DE2833715A1

DE2833715A1 - Anordnung zur erdschlusserfassung bei elektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2833715A1
Application number: DE19782833715
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Bajorat; Klaus-Guenther Dipl Ing Jordan
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-07-28
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1980-02-07
Also published as: SE7906302L; JPS5523793A

Description

Anordnung zur Erdschlußerfassung bei elektrischen Maschinen
Die Erfindung bertifft eine Anordung zur Erdschlußerfassung bei elektrischen Wechselstrommachinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannt sind solche Schutzeinrichtungen gegen Erdschlüsse der Drehstromwicklung, die sich über das Gehäuse zur Erde ausbilden für die sich die Bezeichnung Differenziaischutz eingebürgert hat und die über Stromwandler ein Erdschlußrelais betätigen, welches über den Maschinenhauptschalter die Maschine vc Netz trennt. Diese Einrichtung ist aber nicht empfindlich genug, so daß oft die Abschaltung so spät erfolgt, daß die Drehstromwicklung bereits verbrannt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es,-eine erstens weniger aufwendige und zweitens wesentlich empfindlichere Schutzeinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der oben angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkamle des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit dieser Anordnung, die bereits bei sehr kleinen Erdströmen anspricht, im allgemeinen bei 0,1% x IN (Nennstrom), ist es möglich, eine so rechtzeitige Abschaltung vorzunehmen, daß praktisch ein absoluter maschinenschutz gegen Erischlüsse erreichbar ist. Aufgrund der Wirkungsweise des magnetischen Spannungsmessers erfolgt die Stromerfassung vorteilhaft berührungslos und wegen des eisenlosen Aufbaus ist auch keine Sättigungsempfindlichkeit, z.B. bei Überströmen, und keine magnetische und elektrische Störbeeinflussung gegeben.
Weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, wobei Figur 1 den gesamten Aufbau der Schutz anordnung schematisch wiedergibt und Figur 2 einen Querschnitt durch den Spannungsinesser mit der Toroidspule senkrecht zu deren Achse und zu der Kreisringform des Spannungsmessers zeigt.
In Figur 1 ist mit 1 das Gehäuse, mit 3 die den Rotor tragende Welle und mit 4 der Klemmenkasten der elektrischen Maschine bezeichnet. Um das vom Klemmenkasten 9 zum Leistungsschalter 6 führende Maschinenkabel 5 herum ist der magnetische Spannungsmesser 2 angeordnet. Dieser besteht aus einer :.
träger 21, einem äußerst genau bearbeiteten flachen Hohlzylinderteil aus Keramik oder Glas, also Werkstoffen, die unmagnetisch und sehr formbeständig sind und eine geringe Wärmedehnungszahl aufweisen. Dieser Körper trgt eine Totoidwicklung, die mit sehr genauer Teilung hergestellt ist und deren Runde kapazitätsarm in der Mitte des Querschnitts des Wicklungsträgers wieder zu ihrem Anfang zurück geführt ist. Diese Spule weist praktisch keine inhomogenen Wicklungsbereiche auf, die durch magnetische Abschirmung feldfri gehalten werden müßten. Diese magnetischen Abschimmungen verlieren namlich durch Sättigung bei höheren Strömen ihre Wirkung; daher kann der erfindungsgemäß verwendete magnetische Spannungsmesser sehr hohe Ströme ohne steigenden Fehler messen und er mißt praktisch in idealer 'æleise slag;-unabhan Lg die magnetische Spannung um den ihn durchfließenden Strom. Sein Einsatz ist praktisch nur durch die Spannungsfestigkeit, nämlich gegen E = M . di / dt begrenzt (M = Gegeninduktivität).
Die gesamteToroidwicklung ist dabei gegen äußere elektrische Störspannungen so geschirmt, daß dadurch keine Kurzschlußwindungen entstehen.
