DE2555742C2 - Rotor earth fault protection for synchronous machines without slip rings - Google Patents

Rotor earth fault protection for synchronous machines without slip rings

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DE2555742C2 DE2555742A DE2555742A DE2555742C2 DE 2555742 C2 DE2555742 C2 DE 2555742C2 DE 2555742 A DE2555742 A DE 2555742A DE 2555742 A DE2555742 A DE 2555742A DE 2555742 C2 DE2555742 C2 DE 2555742C2
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency 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
    • H02H7/08—Emergency 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
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erdschlußüberwachung des Polradkreises einer schleifringlosen Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for earth fault monitoring of the pole wheel circuit of a slip ringless Synchronous machine according to the preamble of claim 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er z. B. aus der SE-PS 3 31 508 bekannt ist So weist die bekannte Einrichtung einen mit dem Rotor der Synchronmaschine mechanisch gekuppelten Übertrager auf, an dessen Statorwicklung ein Gerät angeschlossen ist, das die übertragene Erdschlußinformation auswertet und zur Anzeige bringt. Die Elemente zur Detektierung von Erdschlüssen sind dabei auf dem Rotor der Synchronmaschine untergebracht Diese und auch die damit vergleichbare, aus der GB-PS 10 68 239 bekannte Einrichtung funktionieren jedoch nur bei rotierender Maschine und erregtem Wechselstromerreger.With this preamble, the invention refers to a prior art as it is z. B. from the SE-PS 3 31 508 is known So the known device has a mechanical with the rotor of the synchronous machine Coupled transformer, to whose stator winding a device is connected that the transmitted earth fault information evaluates and displays. The elements for detecting earth faults are This housed on the rotor of the synchronous machine and also the comparable one from the GB-PS 10 68 239 known device, however, only work when the machine is rotating and when it is energized AC exciter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor-Erdschlußschutz für schleifringlose Synchronmaschinen zu jchaffen, der sowohl bei drehender und stillstehender als auch bei erregter und unerregter Maschine arbeitet Außerdem soll die Wirkungsweise der Einrichtung von der Kapazität der Rotorwicklung gegen Erde nicht beeinflußt werden.The invention is based on the object of a rotor earth fault protection for synchronous machines without slip rings, both rotating and stationary as well as when the machine is excited and unexcited. In addition, the mode of operation of the device should work are not influenced by the capacity of the rotor winding to earth.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 aufgeführt.This problem is solved by the features characterized in claim 1.
Expedient further developments of the subject matter of the invention are listed in the dependent claims 2 to 6.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Erdschlußüberwachung dargestellt ist, näher erläutert. Dabei stimmen die Figurenteile 1 (Drehübertrager) und 33 (Steuergerät) genau überein mit den entsprechend bezeichneten Teilen der Fig. 7 der DE-OS 25 09 002, wo diese Teile ausführlich beschrieben sind. Das in der älteren Anmeldung vorgesehene Schwellwertgerät 14 entfällt bei der vorliegenden Anmeldung und ist ersetzt durch Schaltungselemente zur Detektierung von Erdschlüssen. Es sind dies die Widerstände Ri und R2, die Diode D und die Sicherungen Si und S2. Die schleifringlose Synchronmaschine (Motor oder Generator) ist mit SM bezeichnet; ihr Rotor ist mit dem Rotor des Drehübertragers mechanisch gekuppelt. EM ist die Drehstrom-Erregermaschine, GB die rotierende Gleichrichterbrücke; die Erdschluß-Detektionselemente sind vorzugsweise auf der Tragkonstruktion dieser Gleichrichterbrücke montiert. Weiter ist £die Erregerwicklung der Synchronmaschine und R der bei Motoren vorgesehene Schutzwiderstand. Beim Drehübertrager 1 und Steuergerät 33 sind 59, 60 und 61 Gleichrichter, 6 die Statorwicklung, 11 die Rotorwicklung des Dreh-Übertragers 1,58 ein Widerstand, dessen Spannungsabfall im Verein mit dem Gleichrichter 60 die Transistorverstärker 56 und 57 steuert. Der Speisetransformator 55 für die gesamte Anordnung weist die Primärwicklung 55a und zwei Sekundärwicklungen 55t und 55c* auf; 556The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment of a device for earth fault monitoring is shown. The figure parts 1 (rotary transmitter) and 33 (control unit) match exactly with the correspondingly designated parts of FIG. 7 of DE-OS 25 09 002, where these parts are described in detail. The threshold device 14 provided in the earlier application is omitted in the present application and is replaced by circuit elements for detecting earth faults. These are the resistors Ri and R 2 , the diode D and the fuses Si and S 2 . The synchronous machine without slip rings (motor or generator) is designated SM; its rotor is mechanically coupled to the rotor of the rotary joint. EM is the three-phase exciter, GB the rotating rectifier bridge; the earth fault detection elements are preferably mounted on the supporting structure of this rectifier bridge. Furthermore, £ is the field winding of the synchronous machine and R is the protective resistor provided for motors. In the rotary transmitter 1 and control unit 33, 59, 60 and 61 are rectifiers, 6 the stator winding, 11 the rotor winding of the rotary transmitter 1.58, a resistor whose voltage drop controls the transistor amplifiers 56 and 57 in conjunction with the rectifier 60. The feed transformer 55 for the entire arrangement has the primary winding 55a and two secondary windings 55t and 55c *; 556

