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Schutzeinrichtung für aus Stufen- und Haupttransformator bestehende Transformatoren für Triebfahrzeuge
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spannungswicklung des Haupttransformators. An diese sind über die Leitungen 12 und 13 die Fahrzeugmoto- ren M angeschlossen. Mit 21 und 22 sind Multiplikatoren, die den Halleffekt auszunutzen gestatten, be- zeichnet. Mit den Multiplikatoren wird der Amperewindungsbetrag bzw. die Eigenleistung der durch den
Abgriff der Stufenschalteinrichtung in zwei Abschnitte aufgeteilte Stufenwicklung gemessen. Die Multipli- katoren bestehen je aus einer Erregerwicklung 211 bzw. 221 und einem Hallgenerator 210bzw. 220.
Der mit seinem einen Ende an Erde liegende Hallgenerator 210 des Multiplikators 21 wird von einem Strom gespeist, der ihm über die Leitung 23 zufliesst und der von einem Stromwandler 24 geeigneten Übersetzungs- verhältnisses abgenommen wird. Der Stromwandler 24 ist zwischen dem Wicklungsende 20 der Stufenwick- lung 1 und dem Knotenpunkt 25 angeschlossen, den die Leitung 9 mit der Leitung 4 bildet. Der Hallgene- rator 220 des Multiplikators 22 dagegen wird von einem Stromwandler 26, der in die Leitung 4 eingeschal- tet ist und der selbst wieder einseitig an Erde liegt, über die Leitung 27 mit Strom versorgt. Die Spannungs- spule 211 des Multiplikators 21 wird von der Sekundärspule 30 eines Spannungswandlers 28, dessen Primär- wicklung 29 parallel zur Niederspannungswicklung 11 des Haupttransformators liegt, über die Leitung 31 mit
Spannung versorgt.
Diese Spannung ist proportional der Spannung Ul des Stufentransformators. Durch diese
Schaltung erübrigt sich ein hochspannungsmässig isolierter Spannungswandler. Die Spannungsspule 221 des
Multiplikators 22 erhält ihre Spannung über einen entsprechend übersetzten Spannungswandler 33, dessen sekundäre Wicklung in Reihe liegt mit der Wicklung 35 des Spannungswandlers 28. Der Spannungsspule 221 des Multiplikators 22 wird mit dieser Schaltung eine der Spannung U - Ul bzw. der Windungszahl des oberen Abschnitts der Stufenwicklung proportionale Spannung zugeführt. Der Spannungswandler 33 ist an eine sekundäre Hilfswicklung 32 angeschlossen.
Diese Hilfswicklung 32 ist auf dem gleichen Eisenkern wie die Stufenwicklung l aufgebracht. Durch diese Schaltung wird wieder erreicht, dass man auf einen hochspannungsmässig isolierten Spannungswandler verzichten kann.
Je nach dem Aufbau des Transformators wird man mit den Multiplikatoren vorzugsweise die Wirkleistung oder die Blindleistung, die bei einem Transformatorfehler als Fehlerleistung auftritt, messen. Es hat sich gezeigt, dass bei Fehlern im Stufenteil von Lok-Transformatoren, deren Stufenwicklung in Lagenwicklung ausgeführt ist, die Fehlerleistung vorwiegend ohmisch, anderseits bei Ausführung der Stufenwicklung in Scheibenwicklung die Fehlerleistung stärker induktiv ist.
Da ein Multiplikator ursprünglich die Blindleistung misst, muss man zur Erfassung der Wirkleistung besondere Vorkehrungen treffen, um den Fluss der Erregerspule in etwa in Phase mit der erregenden Spannung zu bringen. Dies kann dadurch geschehen, dass man einen entsprechend grossen Widerstand W 1 bzw. W2. in Reihe mit den Spulen 211 bzw. 221 der Multiplikatoren legt.
Die beiden Hallgeneratoren 210 und 220 der Multiplikatoren 21 und 22 sind über die Leitungen 40,41 miteinander verbunden. Zwischen diesen beiden Leitungen ist die Erregerspule eines Scha1nelais 42, sowie eine dieser vorgeschalteten Drosselspule 43 eingeschaltet. Mit 44 ist der bewegliche Relaiskontakt angedeutet, der beim Auftreffen auf seinen festen Gegenkontakt 45 einen Auslösestromkreis schliesst, durch den der Transformator abgeschaltet wird.