Die beiden Enden der Toroidwicklung sind an einen Lntegrationsverstärker 10 angeschlossen, welcher über ein Relais 11 den Leistungsschalter 6 im Gefahrenfall betätigt. Die Auslösung des Relais 11 erfolgt zweckmäßig über ein Schwellwertglied. In Figur 1 ist noch durch den Blitzpfeil der Erdschluß einer Phasenwicklung angedeutet, von Klemme U zum Gehäuse und zur Erde, sowie strichliert der Erdstrom der sich über den geerdeten netzsternpunkt 15, den netztrafe 7 und den Leistungsschalter 6 wieder zur Klemmenkasten 9 schließt. Es ist selbstverständlich, daß ein gegebenenfalls vorhandener Sternpunktleiter ebenfalls durch den magnetischen Spannungsmesser 2 hindurchgeführt werden muß, damit die Summe der von diesem erfaßten Strömewieder gleich iErd = iu+iv+iw+io ost, wobei io der Strom im Sternpunktleiter ist.
Mit dieser Anordnung erfolgt praktisch die Erdstromerfassung bereits ab einem Schwellwert in der Entstehungsphase desselben, so daß evtl. bereits Kriechströme zwischen Wicklung und Gehäuse verhindert werden können, auf jeden Fall aber ein sich ausbildender Lichtbogen, und es ist daher eine vorzügliche Anwendbarkeit für die Erfordernisse explosionsgeschützter Maschinenausbildung gegeben.
Eine ander oder zusätzliche Möglichkeit der Signalerkennung bzw. - bildung ist, anstelle des Signals des Integrationsverstärkers 10 das Signal eines Verstärkers 12 zu verwenden, dessen Ausgangssignal dann proportional diErd / dt ist. Da in der Entstehungsphase des Erdschlußstromes auf jeden Fall keine ausgeprägte sin-Form desselben vorliegt, dieser sich eher mehr sprunghaft ändert, könnte dieses Signal stark genug das vom Kabel 5 ausgehende Störsignal, das in der Toroidwicklung aufgrund deren zwar minimaler, jedoch nicht gänzlich vermidbarer Unsymmetrien in dieser Störspannungen erzeugt, überragen, und zwar auch das jenige beim Ausschalten der elektrischen Maschine, so daß es als Kriterium für die Auslösung, daß heißt das Abschalten der elektrischen Maschine, dienen kann.
Das Störsignal kann insbesondere durch ein koaxial und wegen er dann am besten zu erzielenden Störsignalunterdrückung konzentrisch zum magnetischen Spannungsmesser 2 angeordnetes, insbesondere als magnetische Abschirmung dienendes Metallrohr 18 entsprechend Figur 3 vom Spannungsmesser 2 abgeschirmt werden, das eine Länge hat, die etwa der außendurchmesser des spannungsmessers 2 entspricht.
Am geringsten sind die vom Kabel 5 hervorgerufenen Störspannungen, wenn dieses ein Koaxialkabel ist, wenigstens j Bereich des Rohres. Verwendet man solch ein Koaxialkabelstück in diesem Bereich, hat man allerdings den Nachteil von zusätzlichen Klemmverbindungen zu den übrigen Kabelstücken o.ä. und auch die technische Realisierbarkeit erscheint doch etwas kompliziert, zumindest aufwendig.