b5 speist über Gleichrichter 59 die Verstärker und Relais, während 55c über Widerstand 58, Drehübertrager 1 und Gleichrichter 61 die Speisespannung für die erdschlußdetektierenden Elemente liefert. 70 und 71 sind Glät-b5 feeds the amplifiers and relays via rectifier 59, while 55c via resistor 58, rotary transformer 1 and rectifier 61, the supply voltage for the earth fault detection Elements supplies. 70 and 71 are smoothing

tungskondensatoren, 72 ist eine Sicherung. Der Basisvorwiderstand des ersten Verstärkers 56 ist mit 73, der zugehörige Basis-Emitterwiderstand mit 74 und die dem letzteren Widerstand parallelgeschaltete Zener-Diode mit 75 benannt Die entsprechenden Elemente des zweiten Verstärkers 57 sind mit 76, 77 und 78 bezeichnet Mittels der veränderlichen Widerstände 74 bzw. 77 kann die Einschaltschwelle der Verstärker 56 bzw. 57 eingestellt werden. In den Ausgangskreisen der Verstärker 56 und 57 befinden sich die Relais 56a und 57a. a ist ein Hilfsrelais mit parallelgeschalteter Signallampe L\. 51 und 52 sind Relaiskontakte.processing capacitors, 72 is a fuse. The base series resistor of the first amplifier 56 is denoted by 73, the associated base-emitter resistor by 74 and the Zener diode connected in parallel to the latter resistor by 75 77 the switch-on threshold of amplifiers 56 and 57 can be set. Relays 56a and 57a are located in the output circuits of amplifiers 56 and 57. a is an auxiliary relay with a signal lamp L \ connected in parallel. 51 and 52 are relay contacts.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Bei erdschlußfreiem Polradkreis der Synchronmaschine SM fließt der Strom /i = h entsprechend der Spannung an der Rotorwicklung 11 des Übertragers 1 und der Größe des Widerstandes Ä|. Der diesem Strom entsprechende Strom /in der Statorwicklung 6 des Übertragers 1 bewirkt am Widerstand 58 einen entsprechenden Spannungsabfall, der über den Gleichrichter 60 den Verstärker 57 derart steuert, daß das Relais 57a erregt wird und dessen Anker anzieht Damit wird über die Kontakte 52 signalisiert daß die Einrichtung betriebsbereit und kein Erdschluß vorhanden ist Tritt an der Stelle A der Erregerwicklung E ein Erdschluß auf, so fließt durch R2 und D auch ein Strom h, und es ist /3 = /| + I2. Der in der Statorwicklung 6 des Übertragers 1 fließende Strom / und der Spannungsabfall am Widerstand 58 werden größer. Dieser Spannungsabfall steuert nun auch den entsprechend voreingestellten Verstärker 56 so, daß das Relais 56a ebenfalls erregt und dessen Anker angezogen wird. Die Kontakte 51 signalisieren den Erdschluß.The mode of operation is as follows: When the pole wheel circuit of the synchronous machine SM is free from earth faults, the current / i = h flows according to the voltage on the rotor winding 11 of the transformer 1 and the size of the resistor λ |. The current corresponding to this current / in the stator winding 6 of the transformer 1 causes a corresponding voltage drop at the resistor 58, which controls the amplifier 57 via the rectifier 60 in such a way that the relay 57a is excited and its armature picks up the device is ready for operation and there is no earth fault. If an earth fault occurs at point A of the excitation winding E , a current h also flows through R 2 and D , and / 3 = / | + I 2 . The current flowing in the stator winding 6 of the transformer 1 and the voltage drop across the resistor 58 become greater. This voltage drop now also controls the correspondingly preset amplifier 56 so that the relay 56a is also excited and its armature is attracted. The contacts 51 signal the earth fault.

