AT114356B

AT114356B - Schutzeinrichtung für Transformatoren, Drosselspulen u. dgl.

Info

Publication number: AT114356B
Authority: AT
Original assignee: Siemens Schuckertwerke Wien
Priority date: 1928-03-27
Filing date: 1928-03-27
Publication date: 1929-09-25

Description

Schutzeinrichtung fiir Traisformatoren, Drosselspulen u. dgL
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für Transformatoren. Drosselspulen u. dgl., die die Auswirkung von Windungs-oder Kurzsehlüssen der Wieklung beim Entstehen des Fehlers unterbindet. Die bisher bekannten Einrichtungen gewähren entweder keinen ausreichenden Schutz oder sind verwickelt und teuer.

Der Erfindung liegt die Erscheinung zugrunde, dass bei Windungskurzschluss od. dgl. das Feld
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daher aus dem aktiven Eisen austritt. Die erfindungsgemässe Schutzeinrichtung ist nun so ausgebildet, dass sie von den örtlich auftretenden Feldern beeinflusst und zum Ansprechen gebracht wird. Damit ist dieses sicher und auf einfache Weise bei inneren Störungen in der Wieklung gewährleistet. Zweckmässig wird im Sinne der weiteren Erfindung an dem zu schützenden Wicklungsteil eine über seine ganze Länge verteilte Hilfswicklung vorgesehen.

Die erwähnten örtlichen Feldstörungen rufen, gleichgiltig an welcher Stelle des Wicklungsteiles sie auftreten. in der Hilfswieklung vom Normalzustand abweichende
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jede für sich mit einem zu schützenden Wieklungsteil auf seine ganze Länge magnetisch verkettet sind, untereinander so geschaltet werden, dass sich die in ihnen induzierten Spannungen bei gesundem Zu-
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Ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 1 in Anwendung auf einen Drehstromtransformator 1 : dieser hat drei den verschiedenen Phasen entsprechende Schenkel, von denen jeder eine Phasenwicklung 2 (bloss für einen Schenkel gezeichnet) trägt.

Zum Schutz dieser Phasenwieklungen gegen Windungs- oder Kurzschluss dient nun je eine über die ganze Schenkellänge verteilte Hilfswieklung (. 3, 4, 5). Die Hilfswieklnngen sind untereinander im offenen Dreieck geschaltet. Bei
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Klemmen 6,7. Ein an sie angeschlossenes Voltmeter zeigt dann keinen Ausschlag ; bei krankem Zustand der Wicklung dagegen ergibt sich eine Summenspannung an den Klemmen 6,7, die auch einen Ausschlag am Voltmeter hervorruft.
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gebenen Dreieckschaltung nicht aufheben und daher ebenso wie etwaige Unsymmetrien des Transformators trotz fehlerloser Wicklung eine Spannung an den Klemmen 6,7 ergeben.

Dieser Spannung würden sich aber im Störungsfall noch die durch Wieklungsfehler bedingten Spannungen überlagern.

Ein kontaktgebender Spannungs-oder Leistungszeiger bzw. Relais (Fig. 2) zeigt aber auch dann noch sicher Wieklungsfehler an. Der ruhende Kontaktteil R ist erfindung-gemäss so einstellbar, dass er erst bei einer höheren als der gewöhnlieh an den Klemmen 6. 7 auftretenden Spannung vom beweglichen Zeiger Z erreicht wird und Kontakt gibt. Man kann im Stromkreis der Hi1fswieklllngen abrr auch Einrichtungen (Drosselspulen od. dgl.) vorsehen, die die Oberwellen abdämpfen oder zumindest in bezug auf den Ausschlag des Instrumentes unwirksam machen.

Die Fig. 3 zeigt die Schaltung eines für alle Phasen gemeinsamen wattmetrischen Relais, das beim Anmeldungsgegenstand Verwendung finden kann. An die Klemmen 8. 9 (Stromspulr) werden die
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den Kontaktzeiger bewegender Drehteil im störungsfreien Zustand eine bestimmte Lage einnimmt, in die er immer wieder zurückkehrt. Wegen der wechselnden Ausschlagrichtung ist zu beiden Seiten des beweglichen Kontaktzeigers je ein ruhender Gegenkontakt vorzusehen.

