Anordnung zur Erfassung von Erdschlüssen Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zur Erfassung von Erdschlüssen in schutzgeerdeten Erregerwicklungen von
Synchronmaschinen mittels einer Hilfswechselspannung.Arrangement for detecting earth faults The invention relates to a
Arrangement for the detection of earth faults in protective earthed field windings of
Synchronous machines by means of an auxiliary AC voltage.
Ein einfacher Erdschluß in der im allgemeinen umlaufenden Gleichstromerregerwicklung
von Synchronmaschinen bedeutet gewöhnlich noch keine akute Gefahr für die Maschine.
Eine sofortige Außerbetriebnahme ist deshalb meist nicht gerechtfertigt. Aber die
Betriebstüchtigkeit ist stark eingeschränkt, weil mit einem zweiten Erdschluß wegen
der bekannten üblen Folgen, wie ungleiche Erwärmung des Läufers, starke Vibration
usw., eine unmittelbare Gefahr für die Maschine entsteht, die eine sofortige Abschaltung
und Entregung gebietet. Eine mit einfachem Erdschluß behaftete Maschine weiter in
Betrieb zu halten, verlangt vom Personal besondere Wachsamkeit. Das Auftreten eines
einfachen Erdschlusses muß deshalb zuverlässig erkannt und gemeldet werden.A simple earth fault in the generally rotating DC exciter winding
synchronous machines do not usually mean any acute danger for the machine.
Immediate decommissioning is therefore usually not justified. But the
Operability is severely restricted because of a second earth fault
the known bad consequences, such as uneven heating of the runner, strong vibration
etc., an imminent danger to the machine arises, which requires an immediate shutdown
and de-excitation required. A machine with a simple earth fault continues in
Maintaining operations requires special vigilance from the staff. The appearance of a
simple earth faults must therefore be reliably detected and reported.
Es sind bereits Verfahren bekannt, nach denen einfache Erdschlüsse
in Erregerkreisen festgestellt werden können. Bei geringen Ansprüchen beispielsweise
kann es genügen, den Erregerkreis an irgendeinem Punkt, eventuell auch im Mittelpunkt
eines Spannungsteilers, über ein empfindliches Stromrelais zu erden. Tritt ein Erdschluß
an einer Stelle des Erregerkreises auf, deren Potential genügend groß ist gegenüber
dem durch das Relais auf Erdpotential festgelegten Punkt, so fließt über die Relaisspule
ein Strom, der zum Ansprechen führt. Mit dieser Methode können also nur Erdschlüsse
außerhalb eines gewissen Unempfindlichkeitsbereiches, der abhängig ist von der Höhe
der Betriebsspannung, der Empfindlichkeit des Relais und des unvermeidlichen Störpegels,
erfaßt werden. Häufig wird deshalb ein Verfahren vorgezogen, das mit einer Hilfsspannung
arbeitet in der Weise, daß in Reihe mit der Spule eines Stromrelais, über die der
Erregerkreis mit Erde verbunden ist, eine Zusatzspannung (in Form einer Wechselspannung)
eingefügt ist, so daß jeder Punkt der Erregerwicklung auf ein gewisses Mindestpotential
gegenüber Erde gehoben wird und im Erdschlußfall stets ein ausreichender Strom zustande
kommt.Methods are already known according to which simple earth faults
can be determined in excitation circuits. With low demands, for example
it may be enough to put the excitation circle at any point, possibly also in the center
a voltage divider, to be grounded via a sensitive current relay. If an earth fault occurs
at a point in the excitation circuit whose potential is sufficiently large opposite
the point set to earth potential by the relay, then flows through the relay coil
a current that leads to response. With this method only earth faults can be achieved
outside a certain insensitivity range, which depends on the altitude
the operating voltage, the sensitivity of the relay and the inevitable interference level,
can be detected. For this reason, a method that uses an auxiliary voltage is often preferred
works in such a way that in series with the coil of a current relay through which the
Excitation circuit is connected to earth, an additional voltage (in the form of an alternating voltage)
is inserted so that each point of the field winding has a certain minimum potential
is raised with respect to the earth and in the event of an earth fault there is always a sufficient current
comes.
