DE1257942B - Arrangement for the detection of earth faults - Google Patents

Arrangement for the detection of earth faults

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DE1257942B DE1966L0054320 DEL0054320A DE1257942B DE 1257942 B DE1257942 B DE 1257942B DE 1966L0054320 DE1966L0054320 DE 1966L0054320 DE L0054320 A DEL0054320 A DE L0054320A DE 1257942 B DE1257942 B DE 1257942B
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Dipl-Ing Reinfried Hauser
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0805Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for synchronous motors

Description

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.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Erfassung von Erdschlüssen in schutzgeerdeten Erregerwicklungen von Synchronmaschinen mittels einer Hilfswechselspannung, dadurch gekennzeichnet, 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. Claims: 1. Arrangement for the detection of earth faults in protective earthed Excitation windings of synchronous machines by means of an auxiliary AC voltage, thereby characterized in that the protective connection with earth is made by a current transformer is, which is excited from the secondary side with AC voltage, with that of current consumed by the secondary winding as a criterion for a ground fault in the excitation circuit is used. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Stromwandlers ein vorzugsweise als Sättigungsdrossel ausgebildeter Nebenweg vorgesehen ist, der hochohmig bleibt, solange an der Stromwandlersekundärwicklung nur die Hilfsspannung anliegt, der aber niederohmig wird, wenn ihm vom Stromwandler her ein Strom aufgezwungen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: BBC-Nachrichten, Oktober/November 1958, S.276.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the secondary circuit of the current transformer is a bypass preferably designed as a saturation choke is provided, which remains high as long as on the current transformer secondary winding only the auxiliary voltage is applied, but it becomes low-resistance when it is supplied by the current transformer a current is imposed. Publications Considered: BBC News, October / November 1958, p.276.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995000990A1 (en) * 1993-06-18 1995-01-05 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Arrangement for protecting the stator winding of a synchronous machine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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None *

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