Eine vorteilhafte Lösung gibt die Anordnung eines wattmetrischen Relais für jede Transformatorphase etwa in der Schaltung nach Fig. 4. Die Spannungsspulen sind von der zugehörigen Phasenspannung, die Stromspulen wie nach Fig. 3 von der Spannung an den Klemmen 6, 7, die mit den Anschlussklemmen S, 9 verbunden sind, beeinflusst. Diese Anordnung zeigt durch die Ausschlagriehtung der Relais an, in welcher Phase der Fehler liegt, da nur das Relais der kranken Phase ein positives Drehmoment erhält.

Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von mit Zeitverzögerung arbeitenden Relais. Deren Auslösezeit wird zweckmässig grösser eingestellt als an den Schutzrelais im anschliessenden Netz. Bei einphasigen Erdschlüssen, bzw. Kurzschlüssen im Netz bleibt also wegen der längeren Auslösezeit des Windungsschlussrelais der Transformator eingeschaltet, während durch die in der Zeitkonstante gestaffelten Relais im Netz nur dessen gestörte Teile abgeschaltet werden. Die übrigen Netzteile werden ungestört aus dem eingeschaltet bleibenden Transformator weitergespeist.

Die Fig. 5-10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für die Schaltung der verteilten Hilfswicklungen. Nach Fig. 5 liegen auf den bewickelten Schenkeln des Transformators 1 je zwei Hilfs-
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sind untereinander gleich und einander entgegengesehaltet. Die in ihnen induzierten Spannungen heben sich bei gesundem Wicklungsteil zur Gänze auf, so dass zum Unterschied von mit der Summenspannung arbeitenden Anordnungen weder Unsymmetrien der Belastung oder äussere Kurzschlüsse noch höhere Harmonische die Spannung an den Klemmen 6, 7 beeinflussen. Bei Windungssehluss in der Transformatorwicklung ist die Wirkungsweise sinngemäss die gleiche wie bei den bisher angeführten Anordnungen.

Die Hilfswicklungen 10, 11 können jede für sich auch verschieden grosse Teile der Schenkellänge umfassen (Fig. 6). Sie sind jedoch wieder so auszulegen und zu bemessen, dass die in ihnen induzierten Spannungen gleich gross sind. Man kann sich dadurch einer gegebenen Spulenausteilung der Transformatorwicklung weitgehend anpassen.

Die Hilfswieklungen können auch bloss wesentlich mit besonders gefährdeten Wicklungsteilen, z. B. mit Eingangswicklungen verkettet sein. Beispielsweise liegen nach Fig. 7 nur an den Enden der zu schützenden Wicklung Hilfsspulen 12, 13.

Ferner ist durchaus nicht nötig, nur solche Hilfswicklungen zusammenzuschalten, die mit zu schützenden Wicklungsteilen auf ihre Länge magnetisch verkettet sind, sondern die in den Hilfswicklungen induzierten Spannungen und Ströme können auch mit anderen Spannungs-und Stromgrössen verglichen werden. Es ist vorteilhaft, nur darauf zu achten, dass bei gesundem Zustand der zu schützenden Wicklung die Summenspannung konstant, vorzugsweise Null ist. Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 8. Die Hilfswioklung ist mit einem beliebigen Teil der Phasenwicklung 2 auf deren Länge
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die Wicklungen. 3, 4, 5 in Fig. 1 in offenem Dreieck geschaltet. Diese beiden Wicklungsgruppen sind weiters einander entgegengeschaltet.

Etwaige höhere Harmonische, unsymmetrische Belastungen u. dgl. beeinflussen daher die an den Klemmen 6, 7 auftretende Summenspannung nicht. Man kann aber auch
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konstant bleibt.

Bei Anordnungen, wie sie beispielsweise die Fig. 5 zeigt, könnte gelegentlich ein Kurzschluss in der Phasenwicklung eine zur Verbindungsstelle der beiden Wicklungen 10, 11 symmetrische Feldstörung bewirken, die beide Spulen gleichmässig beeinflusst. Um solche Störungen auszuschliessen, kann man z. B. die Isolation der zu schützenden Wicklung in der Nähe der Verbindungsstelle der Hilfswicklungen verstärken, um eine Beschädigung gerade dieses Wicklungsteiles zu verhindern, solange die übrigen gesund sind. Bei Verwendung von Scheibenspulen für die Phasenwicklungen kann man weiters die Verbindungstelle der Hilfswicklungen an die Verbindungsstelle benachbarter Scheib3nspulen verlegen, wozu nach
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Eine weitere Möglichkeit zeigt die Fig. 10.