Erscheint der Erdschluß nicht an der Stelle A, sondern irgendwo längs der Erregerwicklung £, z. B. an der Stelle X, so ist die am Widerstand R2 anstehende Spannung gleich der Summe der an der Erregerwicklung E zwischen den .Punkten A und X vorhandenen Spannung und der vom Gleichrichter 61 gelieferten Spannung. I2 ist nun wieder größer als bei Erdschluß an der Stelle A, und auch in diesem Fall wird das Relais 56a erregt und signalisiert über die Kontakte 51 den Erdschluß. Um bei großen Spannungswerten zwischen den Punkten A und X eine thermische Überlastung der Widerstände R\ und R2 und des Gleichrichters 61 zu vermeiden, sind die Sicherungen S1 und S2 vorgesehen. Erreicht der Strom /2 einen gewissen Wert, so geht zuerst die Sicherung Si und anschließend auch die Sicherung S2 durch. Der Strom /3 in der Rotorwicklung 11 des Übertragers 1 wird Null und damit auch, bis auf den Magnetisierungsstrom, der Strom /. Die beiden Transistoren 56 und 57 sperren, und die Relais 56a und 57a fallen ab. Dieser Zustand der beiden Relais signalisiert wiederum einen Erdschluß oder einen Defekt an den Sicherungen. Es könnte der Fall eintreten, daß ein Erdschluß auftritt, anschließend jedoch aus mechanischen Gründen die Sicherung S2 defekt wird. Um zu verhindern, daß nun die Erdschlußanzeige wieder verschwindet, ist der Widerstand R2 so dimensioniert, daß der darin fließende Strom /2 schon allein genügt, um beide Relais zum Ansprechen zu bringen. Es besteht somit folgender Zusammenhang zwischen dem Zustand der Relais 56a und 57a und der Tatsache eines Erdschlusses sowie dem Zustand der Sicherungen:If the earth fault does not appear at point A, but somewhere along the field winding £, z. B. at point X, the voltage applied to resistor R 2 is equal to the sum of the voltage present on excitation winding E between .Points A and X and the voltage supplied by rectifier 61. I 2 is now greater again than in the case of an earth fault at point A, and in this case too the relay 56a is excited and signals the earth fault via the contacts 51. In order to avoid a thermal overload of the resistors R 1 and R 2 and of the rectifier 61 at high voltage values between the points A and X , the fuses S 1 and S 2 are provided. If the current / 2 reaches a certain value, the fuse Si first blows and then the fuse S 2 as well. The current / 3 in the rotor winding 11 of the transformer 1 becomes zero and thus also, with the exception of the magnetizing current, the current /. The two transistors 56 and 57 block, and the relays 56a and 57a drop out. This state of the two relays in turn signals a ground fault or a defect in the fuses. It could be the case that a ground fault occurs, but then fuse S2 is defective for mechanical reasons. In order to prevent the earth fault indication from disappearing again, the resistor R 2 is dimensioned in such a way that the current / 2 flowing in it alone is sufficient to make both relays respond. There is therefore the following relationship between the state of relays 56a and 57a and the fact of an earth fault and the state of the fuses:

Relais Zustand der FeldwicklungRelay state of the field winding

56a 57 j und der Sicherungen56a 57j and the fuses

abgefallen angezogen
angezogen angezogen
abgefallen abgefallenfallen off attracted
dressed dressed
fallen away

kein Erdschluß,
Sicherungen intakt
Erdschluß ohne oder mit
Sicherung defekt
Erdschluß und/oder
Sicherungen defektno earth fault,
Fuses intact
Earth fault with or without
Defective fuse
Earth fault and / or
Defective fuses

