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Erdschlussschutzeinrichtung für einphasige Wechselstromgeneratoren
Es ist bekannt, dass diejenigen Teile der drei Wicklungsstränge eines Drehstromgenerators, die in der Nähe des Wicklungsstempunktes liegen, durch Erdschlussschutzeinrichtungen nicht ohne weiteres überwacht werden können. Um auch diese Teile der Wicklungsstränge gegen Erd- schlüsse zu sichern, kann man nach einem bekannten Vorschlag dem Stempunkt des zu überwachenden Drehstromgenerators eine Spannung von geeigneter Höhe gegen Erde aufdrücken.
Bei Drehstromgeneratoren kann z. B. durch entsprechende Wicklungsanordnung leicht eine solche Vektorlage der Zusatzspannung erreicht werden, dass der verlagerte Nullpunkt mit keinem Punkt der Phasenspannungen bzw. der Spannungen an den Generatorwicklungen zusammenfällt, d. h. dass bei jeder Lage des Erdschlusspunktes in der Wicklung eine ausreichende Zusatzspannung vorhanden ist.
Um nun auch bei einphasigen Wechselstromgeneratoren eine Überwachung der gesamten Wechselstromwicklung auf Erdschlüsse zu ermöglichen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, dem Wicklungsnullpunkt des Schützlings eine solche Zusatzspannung gegen Erde aufzudrücken, die gegenüber der in der überwachten Wicklung des Schützlings induzierten Spannung um 90 elektrisch phasenverschoben ist. Weitere Ausbildungen der Erfindung werden an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele erläutert.
Fig. l-3 lassen mehrere vorteilhafte Möglichkeiten erkennen, die für die Verlagerung des Nullpunktes erforderliche Zusatzspannungen zu erzeugen. In allen Figuren bedeuten 1 und 2 Wechselstromwicklungen des zu überwachenden Einphasengenerators, deren gemeinsamer Verbindungspunkt (Wicklungsnullpunkt) mit Erde verbunden ist. In diese Verbindungsleitung sind bei den gewählten Ausführungsbeispielen ein Stromwandler 5 für den Anschluss des Strompfades des Erdschlussrelais und für die Begrenzung des Erdschlussstromes ein Wandler 3 geschaltet, dessen Sekundärwicklung über eine geeignete spannungsabhängige Widerstandsanordnung, z. B. über Eisenwasserstoffwiderstände 4, geschlossen ist. Die Zusatzspannung für die Verlagerung des
Systemnullpunktes wird bei allen Ausführungs- beispielen in die Nullpunktserdleitung eingeführt.
Die Erzeugung dieser Verlagerungsspannung kann in verschiedener Weise erfolgen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Verlagerungsspannung in dem zu überwachenden Generator selbst erzeugt. Zu diesem
Zweck ist eine Zusatzwicklung 6 vorgesehen, die gegenüber der Hauptwicklung 90'elektrisch phasenverschoben ist. Besonders vorteilhaft ist es, die Zusatzwicklung in entsprechende freie Nuten des Generators einzubauen. Die Zusatzwicklung wird zweckmässig so ausgelegt, dass die in ihr induzierte Wechselspannung etwa 10-15% der Generatorklemmspannung ist.
Nach einem zweiten Vorschlag, der in Fig. 2 veranschaulicht ist, wird die Zusatzspannung mittels eines kleinen Einphasen-SynchronGenerators 7 gewonnen, der mit dem Generator starr gekuppelt ist. Die Kupplung der beiden Maschinen kann unmittelbar oder mittelbar, z. B. über ein Zahnradvorgelege, erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Zusatzspannung zu erzeugen. In diesem Falle ist ein elektrisch gekuppelter Synchron-EinankerUmformer 8 mit zwei gegeneinander um 90 elektrisch versetzten Wicklungen 9 und 10 vorhanden, von denen die Wicklung 9 an die Generatorspannung angeschlossen ist und im Umformer die Erzeugung eines motorischen Drehmomentes bewirkt. Die Wicklung 10 liefert die gegenüber der Generatorspannung um 90 elektrisch phasenverschobene Verlagerungsspannung.
