DE3634802A1 - Arrangement for selective detection of a short to earth in the rotor circuit of an electric machine - Google Patents

Arrangement for selective detection of a short to earth in the rotor circuit of an electric machine

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Abstract

The invention relates to an arrangement for detecting a short to earth in the rotor circuit of an electric machine in whose rotor circuit a rotor winding (1) has been connected through conductor bars (2, 3) between the poles of an exciter source. In the arrangement according to the invention the rotor circuit is connected through at least one capacitor (8) and an alternating voltage source (7) in series to earth (6). A relay (10) is arranged in the secondary circuit (9.1) of an annular core converter (9), through whose annular core the current bars (2, 3) and the earth wire (5) are carried. The earth wire (5) runs from the earth (6) to the rotor circuit from that side through the annular core of the annular core converter (9), on which it is with respect to the annular core converter (9) connected to the rotor circuit. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selektiven Erfassung eines Erdschlusses im Rotorkreis einer elektrischen Maschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for selective detection an earth fault in the rotor circuit of an electrical machine according to the preamble of claim 1.

Eine solche Einrichtung ist beispielsweise bekannt aus der Such a device is known for example from the

EP-A1-01 31 718. Bei der bekannten Einrichtung sind zur voll­ ständig selektiven Erfassung eines Erdschlusses im Rotorkreis entweder zwei voneinander unabhängige Relais oder ein Relais in Verbindung mit einem Wechselschalter in der Erdleitung erforderlich.EP-A1-01 31 718. In the known device are full constantly selective detection of an earth fault in the rotor circuit either two independent relays or one relay in connection with a changeover switch in the earth line required.

Aufgabe der Erfindung ist, die bekannte Einrichtung zu verein­ fachen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche erfindungsgemäss die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale aufweist.The object of the invention is to combine the known device fold. To solve this problem, an establishment of proposed type, which according to the invention having the features characterized in claim 1.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass ein zweites Relais und/oder ein Wechsel­ schalter in der Erdleitung nicht erforderlich sind. The advantages achieved with the invention are substantial to see that a second relay and / or a change switches in the earth line are not required.  

Weitere Vorteile sowie bevorzugte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung, wie sie auch in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, ergeben sich aus der nachstehenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.Further advantages as well as preferred configurations and further Formations of the invention, as also in the dependent claims are identified from the following Be description of exemplary embodiments, with reference to the attached Drawings are referenced.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erdlei­ tung auf der Gleichstromseite der Erregerquelle an den Rotorkreis angekoppelt ist und Fig. 1 shows an embodiment of the invention in which the Erdlei device on the DC side of the excitation source is coupled to the rotor circuit and

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erdlei­ tung auf der Wechselstromseite der Erregerquelle an den Rotorkreis angekoppelt ist. Fig. 2 shows an embodiment of the invention in which the Erdlei device on the AC side of the excitation source is coupled to the rotor circuit.

Die Fig. 1 und 2 sind Blockschaltbilder, in denen alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Schal­ tungsmerkmale nicht dargestellt sind. In beiden Figuren sind übereinstimmende Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Figs. 1 and 2 are block diagrams in which all not necessary for immediate understanding of the invention scarf respective characteristics are not shown. In both figures, identical parts are provided with identical reference symbols.

