DE1538332C3 - Schutzeinrichtung für über Erregermaschinen oder Stromrichter erregte Synchronmaschinen oder für Transformatoren - Google Patents

Description

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richtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei Die einzelnen Steuerwicklungen des Transduktors

der zur Erfassung von Abweichungen der Betriebs- sind den für die Fehlerart typischen elektrischen

größen, wie z. B. Strom, Spannung und Frequenz, Größen angepaßt. Sobald irgend ein Fehler im Stator

nur ein einziges Schaltorgan erforderlich ist. einer Synchronmaschine oder in ihrer äußeren Instal-

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, 5 lation bzw. in einem Transformator auftritt, wird die daß als Schaltorgan für die Einwirkung auf die Lei- betreffende Steuerwicklung erregt und steuert den stungsschalter und auf die Entregungseinrichtung bei Magnetverstärker in der Weise, daß er einen AusSynchronmaschinen ein Magnetverstärker mit minde- gangsimpuls erteilt. Dieser Ausgangsimpuls wird in stens drei galvanisch voneinander getrennten Steuer- dem angeschlossenen Signalverstärker weiterverarwicklungen vorgesehen ist, daß an die erste Steuer- io beitet. Die von dem Magnetverstärker ausgehenden wicklung der Stromwandler des Überstromschutzes, Schaltimpulse machen bei Störungseintritt den Ausan die zweite Steuerwicklung die Stromwandler des Schaltstromkreis für den Leistungsschalter sofort lei-Differentialschutzes und an die dritte Steuerwicklung tend und trennen die elektrische Maschine bzw. den der Spannungswandler für den Überspannungsschutz Transformator allseitig vom Netz, während bei elekangeschlossen ist und daß die Steuerwicklungen so 15 trischen Maschinen zusätzlich der Erregerstromkreis dimensioniert sind, daß bei Überschreiten einer der gesperrt wird.

zulässigen Betriebsgrößen infolge eines in der jeweils Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbil-

zugeordneten Steuerwicklung des Magnetverstärkers düngen der Erfindung ergeben sich aus dem im fol-

fließenden Stromes in der Arbeitswicklung des Ma- genden beschriebenen und in der Zeichnung darge-

gnetverstärkers ein Strom zum Fließen kommt, der in 20 stellten Ausführungsbeispiel.

einem an die Arbeitswicklung des Magnetverstärkers Ein Generatori und ein Leistungsschalter2 sind angeschlossenen Signalverstärker ein Signal auslöst, üblicherweise unter Einschaltung von Strom- und das auf die im Leistungskreis angeordneten Auslöse- Spannungswandler miteinander verbunden. Dabei glieder und bei Synchronmaschinen zusätzlich auch bilden Stromwandler 3 den Überstromschutz, Stromauf die Entregungseinrichtung einwirkt. 25 wandler 4' und 4" den Differentialschutz und Span-

Es ist zwar bereits aus den AEG-Mitteilungen 49 nungswandler 5 den Überspannungsschutz. Die

(1959) 10/11, S. 473 bis 483 bekannt, Transduktoren Sekundärseiten der Wandler bzw. die Sekundärseite

als Schaltgeräte zu verwenden. Auf eine Ausführung eines Zwischenwandlers 6 führen an je eine Arbeits-

mit mehreren Steuerwicklungen für die Beeinflussung wicklung 7, 8, 9 eines Magnetverstärkers 10. Der

der Arbeitswicklung eines einzigen Transduktors 30 Ausgang 11 des Magnetverstärkers 10 beaufschlagt

durch die Stromkreise verschiedener Fehlerüberwa- . einen Signalverstärker 12, in dem die ankommenden

chungseinrichtungen einer Generatorschutzeinrich- Impulse verstärkt werden und gespeichert werden

tung findet sich jedoch dort kein Hinweis. können. Der Signalverstärker 12 steuert mit den vom

Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung sind in Magnetverstärker empfangenen Impulsen die Auslö-

der Entregungseinrichtung als Auslöseglieder die- 35 seglieder im Leistungskreis 13 und im Erregerkreis,

nende, im Erregerkreis angeordnete Thyristoren ver- 14 der Synchronmaschine, in dem die Haltespule 15

wendet. In zweckmäßiger Weise sind die Impulse des des Leistungsschalters 2 unterbrochen und die Erre-

Signalverstärkers, die die Thyristoren sperren, über gung gesperrt wird.