Dieses Verfahren versagt aber völlig, wenn irgendein galvanisch mit
der Erregerwicklung verbundener Teil des Erregerkreises, durch Schaltung und Aufbau
bedingt, betriebsmäßig geerdet ist, wie es bei den sogenannten kompounderregten
oder selbsterregten Drehstromgeneratoren der Fall ist.However, this method fails completely if any galvanically
Part of the excitation circuit connected to the excitation winding, through circuitry and structure
conditionally, operationally grounded, as is the case with the so-called compound excited
or self-excited alternators.
Schaltung und Funktionsweise einer derartigen Erregereinrichtung dürfen
grundsätzlich als bekannt vorausgesetzt werden. In F ig . 1 ist der Anschaulichkeit
halber ein vereinfachtes Schema gezeigt. Die Erregerwicklung 1 erhält einen Teil
des erforderlichen Erregerstromes, den Grundanteil, über die dreiphasige Drossel
2 proportional der Generatorspannung und einen zusätzlichen, der Generatorlast entsprechenden
Anteil von den Stromtransformatoren 3. Gesichtspunkte der Sicherheit erfordern eine
Erdung der Niederspannungsseite des Drehstromsystems, ausgeführt an der Sekundärwicklung
der Stromtransformatoren als feste Verbindung zur Erde 4. Damit ist aber auch die
Induktorwicklung bereits galvanisch mit Erde verbunden, so daß die bekannten Verfahren
der Erdschlußerfassung nicht angewendet werden können. Ein Ausweg erscheint zunächst
dadurch möglich, daß an Stelle der direkten Erdung eine Durchschlagsicherung eingebaut
wird, die beim Übertritt von Hochspannungspotential aus dem Primärsystem in den
Erregerkreis durch Überschlag eine leitende Verbindung nach Erde herstellt. Es muß
aber gefordert werden, daß in solchen Fällen ein sicherer fester Kontakt mit Erde
entsteht, wozu auch gewisse Mindestströme fließen müssen, die nicht immer garantiert
werden können. Außerdem müssen derartige Sicherungen mit Rücksicht auf die betrieblich
vorkommenden Spannungen einen Ansprechwert von mindestens einigen hundert Volt aufweisen,
was den Schutzwert ebenfalls stark herabsetzt.Circuit and mode of operation of such an excitation device are allowed
are generally assumed to be known. In Fig. 1 is the clarity
shown for the sake of a simplified scheme. The excitation winding 1 receives a part
of the required excitation current, the basic component, via the three-phase choke
2 proportional to the generator voltage and an additional one corresponding to the generator load
Share from current transformers 3. Safety considerations require one
Earthing of the low-voltage side of the three-phase system, carried out on the secondary winding
the current transformers as a fixed connection to earth 4. But that is also the
Inductor winding already galvanically connected to earth, so that the known method
earth fault detection cannot be used. A way out appears at first
This is possible because a breakdown fuse is installed instead of direct earthing
that when high voltage potential is transferred from the primary system to the
Excitation circuit creates a conductive connection to earth by flashover. It must
but it is required that in such cases there is a more secure solid contact with earth
arises, for which certain minimum currents must flow, which are not always guaranteed
can be. In addition, such backups must be operational with regard to the
occurring voltages have a response value of at least a few hundred volts,
which also greatly reduces the protection value.
Die Anordnung zur Erfassung von Erdschlüssen in schutzgeerdeten Erregerwicklungen
von Synchronmaschinen vermeidet alle diese Nachteile erfindungsgemäß dadurch, daß
die Schutzverbindung mit Erde durch einen Stromwandler hergestellt ist, der von
der Sekundärseite her mit Wechselspannung erregt wird, wobei der von der Sekundärwicklung
aufgenommene
Strom als Kriterium für einen Erdschluß im Erregerkreis
benutzt wird.The arrangement for the detection of earth faults in protective earthed excitation windings
of synchronous machines avoids all these disadvantages according to the invention in that
the protective connection with earth is made by a current transformer supplied by
the secondary side is excited with alternating voltage, the secondary winding
recorded
Current as a criterion for an earth fault in the excitation circuit
is used.