In den Figuren ist mit 1 eine Rotorwicklung bezeichnet, welche über Stromschienen 2 und 3 zwischen die Pole einer Erregerquelle 4 geschaltet ist. Rotorwicklung 1 und Erregerquelle 4 bilden zusammen einen Rotorkreis. Die Erregerquelle 4 ist eine Gleich­ stromquelle und als Stromrichter 4.1 ausgebildet, welcher über einen Erregertransformator 4.2 an eine nicht dargestellte Wech­ selspannungsquelle angeschlossen ist. Vom Rotorkreis 1 führt eine Erdleitung 5 gegen Erde 6. In der Erdleitung 5 sind in Reihe eine Wechselspannungsquelle 7 sowie ein oder mehrere Kondensatoren 8 angeordnet. Die Wechselspannungsquelle 7 wirkt in bekannter Weise als Verlagerungsspannungsquelle. Mit 9 ist ein Stromwandler bezeichnet, welcher als Schienen- bzw. Ring­ kernwandler ausgeführt ist. Sein ringförmiger Kern umschliesst sowohl die Erdleitung 5 als auch die Stromschienen 2 und 3 als Primärwicklungen. Alle drei Leitungen sind mit einfacher Windungszahl durch den Ringkern des Stromwandlers 9 geführt. Die Erdleitung 5 ist von der Erde 6 zum Rotorkreis hin in Rich­ tung auf die Rotorwicklung 1 durch den Ringkern des Stromwand­ lers 9 geführt. In beiden Figuren ist die Erdleitung 5 bezüglich des Stromwandlers 9 auf der Seite der Erregerquelle 4 an den Rotorkreis angeschlossen. In Fig. 1 ist sie parallel an die Pole der Erregerquelle 4 bzw. die Stromschienen 2, 3 angeschlos­ sen; in Fig. 2 dagegen an den Sternpunkt des Erregertransfor­ mators 4.2. Im Sekundärkreis 9.1 des Stromwandlers 9 ist ein Relais 10 angeordnet. Das Relais 10 spricht an, wenn im Sekundär­ kreis 9.1 ein Sekundärstrom auftritt und dieser Sekundärstrom eine erste Schwelle überschreitet. Neben dieser einzigen Schwelle ist im Relais 10 eine zweite, höhere Schwelle vorgesehen, deren Ueberschreitung durch das Relais gleichfalls signalisiert wird.In the figures, 1 denotes a rotor winding, which is connected via busbars 2 and 3 between the poles of an excitation source 4 . Rotor winding 1 and excitation source 4 together form a rotor circuit. The excitation source 4 is a direct current source and is designed as a converter 4.1 , which is connected via an excitation transformer 4.2 to an AC voltage source (not shown). An earth line 5 leads from the rotor circuit 1 to earth 6 . An AC voltage source 7 and one or more capacitors 8 are arranged in series in the ground line 5 . The AC voltage source 7 acts in a known manner as a displacement voltage source. 9 with a current transformer is designated, which is designed as a rail or ring core transformer. Its ring-shaped core encloses both the earth line 5 and the busbars 2 and 3 as primary windings. All three lines are led through the ring core of the current transformer 9 with a simple number of turns. The earth line 5 is from the earth 6 to the rotor circuit in Rich direction on the rotor winding 1 through the toroid of the Stromwand lers 9 out. In both figures, the earth line 5 is connected to the rotor circuit with respect to the current transformer 9 on the excitation source 4 side. In Fig. 1 it is parallel to the poles of the excitation source 4 and the busbars 2 , 3 ruled out; in Fig. 2, however, to the star point of the exciter transformer 4.2 . A relay 10 is arranged in the secondary circuit 9.1 of the current transformer 9 . The relay 10 responds when a secondary current occurs in the secondary circuit 9.1 and this secondary current exceeds a first threshold. In addition to this single threshold, a second, higher threshold is provided in the relay 10 , the exceeding of which is also signaled by the relay.

Der Stromwandler 9 erfasst die Summe der in der Erdleitung 5 und in den Stromschienen 2 und 3 fliessenden Ströme. In seinem Sekundärkreis 9.1 fliesst ein zu dieser Summe proportionaler Sekundärstrom. Der Strom in der Erdleitung 5 ist mit J 1, der Strom in der Stromschiene 2 mit J 2 und der Strom in der Strom­ schiene 3 mit J 3 bezeichnet. Im folgenden sollen die Ströme J 1, J 2 und J 3 mit übereinstimmendem Vorzeichen in Richtung zur Rotorwicklung 1 bewertet sein. Entsprechende Zählpfeile sind in den Figuren eingezeichnet.The current transformer 9 detects the sum of the currents flowing in the ground line 5 and in the busbars 2 and 3 . A secondary current proportional to this sum flows in its secondary circuit 9.1 . The current in the ground line 5 is J 1, the current in the busbar 2 with J 2 and the current in the busbar 3 with J 3 . In the following, the currents J 1, J 2 and J 3 should be evaluated with the same sign in the direction of the rotor winding 1 . Corresponding counting arrows are shown in the figures.

