DE1053637B - Schutzeinrichtung fuer die Daempfer- und Erregerwicklung von Synchronmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Schutze der Dampfer- und Erregerwicklungen von Synchronmaschinen. Tritt im Erregerkreis eine fehlerbedingte Abnahme der Erregung oder eine Leitungsunterbrechung ein, so geht der Generator, wenn das Antriebsmoment der Kraftmaschine größer als das Reaktionsmoment des Generators ist, in den asynchronen Betrieb über. Der Regler der Antriebsmaschine regelt infolge der ansteigenden Drehzahl die Antriebsleistung so lange zurück, bis sich ein Gleichgewicht zwischen dem Antriebsmoment und dem Lastmoment der Synchronmaschine einstellt. Dabei tritt ein Schlupf des Polrades gegenüber dem Drehfeld auf. Infolgedessen werden in der Erreger- und Dämpferwicklung sowie in den Polradteilen unerwünschte Spannungen bzw. Ströme induziert. Der in der Dämpferwicklung induzierte Strom führt bei längerer Dauer zu einer übermäßigen Erwärmung und damit Beschädigung der Synchronmaschine.

Hinsichtlich der Erregerwicklung ergibt sich, daß bei deren Unterbrechung hohe schlupfabhängige Spannungen an den Bruchstellen gegeneinander und gegen das geerdete Polrad auftreten, die zu Überschlägen führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, derartige gefährliche Betriebszustände zu melden, Überlastungen der Dämpferwicklung und Überspannungen an der Erregerwicklung zu vermeiden und die Synchronmaschine gegebenenfalls abzuschalten.

Nun ist bereits bekannt, die beim Außertrittfallen von Synchronmaschinen in der Dämpferwicklung fließenden Ströme direkt im Dämpferwicklungskreis zu messen. Als Ursache für das Außertrittfallen ist eine Netzstörung angenommen. Die direkte Strommessung im Dämpferwicklungskreis ist aber im allgemeinen nur möglich, wenn die Betriebsbedingungen der Maschine die Einschaltung von Meßgeräten, Relais od. dgl. in die Dämpferwicklung gestatten. Man hat daher auch schon vorgeschlagen, die Dämpferwicklung außerhalb der Synchronmaschine um das Ständerjoch herum in Gestalt einer Ringwicklung zu legen, um dadurch die Direktmessung zu erleichtern. Diese Verbesserung wird jedoch mit dem Nachteil der Sonderausführung der Maschine erkauft.

Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber eine Einrichtung zum Schutze der Dämpfer- und Erregerwicklung von Synchronmaschinen, bei der die mit der Anwendung der bekannten Meß- und Schutzeinrichtungen verbundenen Nachteile von vornherein vermieden werden. Die Lösung besteht darin, daß zur Erfassung der Dämpfetrwicklungsströrne von einer indirekten Meßmethode Gebrauch gemacht ist, indem entweder ein Strommeßglied¹ in den. Erregerkreis der .Synchronmaschineeingeschaket ist oder aber ein Meß-Schutzeinrichtung
für die Dämpfer- und Erregerwicklung
von Synchronmaschinen

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke
Aktienges ells chaf t,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing Kurt Bonfert und Dipl.-Ing. Franz Pigler,
Erlangen,
sind als Erfinder genannt worden

glied in Steuerabhängigkeit vom PoilradsoMupf und der Generatorspannuing steht, und daß ferner zum Schutze der Erregerwicklung hei Leitungsbruch parallel zu desn Erregerleitungen oder der Polradwicklumg ein Überspannungsschutz geschaltet ist.