Isolierwandler geführt. Die Thyristoren sind jeweils Die Einwirkung der Schutzanordnung auf den Erin die Zu- und Ableitung des Erregerkreises derart 40 regerkreis 14 erfolgt durch in dem Kreis liegenden eingeschaltet, daß im normalen Betriebszustand die Thyristoren 16. Im fehlerfreien Betriebszustand der Thyristoren stromdurchlässig sind. Bei einem aufge- Maschine sind die Thyristoren 16 für die normale tretenen Fehler werden dabei die Thyristoren durch Stromrichtung durchlässig, d. h., sie sind auf Durcheinen an dem Signalverstärker anstehenden Impuls, gang geschaltet. Bei einem durch einen Fehler auftrewelcher der Steuereinrichtung des Thyristors über 45 tenden Impuls werden die Zündimpulse der Thyri-Isolierwandler zugeführt wird, nicht mehr, gezündet, stören 16 gesperrt. Zur galvanischen Trennung der also gesperrt. Bei der Sperrung der Thyristoren geht Kreise des Signalverstärkers 12 und des Erregerkreidie Spannung im Erregerkreis augenblicklich nahezu ses 14 dienen Isolierwandler 17. Sobald ein Impuls auf Null zurück. Dabei kann der Vorgang so weit ge- von dem Magnetverstärker abgegeben wird, werden dämpft werden, daß die höchstzulässige Spannungs- 5° die Thyristoren 16 im Erregerkreis sofort in den spitze nicht überschritten wird, oder bei der bekann- Sperrzustand gesteuert, so daß die Energiezufuhr an ten Schnellentregungseinrichtung wird durch Antipar- die Polradwicklung momentan unterbunden ist. Dieallelschaltung einiger Halbleiterdioden die magneti- ser Vorgang wird so weit gedämpft, daß die höchstzusche Energie des Polrades in verhältnismäßig kurzer lässige Grenze der Spannungsspitze nicht überschrit-Zeit vernichtet. Um den Abbau des Polradflusses 55 ten wird. Durch die beiden Eingriffe in den Betriebsnoch zu beschleunigen, kann auch ein Widerstand zustand der Synchronmaschine, nämlich die Unterparallel zu den Polradschleifringen geschaltet sein. brechung des Netzbetriebes durch Ausschalten des Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung ist Leistungsschalters und durch die Sperrung der Enervorgesehen, daß als Auslöseglied im Leistungskreis giezufuhr im Erregerkreis, ist die Abschaltung der der Synchronmaschine ein Leistungsschalter mit 60 Maschine vom Netz und seine Entregung vollzogen, einer Haltespule verwendet ist. Im Störungsfalle In dem Magnetverstärker 10 sind im Ausführungsspricht dann das Auslöseglied des Leistungsschalters beispiel drei Steuerwicklungen 7, 8, 9 enthalten. Falls an. Der Leistungsschalter wird durch den gleichen im noch zusätzliche Signale anderer Störungen verarbei-Signalverstärker anstehenden Impuls zur Auslösung tet werden sollen, wie z. B. bei überhöhter Eisentemgebracht. Zusätzlich kann durch einen Erdungstren- 65 peratur oder zu hoher Lagertemperatur kann der ner der Ständer der Synchronmaschine allpolig kurz- Magnetverstärker auch mit einer größeren Anzahl geschlossen werden, um den Abbau des Querfeldes verschiedener Steuerwicklungen ausgerüstet sein, des Ständers zu beschleunigen. Jede Steuerwicklung ist nur für die Erfassung einer

bestimmten Störungsart ausgelegt. Im Normalbetrieb arbeitet der Magnetverstärker auf dem Teil seiner Kennlinie, bei der kein Ausgangsstrom entsteht. Tritt nun eine Störung ein, z. B. der Betriebsstrom überschreitet den vorher festgelegten Uberstromwert, wird der Arbeitspunkt des Magnetverstärkers in den Teil seiner Kennlinie verlegt, bei dem ein Impuls am Ausgang des Magnetverstärkers entsteht. Der Magnetverstärker arbeitet also ebenfalls wie ein Ventil, das im Normalbetriebszustand der Maschine geschlossen ist, und das öffnet, sobald eine Betriebsgröße einen gefährlichen Wert übersteigt. Der Ansprechwert des Magnetverstärkers kann mit Hilfe des Steuerstromes in weiten Grenzen eingestellt werden. Der Ausgangsimpuls des Magnetverstärkers wird über den Signalverstärker in der oben beschriebenen Betätigung des Leistungsschalters und der Entregung weiterverarbeitet.