Sie gestattet eine feste und direkte Erdung der Sekundärwicklung der
Stromtransformatoren zu Schutz und Sicherheit des Bedienungspersonals, und sie vermag
Erdschlüsse an beliebiger Stelle der Erregerwicklung und aller mit ihr galvanisch
verbundener Geräte und Leitungen festzustellen. Nach der Erfindung ist also vorgesehen,
daß die starre Erdverbindung der Schutzerde an den Stromtransformatoren durch den
Primärleiter eines Stromwandlers hergestellt wird und daß an die Sekundärwicklung
eine Wechselspannung angelegt wird. Solange nicht irgendeine Stelle des Erregerkreises
fehlerhaft einen Schluß mit Erde hat, ist der Stromwandler, der die Schutzerde herstellt,
primär »offen«, und die Sekundärwicklung kann praktisch keinen Strom aufnehmen.
Tritt ein Erdschluß auf, dann wird die Primärwicklung geschlossen, so daß Strom
fließen kann. F i g. 2 zeigt das Prinzip einer derartigen Anordnung, wobei in diesem
Zusammenhang unwesentliche Teile der Erregereinrichtung weggelassen sind. Die Stromtransformatoren
sind wieder mit 3 bezeichnet. Die Schutzerdung vermittelt im Sinn der Erfindung
einen Stromwandler mit der Primärwicklung 5 und der Sekundärwicklung 6. Letztere
ist über ein Stromrelais 7 und einen Vorwiderstand 8 in Reihe mit einem kleinen
Zwischentransformator 10 verbunden, der eine geeignet bemessene Ausgangsspannung
zur Erregung des Stromwandlers 5/6 liefert. Parallel zu der Stromwandlersekundärwicklung
6 liegt eine Drossel 9, die vorzugsweise als Sättigungsdrossel ausgebildet ist.
Solange der Erregerstromkreis einwandfreie Isolation gegen Erde besitzt, kann die
Stromwandlerprimärwicklung 5 keinen Strom führen; durch das Relais 7 fließt dann
nur der sehr kleine Magnetisierungsstrom für den Stromwandler 5/6. Sobald aber für
die Primärwicklung 5 durch einen Erdfehler mit genügend kleinem Übergangswiderstand
ein geschlossener Stromkreis entsteht, nimmt die Sekundärwicklung 6 einen sehr viel
höheren, vor allem durch den Vorwiderstand 8 begrenzten Strom auf, der das Relais
7 ansprechen läßt.It allows a fixed and direct grounding of the secondary winding of the
Power transformers for operator safety and security, and they are capable of
Earth faults at any point on the excitation winding and everything with it galvanically
connected devices and lines. According to the invention it is therefore provided
that the rigid earth connection of the protective earth to the current transformers through the
Primary conductor of a current transformer is made and that to the secondary winding
an alternating voltage is applied. As long as not just any part of the excitation circuit
has a fault with earth, is the current transformer that creates the protective earth,
primarily "open", and the secondary winding can practically not draw any current.
If a ground fault occurs, the primary winding is closed, so that current
can flow. F i g. 2 shows the principle of such an arrangement, in this
Relation insignificant parts of the excitation device are omitted. The current transformers
are again designated by 3. The protective grounding mediates in the sense of the invention
a current transformer with the primary winding 5 and the secondary winding 6. The latter
is via a current relay 7 and a series resistor 8 in series with a small one
Intermediate transformer 10 connected, which has an appropriately rated output voltage
to excite the current transformer 5/6. In parallel with the current transformer secondary winding
6 is a throttle 9, which is preferably designed as a saturation throttle.
