DE3216864C2

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Info

Publication number: DE3216864C2
Application number: DE3216864A
Authority: DE
Inventors: Mark Ja. Pavlodar Su Klezel; Valentin E. Sverdlovsk Su Poljakov; Aleksandr N. Novosilov; Ivan N. Pavlodar Su Soloducin; Jakov S. Ekibastus Su Tsepeljuk; Dmitrij F. Ermak Su Bajda
Original assignee: PAVLODARSKIJ INDUSTRIAL'NYJ INSTITUT PAVLODAR SU
Current assignee: PAVLODARSKIJ INDUSTRIAL'NYJ INSTITUT PAVLODAR SU
Priority date: 1981-05-06
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1988-06-16
Also published as: DE3216864A1; FR2505570A1; FR2505570B1; SU1046826A1; JPS57211933A

Description

Die Erfindung betrift eine Vorrichtung zum Schutz elektrischer Drehstrommaschinen vor Kurzschlüssen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for protecting electrical Three-phase machines against short circuits according to the preamble of Claim 1.

Eine solche Vorrichtung zum Schutz elektrischer Drehstrom maschinen vor Kurzschlüssen ist aus G. G. Gimojan, "Relaisschutz von Bergwerks-Elektroanlagen", Moskau, Verlag Netra, 1978 bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt drei mit den entsprechenden Phasen einer elektrischen Drehstrommaschine gekoppelte Strom wandler, eine an die Stromwandler angeschlossene Einrichtung zur Bestimmung des Stromwertes der Gegenkomponente der Phasen ströme, eine Einrichtung zum Vergleichen des Stromwerts der Gegenkomponente der Phasenströme mit dem Stromwert der Gegen komponente im fehlerfreien Betrieb, eine Einrichtung zur Abgabe eines Abschaltsignals bei Überschreiten dieses Stromwerts sowie eine Einrichtung zum Abschalten der Drehstrommaschine vom Ver sorgungsnetz beim Auftreten von Abschaltsignalen. Bei dieser Einrichtung treten jedoch auch im fehlerfreien Betrieb die aus den Phasenströmen ausgesonderten Stromgegenkomponenten auf. Beim Anlassen der Drehstrommaschine erreichen die Gegenkom ponenten Stromwerte, die mit den bei Windungsschlüssen bestimm ten Stromwerten der Gegenkomponenten vergleichbar sind. Dies macht jedoch eine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit der Schutzvorrichtung erforderlich. Da diese Vorrichtung nur lang sam anspricht, führen Windungsschlüsse in der Ständerwicklung der elektrischen Drehstrommaschine zu keiner sofortigen Ab schaltung, wodurch Phasenschlüsse und z. B. eine Beschädigung der Ständerwicklung eintreten können.Such a device for the protection of electrical three-phase current machines from short circuits is from G. G. Gimojan, "Relay Protection of mining electrical systems ", Moscow, publisher Netra, 1978 known. This device comprises three with the corresponding ones Phases of a three-phase electric machine coupled electricity transformer, a device connected to the current transformers to determine the current value of the opposite component of the phases currents, a device for comparing the current value of the Counter component of the phase currents with the current value of the counter component in error-free operation, a device for delivery a shutdown signal when this current value is exceeded and a device for switching off the three-phase machine from the Ver supply network when shutdown signals occur. At this However, the facility also exit in error-free operation the phase currents separated current counter components. When the three-phase machine is started, the oncoming comms components current values, which determine with those at short-circuit turns th current values of the counter components are comparable. This however makes a reduction in the responsiveness of the Protective device required. Because this device is only long speaks to, lead turns in the stator winding the electric three-phase machine to no immediate ab circuit, whereby phase shifts and z. B. damage the stator winding can occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Ansprechempfindlichkeit bei weitgehender Vermeidung von Fehlauslösungen zu erhöhen.The invention has for its object in a device the type mentioned in the response sensitivity to largely avoid false triggering.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.This task is characterized by the characteristic features in the Claim 1 solved.