Die erfindungsgemäße, zeit- und kontaktlos arbeitende Schutzanordnung hat großen Vorteil, daß für sämtliche Fehlerarten nur ein einziges Organ benötigt wird. Diese Gesichtspunkte erhöhen die Betriebssicherheit und die Sicherheit des Ansprechens ganz beträchtlich und sind in der Lage, die Auswirkung der aufgetretenen Schäden auf ein erdenklich kleines Maß zu reduzieren. Die Anordnung wirkt vom Störungseintritt bis zum Ausschaltbefehl und die Entregungseinrichtung momentan, so daß die Störung bereits im Entwicklungsstadium unwirksam wird und keine Zerstörung des betreffenden Anlagenteiles eihtreten kann.

Die Eigenschaften der Schutzanordnung sind besonders bei großen Anlageobjekten vorteilhaft, bei denen oftmals gewaltige Energiemengen bei einem

. Isolationsdefekt frei werden können. Dort ist grundsätzlich die Anweisung gegeben, daß der Fehler bereits in Millisekunden erkannt und unwirksam gemacht wird. Die Schutzanordnung gemäß der Erfindung schützt durch die minimale Fehlerauswirkung vor allem große elektrische Anlagen, wie Großmaschinen und Großtransformatoren, vor Zerstörung durch Isolationsdefekte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 ein Mindestmaß beschränkt bleiben soll. Dieser Patentansprüche: Grundsatz gilt vor allem bei Großmaschinen, bei de nen infolge der umlaufenden Massen das Ausmaß

1. Kontaktlos arbeitende Schutzeinrichtung für der Schaden sehr erheblich sein kann.

über Erregermaschinen oder Stromrichter er- 5 In der Schutztechnik werden bei den verschiede-

regte Synchronmaschinen oder für Transformato- nen Störungsarten die kennzeichnenden Größen, wie

ren zur Erfassung von Abweichungen der Be- überhöhte Spannung, überhöhter Strom, veränderte

triebsgrößen, wie z. B. Strom, Spannung und Fre- Frequenz und überhöhte Eisen- oder Lagertempera-

quenz, bei der ein Überstromschutz, ein Über- türen, je einem über Wandler erregten Ansprechor-

spannungsschutz und ein Differentialschutz vor- io gan, d. h. einem Relais zugeführt (ETZ, Ausgabe A,

gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, Heft 18 vom 5. 9. 1965, S. 577 bis 582, Siemens-Zeit-

daß als Schaltorgan für die Einwirkung auf die schrift, Mai 1959, Heft 3, S. 314 und 315). Sobald

Leistungsschalter (2) und auf die Entregungsein- die zulässigen Höchstwerte oder Abweichungen von

richtung bei Synchronmaschinen ein Magnetver- den Nennwerten überschritten werden, spricht das

stärker (10) mit mindestens drei galvanisch von- 15 entsprechende Relais an, gleichgültig, ob es sich um

einander getrennten Steuerwicklungen (7, 8, 9) ein elektromechanisches oder um ein elektronisches

vorgesehen ist, daß an die erste Steuerwicklung Meßwerk handelt.

(7) der Stromwandler (3) des Überstromschutzes, Der Arbeitskontakt des Schutzrelais schließt oder an die zweite Steuerwicklung (8) die Stromwand- unterbricht den Steuerstromkreis für den Antriebsler (4', 4") des Differentialschutzes und an die 20 mechanismus der Schalter für die Maßnahmen, die dritte Steuerwicklung (9) der Spannungswandler zur Begrenzung des Schadens notwendig sind. Es (5) für den Überspannungsschutz angeschlossen werden z.B. der Leistungsschalter und die Schnellist und daß die Steuerwicklungen (7, 8, 9) so di- entregung betätigt, wenn es sich bei dem zu schütmensioniert sind, daß bei Überschreiten einer der zenden Objekt um eine elektrische Maschine hanzulässigen Betriebsgrößen infolge eines in der je- 25 delt, oder es wird das zu schützende Objekt allseitig weils zugeordneten Steuerwicklung des Magnet- spannungslos gemacht, wie es bei Transformatoren, Verstärkers (10) fließenden Stromes in der Ar- die durch eine Störung in Gefahr geraten, der Fall beitswicklung des Magnetverstärkers (10) ein ist.

