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Schutzeinrichtung für Wicklungen elektrischer Maschinen gegen Gestellschlüsse.
Es ist bekannt, das Auftreten von Gestellschlüssen der Ständerwicklungen elektrischer Maschinen dadurch kenntlich zu machen, dass man deren Sternpunkte direkt oder unter Zwischenschaltung von mehr oder weniger hohen Widerständen mit Erde'verbindet und das Auftreten von Strom in dieser Erdverbindung (Fig. 1) bzw. von Spannung am Widerstand zur Betätigung von Strom-bzw. Spannungsrelais verwendet. Der Gegenstand der Erfindung werde am Beispiel des Gestellschlussschutzes durch Stromrelais erläutert ; beim Spannungsrelais liegen die Verhältnisse analog.
Ist ein Gestellschluss vorhanden, so fliesst über die zur Relaisbetätigung verwendete Endverbindung, die auch anders als durch Erdung des Wicklungssternpunktes hergestellt werden kann, Strom ab und das Relais wird zum Ansprechen gebracht. Ist nämlich der Wicklungssternpunkt z. B. nicht zugänglich, so kann man entweder einen künstlichen Nullpunkt bilden und diesen, wie sonst den Generatorsternpunkt, erden (Fig. 2). oder beispielsweise einen hochvoltseitig sterngeschalteten Transformator mit magnetischem Rückschluss am Sternpunkt satt erden und die sekundäre Wicklung an den offenen Dreiecksklemmen über einen Widerstand und das Relais belasten (Fig. 3). Je nach der Lage des Erdschlusses in grösserer oder kleinerer Entfernung vom Systemsternpunkt ist der Erdstrom verschieden gross.
Es gibt nun einen Bereich nächst dem Systemnullpunkt, innerhalb dessen der Strom nicht mehr ausreicht, das Relais zum Ansprechen zu bringen. Man kann zwar die Empfindlichkeit durch Wahl eines mit entsprechend kleinem Verhältnis übersetzenden Wandlers erhöhen, läuft dann aber Gefahr, dass die angeschlossenen Relais bei grossem Primärstrom durch Überanspruchung in thermischer Hinsicht Schaden nehmen. Um auch diesen Nachteil zu vermeiden, kann man in bekannter Weise verschiedenartige Abänderungen treffen.
Man kann beispielsweise den Stromwandler, an welchen das Relais angeschlossen ist, im Eisenkreis so auslegen, dass sein Übersetzungsverhältnis bei kleinen Primärströmen verhältnismässig klein ist und mit zunehmendem Primärstrom grösser wird (Fig. 4), so dass der Sekundärstrom begrenzt wird bzw. sich asymptotisch einem solchen Grenzwert nähert, dass eine thermische Überlastung der Relaiswicklungen auch bei länger dauernder Beanspruchung vermieden bleibt. Man kommt bei derartiger Auslegung häufig so weit an den Nullpunkt heran, als es mit Rücksicht auf den Aufbau der zu schützenden Wicklung bzw. die möglichen Fehlerstellen überhaupt notwendig ist.
Wenn dies nicht der Fall ist, kann man dem ganzen System in bekannter Weise eine solche Zusatzspannung gegen Erde aufdrücken, dass im Falle des Gehäuseschlusses unbedingt Relaisbetätigung erfolgt.
Diese sämtlichen Schaltungen sollen natürlich nur dann zum Ansprechen des Relais führen, wenn wirklich eine Erdverbindung vorhanden ist. Es ist aber möglich, dass über die Erdungsstelle auch ohne einen Isolationsfehler der zu schützenden Wicklung so viel Strom abfliesst, als für das Stromrelais zum Ansprechen notwendig ist. Diese unerwünschte Relaisbetätigung ist durch die im folgenden geschilderte Sachlage bedingt. Die Phasenspannungen der zu schützenden Wicklung bzw. des für die Erdung verwendeten Apparates (beispielsweise Fig. 1-3) werden im allgemeinen nicht rein sinusförmig sein, sondern auch höhere Harmonische, darunter auch solche der 3. Frequenz und ihrer Vielfachen, enthalten. Diese Spannungen sind in sämtlichen drei Phasen einer Drehstromwicklung phasengleich.