Aus der CH-PS 1 02 629 ist eine Schutzeinrichtung für Wechsel strommaschinen bekannt, die von verstärkten Streufeldern der Wechselstrommaschine bei Überschreitung zulässiger Stromstärken Gebrauch macht und bei der Spulen von den Streufeldern der Ständerwicklungsköpfe durchsetzt werden. In diesen Spulen wer den bei Kurzschlüssen Ströme induziert, die einen Auslöse mechanismus zur Beseitigung der Kurzschlüsse betätigen. Aus der CH-PS 1 16 944 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, die Spulen innerhalb oder außerhalb der Wicklungsköpfe koaxial zur Maschinenachse anzuordnen.CH-PS 1 02 629 is a protective device for changing Electricity machines known by the stray fields of the AC machine when permissible current strengths are exceeded Makes use of the stray fields of the Stator winding heads are penetrated. In those coils who which induces currents in the event of short circuits, which triggers Operate the mechanism to eliminate the short circuits. In this context it is known from CH-PS 1 16 944 the coils inside or outside the winding heads coaxially to be arranged to the machine axis.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erfassung von Win dungsschlüssen in der Ständerwicklung einer elektrischen Drehstrommaschine im Zeitpunkt ihres Auftretens, wodurch die Empfindlichkeit erhöht und das Ansprechverhalten der Vorrichtung verbessert werden können.The present invention enables the detection of Win short circuits in the stator winding of an electrical Three-phase machine at the time of its occurrence, causing the Sensitivity increases and the responsiveness of the device can be improved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet,Advantageous embodiments of the device according to the invention are marked in the subclaims

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt.The invention will now be described with reference to the drawing explained. It shows.

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstrommaschine vor Kurzschlüssen; Fig. 1 is a block diagram of a device for protecting a three-phase electric machine against short-circuits;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Einrichtung zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK, wobei Magnetflußgeber an die Spulengruppen einer Phase angeschlossen sind; Fig. 2 is a block diagram for explaining the means for summing and forming magnetic fluxes in EMK, wherein Magnetflußgeber are connected to the coil groups of one phase;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Einrichtung zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK, wobei die Magnetflußgeber an die Spulengruppen verschiedener Phasen angeschlossen sind; Fig. 3 is a block diagram for explaining the means for summing and forming magnetic fluxes in electromotive force, wherein the Magnetflußgeber are connected to the coil groups of different phases;

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild des Magnetflußgebers; Fig. 4 is a schematic diagram of the Magnetflußgebers;

Fig. 5 eine Anordnung der Magnetflußgeberwicklungen in bezug auf die Spulengruppen und die Drehachse des Läufers der elektrischen Drehstrommaschine; FIG. 5 shows an arrangement of the Magnetflußgeberwicklungen with respect to the coil groups and the rotational axis of the rotor of the electric three-phase machine;

Fig. 6 eine Ansicht in Pfeilrichtung A der Fig. 5. Fig. 6 is a view in the direction of arrow A of Fig. 5.

Die Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstrommaschine vor Kurzschlüssen enthält Stromwandler 1, 2, 3 (Fig. 1), die an entsprechende Phasen 4, 5, 6 angeschlossen sind. Die Phasen 4, 5, 6 enthalten Spulengruppen 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13. Jede Spulengruppe 8, 9, 10, 11, 12, 13 weist Windungen 14 (Fig. 5) in den Stirnteilen der Wicklung des Ständers 15 der Drehstrommaschine 7 auf. Mit den Windungen 14 sämtlicher Spulengruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 ist eine Einrichtung 16 zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK elektromagnetisch verbunden. Die Eingänge 17, 18, 19, 20, 21, 22 geben diese magnetische Kopplung wieder. An die Ausgänge der Stromwandler 1, 2, 3 ist eine Ein richtung 23 zur Bestimmung des Stromwertes der Gegenkomponente der Phasenströme angeschlossen. An die Einrichtung 23 ist eine Einrichtung 24 zum Vergleichen des Stromwertes der Gegenkom ponente der Phasenströme mit dem Stromwert der Gegenkomponente im fehlerfreien Betrieb und an die letztere eine Einrichtung 25 zur Abgabe eines Abschaltsignals angeschlossen. An die Ausgänge der Einrichtung 16, die den freien Anschlüssen 26, 27 von nachfolgend zu erläuternden Aufnehmerspulen entsprechen, ist eine zusätzliche Meß. und Vergleichseinrichtung 28 und an die letztere eine zusätzliche Einrichtung 29 zur Bildung eines weiteren Abschaltsignals angeschlossen. An die Einrichtungen 25 und 29 und an die Phasen 4, 5, 6 ist ein Ausschalter 30 für die elektrische Drehstrommaschine 7 angeschlossen.The device for protecting an electrical three-phase machine against short circuits contains current transformers 1, 2, 3 ( FIG. 1) which are connected to corresponding phases 4, 5, 6 . Phases 4, 5, 6 contain coil groups 8 and 9, 10 and 11, 12 and 13 . Each coil group 8, 9, 10, 11, 12, 13 has turns 14 ( FIG. 5) in the end parts of the winding of the stator 15 of the three-phase machine 7 . A device 16 for summing and reshaping magnetic fluxes in EMF is electromagnetically connected to the turns 14 of all the coil groups 8, 9, 10, 11, 12, 13 . The inputs 17, 18, 19, 20, 21, 22 reproduce this magnetic coupling. A device 23 for determining the current value of the counter component of the phase currents is connected to the outputs of the current transformers 1, 2, 3 . A device 24 for comparing the current value of the counter component of the phase currents with the current value of the counter component in error-free operation is connected to the device 23 and a device 25 for emitting a switch-off signal is connected to the latter. An additional measurement is made at the outputs of the device 16 , which correspond to the free connections 26, 27 of pick-up coils to be explained below. and comparison device 28 and to the latter an additional device 29 for forming a further switch-off signal. A switch 30 for the three-phase electric machine 7 is connected to the devices 25 and 29 and to the phases 4, 5, 6 .

