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keit der Verkleinerung des Fehlerstromes besteht aber nur dann, wenn der Gestellschluss genügend weit vom Nullpunkt der Maschine oder einem etwaigen andern auf Erdpotential befindlichen Punkt der Maschinenwicklung entfernt ist, weil nur in diesem Falle im Fehlerstromkreis eine erhebliche treibende Spannung auftritt.
Da man einen Gestellsehluss auch dann erfassen will, wenn er an einer solchen Stelle der Wicklung entsteht, dass die treibende Fehlerspannung nur sehr klein ist, verwendet man, wie bekannt ist, nicht konstante Strombegrenzungswiderstände, sondern solche, die sieh in ihrer Höhe nach der Grösse der treibenden Fehlerspannung richten, wobei man im wesentlichen erreichen mÖchte, dass in allen Fehlerfällen ein Fehlerstrom solcher Stärke fliesst, dass die Relais mit Sicherheit ansprechen, der aber nicht wesentlich über diesem Betrag liegt. Man hat vorgeschlagen, zu diesem Zweck Eisenwasserstoffwiderstände oder durch Relais ein-oder ausgeschaltete Widerstände anzuwenden.
Die Erfindung besteht darin, dass zur Begrenzung der Fehlerstromstärke ein druckabhängiger Widerstand, insbesondere ein Kohledruckwiderstand verwendet wird, wobei die Höhe des auf den Kohlewiderstand einwirkenden Druckes von der Stärke des Fehlerstromes abhängt. Da diese Kohlewiderstände sieh in einem sehr grossen Spannungsbereich, beispielsweise wenn die Höhe der Spannung sich
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ist diese Art der Stromstärkeregulierung den bisher angewendeten Anordnungen, namentlich wegen des ausserordentlich grossen Spannungsbereiches, aber auch, weil die Regelung sehr schnell wirksam wird, überlegen.
Bei den bekannten Eisenwasserstoffwiderständen erreicht man eine Konstanz des Stromes innerhalb zweier Spannungsgrenzen, die sich maximal etwa wie 1 : 5 verhalten, während man mit Kohledruckwiderständen SpannungsgTenzwerte, die etwa im Verhältnis 1 : 20 liegen, beherrschen kann.
Nachdem man durch Anwendung des Kohledruekreglers eine konstante Fehlerstromstärke, sei es in der Erdverbindung eines Generatornullpunktes oder eines sonstigen Nullpunktes des Systems oder auch auf der Sekundärseite eines Wandlers oder Transformators eine vorher bestimmte konstante Stromstärke gewonnen hat, besitzt man die Möglichkeit, von dieser konstanten Stromstärke eine konstante Erregung für die Spannungsspule des wattll1etrischen Relais abzuleiten, so dass also das Drehmoment des wattmetrischen Relais bei Annäherung der Fehlerstelle an den Nullpunkt der zu schützenden Wicklung nicht oder nur wenig abnimmt. Man wird zweckmässig mit der Anschliessung der Spannungsspule warten, bis der Kohledruekwiderstand die gewünschte Stromstärke einreguliert hat.
Da der Kohledruckwiderstand einen um so kleineren Widerstandswert besitzt, je höher der auf ihm lastende Druck ist, muss also in Abhängigkeit von der Fehlerstromstärke der Druck auf dem Kohlewiderstand vermindert werden, je grösser die Fehlerstromstärke ist. Auf diese Weise wird der Widerstand so lange vergrössert, bis sich ein vorher bestimmter Strom eingestellt hat. Im ersten Augenblick
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gewünschten Wert liegt. Es empfiehlt sich deshalb, mit dem Kohledruckwiderstand entweder einen thermo-negativen Widerstand, beispielsweise einen Widerstand aus Urandioxyd, in Reihe zu schalten oder die Anordnung so zu treffen, dass der Kohlewiderstand normalerweise vom Druck entlastet ist und erst nach Entstehung des Gestellschlusses unter Druck gesetzt wird.
