Schutzvorrichtung an Wechselstromanlagen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zum Schutze von Wechselstromgeneratoren und Transformern in Ein- und in Mehrphasensystemen. Gewisse bekannte Schutzeinrichtungen verlangen die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszu standes zwischen den beiden Enden oder Seiten von zu schützenden Stromkreisen oder Apparaten.
Dieser Gleichgewichtszustand wird mit Hilfe von Reihentransformern er halten, die an jedem Ende oder auf jeder Seite des zu schützenden Stromkreises oder Apparates angeschlossen sind, und Prüfdräh ten, welche die Sekundärwicklungen der ge nannten Reihentransformer miteinander ver binden.
In der .Praxis ergeben sich nun aber manche Schwierigkeiten, welche die Siche rung eines Gleichgewichtes verunmöglichen. Diese Schwierigkeiten erheben sich nament lich in Generatorschutzeinrichtungen und neh men die Form von Unausgeglichenheit zwi schen den Transformern an jedem Ende der Generatorwicklungen an. Sie machen sich na mentlich geltend, wenn der Generator wegen Fehlern im Verteilungssystem augenblicklich abnormale Stromwerte abgeben soll. Zur Er läuterung dieser Schwierigkeiten sei auf Fig. 1 der Zeichnung verwiesen.
Hier sind mit G die Wicklungen einerDreiphasenwechselstrom- rnaschine bezeichnet. T' und 1' stellen Reihen transformer dar, die im Strompunkt und au den Sammelschienenenden der Generatorwick- lungen angeschlossen sind. Zum Zwecke der Darstellung sind diese Transformer als nur au einer Phase des Generators angeschlossen gezeichnet.
Die Transformer T', Trs sind mit einander in Reihe geschaltet, so dass durch die sie miteinander verbindenden Prüfdrähte C und D ein Strom fliesst, der gleich ist dem, der in irgend einem der Transformer fliesst.
Zwischen zwei Stellen gleichen Potentials der Prüfdrähte C und D denke mau sich nun, wie dargestellt, ein Relais R eingeschaltet. Ist die Wicklung des Generators fehlerlos, und fliesst in jedem ihrer Enden derselbe Strom, so sollte durch dieses Relais R kein Strom fliessen.
Sollte jedoch das Relais nicht genau zwi schen Punkten gleichen Potentials eingeschal- tet sein, so befindet sich der Stromkreis nicht mehr im Gleichgewicht und fliesst ein geringer Strom durch das Relais. Wäre das Relais zwischen die Punkte <I>A</I> und B eingeschaltet, wo es dem Transformer T2 bedeutend näher läge als dein Transformer T', so hätte erste rer Neigung, einen geringen Strom durch das Relais zu senden. Diese Gleichgewichtsstörung tritt ein infolge des Ohin'schen Widerstandes der Prüfdrähte C und D.
Nun möge dieser auherhalb des Gleichgewichtes durch das Re- lais fliessende Strom nur 2 % des durch die Prüfdrähte C und D fliessenden Stromes be tragen. Im Falle, dass wegen eines Fehlers im Verteilungssystem der. Generator seinen augenblicklichen Maximalstrom liefert, mag dieser Strom etwa das Vierzigfache des vollen Belastungsstromes des Generators betragen.
Es ist daher augenscheinlich, dass der ge nannte, durch das Relais R fliessende Strom von 2/o gleicherweise auf das Vierzigfache ansteigen und so 80% von dem Strome be- tragen wird, der normalerweise durch die Prüfdrähte C und D fliesst. Diese Neigung der Prüfdrahtstromkreise zu Gleichgewichts störungen wird noch durch die Reihentrans- former <I>T'</I> und T= selbst verstärkt.
Die Ver stärkung des Stromes auf das Vierzigfache des normalen Betrages steigert die magne tische Induktion im Eisen zu einem ausser ordentlich hohen Grade. Reihentransformer, die bei einer normalen Induktion von 2000 Linien oder C. G. S. Einheiten pro em2 den selben Strom und die nämliche Spannung geben, liefern sehr stark verschiedene Werte, wenn die magnetische Induktion per cm2 auf sehr hohe Beträge gesteigert wird. Dies er höht gleicherweise den Differentialstrom zwi schen den Transformern, der infolgedessen durch das Relais R fliesst.
Es liegt auf der Hand, dass es angesichts solch schwankender Verhältnisse einer derartigen Einrichtung bei abnormalem Stromdurchgang schwierig ist, Einstellungen auf kleine Fehler zu erhalten für Fehler, welche auf der Generatorwicklung selbst tatsächlich vorkommen.