Es kann infolgedessen im geschlossenen Kreis : Erde-Nullpunktswiderstand-Wicklung-Erd- kapazität der Wicklung bzw. der angeschlossenen Kabel-Erde ein Strom dieser höheren Harmonischen zirkulieren (Ersatzsehema Fig. 5), der die sehr empfindliche Apparatur für Gestellschlussschutz betätigt, was unerwünscht ist, weil dadurch ein in Wirklichkeit nicht vorhandener Gestellsehluss vorgetäuscht
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wird, dass vornehmlich nur Ströme der für den Störungsfall charakteristischen Frequenz, z. B. der Grundfrequenz durch das Relais fliessen, StrSme sonstiger Frequenzen, z. B. dreizahlige Oberwellen, aber über parallele Wege abgeleitet werden. Bas eben behandelte Beispiel sei an Hand der Fig. 6'erläutert.
Der Stromwandler wird sekundär durch zwei parallele Widerstandskreise belastet. Der eine enthält das Relais und in Reihe damit die Parallelschaltung einer Induktivität LI und einer Kapazität al. Der zweite eine Kapazität Cg.. und in Reihe damit die Parallelschaltung einer Induktivität L2 und einer Kapazität a2. L1 und al sind so bemessen, dass der ihrer Parallelschaltung äquivalente Scheinwiderstand für die dritte Oberwelle der Grundharmonischen praktisch unendlich gross ist.
L und C1 hingegen sind so bemessen, dass der ihrer Parallelschaltung äquivalente Scheinwiderstand für die Grundwelle praktisch unendlich gross ist und die Reihenschaltung mit G3 für die dritte Oberwelle der Grundharmonisehen den kleinstmöglichen Widerstand ergibt. Man erkennt, dass auf diese Weise der Weg über das Relais für die dritte Oberwelle der Grundharmonischen gesperrt wird, während die Grundharmonische selbst nur über das Relais fliessen kann. Dem Relais ist ein Sperrkreis für die dritte Oberwelle vorgeschaltet.
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Schaltung, führt auf die praktisch mit gutem Erfolg erprobte Schaltung Fig. 7.
Dort ist einfach parallel zu den Klemmen des Relais ein Saugkreis für die dritte Harmonische der Grundwelle u. zw. eine auf diese Oberwelle abgestimmte Serienschaltung eines Kondensators und'einer Induktivität geschaltet.
Dadurch wird der grösste Teil des dreifachfrequenten. Stromes vom Relais ferngehalten und es ist überdies durch entsprechende Dimensionierung der Induktivität des Saugkreises einfach, dafür zu sorgen, dass der grösste Teil des Grundwellenstromes durch das Relais, fliesst. Sollen mehrere Frequenzen vom Relais ferngehalten werden und vornehmlich nur eine'dieses durchfliessen', so wird man gemäss Fig. 8 in Reihe mit dem Relais einen Sperrkreis Z, für alle diejenigen Frequenzen anordnen, die-auf das Relais keinen Einfluss haben sollen, wobei die Induktivität des Relais in den Sperrkreis miteinbezogen sein kann und
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l.
Einrichtung, zum Schütze elektrischer Wicklungen gegen Gestellsehluss, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Signalisierung verwendete im Erdungskreis angeordnete Stromrelais oder Spannungsrelais unter Verwendung bekannter Mittel so angeschlossen wird, dass seine Empfindlichkeit bei gleich grossen, aber verschieden frequenten primären Strömen durch den Erdungswiderstand bzw. Spannungen am Widerstand im Sinne einer Bevorzugung gewünschter Frequenzen verschieden gross ist.