Die Verbindungsstelle 22 der beiden gegengeschalteten Hilfswieklungen 10, 11 übergreift eine weitere Hilfswicklung 23, die einer gleichartig bemessenen Hilfswicklung 24 entgegengeschaltet ist. Bei gesundem Zustand der zu schützenden Wicklung ist daher sowohl die Spannung zwischen den Klemmen 6, 7 als auch die zwischen 25 und 26 gleich Null ; bei einer örtlichen Feldstörung tritt selbst dann, wenn sie symmetrisch zur Verbindungsstelle 22 wirkt und zwischen den Klemmen 6, 7 die Spannung Null herrschen würde, auf jeden Fall eine Spannung zwischen 25, 26
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schalten, indem z. B. die Klemmen 6, 25 verbunden werden und an die Klemmen 7, 26 das Relais angeschlossen wird.

Zur näheren Bestimmung des Fehlerortes kann man die Phasenlage der in den Hilfswieklungen induzierten Summenspannung benutzen, z. B. mittels der bereits erwähnten Wattmeteranordnung nach Fig. 4. Bei Anordnungen mit mehreren Hilfswicklungen für jede Phase lässt sich auch noch ausmitteln, in welchem Bereich der Phasenwicklung der Fehler liegt. Zunächst ermittelt man beispielsweise auf die vorangegebene Weise die kranke Phase. Schaltet man z. B. die Wicklungen 17, 19, 21 (Fig. 9) allein in Reihe, so lässt die an den Klemmen auftretende Spannung erkennen, ob der Fehler in der unteren Hälfte der kranken Phase oder in der oberen Hälfte liegt. Dies kann z. B. noch dadurch überprüft werden, dass man auch die Summenspannung der reihengeschalteten Hilfswicklungen 16, 18, 20 beobachtet.

Zur Anzeige des Fehlers ist man nicht an die an den Klemmen 6,7 auftretende Spannung gebunden.

Man könnte auch die Hilfswicklungen zu einem geschlossenen Stromkreis verbinden und etwa als Kennzeichen eines Fehlers die Grösse darin fliessender Ströme heranziehen. Schliesslich müsste man die einzelnen Hilfswieklungen nicht unmittelbar reihen-oder gegenschalten, sondern könnte jede für sich als geschlossenen Stromkreis ausbilden und deren Ströme untereinander vergleichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich die erforderlichen Anzeige- cder Abschaltapparate betätigen.

Mitunter sind die einzelnen Hilfswieklungen schwierig so herzustellen und einzubauen, dass in ihnen Spannungen gleicher Grösse auftreten. In diesem Falle werden im Sinne der weiteren Erfindung einzelnen oder allen Hilfswicklungen passende Widerstände parallel geschaltet und an diesen die ge-
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und trotzdem können an den Widerständen Spannungen gleicher Grösse (falls erwünscht, auch gleicher Phasenlage) abgegriffen werden. Der Widerstand selbst kann je nach den gewünschten Verhältnissen Ohmscher, induktiver oder kapazitiver Art sein.

In Fig. 11 ist bloss der Wicklung 11 ein Ohmscher Widerstand 30 parallel geschaltet ; mittels des Schleifkontaktes 31 kann eine der Spannung der Wicklung 10 gleiche Spannung abgegriffen werden. Nach Fig. 12 kann auch jeder der beiden Spulen ein Widerstand 32 bzw. 33 parallel geschaltet sein. Soll auch die Phasenlage der Spannung einstellbar sein. so wird nach Fig. 13 der der Hilfswicklung parallel geschaltete Gesamtwiderstand durch Schleifkontakte. 34, 35 regelbar gemacht. Die Wicklungen können auch verschiedenen Phasen des Transformators zugehören, wobei die Widerstände so zu wählen sind, dass trotzdem gleiche Grösse und Pliasenlage der abgegriffenen Spannungen resultieren.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schutzeinrichtung für Wicklungen, insbesondere von Transformatoren, Drosselspulen, gegen Windungsschluss od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung durch aus dem aktiven Eisen infolge eines Windungsschlusses od. dgl. örtlich verdrängte Felder zum Ansprechen gebracht wird.