Die vorliegende Erfindung wurde nun aus gebaut, zum Zwecke, solche schwankende Verhältnisse zu überwinden und gleichzeitig den Schutzvorrichtungen zu gestatten, mit kleinen Fehlerströmen zu arbeiten, wenn am Generator selbst ein Fehler auftritt.
Aus Fig. 1 ergibt sich, dass, wenn sich am Punkte r der Generatorwicklung ein Fehler einstellt, z. B. Kurzschluss, dieser Strom seinen Kreis vollenden wird durch den Teil der Wicklung, der an dein Strompunkt<B>S</B> der Wicklungen angrenzt. Fährt der Generator fort, Strom an die Sammelschiene 11 abzu geben, so wird es sich zeigen, dass mehr Strom durch die Primärwicklung des Reihentrans foriners T' fliesst, als aus dem Generator durch die Primärwicklung des Transformers T . Da her wird der verstärkte Strom, der in der Sekundärwicklung des Transformers T' fliesst, durch das Relais R gehen.
Es ist einleuchtend, dass für Fehler, die sich zwischen Phasen an den Generatorwicklungen oder gegen die Erde einstellen, am Sternpunktende der Wicklun gen ein stärkerer Strom fliessen muss, als aus wärts an die Sammelschienen fliesst. Daher ist augenscheinlich, dass die Gleichgewichts störungen im Stromlzreise der Schutzvorrich tung und den Prüfdrähten C und Dimmer in einer Richtung geschehen müssen. Die vor liegende Erfindung benutzt daberdiesenGrund- satz, um während des Abfliessens von abnor- malein Strom aus dem Generator ein grosses Mass von Stabilität zu sichern.
Zu diesem Zwecke verwendet man einseitige oder stark gehemmte Stromumkehrrelais, so dass das Relais untätig bleibt; bis der an einem Ende des geschützten Apparates fliessende Strom den aus dein Apparate wegfliessenden Strom um einen gewissen vorbestimmten Prozent satz übersteigt. Dieser letztere wird erhalten durch Nichtausgleichung entweder in den Stromkreisen des schützenden Apparates oder im Relais selbst.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, bei dem diese starke Hemmung durch Nichtausgleichen des schüt zenden Stromkreises erhalten wird.
Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der Prozentsatz zwangsweiser Hemmung unmittelbar im Relais selbst erbalten wird. In Fig. 2 bedeutet lein Relais des Dv- namometertypes. T' und T= sind Reihentrans former,
die bezüglich an den Sternpunkt und an die Sammelschienenenden der Generatoren- wicklungen angeschlossen sind. Die Prüfdrähte C und D verbinden die Sekundärwicklungen, so dass, wie durch die dicken Pfeile ange deutet ist, Strom durch die Transforiner und über die Prüfdrähte C und D fliesst.
Dieser Strom flieht auch durch die feststehende Spule L' des Relais. Die bewegliche Relais spule F ist an die Punkte G und H ange schlossen. In der Praxis besitzt die Spule I' eine Reaktanz von ungefähr 2 Ohm.
Daraus ergibt sich, dass zwischen dein Punkte<B>(7</B> und dem Transformer T' ein viel grösserer Wi derstand vorliegt, als zwischen dem Punkte G und dem Transfornier T=. Die bewegliche Spule F des Relais ist daher nicht zwischen zwei Punkten gleichen Potentiales einge schaltet.
Aus dem letztgenannten Grunde flieht durch die bewegliche Spule F. wie durch die dünnen Pfeile angedeutet, ein durch den Transformer T2 gelieferter schwacher Strom. Diese gleichgewichtstötende Wirkung kann erhöht werdet), .indem inan den Transfornier T2 zum Beispiel 50@o mehr Strom abgehen lässt, als den Transforiner T'.
Dieser 5 0 oige Differenzstrom fliesst den durch die beweb- liche Spule F gegebenen Weg. Die Einrich- tung ist so getroffen, dass, wenn der Gene rator 0 au die Sammelschiene 1'1I in normaler Weise Strom abgibt, die relative Richtung vier in der feststehenden Spule F, und der beweglichen Spule F fliessenden Ströme eine solche ist, dass die bewegliche Spule den Kontaktarm T veranlasst, fest gegen den An schlag J zu drücken.
Sollte sich in den G-e- neratorwicklungen in einem Punkte K ein Fehler einstellen, so entweicht hier Strom und fliesst durch die Primärwicklung des Reihentransforiners T'.
Infolge des Umstandes, dass der durch den Transformer T= abgegebene Sekund.ir- stroln (1i11 5 0,'o grösser ist als der durch den Transformer T' gelieferte, inuss der aus der Fehlerstelle K austretende Strom uni einen Betrag anwachsen. der gleich ist 5"'" des Stromes,
welcher aus der Priniärwieklung des Transforlners T= au die Sammelschiene J1 austritt, bevor die Sekundärwicklung des Transforiners T' einen Strom abgeben kann, der dem Werte nach gleich ist dem durch den Trausforiner T= abgegebenen.