Aus i r 2, in der alle Kanten bis auf die des Teils 22 umlaufend sind, sind Einzelheiten des magnetischen Spannungsmessers ersichtlich. Es ist dort mit 21 der hoch nnau it Toleranzen von etwa + 2.10-4 aus unmagnetischem, elektrisch nicht leitendem Material geringer Wärmedehnung, wie Glas oder insbesondere keramik hergestellte Wicklungsträger, auf den die toroidwicklung einlagig mit öußerst genamer Teilung (die maximale Abweichung beträgt weniger auch 10 Winkelminuten in Altgrad gemassen) gewickelt ist, mit 23, 24 und 25 die elektrische Abschirmung, mit 26 die Abieckplatten, vorzugsweise aus Hartgewebe und mit 22 einer der Arretierungsstege bezeichnet, die den Wicklungsträger 21 einschließlich Tereidwicklung innerhalb des durch die Abschirmringe und die Abdeckplatten gebildeten Gehäuses des Spannungsmesser festlegen. Innerhalb eines Schlitzes 27 des Wicklungsträgers ist vien mitting zu dessen Querschnitt das Ende der Toroidwicklung wieder zu deren Anfang zu einer am äußeren Umfang des radial äußeren Abschirmringes 23 angebrachten Koaxial-Gerätebuchse (nicht dargestellt) kapazitätsarm zurückgeführt (Draht. 28. Die Abschimmringe 23, 24 und 25 sind jeweils an einer Steile durchgehend geschlitzt, wie es aus Figur 2 ersichtlich ist, um eine Kurzschlußwindung zu bilden. Das Gehäuse wird dadurch zusammengehalten, daß die Abdeckplatten 26 mit den Abschimmringen 23 und 24 verschraubt sind.
Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Erfassung von z.B.
durch unsymetrische Ausbildung des Statorrückens hervorgerufenen Tellen- oder Lagerströmen. Zur Erfassung derselben würde der magnetische Spannungsmesser 2 um die Welle 3 herum angeordnet sein.
Ein miterer Anwendungsfall des magnetischen Spannungsmesser ist die Erfassung vagabundierender Ströme in elektrisch leitenden Konstruktions- oder Gebäudeteilen. Wolche Größere kännen infolge Widerstandserwärmung und Korvesion durch Stromfluß Schöden hervorzufen. Aufgrund der Empflindlichkeit des magnetischen Spannungsmessers können auch solche Ströme wahrgenommen wesien und Schälen durch gegeignete banliche oder kostruktive Maßnahmen vorgebeurt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Hochempfindliche Anordnung zur Erdschlußerfassung von Bauteilen und zum Schutz gegen Erdströme elektrischer echselstrommaschinen gekennzeichnet durch einen kreisringförmingen magnetischen Spannungsmesser, der aus einer zum Zentrum des Kreisringes radial mit äußerst genauer Teilung, d.h. konstanter Windungsdichte um einem äußerst genau hergestellen und sehr formbeständigen kreisringförmigen Wicklungsträger (21) vernachlässigbarer Wärmelehnung gewickelten, als Gegeninduktivität genau bestimmbarer Größe wirkenden einlagigen Toroidwicklung besteht, deren Ende innerhalb des Wicklungsträgers kapazitätsarm zu ihrem Anfang zurückgeführt ist, die durch eine elektrische Schirmung gegenüber äußeren Störspannungen geschützt ist,durch die minlestens der Erdstrom beruhrungsles hindurchgeführt ist und der ein Integrationsverstärker (10) und/oder ein Verstärker (12) nachgeschaltet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger (21) aus einem Material sehr kleiner Wärmedehnung besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger aus Glas Keramik besteht.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von Wicklungs-Gehäuse-Erdischlüssen das Netzanschlußkabel (5) der elektrischen Maschine einschließlich eines etwa vorhenienen Sternpunktleiters durch den magnetischen Spannungsmesser (2) hindurchführt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet iiir:h die Anwendung bei der Erfassung der Lagerströme bei elektrischen maschine, indem der magnetische Spannungsmesser berührungslos um die Welle (3) der elektrischen Maschine herum angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anwendung bei der Messung vagabundierender Ströme in elektrisch leitenden Konstruktions- oder Gebäudeteilen.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetische Abschirmung ein Metallrohr (18) von einer Länge etwa gleich dem Außendurchmesser des magnetischen Spannungsmessers (2) kennzeichnet zwischne Maschinenkabel (5) und dem Spannungsmesser (3) angeordnet ist.
8. Anordnung nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens im Bereich des spannetrehen Spannungsmessers (3) mitting zu dieses angeordent ein als Koaxialkabel augeführtes Stück des Maschinenkabels (5) liegt, dessen Länge etwa bleich der Außendurchmesser des magnetischen Spannungsmessers ist.