Es werden also in erster Linie die durch den Ausfall der Erregung oder durch Leiterbruch im Erregerkreis ausgelösten Störungen erfaßt, die sich bekanntlich durch asynchronen Betrieb und Überspannungen äußern. Zur Messung und Überwachung wird von dem an sich bekannten Gedanken Gebrauch gemacht, die den asynchronen bzw. gestörten Betrieb kennzeichnenden Größen zu erfassen und die Auslösung des Schutzes, d. h. die Abschaltung des Generators, für den Fall zu veranlassen, daß die Größen einen vorgegebenen Wert überschreiten.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema mit Messung der Induktionsströme,

Fig. 2 ein Schaltschema mit Schlupfmessung,

Fig. 3 eine Überspannungsschutzeinrichtung für die Erregerwicklung der Synchronmaschinen.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist an dem Polradkreis 1 der Synchronmaschine 2 über einen Stromwandler 3 ein Ansprechglied 4 eingeschaltet, das über ein Zeitrelais 5 eine Auslöseeinrichtung 6 betätigt. Der Generator 2 arbeitet in die Drehstromleitung 2a.

Die Anordnung arbeitet nach der Erkenntnis, daß sich bei einem Ausfall der Erregung nach einer vorübergehenden größeren Drehzahlsteigerung ein relativ kleiner Schlupf einstellt. In diesem Schlupf bereich ist

809 787/442

Claims (5)