Sobald rnn) das Gleichgewicht im Strom kreise durch die gleichen Strom abgebenden Transfornier wiederhergestellt ist, wird durch die bewegliche Spule I#' kein Strom mehr fliehen.
Sollte sich der an der Fehlerstelle K entweichende Strom immer noch verstärken, so wird nun der Transformer TI einen stär keren Sekundärstrom abgeben, als der Trans- fort"(, ,l. T=. Dieser Differenzstrom wird die bewegliche Spule Fin entgegengesetzter Rich tung dln-clifliel')eri,
als die feststehende Spule L' und den Prüfdraht <I>D.</I> Es ist zu beachten, dass der Strom nur in der Spule F und nicht in der Spule T umgekehrt wird. Daher wird die bewegliche Spule F den kontaktarm T veranlassen, den Stromkreis zu schliefen, so dass aiis einer Batterie Yoder sonstigen Strom quelle ein Strom fliesst, um die Ventilspule<B>8</B> des Hauptschalters zu erregen und den Ge nerator auszuschalten.
Iss ist augenscheirilieh. dass das Relais zwangsweise zurückgehalten wird, bis der zur Fehlerstelle fliessende Strom einen gewis- seii bestimmten Prozentsatz des aus dem Ge- nerator fliessenden Strohres erreicht hat.<B>Es</B> soll jetzt gezeigt werden.
wie das Relais seine Stabilität beibehält, wenn der (-x'erier-ator we gen Fehlern im Verteilungssystem starke AugenblicksstrUrne zii liefern hat. Dabei ist zu beachten, dass das ein Zustand ist, bei dein das Relais nicht arbeiten sollte.
Sollte der Generatorstroin wegen Fehlern im V er- teilungssysteni plötzlich auf das Zwanzigfache des normalen Betrages ansteigen, so erhöhen sich auch die 5 o'" unausgeglichenen Strohres, der den Relaisarinlinseiner Unterbrechungs lage festhält, auf das Zwanzigfache, so dali das Relais ein sehr wirksames Drehmoment entwickelt, das es in der Sicherheitsstellung zii halten trachtet.
Irgendwelche kleinere gleichgewicht@türencle U nistätide in den Trans- formern ?r und T' oder in den Prüfdrähten werden nicht genügen, den kraftvollem Rüek- wärtsdruck zu stören, der das Relais in der Sicherungsstellung hält.
Es ist leicht einzusehen, dass es vorteil haft wäre, normalerweise mit einem sehr kleinen Grade zwangsweise Dämpfung laufen zu lassen, so dass das Relais bei Fehlern irr der Generatorwicklung sofort empfindlich würde, aber den Prozentsatz zwangsweiser Hemmung selbsttätig zu erhöhen, wenn der Generator wegen Fehlern im Verteilungs system abnormalen Strom abzugeben hat.
Dies Ergebnis kann erreicht werden, indem marr den Transformer T' so abstimmt, dass sein Eisenstromkreis bei einem viel geringeren Werte von abnormalem Stromfluss gesättigt wird, als der Eisenstromkreis des Transfor- mers T2: Beispielsweise kann der Transformer T' so abgestimmt werden,, dass sein Eisenstrom kreis bei ungefähr dem Zehnfachen der vollen Belastung magnetisch gesättigt wird.
Der Transformer T' hingegen sollte so abgestimmt sein, dass er sich nicht sättigt, bevor ungefähr das Zwanzigfache des vollen Belastungsstromes erreicht ist. Bei normaler Vollbelastung am Generator liefern die Transformer praktisch denselben Sekundärstrom. Anlässlich abnor malen Stromflusses aus dem Generator in folge von Fehlern im Verteilungssyetern wird der Transformer T' zuerst gesättigt werden und aufhören, fernerhin Sekundärstrom abzu geben.
Der Sekundärstrom des Transformers T= jedoch wird sich immer noch verstärken; und dieser Strom, der den vom Transformer TI abgegebenen überwiegt, wird die beweg liche Spule F des Relais in eurer Richtung durchfliessen, die das Relais 'zwangsweise hemmt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Anwendung der zwangsweisen prozentualen Hemmung. Bei dieser Ausführungsform bezeichnet R ein Re lais des Dynamometertypes, bei dem die Spu len D und E auf den feststehenden Teil des Relais gewickelt sind. Die Spule F bedeutet den beiv eglichen Teil, der den Kontaktarm I betätigt.