Beim asynchronen Anlauf von Synchronmotoren und asynchronem Lauf von Motoren und Generatoren werden in der Polradwicklung der Synchronmaschine rela-With asynchronous starting of synchronous motors and asynchronous running of motors and generators in the rotor winding of the synchronous machine

]5 ti ν hohe Spannungen induziert. Tritt während eines solchen Betriebszustandes im Polradkreis ein Erdschluß auf, so hat diese Spannung in den Widerständen R\, R2 und im Gleichrichter 61 entsprechende Ströme zur Folge. Die Sicherungen Si und S2 schützen diese Elemente wiederum vor schädlicher Erwärmung. Die Diode D hat ] 5 ti ν induces high voltages. If an earth fault occurs in the pole wheel circuit during such an operating state, this voltage results in corresponding currents in the resistors R 1, R 2 and in the rectifier 61. The fuses Si and S 2 in turn protect these elements from harmful heating. The diode D has

dabei die Aufgabe, die Sperrspannung am Gleichrichter 61 zu begrenzen, bis die Sicherungen den Stromkreis unterbrochen haben.thereby the task of limiting the reverse voltage at the rectifier 61 until the fuses close the circuit have interrupted.

Die vorgeschlagene Einrichtung weist alle vorteilhaften Eigenschaften auf, wie sie auch in der DE-OS 25 09 002 erwähnt sind: Informationsübertragung mittels Stromschritte auf hohem Leistungsniveau, deshalb weitgehend herabgesetzte Empfindlichkeit gegen Störeinflüsse; Informationsübertragung unabhängig vonThe proposed device has all the advantageous properties, as they are in the DE-OS 25 09 002 are mentioned: Information transmission by means of current steps at a high level of performance, therefore largely reduced sensitivity to interference; Information transfer independent of

J0 Drehzahl und, speziell im beschriebenen Fall, keine Beeinflussung durch die Kapazitäten und den Strom der Erregerwicklung; da die Einrichtung nach dem Ruhestromprinzip arbeitet, erfolgt bei ihr eine Selbstüberwachung. J 0 speed and, especially in the case described, no influence by the capacities and the current of the excitation winding; Since the device works according to the closed-circuit principle, it is self-monitoring.