Die Einrichtung arbeitet folgendermassen : Bei ungestörtem Betrieb, also solange am Transformator das Amperewindungsgleichgewicht herrscht bzw. die Leistungen der durch den Abgriff des Stufenschalters in zwei Teile aufgeteilten Stufenwicklung gleich sind, liefern die beiden Multiplikatoren 21 und 22 gleiche Messwerte und das Relais 42 spricht nicht an. Tritt dagegen ein Fehler am Transformator auf, z. B. ein Windungs- oder Stufenkurzschluss, dann sind die Leistungen der beiden Stufenwicklungsteile nicht mehr gleichgross. Die von den Multiplikatoren gelieferten Messwerte weichen nun voneinander ab und das Relais 42 spricht an, wobei der Relaiskontakt 44 sich auf den festen Gegenkontakt 45 auflegt, den angeschlossenen Auslösestromkreis schliesst und damit die Abtrennung des gesamten Transformators bewirkt.
Die Schutzeinrichtung ist ohne weiteres, u. zw. dadurch, dass man das Relais 42. entsprechend unemp- findlich macht, so auszulegen, dass man etwaige kleinere Fehlerströme, die z. B. durch den Magnetiserungsstrom des Stufentransformators auftreten oder die kurzzeitig beim Überschalten von einer Stellung zur nächsten auftreten oder die durch die Belastung der Stufenwicklung durch die auf dem gleichen Schenkel sitzende sekundäre Hilfswicklung 32 der Hilfsbetriebe sich ergeben, eliminiert u. zw. deshalb, weil die im Fehlerfalle zu erwartende Leistung ein Mehrfaches dieser sogenannten Leistung beträgt.
Selbstverständlich lassen sich bei der erfindungsgemässenschutzeinrichtung die durch die Hilfsbetriebe in die Messung gelangenden Fehler dadurchkompensieren, dass man die Hilfsbetriebsströme auf der Niederspannungsseite mit einem Stromwandler wieder so rückübersetzt, dass sie dem Ende der Stufenwicklung entsprechend wieder zugeführt, den primären Hilfsbetriebsstrom aus dem Kreis der Oberspannung absaugt.
Der Multiplikator liefert eine Spannung, die proportional dem Produkt des durch den Hallgenerator ge schickten Stromes und des Flusses in den Spulen 211 bzw. 221 sowie des Cosinus des Phasenwinkels 99 zwei- schen Strom und Fluss ist. Damit hat man z. B. im Falle des cos cp = 1 eine Gleichspannung, sowie eine
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Wechselspannung doppelter Frequenz und bei sin er = 1 nur diese Wechselspannung. Um zu erreichen, dass das Relais 42 nur auf das Gleichstromglied des Messwertes anspricht und nicht auf das Glied der doppelten Netzfrequenz, wobei das Relais abwechselnd schliessen und öffnen würde, kann man in Reihe mit der Spule 42 des Relais eine Drossel 43 legen. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, kann man auch mit getrennten Spulen 42'und 42" für das Relais 42 arbeiten.
Diese Schaltungen können Jz. B. dann vorteilhaft sein, wenn der innere Widerstand des Hallgenerators klein gegenüber dem Widerstand der Relaisspulen sein sollte. Selbstverständlich kann neben der erfindungsgemässen Schutzeinrichtung auch noch einDiffeienzstromschutz bekannter Art an dem Haupttransformator vorgesehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Auf Windungs- oder Stufenkurzschlüsse ansprechende Schutzeinrichtung für Einphasentransformatoren von Triebfahrzeugen, bei denen ein an der Fahrdrahtspannung liegender Stufentransformator über die Hochspannungsstufenschalteinrichtung einen Haupttransformator mit festem Übersetzungsverhältnis speist und Mittel vorgesehen sind, mittels denen das Amperewindungsgleichgewicht der durch den Abgriff der Stufenschalteinrichtung auf der Stufenwicklung gebildeten Abschnitte, nämlich des Abschnitteszwischen Fahrdraht und Abgriff sowie des Abschnitts zwischen Abgriff und Erde überwacht und bei Störung dieses Gleichgewichts die Abschaltung des Transformators veranlasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei den Hall-Effekt ausnutzende Multiplikatoren (21 und 22) den Amperewindungsbetrag bzw.
die Eigen leistung der durch den Abgriff der Stufenschalteinrichtung in zwei Teile aufgeteilten Stufenwicklung (1) messen und die. Messwerte der beiden Multiplikatoren in einem Relais (42) verglichen werden, das im Fal le der Nichtgleichheit der von den Multiplikatoren zu liefernde Messwerte anspricht und dadurch einen. angeschlossenen Auslösekontakt (44,45) betätigt.