Die Spulen D und E werden mit dem nämlichen Werte des Sekundärstromes erregt, jedoch besitzt die Spule D zum Bei spiel etwa 5 0jo mehr Windungen als die Spule E. Die Einrichtung ist so getroffen, dass während des normalen Kraftflusses im Generator die Spule D der Spule E magne tisch entgegenwirkt, so dass der im festste henden Teile des Relais fliessende magnetische Flux den zusätzlichen 5 0% Windungen der Spule entspricht. Die bewegliche Spule F ist mit der Spule E in Reihe geschaltet.
Solange alles normal verläuft und der C-x'errerator Strom an die Sammelschiene J1 abgibt, ist die Phase zwischen der Stromrichtung in der beweg lichen Spule F und dein durch die 5 0,\o Zu satzwindungen der Spule D erzeugten DIagnet- feld eine solche, dass die bewegliche Spule F den Kontaktarm I veranlasst, stark gegen den Anschlag J zu drücken.
Bei Betrachtung der Wirkungen zwischen den Spulen<I>D</I> und<I>F,</I> E und F ergibt sich, dass zwischen D und 17 Neigung vorliegt, das Relais zu veranlassen, den Kontaktarm gegen den Anschlag J zu drücken, während die Neigung zwischen E und F dahin geht, den Kontaktarm vom Anschlage J wegzube wegen. Da jedoch die Spule D die Spule E in ihrer Wirkung überwiegt, so wird das Re lais gehemmt.
Wenn nun an der Stelle IL der Wicklungen des Generators 0 ein Fehler sich einstellt und der Generator fortfährt, in normaler Weise Strom an die Sammelschienen 14T abzugeben, so verstärkt sich der in der Sekundärwicklung des Transformers T' flie- ssende Strom. Ist diese Verstärkung 5 %, so ist die Spule E so stark wie die Spule D,
und die Spulen heben sich daher magnetisch auf. Steigt der falsche Strom am Punkte Ii auf mehr als 5 0% an, so bewirkt der Trans former T', dass die Spule E stärker magne tisiert wird als die Spule D.
Die Polarität des Feldes des Relais wird nun umgekehrt, dank der überwiegenden Wirkung,der Spule E über die Spule D, und die bewegliche Spule F wird daher den Kontaktarm I ver anlassen, sich vom Anschlage J wegzube wegen und die Batterie J oder eine andere Stromquelle über die Ventilspule S' zrr schlie- ssen. Daher wird der Regulierschalter betätigt, so dass er den Generator von den Sanin,el- schienen 11T abschaltet.
Um den (grad der zwangsweisen Heiin- mung zu sichern, kann niaii, statt die Spule h finit 5 0'o mehr Windungen zu wickeln als die Spule l;
, diese Spulen unit einer gleichen Zahl von Windungen versehern wie li und den Transformer 1'9 so abstimmen, dass er 5 % mehr Sekundärstrom liefert, als der Transformer T'.
Die rnit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Eigentümlichkeit, welche ver langt, dass der eine Transfornier bei früheren Werten von überschüssigem Strome gesättigt sein soll, uni selbsttätige Stabilität zu er halten, kann hier gleicherweise angewendet werden. In diesem Falle besteht die Wirkurig darin, das fIergewicht der Spule D über die Spule 1; sehr viel grösser zu gestalten, so dass die bewegliche Spule F den Kontaktarm I veranlasst, stark gegen den Anschlag .1 zig drücken.
Dies bezieht sich natürlich auf den Fall, wo der (xenerator infolge vorn Fehlern im Verteilungssystem abnormalen Strom zii liefern hat.
Sollte der sich im Punkte 1n\ einstellende Fehler eine Umkehrung der Stromrichtung in den Sammelschienen lII zur Folge haben, so würde sich die Richtung des Stromes im Transformier T- umkehren. Irin Transfornier T' hingegen fliesst der Strom iinnier noch in der Vorwärtsrichtung.
Die Wirkung auf das Relais ist daher die, dass die Spule D ihre Polarität wechselt, so dass sie, statt der Spule E entgegenzuwirken, dieser hilft, und dass das Relais sofort die Ausschaltung des Generators herbeiführt.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes ist dieser der Deutlichkeit wegen nur an einer Phase ver anschaulicht. Die Art und Weise, in der er an allen drei Phasen angebracht wird, ist leicht verständlich, ebenso, dass er auch in einem Zweipliasensy steni angewendet werden kann. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur in Verbindung mit Generatoren gezeigt. Die Erfindung lässt sich aber in ähnlicher Weise auch für den Schutz vorn Transfürniern verwenden.
Statt eines Relais vom Dv narno- rnetertYp lälit sich ein solches des Induktions- tcpes benutzen.