As long as the excitation circuit has perfect isolation from earth, the
Current transformer primary winding 5 do not carry any current; through the relay 7 then flows
only the very small magnetizing current for the current transformer 5/6. As soon as for
the primary winding 5 due to an earth fault with a sufficiently small contact resistance
a closed circuit is created, the secondary winding 6 takes a lot
higher current, limited mainly by the series resistor 8, which the relay
7 can respond.
Solange man die Stromtransformatoren 3 als ideale Stromwandler betrachtet,
für die zwischen Primär- und Sekundärwicklung genau Durchflutungsgleichgewicht herrscht,
und solange hochspannungsseitig die Summe der drei Phasenströme Null ist, können
die Stromtransformatoren keinen Nullstrom - wenigstens keinen Grundwellennullstrom
- hervorbringen, d. h., sie können von sich aus keinen Strom über eine Erdschlußstelle
schicken. Praktisch besteht aber wegen der notwendigen Magnetisierung des Eisenkernes
das Durchflutungsgleichgewicht nur angenähert, so daß die Stromtransformatoren ebenfalls
und zusätzlich zu dem vom Transformator 10 in F i g. 2 erzeugten Strom einen Strom
über die Fehlerstelle schicken können, der dem Stromwandler 5/6 nun von der Primärseite
her aufgezwungen wird. Damit auf der Sekundärseite ein äquivalenter Strom möglich
ist, ist ein Nebenweg, z. B. in der Form der Drossel 9, vorgesehen, da der Hauptpfad,
die Reihenschaltung der Elemente 7, 8, 10, hochohmig ist. Die Drossel wird zweckmäßig
als Sättigungsdrossel ausgelegt, die ihre hohe Impedanz erst verliert, wenn eine
Spannung anliegt, die größer ist als die Ausgangsspannung des Transformators 10.
Muß der Stromwandler 5/6 Strom von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen,
dann erhöht er seine sekundäre Klemmenspannung so weit, bis die Drossel durchlässig
wird und den aufgezwungenen Strom übernimmt. Dieser Strom fließt auch über das Relais
7 und unterstützt dessen Ansprechen. Der Vorwiderstand 8 schützt in diesem Fall
den Transformator 10 vor zu hohem Strom. Der Nebenweg bzw. die Drossel 9 soll vorzugsweise,
wie in F i g. 2 gezeichnet, zwischen dem Relais und dem Schutzwiderstand abzweigen,
damit der Drosselleckstrom, der im Normalbetrieb dem Transformator 10 entnommen
wird, nicht durch das Relais fließt und der Störpegel für das Relais niedrig bleibt.As long as one regards the current transformers 3 as ideal current transformers,
for which there is an exact flow equilibrium between the primary and secondary winding,
and as long as the sum of the three phase currents is zero on the high-voltage side
the current transformers have no zero current - at least no fundamental wave zero current
- bring forth, d. that is, they cannot by themselves have any current through an earth fault
send. In practice, however, exists because of the necessary magnetization of the iron core
the flow equilibrium only approximated, so that the current transformers also
and in addition to that from transformer 10 in FIG. 2 electricity generated a current
via the fault location, which is now sent to the current transformer 5/6 from the primary side
is imposed here. This means that an equivalent current is possible on the secondary side
is, is a byway, e.g. B. in the form of the throttle 9, provided as the main path,
the series connection of the elements 7, 8, 10 is high-resistance. The throttle becomes appropriate
designed as a saturation reactor, which only loses its high impedance when a
The voltage applied is greater than the output voltage of the transformer 10.
If the current transformer has to transmit 5/6 current from the primary side to the secondary side,
then it increases its secondary terminal voltage until the choke is permeable
and takes over the forced electricity. This current also flows through the relay
7 and supports its response. The series resistor 8 protects in this case
the transformer 10 from excessive current. The bypass or the throttle 9 should preferably
as in Fig. 2 drawn, branch off between the relay and the protective resistor,
thus the choke leakage current that is taken from the transformer 10 during normal operation
does not flow through the relay and the noise level for the relay remains low.