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Damit man die vorteilhaften Eigenschaften des Kohlewiderstandes voll ausnutzen kann, ist es erforderlich, den Widerstand vor Übererwärmung zu schützen. Aus diesem Grunde wird der über diesen Widerstand fliessende Fehlerstrom nach Ablauf einer bestimmten Zeit seit Entstehung des Gestellschlusses abgeschaltet. Dies ist vor allem in den Fällen notwendig, in denen sich die Betriebsleitung entschliesst, trotz des Gestellschlusses die Maschine noch weiter in Betrieb zu lassen, etwa wenigstens so lange, bis eine Ersatzmaschine angelassen ist.
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele.
In Fig. 1 ist die Wicklung eines Generators 1 mit einer Gestellschlusssehutzeinrichtung versehen, die aus einem wattmetrischen Relais 2 besteht, dessen Stromspule an eine Stromwandlerschaltung 3 und dessen Spannungsspule an den Sekundärkreis einer Gestelldrossel 4 angeschlossen ist. Wenn das wattmetrische Relais 2 den Kontakt 5 schliesst, wird beispielsweise die AuslösespuleA erregt, die den nicht gezeichneten Hauptschalter auslöst. Weitere Anordnungen, die zu einer vollständigen Schutzeinrichtung noch gehören, wie z. B. die Anordnung zur selbsttätigen Entregung oder Schnellentregung, die Anordnung zur Abschaltung der Antriebsmaschine usw., sind, weil sie nicht zur Erfindung gehören, nicht dargestellt.
Die Gestelldrossel 4 besitzt eine sekundäre Dreieekwicklung, welche einen Strommagneten 6, einen druckabhängigen Kohlewiderstand 7 und einen konstanten Widerstand 8 enthält. Ausserdem ist ein thermo-negativer Widerstand 9 eingezeichnet. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende :
Bei einem Gestellschluss entsteht ein Strom im Sekundärkreis der Gestelldrossel 4. Für die Grösse dieses Stromes und somit auch für die Stärke des primären Fehlerstromes ist massgebend der Gesamtwiderstandswert der Gestelldrossel. Der Widerstand 1 steht unter dem Druck eines Hebels 10, welcher um den Punkt 11 drehbar ist und unter der Einwirkung einer Federkraft 72 steht.
Je grösser nun der Strom in der Spule 6 und dem Widerstand 7 wird, um so stärker wird die Zugkraft des Magneten 6, welche der Kraft der Feder 12 entgegenwirkt. Auf diese Weise wird also der Widerstand 7 vom Druck um so stärker entlastet, je grösser der Fehlerstrom ist. Die Kräfte des Magneten 6 und der Feder 12 sind mit Rücksicht auf die Druckabhängigkeit des Widerstandswertes der Kohlesäule 7 so aufeinander abgestimmt, dass sich bei allen im geschützten Bereich möglichen Lagen der Gestellschlussstelle ein nahezu vollkommen konstanter Sekundärstrom ergibt. Der Sekundärstrom ruft dann in einem konstanten Widerstand 8 eine konstante Spannung hervor, welche zur Erregung der Spannungsspule des Wattmeters 2 dient.
Der thermo-negative Widerstand 9 ist beispielsweise ein Urandioxydwiderstand. Da sein Widerstandswert im ersten Augenblick sehr hoch ist, verhindert dieser Widerstand die Ausbildung einer zunächst hohen Stromspitze. Es kann der Strom im Sekundärkreis der Gestelldrossel 4 nicht plötzlich stark anwachsen, so dass also in dem Masse, in dem der Widerstand 9 mit wachsender Erregung sinkt, die Regulierung der Stromstärke durch die Teile 6,7, 12 erfolgt. Die Zeitverzögerung des Widerstandes 9 wird deshalb dem Zeitbedarf angepasst, der für das Wirksamwerden der Kohledruekstromregelung besteht.
In Fig. 2 ist nur die Gestelldrossel 4 und ein Teil ihres Sekundärkreises wiedergegeben. Der Strommagnet 6, der Druckhebel j ! C, der Kohlewiderstand 7 und der konstante Widerstand 8 entsprechen Fig. 1.
Es ist aber die Zuleitung vom Widerstand 8 zum Spannungspfad des Gestellschlussrelais durch einen Kontakt 15 normalerweise unterbrochen, dieser Kontakt wird durch ein Relais 16 mit Verzögerung
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Augenblick, in dem der Kontakt 15 sich schliesst, die Einrichtung 6 und 7 bereits den endgültigen konstanten Stromwert einreguliert hat.