Claims

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine über die Länge des zu schützenden Wicklungsteiles sieh erstreckende Hilfswicklung, die bei Windungsschluss mit den aus dem aktiven Eisen örtlich austretenden Feldern magnetisch verkettet ist.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Hilfswicklungen, wovon jede für sich mit einem zu schützenden Wicklungsteil auf seine ganze Länge verkettet ist, untereinander so geschaltet sind, dass die Summe der in ihnen induzierten Spannungen einen Wicklungsschluss bzw. Kurzschluss in einem der zu schützenden Wieklungsteile anzeigt.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 für Transformatoren oder Drosselspulen mit mehreren bewickelten Schenkeln, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Schenkel wenigstens eine über die gesamte Wicklungslänge verteilte Hilfswicklung angeordnet ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2,3 oder 4 für Mehrphasen-insbesondere Drehstromtransformatoren oder-drosselspulen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Eisenschenkel eine mindestens auf seine bewickelte Länge verteilte Hilfswicklung (3, 4, 5) trägt und dass diese Wicklungen nach Art einer Polygon (Dreieck) wicklung geschaltet sind, so dass sich die induzierten Spannungen bei gesundem Zustand der zu schützenden Wicklungsteile im wesentlichen aufheben (Fig. 1).

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygon (Dreiecks)-wicklung offen ist und an ihren Klemmen ein Relais od. dgl. liegt.

7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen kontaktgebenden Spannungs-, Strom-oder Leistungszeiger, dessen ruhender Kontaktteil einstellbar ist. <Desc/Clms Page number 4>

8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, gekennzeichnet durch wattmetrisehe Relais für jede Phase, die einerseits von der zugehörigen Phasenspannung und anderseits von der Spannung bzw. dem Strom der Hilfswicklung beeinflusst sind.

9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem zu schützenden Wicklungsteil auf seine Länge magnetisch verkettete Hilfswicklung bzw. Gruppe von Hilfswick- lungen einer zweiten an einer anderen Stelle des Kraftflussweges angeordneten Hi1fswicklung bzw. Gruppe von Hilfswicklungen derart entgegengeschaltet ist, dass sieh bei gesundem Zustand des zu schützenden Wicklungsteiles die in den Hilfswicklungen induzierten Spannungen im wesentlichen aufheben.

10. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, 2,3 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei mit je einem Teil der zu schützenden Phasenwicklung verkettete Hilfswicklungen einander ent- EMI4.1 11. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hilfswiekzungen bloss über besonders gefährdete Stellen der Wicklungen, wie z. B. Eingangswindungen u. dgl. erstrecken (Fig. 7).

12. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer mit dem zu schützenden Wicklungsteil auf seine Länge magnetisch verketteten Hilfswicklung eine mit dem Kraft- fluss des Joches od. dgl. verkettete Hilfswicklung entgegengeschaltet ist (Fig. 8).

13. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 12 für Drehstromtransformatoren od. dgl., gekenn- zeichnet durch zwei reihengeschaltete Gruppen von je drei über verschiedene Teile der zu schützenden Phasenwicklungen sich erstreckenden und in verschiedenen Phasen liegenden Hilfswicklungen (Fig. 9).

14. Schutzeinrichtung nach Anspruch l bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die HUfswicklungen unmittelbar am Eisenkern als Röhrenwicklungen aufgebracht sind.

15. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Hilfs- wieklung oder Reihe von Hilfswicklungen die Verbindungsstellen der Hilfswicklungen der anderen Reihe iibergreift.

16. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 15, gekennzeichnet durch einzelnen oder allen Hilfswicklungen parallel geschaltete Widerstände, vorzugsweise Ohmscher Art, an denen die zur Beeinflussung des Schutzrelais benötigten Spannungen abgegriffen werden (Fig. 11 bis 13).

17. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der der Hi1fswicklung parallel geschaltete Gesamtwiderstand regelbar ist (Fig. 11 bis 13).

18. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass von zu (wenn nötig, untereinander ungleichen) Hilfswiekluhgen parallel geschalteten Widerständen Spannungen gleicher Grösse bzw. gleicher Grösse und Phasenlage abgegriffen werden (Fig. 13).