Die Einrichtung 16 (Fig. 1) zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK enthält drei Magnetflußgeber 41, 42, 43 entsprechend der Anzahl der Spulengruppenpaare 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13 in den entsprechenden Phasen 4, 5, 6. Jeder der Magnetflußgeber 41, 42, 43 ist elektromagnetisch mit dem ent sprechenden Spulengruppenpaar 8 und 9 (Phase 4), 10 und 11 (Phase 5), 12 und 13 (Phase 6) verbunden. Die Ausgänge der Magnetflußgeber 41, 42, 43 stellen die Ausgänge der Einrichtung 16 dar.The device 16 ( FIG. 1) for summing and reshaping magnetic fluxes in EMF contains three magnetic flux transmitters 41, 42, 43 corresponding to the number of coil group pairs 8 and 9, 10 and 11, 12 and 13 in the corresponding phases 4, 5, 6 . Each of the magnetic flux transmitters 41, 42, 43 is electromagnetically connected to the corresponding coil group pair 8 and 9 (phase 4 ), 10 and 11 (phase 5 ), 12 and 13 (phase 6 ). The outputs of the magnetic flux sensors 41, 42, 43 represent the outputs of the device 16 .

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Einrichtung 16 (Fig. 1, 3) zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK ist jeder der Magnetflußgeber 41, 42, 43 elektromagnetisch mit dem Spulengruppenpaar 8 und 11 bzw. 9 und 13 bzw. 10 und 12 der verschiedenen Phasen 4 und 5, 4 und 6, 5 und 6 verbunden.In another embodiment of the device 16 ( Fig. 1, 3) for summing and reshaping magnetic fluxes in EMF, each of the magnetic flux transmitters 41, 42, 43 is electromagnetic with the coil group pair 8 and 11 or 9 and 13 or 10 and 12 of the various Phases 4 and 5, 4 and 6, 5 and 6 connected.

Jeder der Magnetflußgeber 41, 42, 43 enthält Aufnehmerspulen 44 und 45 (Fig. 4). Hierbei sind die einen gleichpoligen Anschlüsse der Aufnehmerspulen 44 und 45 an einem Verbindungspunkt 46 zusammengeschlossen, während die anderen gleichpoligen freien Anschlüsse 26, 27 als Ausgänge der Einrichtung 16 dienen.Each of the magnetic flux transmitters 41, 42, 43 contains pickup coils 44 and 45 ( Fig. 4). Here, the one-pole connections of the pick-up coils 44 and 45 are connected together at a connection point 46 , while the other common-pole free connections 26, 27 serve as outputs of the device 16 .

Die Wicklungsachsen 47 (Fig. 5 und 6) beider Aufnehmerspulen 44 und 45 stehen senkrecht zur Drehachse des Läufers 36.The winding axes 47 ( FIGS. 5 and 6) of both pickup coils 44 and 45 are perpendicular to the axis of rotation of the rotor 36 .

Die Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstrommaschine vor Kurzschlüssen funktioniert auf folgende Weise. The device for protecting an electric three-phase machine before short circuits works in the following way.

Es sind folgende hauptsächliche Störungen der Ständerwicklung einer elektrischen Drehstrommaschine bekannt:The main malfunctions of the stator winding are as follows of an electric three-phase machine known:

- Short circuit in the end parts of the stator winding the phases;
- Short circuit between the phases within the stator winding;
- Short circuit between the phases at the output of the electrical Three-phase machine;
- Short circuit between the phases in the cable that the electrical Connects the machine and the switch;
- Doppler closure of the stator winding.