Es empfiehlt sich, die Wicklung 9 des Umformers über einen Einphasentransformator 11 an die Generatorspannung anzuschliessen. Bei Wahl eines geeigneten Übersetzungsverhältnisses ist es dann möglich, die beiden Wicklungen des Umformers gleich auszulegen.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist noch ein Umschalter 12 vorgesehen, durch den die Wicklung 10 des Umformers entweder über einen Kondensator an die Sekundärklemmen des Einphasentransformators 11 angeschlossen
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oder in die Verbindungsleitung zwischen dem WicklungsnullpunktundErde eingeschaltetwerden kann. Während des Anlaufens des Umspanners befindet sich der Schalter 12 in der erstgenannten
Stellung ; die Wicklung 10 des Umformers wirkt dann als Hilfsphase.
Während bei den Ausführungsbeispielen nach
Fig. 2 und 3 der Zusatzgenerator bzw. der Umformer eine eigene konstante Gleichstromerregung erhält, wodurch auch die Zusatz- spannung ohne weiteres konstantgehalten werden kann, schwankt bei der Anordnung nach Fig. 1 die Zusatzspannung mit der Erregung des Hauptgenerators zwischen Leerlauf und Vollast. Ausserdem sind durch die vorhandenen freien Nuten nur bestimmte Spannungsstufen durch die Zusatzwicklung erreichbar. Es empfiehlt sich daher, die Erdschlussschutzeinrichtung so auszulegen, dass auch bei der kleinsten auftretenden Zusatzspannung die Verlagerung des Wicklungnullpunktes ausreicht, um den Generator im Leerlauf betriebssicher gegen alle Wicklungserdschlüsse zu schützen.
Ist jedoch eine gleichbleibende Verlagerungspannung erwünscht, so empfiehlt es sich, die im Generator selbst erzeugte Zusatzspannung durch Anwendung zusätzlicher Mittel auf einen bestimmten konstant bleibenden Wert zu regeln.
Z. B. wird die Zusatzspannung über einen regelbaren Einphasentransformator in die Verbindungsleitung zwischen dem Generatornullpunkt und Erde eingeführt. Als Transformator kann ein Stufenregeltransformator benutzt werden, dessen Stufenschalter selbsttätig durch ein Spannungsregelrelais gesteuertwird, das seinerseits von der Sekundärspannung des Regeltransformators beeinflusst wird. Natürlich kann auch eine stufenlose Regelung, z. B. mittels eines Transformators mit Taucheisenkem, Anwendung finden.
Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorbestimmten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Auch ist es für die Erfindung an sich gleichgültig, in welcher Weise die Relaiseinrichtung des Erdschlussnetzes ausgebildet ist, ob z. B. ein wattmetrisches Erdschlussrelais oder ein lediglich vom Erdschlussstrom beaufschlagtes Erdschlussrelais benutzt wird.
PATENTANSPRÜCHE : l. Erdschlussschutzeinrichtung für EinphasenWechselstromgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wicklungsnullpunkt des Schützlings eine Zusatzspannung gegen Erde aufgedrückt wird, die gegenüber der in der Wechselstromwicklung des Schützlings induzierten Spannung um 90'elektrisch phasenverschoben ist.
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Earth fault protection device for single-phase alternators
It is known that those parts of the three winding phases of a three-phase generator which are in the vicinity of the winding star point cannot be easily monitored by earth fault protection devices. In order to protect these parts of the winding phases against earth faults, a voltage of a suitable level to earth can be applied to the star point of the three-phase generator to be monitored, according to a known proposal.
In three-phase generators z. B. by appropriate winding arrangement, such a vector position of the additional voltage can easily be achieved that the shifted zero point does not coincide with any point of the phase voltages or the voltages on the generator windings, d. H. that there is sufficient additional voltage in every position of the earth fault point in the winding.