Strom zum Fließen kommt, der in einem an die Zur Erfassung der verschiedenartigsten Störungen Arbeitswicklung des Magnetverstärkers (10) an- 30 wird die Abweichung der Betriebsgrößen Strom, geschlossenen Signalverstärker (12) ein Signal Spannung, Frequenz und Temperatur angewendet, auslöst, das auf die im Leistungskreis (13) an- deren Meßgrößen im allgemeinen sofort an den Regeordneten Auslöseglieder und bei Synchronma- lais anstehen. Ihre Weiterverarbeitung bis zu einer schinen zusätzlich auch auf die Entregungsein- Impulsgabe an ein Schaltelement zur Einleitung der richtung einwirkt. 35 Gegenmaßnahmen beansprucht jedoch eine gewisse

2. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch Zeit. In diesem Zeitraum ist die Zerstörungsarbeit an gekennzeichnet, daß in der Entregungseinrich- der Fehlerstelle bereits wirksam, so daß sich ein tung als Auslöseglieder dienende, im Erregerkreis Schaden in einem Umfang entwickeln kann, der mit-(14) angeordnete Thyristoren (16) verwendet unter nicht mehr zu reparieren ist.

sind. 40 In der bisher bekannten Schutztechnik ist für jede

3..Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch Störungsart ein spezielles Schutzrelais in einer besongekennzeichnet, daß die Impulse des Signalver- ders auf die Fehlerart zugeschnittenen Schaltung vorstärkers (12), die die Thyristoren (16) sperren, . gesehen. So ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift über Isolierwändler (17) geführt sind. 1 076 245 eine kontaktlos arbeitende Schutzeinrich-

4. Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch 45 tung für einen Generator, insbesondere für einen solgekennzeichnet, daß als Auslöseglied im Lei- chen zur Stromversorgung eines Luftfahrzeuges, bestungskreis (13) der Synchronmaschine (1) ein kannt, bei dem in üblicher Weise ein Spannungs-Leistungsschalter (2) mit einer Haltespule (15) wandler für den Überspannungsschutz sowie eine verwendet ist. Unterfrequenzmeßeinrichtung und mehrere Strom-

50 wandler für einen Differentialschutz und für einen Überstromschutz vorgesehen sind. Für jede der ge-

nannten Überwachungseinrichtungen ist eine ge-

:.·... . trennte kontaktlose Schaltung mit zwei Ruhestellun

gen vorgesehen, die in Abhängigkeit der entspre-55 chenden Signalspannungen stehen. Für jeden der drei

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktlos ar- Störungsmeßkreise ist ein getrenntes 'Schaltglied vorbeitende Schutzeinrichtung für über Erregermaschi- gesehen, das jeweils auf die Entregungseinrichtung nen oder Stromrichter erregte Synchronmaschinen und den Generatorschalter einwirkt, also den Geneoder für Transformatoren zur Erfassung von Abwei- rator im Störungsfalle vom Netz trennt und entregt, chungen der Betriebsgrößen, wie z.B. Strom, Span- 60 Die Auslösung dieser Schalter erfolgt kontaktlos nung und Frequenz, bei der ein Überstromschutz, ein ohne Zeitverzögerung für jeden der drei Störungs-Überspannungsschutz und ein Differentialschutz vor- meßkreise durch eine besondere Flip-Flopgesehen ist. Schaltung. Eine Zusammenfassung der drei Auslöse-Beim Auftreten eines Fehlers im Innern oder in kreise zur Vereinfachung der Einrichtung und zur der äußeren Installation einer Synchronmaschine 65 Erhöhung der Betriebssicherheit bereitet bei der Ver- oder eines Transformators muß die Energiezufuhr wendung solcher Flip-Flops jedoch erhebliche zur Fehlerstelle schnellstens unterbunden werden, Schwierigkeiten,
wenn der Umfang des-entsprechenden Schadens auf Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schutzein-