Bei Kurzschlüssen zwischen den Windungen 14 (Fig. 5) und Phasenkurzschlüssen in der Wicklung des Ständers 15, tritt, falls die Zahl der kurzgeschlossenen Windungen 14 größer als 20 bis 30% der Gesamtzahl der Windungen 14 ist, am Ausgang der Einrichtung 23 (Fig. 1) zur Bestimmung des Stromwerts der Ge genkomponente der Phasenströme ein Signal auf. In der Ver gleicheinrichtung 24 wird die Größe dieses Signals mit dem Höchstwert der Stromgegenkomponente verglichen, der aus den Phasenströmen im fehlerfreien Betrieb bestimmt wurde. Hiernach gelangt das Signal in die Einrichtung 25, die ein Abschalt signal für den Ausschalter 30 abgibt.In the event of short circuits between the windings 14 ( FIG. 5) and phase short circuits in the winding of the stator 15 , if the number of short-circuited windings 14 is greater than 20 to 30% of the total number of windings 14 , the output of the device 23 ( FIG. 1) a signal for determining the current value of the Ge counter component of the phase currents. In the comparison device 24 , the magnitude of this signal is compared with the maximum value of the current counter component, which was determined from the phase currents in error-free operation. Thereafter, the signal reaches the device 25 , which emits a switch-off signal for the switch 30 .

Bei Kurzschluß zwischen den Windungen 14 (Fig. 5) des Ständers 15 der Drehstrommaschine 7 werden die Magnetflüsse, die innerhalb der elektrischen Maschine 7 durch die Ströme der Windungen 14 der Spulengruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 der Stirnteile der Wicklung des Ständers 15 der Phasen 4, 5, 6 erzeugt werden, von der Einrichtung 16 summiert und in EMK umgeformt. Von den Ausgängen der Einrichtung 16, die den freien Anschlüssen 26, 27 der Aufnehmerspulen 44, 45 entsprechen, gelangt die EMK in die zusätzliche Meß- und Vergleichseinrichtung 28. In der Einrichtung 28 wird sie mit dem Höchstwert der EMK verglichen, der im fehlerfreien Betrieb ermittelt wurde. Da die EMK an den Ausgängen der Einrichtung 16 bei dieser Kurzschlußart größer als der erwähnte Höchstwert ist, tritt am Ausgang der Einrich tung 28 ein Signal auf, welches in die Einrichtung 29 gelangt, die ein weiteres Abschaltsignal für den Ausschalter 30 abgibt.In the event of a short circuit between the turns 14 ( FIG. 5) of the stator 15 of the three-phase machine 7 , the magnetic fluxes within the electrical machine 7 due to the currents of the turns 14 of the coil groups 8, 9, 10, 11, 12, 13 of the end parts of the winding of the stator 15 of the phases 4, 5, 6 are generated, summed up by the device 16 and converted into EMF. From the outputs of the device 16 , which correspond to the free connections 26, 27 of the pick-up coils 44, 45 , the EMF reaches the additional measuring and comparison device 28 . In the device 28 , it is compared with the maximum value of the EMF, which was determined in error-free operation. Since the EMF at the outputs of the device 16 in this type of short circuit is greater than the maximum value mentioned, a signal occurs at the output of the device 28 which enters the device 29 , which emits a further switch-off signal for the switch 30 .

Beim Summieren von Magnetflüssen einzelner Spulengruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 gemäß den Fig. 2 bis 6 funktioniert die Ein richtung 16 in folgender Weise.When adding magnetic fluxes of individual coil groups 8, 9, 10, 11, 12, 13 according to FIGS. 2 to 6, the device 16 works in the following manner.

In dem einen Fall stammt der Magnetfluß von den Spulen gruppenpaaren 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13 (Fig. 1, 2). Das Signal von den Gruppen 8 und 9 gelangt über die Eingänge 17 und 18 an den Magnetflußgeber 41, das von den Gruppen 10 und 11 über die Eingänge 19 und 20 an den Magnetflußgeber 42 und das von den Gruppen 12 und 13 über die Eingänge 21, 22 an den Ma gnetflußgeber 43. Dadurch tritt an den Ausgängen der Einrichtung 16 bzw. den freien Anschlüssen 26 und 27 der Aufnehmerspulen 44 und 45 eine EMK auf, die größer als der Höchstwert der EMK ist, der an diesen Ausgängen im fehlerfreien Betrieb erzeugt wird.In one case, the magnetic flux comes from the coil groups 8 and 9, 10 and 11, 12 and 13 ( Fig. 1, 2). The signal from groups 8 and 9 passes through inputs 17 and 18 to magnetic flux sensor 41 , that from groups 10 and 11 via inputs 19 and 20 to magnetic flux sensor 42, and from groups 12 and 13 via inputs 21, 22 to the magnetic flux transmitter 43 . As a result, an EMF occurs at the outputs of the device 16 or the free connections 26 and 27 of the pick-up coils 44 and 45 , which is greater than the maximum value of the EMF that is generated at these outputs in error-free operation.