In order to enable monitoring of the entire alternating current winding for earth faults even with single-phase alternators, the present invention proposes to apply such an additional voltage to earth at the winding neutral point of the protégé, which is electrically phase-shifted by 90 compared to the voltage induced in the monitored winding of the protégé. Further developments of the invention are explained with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawing.
L-3 show several advantageous ways of generating the additional voltages required for shifting the zero point. In all figures, 1 and 2 denote alternating current windings of the single-phase generator to be monitored, the common connection point of which (winding zero point) is connected to earth. In this connection line, a current transformer 5 for connecting the current path of the earth fault relay and for limiting the earth fault current, a converter 3 is connected in the selected embodiments, the secondary winding of which is connected via a suitable voltage-dependent resistor arrangement, e.g. B. via ferrous hydrogen resistors 4 is closed. The additional tension for relocating the
The system zero point is introduced into the zero point earth line in all exemplary embodiments.
This displacement voltage can be generated in various ways.
In the embodiment of FIG. 1, the displacement voltage is generated in the generator to be monitored itself. To this
For this purpose, an additional winding 6 is provided, which is electrically phase-shifted with respect to the main winding 90 '. It is particularly advantageous to install the additional winding in corresponding free slots in the generator. The additional winding is expediently designed so that the alternating voltage induced in it is approximately 10-15% of the generator clamping voltage.
According to a second proposal, which is illustrated in FIG. 2, the additional voltage is obtained by means of a small single-phase synchronous generator 7 which is rigidly coupled to the generator. The coupling of the two machines can be done directly or indirectly, e.g. B. via a gear reduction take place.
Fig. 3 shows a further possibility of generating the additional voltage. In this case, there is an electrically coupled synchronous single-armature converter 8 with two windings 9 and 10 electrically offset by 90 relative to one another, of which winding 9 is connected to the generator voltage and generates a motor torque in the converter. The winding 10 supplies the displacement voltage which is electrically phase-shifted by 90 relative to the generator voltage.
It is advisable to connect the winding 9 of the converter to the generator voltage via a single-phase transformer 11. If a suitable transmission ratio is selected, it is then possible to design the two windings of the converter in the same way.
In the embodiment described above, a changeover switch 12 is also provided, by means of which the winding 10 of the converter is connected to the secondary terminals of the single-phase transformer 11 either via a capacitor
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or can be switched into the connection line between the winding neutral point and earth. During the start-up of the transformer, the switch 12 is in the former
Position ; the winding 10 of the converter then acts as an auxiliary phase.
While in the embodiments after
2 and 3 the additional generator or the converter receives its own constant DC excitation, whereby the additional voltage can easily be kept constant. In the arrangement according to FIG. 1, the additional voltage fluctuates with the excitation of the main generator between no-load and full load. In addition, only certain voltage levels can be achieved through the additional winding due to the existing free slots. It is therefore advisable to design the earth-fault protection device in such a way that even with the smallest additional voltage that occurs, the shifting of the winding zero point is sufficient to reliably protect the generator against all winding earth faults when idling.
However, if a constant displacement voltage is desired, it is advisable to regulate the additional voltage generated in the generator itself to a certain constant value by using additional means.
For example, the additional voltage is introduced into the connection line between the generator zero point and earth via a controllable single-phase transformer. A step regulating transformer can be used as the transformer, the tap changer of which is automatically controlled by a voltage regulating relay, which in turn is influenced by the secondary voltage of the regulating transformer. Of course, a stepless control, e.g. B. by means of a transformer with immersion iron core, use.
It goes without saying that the present invention is not limited to the predetermined embodiments. It is also irrelevant to the invention in which way the relay device of the earth fault network is designed, whether z. B. a wattmetric ground fault relay or a ground fault relay only acted upon by the ground fault current is used.
PATENT CLAIMS: l. Earth-fault protection device for single-phase alternators, characterized in that an additional voltage to earth is applied to the winding zero point of the protégé, which voltage is 90 'electrically out of phase with the voltage induced in the alternating current winding of the protégé.