In Fig. 7 der DE-OS 25 09 002 ist als Beispiel die Schaltung der Relaiskontakte 51 und 52 für die Signalisierung von Erdschlüssen und Sicherungsdefekten mittels Signallampe und eines Hilfsrelais für Fernanzeige angegeben. Besteht kein Erdschluß und sind die Sicherungen intakt, so brennt die Lampe Lu und das Relais a ist erregt.In Fig. 7 of DE-OS 25 09 002, the circuit of the relay contacts 51 and 52 for signaling earth faults and fuse defects by means of a signal lamp and an auxiliary relay for remote display is given as an example. If there is no earth fault and the fuses are intact, the lamp Lu burns and the relay a is energized.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Einrichtung zur Erdschlußüberwachung des Polradkreises einer schleifringlosen Synchronmaschine mit einem umlaufenden Übertrager, dessen Rotor mit dem Rotor der Synchronmaschine mechanisch gekuppelt ist, und auf dem Rotor der Synchronmaschine montierte Elemente zur Detektierung von Erdschlüssen aufweist, wobei ein an die Statorwicklung des umlaufenden Übertragers angeschlossenes Gerät vorgesehen ist, das die übertragene Erdschlußinforination auswertet und zur Anzeige bringt, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Rotor der Synchronmaschine (SM) montierten Elemente umfassen eine erste Serienschaltung aus einer ersten Sicherung (Si), einem ersten Widerstand (Äi) und einer zweiten Sicherung (S2), wobei die gesamte Serienschaltung parallel zur gleichgerichteten (61) und einseitig geerdeten Spannung an der Rotorwicklung (11) des Drehübertragers (1) liegt, zwischen dem Verbindungspunkt der ersten Sicherung (Si) mit dem ersten Widerstand (Ri) und einem Ende der Erregerwicklung (E) der Synchronmaschine (SMJ eine Serienschaltung aus einem zweiten Widerstand (R2) und einer Diode (D) geschaltet ist, und daß das an die Statorwicklung (6) des Drehübertragers (1) angeschlossene Steuergerät (33) gleichzeitig auch die zum Betrieb der gesamten Einrichtung erforderliche Speisespannung liefert.1. Device for earth fault monitoring of the rotor circuit of a slip-ringless synchronous machine with a rotating transformer, the rotor of which is mechanically coupled to the rotor of the synchronous machine, and has elements mounted on the rotor of the synchronous machine for the detection of ground faults, with a device connected to the stator winding of the rotating transformer is provided which evaluates the transmitted earth fault information and displays it, characterized in that the elements mounted on the rotor of the synchronous machine (SM) comprise a first series circuit of a first fuse (Si), a first resistor (Äi) and a second fuse (S 2 ), where the entire series circuit is parallel to the rectified (61) and unilaterally earthed voltage on the rotor winding (11) of the rotary transformer (1), between the connection point of the first fuse (Si) with the first resistor (Ri) and a End of the excitation winding (E) of the Sy nchron machine (SMJ a series circuit of a second resistor (R 2 ) and a diode (D) is connected, and that the control unit (33) connected to the stator winding (6) of the rotary transformer (1) is also the one required to operate the entire device Supply voltage supplies. 2. Einrichtung nach Anspruch t, gekennzeichnet durch einen im Stromkreis der Statorwicklung (6) des Drehübertragers (1) liegenden und zum Steuergerät (33) gehörenden dritten Widerstand (58), dessen Spannungsabfall über einen Gleichrichter (60) parallel zwei Verstärkerelemente (56, 57) steuert, in deren Ausgangskreis je ein Signalrelais (56a, 57a/ liegt2. Device according to claim t, characterized by one in the circuit of the stator winding (6) of the rotary transmitter (1) and the control device (33) belonging third resistor (58), whose Voltage drop across a rectifier (60) controls two amplifier elements (56, 57) in parallel, in the output circuit of which is a signal relay (56a, 57a /) 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstärkerelemente (56,57) einstellbare Anspruchschwellen haben.3. Device according to claim 2, characterized in that the two amplifier elements (56,57) have adjustable thresholds. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine solche Anspruchschwellen-Einstellung der Verstärker-Elemente (56,57), daß bei erdschlußfreiem Polradkreis der Synchronmaschine der Spannungsabfall am dritten Widerstand (58) ausreichend ist, um eines der beiden Verstärkerelemente (57) stromführend zu machen, während das andere Verstärkerelement (56) gesperrt ist, und daß bei einem Erdschluß der Erregerwicklung (E) der Synchronmaschine der Strom in der Rotorwicklung (11) des Drehübertragers (1) infolge des zusätzlichen Erdstromes (I2) durch den zweiten Widerstand (R2) zunimmt und somit auch der Strom in dem durch an die Statorwicklung (6) des Drehübertragers (1) angeschlossenen dritten Widerstand (58) soweit zunimmt, daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand jetzt ausreichend ist, um auch das zweite Verstärkerelement (56) leitend zu steuern.4. Device according to claim 3, characterized by such a claim threshold setting of the amplifier elements (56,57) that when the pole wheel circuit of the synchronous machine is free from ground faults, the voltage drop across the third resistor (58) is sufficient to make one of the two amplifier elements (57) live to make while the other amplifier element (56) is blocked, and that in the event of a ground fault in the field winding (E) of the synchronous machine, the current in the rotor winding (11) of the rotary transformer (1) due to the additional earth current (I 2 ) through the second resistor (R 2 ) increases and thus the current in the third resistor (58) connected to the stator winding (6) of the rotary transformer (1) increases so much that the voltage drop across this resistor is now sufficient to also activate the second amplifier element (56 ) to control. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand (Ri) so dimensioniert ist, daß der darin nach Erde fließende Strom (h) schon allein genügt, um beide Verstärkerelemente (56, 57) bzw. die in ihren Ausgangskreisen liegenden Relais (56a, Ha) zum Ansprechen zu bringen.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second resistor (Ri) is dimensioned so that the current (h) flowing therein to earth is sufficient by itself to control both amplifier elements (56, 57) or the to trigger relays (56a, Ha) located in their output circuits. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erdschlußdetektierenden Elemente (Si, S2, Rt, R2,61, D) auf der Tragkonstruktion der Gleichrichterbrücke (GB) der Synchronmaschine montiert sind.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the earth fault detection elements (Si, S 2 , Rt, R 2 , 61, D) are mounted on the supporting structure of the rectifier bridge (GB) of the synchronous machine.
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