In dem anderen Fall stammt der Magnetfluß von den Spulengrup penpaaren 8 und 11, 9 und 13, 10 und 12 (Fig. 3). Das Signal von den Gruppen 8 und 11 gelangt über die Eingänge 17 und 20 an den Magnetflußgeber 41, das von den Gruppen 9 und 13 über die Eingänge 18 und 22 an den Magnetflußgeber 42 und das von den Gruppen 10 und 12 über die Eingänge 19 und 21 an den Magnet flußgeber 43. Hiernach funktioniert die Einrichtung 16 analog zum oben beschriebenen Fall.In the other case, the magnetic flux comes from the Spulengrup penpaare 8 and 11, 9 and 13, 10 and 12 ( Fig. 3). The signal from groups 8 and 11 passes through inputs 17 and 20 to magnetic flux sensor 41 , that from groups 9 and 13 via inputs 18 and 22 to magnetic flux sensor 42 and from groups 10 and 12 via inputs 19 and 21 to the magnetic flux transmitter 43 . Thereafter, the device 16 functions analogously to the case described above.

Die Wirkungsweise eines der Magnetflußgeber 41, 42, 43 wird am Beispiel des Magnetflußgebers 41 erläutert. The operation of one of the magnetic flux sensors 41, 42, 43 is explained using the example of the magnetic flux sensor 41 .

Die Aufnehmerspulen 44 und 45 (Fig. 4 bis 6) werden vom Magnetfluß durchsetzt, der durch die Spulengruppen 8 bzw. 9 erzeugt wird. Da die Magnetflüsse der Gruppen 8 und 9 bei Störungen in der Wicklung des Ständers 15 sich größenmäßig wesentlich voneinander unterscheiden, sind auch die in den Aufnehmerspulen 44 und 45 induzierten EMK verschieden groß. Dadurch tritt an den freien Anschlüssen 26, 27 der Aufneh merspulen 44, 45 (die Ausgänge der Einrichtung 16) eine EMK auf, die größer als ihr Höchstwert im fehlerfreien Betrieb ist.The pickup coils 44 and 45 ( FIGS. 4 to 6) are penetrated by the magnetic flux which is generated by the coil groups 8 and 9 , respectively. Since the magnetic fluxes of groups 8 and 9 differ significantly from one another in terms of size in the event of faults in the winding of stator 15 , the EMF induced in pickup coils 44 and 45 are also of different sizes. Characterized occurs at the free connections 26, 27 of the Aufneh merspulen 44, 45 (the outputs of the device 16 ), an EMF that is greater than its maximum value in error-free operation.

Claims

1. Device for protecting three-phase electrical machines against short circuits with the following features:

- A first device for determining the current value of the counter component of the phase currents, which is connected to current converters in the connecting lines of a three-phase machine;
- A second device for comparing the current value of the counter component of the phase currents with the current value of the counter component in error-free operation and for emitting a first switch-off signal when this current value is exceeded;
- A third device for switching off the three-phase electric machine from the supply network when switch-off signals occur;

gekennzeichnet durchmarked by

three magnetic flux fields ( 41, 42, 43 ), each having two pick-up coils ( 44, 45 ) connected in series, the winding axes ( 47 ) of which are arranged perpendicular to the axis of rotation ( 35 ) of the rotor ( 36 ) of the three-phase electric machine ( 7 ), wherein the three magnetic flux sensors ( 41, 42, 43 ) are connected to one another via free connections ( 26, 27 ) of the pickup coils ( 44, 45 ) and wherein the pickup coils ( 44, 45 ) of the magnetic flux sensors ( 41, 42, 43 ) are electromagnetically connected to the Windings ( 14 ) of the end parts of the coil groups ( 8, 9, 10, 11, 12, 13 ) are connected and
- By a fourth device ( 28, 29 ) for comparing the value of the magnetic flux transmitters ( 41, 42, 43 ) in the pickup coils ( 44, 45 ) induced voltage with the value of the induced voltage in error-free operation and for delivering a second shutdown signal if this value is exceeded.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pickup coils ( 44, 45 ) of the magnetic flux transmitter ( 41, 42, 43 ) electromagnetically each with the coil groups ( 8, 9; 10, 11; 12, 13 ) of a phase ( 4, 5, 6 ) are connected.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pickup coils ( 44, 45 ) of the magnetic flux transmitter ( 41, 42, 43 ) electromagnetically each with the coil groups ( 8, 11; 9, 13; 10, 12 ) of different phases ( 4, 5; 4, 6; 5, 6 ) are connected.