In Fig. 1 ist, um die erste Stromspitze zu unterdrücken, ein thermo-negativer Widerstand 9 an dem Sekundärkreis der Gestelldrossel eingeschaltet. In Fig. 3 ist die Anordnung so getroffen, dass der Kohlewiderstand 7 normalerweise entlastet ist, während in Fig. 1 die Feder 12 des Hebels 10 ständig einen Druck auf die Kohlesäule 7 ausübt, ist bei der Anordnung in der Fig. 3 eine Verklinkung angewendet, durch welche die Zugkraft der Feder 12 aufgenommen wird. Zu diesem Zweck ist eine Sperrklinke 20 vorgesehen, und der Hebel 10 ist über seinen Drehpunkt 11 hinaus verlängert. Die Sperrklinke 20 wird von einem Magneten 2j ! gelöst, sobald auf der Sekundärseite der Gestelldrossel 4 eine Nullpunktsverlagerungsspannung auftritt.
Sobald die Sperrklinke 20 den Hebel 10 verlässt, überträgt sich die Kraft der Feder 12 als Druckkraft auf die Kohlesäule 7. Da in diesem Augenblick aber auch bereits der Strommagnet 6 erregt ist, wird also der Kohlewiderstand niemals kleiner, als er mit Rücksicht auf die einzustellende Stromstärke werden soll, sod ass also bei dieser Anordnung nicht im ersten Augenblick ein zu grosser Strom auf einen kleineren Wert herabgemindert wird, sondern dass ein von vornherein sehr kleiner Strom nur in dem erforderlichen Ausmass verbessert wird. Auf welche Weise nach einem Ansprechen der Einrichtung der Druckhebel. Zss und die Sperrklinke 20 wieder in die richtige Anfangsstellung voneinander gebracht werden, ist in der Zeichnung nicht angegeben, da dies für die Erfindung nicht von Bedeutung ist.
Im übrigen kann dies selbstverständlich sowohl mit Hilfe von Relais als auch von Hand erfolgen, etwa durch Betätigung eines kleinen Hebels oder Druckknopfes.
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Eine Anordnung, bei welcher ebenfalls der Kohlewiderstand 7 normalerweise von jedem Druck entlastet ist, zeigt Fig. 4. Der Druekhebel steht bei dieser Anordnung unter der Einwirkung einer Feder 12, welche aber im Gegensatz zu den andern Ausführungsbeispielen normalerweise nicht gespannt ist.
Die Feder 12 wird vielmehr erst gespannt, wenn ein von der Nullpunktsverlagerungsspannung erregtes Relais 25 ein Gleichstromrelais 26 einschaltet, so dass dieses seinen Anker 27 anzieht und dadurch den Widerstand 12 sperrt. Erst von diesem Augenblick an wirkt auf den Hebel 10 eine Kraft, welche der Differenz der Stromkraft der Spule 6 und der Federkraft der Feder 12 gleich ist, so dass also auch bei dieser Anordnung von vornherein der Widerstand im Sekundärkreis der Gestelldrossel sehr gross ist und nur nach Bedarf vermindert wird, um die für das Ansprechen der Relais erforderliche Stromstärke zu gewinnen. Die Anordnungen, die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt sind, lassen sich natürlich leicht in unwesentlichen Punkten, beispielsweise in der Art, wie die normalerweise bestehende Druckentlastung durch ein Anregerelais beseitigt wird, abwandeln.
Beispielsweise kann auf den Hebel 10 normalerweise eine Feder im Sinne einer Kraft der Spule 6 einwirken, und diese Kraft kann so hoch bemessen werden, dass sie grösser ist als die Kraft der Feder 12, was durch Wahl eines geeigneten Angriffpunktes oder auch durch entsprechende Fehlerstärke ohne weiteres zu erzielen ist. Im Augenblick des Ansprechens eines bei der Nullpunktsverlagerungsspannung erregten Relais kann diese zusätzliche Kraft durch die Kraft eines Hilfsrelais aufgehoben werden, so dass von diesem Augenblick an nur die Kraft der Feder 12 und die Kraft der Magnetspule 6 wirkt.
