für eine vorbestimmte Impulszeit eine der beiden LED (Anzeigemittel 14, 16) schaltet. Die Auswahl der LED erfolgt mit Gattern der Anzeigesteuerung 20 je nachdem, welche Polarität im Polaritätsspeicher 18 gespeichert ist.

Die beschriebene Schaltung arbeitet sehr zuverlässig, ins­ besondere wenn die tatsächliche Kurzschlußstromstärke die eingestellte Schwelle erheblich überschreitet. Diese Vor­ aussetzung ist aber bei realen Kurzschlüssen in fast allen Fällen gegeben, da in der Regel der Isolationsdurchbruch eines Kabels stets in der Nähe des Spannungsmaximums einer Halbwelle erfolgt.

Beispielsweise erfolgt bei einer mechanischen Beschädigung eines Kabels durch einen Bagger der Durchbruch jedenfalls im Spannungsmaximum. Dies liegt daran, daß die Isolation sehr langsam geschwächt wird, denn die Bewegung einer Kante einer Baggerschaufel als Schneidkante kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 m/s angenommen werden. Dies entspricht etwa 50 µm/ms. Bei einer angenommenen Isola­ tionsdicke von 10 mm ergibt sich eine Schwächung der Iso­ lation von 0,5% je ms. Bei einer derart langsamen Isola­ tionsschwächung erfolgt der Isolationsdurchbruch mit der Bildung eines Kurzschlußlichtbogens immer in der Nähe des Spannungsmaximums. Bei Kurzschlüssen durch Isolationsfehler aufgrund anderer Ursachen erfolgt die Isolationsschwächung sogar noch langsamer, so daß auch hier ein Isolationsdurch­ bruch in der Nähe des Spannungsmaximums angenommen werden kann.

Eine Unsicherheit bei der Erkennung der Polarität der ersten Halbwelle könnte eventuell auftreten, wenn der Kurz­ schluß bei Phasenwinkeln um 150° bzw. 330° auftritt. Dabei würde die im Stromsensor 8 induzierte Spannung etwa im Bereich des Schwellwertes des Stromänderungstriggers 22 liegen. Durch geringfügige, toleranzbedingte Unterschiede der Schwellwerte der einzelnen Kurzschlußsensoren 6 könnte es dann zu unterschiedlichen Anzeigen der einzelnen Senso­ ren 6 kommen. Es kann aber davon ausgegangen werden, daß in der Realität dieser Fall nicht auftritt, da der Kurzschluß ja nach obiger Begründung stets in der Nähe des Spannungs­ maximums auftreten dürfte. Zudem tritt gerade in der ersten Halbwelle des Kurzschlußstromes durch die Entladung der Kabelkapazitäten eine zusätzliche Stromüberhöhung auf.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Eine Erfassung und Anzeige der Polarität der letzten Halb­ welle des Kurzschlußstromes vor einer kurzschlußbedingten Abschaltung ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Erfas­ sungsschaltung aus dem Netz, also aus der Kurzschlußener­ gie, gespeist wird. Denn dabei könnte die Erfassung der ersten Halbwelle insofern mit Unsicherheiten behaftet sein, als eventuell noch nicht genügend Versorgungsenergie zur Verfügung stehen könnte.

Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, son­ dern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzel­ merkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungs­ versuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses in einem Kabelnetz einer elektrischen Energieversorgung mit mindestens zwei Einspeisungen (2) und/oder in einem Ringkabelnetz, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und Ende eines bzw. jedes zu überwachenden Kabelabschnittes jeweils ein auftretender Kurzschluß­ strom und die Polarität von dessen erster Halbwelle oder die Polarität von dessen letzter Halbwelle vor einer kurzschlußbedingten Abschaltung erfaßt und dann jeweils eines von zwei möglichen, den Polaritäten zu­ geordneten, unterscheidbaren Richtungssignalen ange­ zeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und am Ende jedes zu überwachenden Kabelab­ schnittes mindestens ein Kurzschlußsensor (6) ange­ ordnet wird, mit dem einerseits - insbesondere in­ duktiv mittels eines als Strom-/Spannungswandler fungierenden Stromsensors (8) - ein Auftreten eines Kurzschlußstromes durch Überschreiten eines bestimm­ ten, vorzugsweise einstellbaren Strom-Grenzwertes sowie andererseits auch die Polarität der ersten Halbwelle des Kurzschlußstromes erfaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dreiphasigen Kabelnetz für jede Phase (L1, L2, L3) am Anfang und am Ende jedes Kabelabschnittes je ein Kurzschlußsensor (6) angeordnet wird, deren Sig­ nale vorzugsweise einer gemeinsamen Anzeigeeinheit zugeführt werden, in der jeweils ein gemeinsames Richtungssignal gebildet und angezeigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußstrom mittels eines Strompegeltriggers (12) durch Überschreiten eines Trigger-Schwellwertes erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußstrom mittels eines Stromänderungstriggers (22) durch Feststellung eines bestimmten Anstieges des Maximalwertes einer Halbwelle im Vergleich zur vorher­ gehenden Halbwelle erfaßt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zeitpunkt der Erfassung des Kurzschlußstromes die jeweilige Polarität seiner ersten Halbwelle mittels eines Polaritätsdetektors (10) bestimmt und als Richtungssignal angezeigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Richtungssignal durch Anzeigemittel (14, 16) angezeigt wird, und zwar durch ein LCD-Display und/oder insbesondere mittels LED, wobei die unterschied­ lichen Richtungssignale durch zwei unterscheidbare Zustände, insbesondere durch einen unterschiedlichen Blinkrhythmus einer LED oder durch zwei separate LED mit unterscheidbarer Anordnung und/oder Farbe und/oder unterschiedlichem Blinkrhythmus angezeigt werden.

8. Anordnung zur Erkennung eines Kurzschlusses in einem Kabelnetz einer elektrischen Energieversorgung mit mindestens zwei Einspeisungen und/oder in einem Ringkabelnetz, inbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und am Ende eines bzw. jedes zu überwachenden Kabelabschnittes jeweils mindestens ein Kurzschlußsen­ sor (6) angeordnet ist, der das Auftreten eines Kurz­ schlußstroms (i_K1, i_K2) erfaßt und ein der Polarität von dessen erster oder letzter Halbwelle entsprechendes Richtungssignal über Anzeigemittel (14, 16) anzeigt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der/jeder Kurzschlußsensor (6) einen Stromsensor (8) und einen damit verbundenen Strompegeltrigger (12) sowie einen Polaritätsdetektor (10) aufweist, wobei die im Zeitpunkt der Überschreitung eines Schwellwertes des Strompegeltriggers (12) mittels des Polaritätsdetek­ tors (10) jeweils erfaßte Polarität des Kurzschluß­ stromes als Richtungssignal angezeigt wird.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Polaritätsdetektor (10) mit einem Polaritätsspeicher (18) verbunden ist, dessen jeweiliger Inhalt im Zeit­ punkt des Auftretens des Kurzschlußstromes über eine Anzeigesteuerung (20) dem jeweiligen Anzeigemittel (14, 16) als Richtungssignal zugeführt wird.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich oder alternativ zu dem Strompegeltrigger (12) ein Stromänderungstrigger (22) vorgesehen ist, der einen vorbestimmten Anstieg des Maximalwertes einer Strom-Halbwelle gegenüber der jeweils vorangegangenen Halbwelle als Kurzschlußstrom erfaßt, wobei in diesem Zeitpunkt die Polarität der bezüglich des Maximalwer­ tes höheren Halbwelle als Richtungssignal angezeigt wird.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Kurzschlußsensor (6) seine erforderliche Betriebsspannung über eine Versorgungsschaltung aus dem elektrischen Netz erhält.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Kurzschlußsensor (6) seine Betriebsspannung aus einer eigenen Batterie erhält.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel (14, 16) Leuchtelemente, insbesondere LED, und/oder ein LCD-Display umfassen.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungssignale über Lichtleiter einer Anzeigeeinheit zugeführt werden.