der in der Dämpferwicklung induzierte Wechselstrom dem in der Erregerwicklung induzierten Strom genügend proportional. Da der Erregerkreis der Messung leichter zugänglich ist, gestattet die Messung des im Erregerkreis fließenden Induktionsstromes über den Proportionalitätsfaktor Rückschlüsse auf die Wärmebelastung der Dämpferwicklung. Entsprechend ist das Ansprechglied 4 bei der Anordnung nach Fig. 1 auf einen bestimmten maximal zulässigen Wert des Stromes in der Dämpferwicklung abgestimmt. Wird dieser überschritten, so löst es die Abschaltung der Synchronmaschine über das Zeitrelais 5 mit Hilfe der Auslöseeinrichtung 6 aus. An Stelle des in den Erregerkreis 1 eingeschalteten Stromwandlers 3 kann auch eine Widerstands-Kondensator-Kombination 3 a in den Erregerkreis eingeschaltet werden. Dessen Ausgangsspannung wird einem thermischen Abbild oder einem stromabhängig verzögerten Relais, z. B. einem Bimetallrelais, zugeführt. Die Temperatur des thermischen Abbildes kann mit geeigneten Thermometern gemessen oder über ein Kontaktthermometer die Abschaltung auslösen. Soll eventuell mit Rücksicht auf das Netz ein Asynchronbetrieb möglichst vermieden werden, so kann bei der Anordnung nach Fig. 1 für diesen Zweck an Stelle des Stromwandlers 3 bzw. an Stelle der Widerstands-Kondensator-Kombination 3 α in die Erregerleitung ein Wechselstromrelais mit nachgeschaltetem Zeitrelais eingeschaltet werden (nicht dargestellt). Das Zeitrelais muß so bemessen sein, daß das bei Kurzschlüssen im Erregerkreis auftretende Gleichstromglied des Kurzschlußstromes vor Ablauf des Zeitverzuges abgeklungen ist. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist erfmdungsgemäß die Größe des Schlupfes und die jeweilige Generatorklemmenspannung als Kriterium für die Belastung der Dämpferwicklung zugrunde gelegt. Dementsprechend ist an das Polrad 7 des Synchrongenerators 2 eine Tachodynamomaschine 8 angekuppelt, die ein der Schlupfdrehzahl des Polrades 7 proportionale Spannung und Frequenz im asynchronen Störungsfalle erzeugt. Diese Spannung wird einem Schlupfrelais 9 zugeführt, das gleichzeitig über einen an der Drehstromleitung 2a liegenden Spannungswandler 10 eingespeist wird. Das Schlupfrelais 9 arbeitet mit Zeitverzögerung, um nicht bei den üblichen Betriebspendelungen anzusprechen. Im asynchronen Störungsfalle tritt ein bleibender Schlupf und je nach Lastfall eine mehr oder weniger große Abweichung der Generatorspannung ein, durch die das Schlupfrelais 9 ausgelöst wird und nach entsprechender Zeitverzögerung die Auslöseeinrichtung 6 betätigt. Wie schon eingangs erwähnt, treten im as3'nchronen Störungsfalle außer den beschriebenen Schwierigkeiten bei einer Unterbrechung des Erregerkreises in der Erregerwicklung zusätzlich noch große Überspannungen auf. Diese Spannungen erfordern eine schnelle Abschaltung der Maschine, da sie zu Überschlägen an der Unterbrechungsstelle, insbesondere gegen das geerdete PoIrad führen (magnetische Unsymmetrien). Die durch die Erfindung angegebenen Methoden zur Fehlererfassung genügen an sich noch nicht, um die Synchronmaschine vor den genannten Schäden zu schützen. Es müssen daher die im folgenden genannten Schutzeinrichtungen noch hinzukommen, deren Anwendung aber nicht an die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 gebunden ist. Zur Ableitung der Überspannungen ist also gemäß der Erfindung ein Überspannungsschutz vorgesehen (Fig. 3). Bei dieser Anordnung ist parallel zu den Erregerleitungen 1 eine symmetrische Reihenschaltung von zwei Funkenstrecken 14, 15 und zwei Dämpfungswiderständen 16, 17 vorgesehen. Der Verbindungspunkt der Funkenstrecken ist über einen Schutzwiderstand 18 an Nullpotential, insbesondere an die geerdeten Maschinenteile, gelegt. Die Anschlußklemmen ab dieser Anordnung können auch bei a', V bzw. a", b" angeschlossen sein. Demgemäß kann die Funkenstrecken-Widerstands-Kombination bei langsam laufenden Maschinen an die Polradwicklung 19 des Polrades 7, selbst also bei a", b", oder bei Maschinen mit kleinem Durchmesser an die Polradschleifringe 20, also bei a', b', angeschlossen sein. Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schutze der Dämpfer- und Erregerwicklung von Synchronmaschinen bei Ausfall der Erregung oder Leitungsbruch im Erregerstromkreis und dadurch verursachtem Asynchronbetrieb, bei welcher Meßglieder zur Erfassung und Anzeige der den Asynchronbetrieb kennzeichnenden Größen und ferner Auslöseglieder zur Abschaltung des Generators in dem Falle, daß die Größen einen vorgeschriebenen Wert überschreiten, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Dämpferwicklungsströme von einer indirekten Meßmethode Gebrauch gemacht ist, indem entweder ein Strommeßglied in den Erregerkreis der Synchronmaschine eingeschaltet ist oder aber ein Meßglied in Steuerabhängigkeit vom Polradschlupf und der Generatorspannung steht, und daß ferner zum Schutze der Erregerwicklung bei Leitungsbruch parallel zu den Erregerleitungen oder der Polradwicklung ein Überspannungsschutz geschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strommeßglied im Erregerkreis wahlweise ein Stromwandler mit Luftspalt, ein Widerstand mit Abriegelungskondensatoren oder ein Stromrelais mit nachgeschaltetem Zeitrelais vorgesehen und jedem Meßglied ein Meldebzw. Auslöseglied nachgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schlupf- und spannunggesteuertes Meßglied ein Schlupfrelais vorgesehen ist, welches über eine Tachomaschine mit einer schlupfproportionalen Spannung und über einen Spannungswandler mit der Generatorspannung in Einspeiseverbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsschutz aus einer symmetrischen Reihenschaltung zweier Funkenstrecken mit Dämpfungswiderstand besteht, deren Symmetriepunkt über einen Schutzwiderstand an Nullpotential, insbesondere an geerdete Maschinenteile, gelegt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieÜberspannungsschutzeinrichtung fest mit der Polradwicklung oder über Bürsten mit dem umlaufenden Polrad verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 585 284, 824 370.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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