Ein anderer Weg, die Druckbelastung des Kohlewiderstandes 7 erst dann einzuschalten, wenn vorher der Reglermagnet 6 erregt ist, so dass auch nicht vorübergehend keine gefährliche Verkleinerung des Widerstandes 7 eintreten kann, zeigt Fig. 5. Es sind dort die drei Sekundärwicklungen der Gestelldrossel 4 wiedergegeben und der an diese Sekundärwicklung angeschlossene Stromkreis, welcher die Reglerspule 6 und den Kohledruckwiderstand 7 enthält. Auf den Kohledruckwiderstand 7 wirkt, wie in den andern Beispielen, ein Druekhebel-M, welcher normalerweise unter der Einwirkung einer Feder 12 steht.
Dennoch ist der Kohlewiderstand 7, solange kein Erdsehluss entstanden ist, vom Druck entlastet, u. zw. mittels eines in Ruhestromschaltung arbeitenden Hilfsmagneten. 30, welcher von einer beliebigen Stromquelle, beispielsweise einer Gleichstromquelle gespeist wird, und welcher im gleichen Sinne wie die Kraft der Reglerspule 6 wirkt und stark genug ist, um den Kohlewiderstand 7 von der Druckbelastung durch die Feder 12 in gewünschtem MaEe, beispielsweiqe vollständig zu entlasten.
Sobald aber ein Gestellschluss entsteht, spricht ein von der Nullpunktsverlagerungsspannung
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den Erregerstrom der Spule 30 unterbricht. Von diesem Augenblick an verschwindet die Kraft des Hilfs- magneten 30. Da die Erregung des Relais 31 zugleich mit der Erregung des Magneten 6 entsteht, anderseits aber bis zur Unterbrechung des Kontaktes 33 erstens die Zeit bis zur Schliessung des Kontaktes des Relais. 31 und zweitens die Zeit bis zur Bewegung des Ankers des Relais 82 vergeht, ist also zwangläufig siehergestellt, dass die Abschaltung der Spule 30 erst wirksam wird, nachdem die Spule 6 erregt ist und ihrerseits die Steuerung des Kohledruckwiderstandes 7 übernommen hat.
In Fig. 6 wird darauf verzichtet, den KoMedruckwiderstand 7 normalerweise vom Druck zu entlasten. Es drÜckt also der Hebel 10 mit der von der Feder 12 erzeugten Kraft ständig auf den Kohle- druckwiderstand 7, so dass also dieser Widerstand normalerweise seinen kleinsten Widerstandswert besitzt.
Um aber eine Stromspitze im Augenblick der Entstehung des Erdschlusses zu verhindern oder jedenfalls die Höhe dieser Spitze zu verlängern, ist noch ein konstanter Vorwiderstand 35 vorgesehen, durch den der Gesamtwiderstand im Sekundärkreis der Gestelldrossel 4 auf eine solche Höhe gebracht wird, dass die Stromspitze keine Bedeutung hat. Bei der Bemessung des Widerstandes 35 ist also einerseits der Gesichtspunkt massgebend, dass die Stromspitze in zulässigen Grenzen gehalten wird. Anderseits aber darf der Widerstand 35 nicht zu gross gewählt werden, weil sonst die Einwirkung des veränderlichen
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Anordnung zweifellos bei einem Erdschluss auf der Leitung oder in den Anlagen des Generators auf.
Wenn man die für die in diesem Falle zulässige Stromstärke den Kleinstwert des Widerstandes 7 gewählt hat, ergibt sich daraus eine bestimmte Grösse für den Widerstand 35. Nun wird weiterhin das Verhältnis dieses Widerstandes 35 zum Kleinstwert des Widerstandes 7 derart gewählt, dass in einem Fehlerfall, in welchem unter der Einwirkung des zunächst bestehenden Gesamtwiderstandes gerade diejenige Stromstärke auftritt, welche mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 7 eingeregelt werden soll, die Kurz- schliessung des Widerstandes 35 keine grössere Stromspitze mit sich bringt, als im Falle eines Klemmenerdschlusses im ersten Augenblick entsteht. Man erreicht auf diese Weise, dass die Stromspitze innerhalb derjenigen Grenze bleibt, welche für den Fall des Klemmenerdschlusses zugelassen ist.
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