Im erdschlussfreien Zustand ist der die Wechselspannungsquelle 7 enthaltende Stromkreis praktisch nur über die natürliche Erdkapazität der Rotorwicklung 1 geschlossen. Der über diese Erdkapazität fliessende Strom ist jedoch klein und soll im folgenden vernachlässigt werden. Damit ergibt sich der Strom J 1 in der Erdleitung 5 zu Null. Ueber die Rotorwicklung 1 fliesst ein durch den Stromrichter 4.1 in der Erregerquelle 4 gleich­ gerichteter Erregerstrom. Dieser tritt in der Stromschiene 2 als Strom J 2 und in der Stromschiene 3 mit gleicher Grösse, jedoch umgekehrtem Vorzeichen als Strom J 3 auf. Die Summe beider Ströme J 2 und J 3 ist Null. Die von den Strömen J 2 und J 3 im Stromwandler 9 verursachten Durchflutungen heben sich gegenseitig gerade auf. Dies gilt auch, wenn die Ströme J 2 und J 3 keine idealen Gleichströme, sondern mit vom Stromrichter 4.1 erzeugten Oberwellen überlagert sind. Im Sekundärkreis 9.1 des Strom­ wandlers 9 tritt bei beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und Fig. 2 kein Sekundärstrom auf, welcher das Relais 10 zum Ansprechen bringen könnte. Der Sekundärstrom bleibt unterhalb der niedrigeren der beiden Schwel­ len im Relais 10.In the earth-fault-free state, the circuit containing the AC voltage source 7 is practically closed only via the natural earth capacitance of the rotor winding 1 . However, the current flowing through this earth capacity is small and will be neglected in the following. The current J 1 in the ground line 5 thus results in zero. An excitation current flowing through the converter 4.1 in the excitation source 4 flows through the rotor winding 1 . This occurs in the busbar 2 as the current J 2 and in the busbar 3 with the same size but with the opposite sign as the current J 3 . The sum of both currents J 2 and J 3 is zero. The flooding caused by the currents J 2 and J 3 in the current transformer 9 just cancel each other out. This also applies if the currents J 2 and J 3 are not ideal direct currents, but are overlaid with harmonics generated by the converter 4.1 . In the secondary circuit 9.1 of the current transformer 9 occurs in both embodiments shown in the drawing according to FIG. 1 and FIG. 2, no secondary current that could cause the relay 10 to respond. The secondary current remains below the lower of the two thresholds in relay 10 .

Bei einem Erdschluss irgendwo im Rotorkreis fliesst in der Erdleitung 5 ein von der Wechselspannungsquelle 7 eingeprägter Erdstrom als Strom J 1. Er durchsetzt bei beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen den Ringkern des Stromwandlers 9 und erzeugt in diesem eine Nettodurchflutung, welche einen Sekundärstrom im Sekundärkreis 9.1 zur Folge hat. Ist der Erd­ schluss in der Erregerquelle 4 lokalisiert, so bleibt es bei dieser einfachen Durchsetzung des Stromwandlers 9.In the event of a ground fault somewhere in the rotor circuit, a ground current impressed by the AC voltage source 7 flows as current J 1 in the ground line 5. In both embodiments shown in the drawing, it penetrates the toroidal core of the current transformer 9 and generates a net through-flow in it, which creates a secondary current in the secondary circuit 9.1 has the consequence. If the earth fault is localized in the excitation source 4 , it remains with this simple enforcement of the current transformer 9 .

Ist der Erdschluss dagegen in der Rotorwicklung 1 lokalisiert, so durchsetzt der Erdstrom auf den Stromschienen 2 und 3 den Stromwandler 9 ein zweites Mal. Dies ist dadurch bedingt, dass die Erdleitung 5 nach der Erfindung bezüglich des Stromwandlers 9 auf der Seite der Erregerquelle 4 an den Rotorkreis angekoppelt ist. Das zweifache Durchsetzen des Stromwandlers 9 hat gegenüber einem nur einmaligen Durchsetzen eine Verdoppelung der Durchflu­ tung und entsprechend in etwa einen doppelt so grossen Sekundär­ strom im Sekundärkreis 9.1 zur Folge.If, on the other hand, the earth fault is located in the rotor winding 1 , the earth current on the busbars 2 and 3 passes through the current transformer 9 a second time. This is due to the fact that the ground line 5 according to the invention is coupled to the rotor circuit with respect to the current transformer 9 on the excitation source 4 side. The double enforcement of the current transformer 9 has a doubling of the flow and a correspondingly approximately twice as large secondary current in the secondary circuit 9.1 as a result of a single enforcement.

Im Relais 10 sind die beiden genannten Schwellen nun so einge­ stellt, dass ein bei einem Erdschluss in der Erregerquelle 4 auftretender Sekundärstrom im Sekundärkreis 9.1 nur die erste, niedrigere, nicht aber die zweite, höhere Schwelle überschreitet. Letzteres soll aber bei einem Erdschluss in der Rotorwicklung 1 der Fall sein. In the relay 10 , the two thresholds mentioned are now set such that a secondary current occurring in the secondary circuit 9.1 in the event of an earth fault in the excitation source 4 only exceeds the first, lower, but not the second, higher threshold. The latter is said to be the case in the event of a ground fault in the rotor winding 1 .

Je nachdem, ob keine der Schwellen, nur die niedrigere erste, oder beide Schwellen überschritten werden, wird vom Relais 10 kein Erdschluss oder selektiv ein Erdschluss in der Erreger­ quelle 4 oder in der Rotorwicklung 1 detektiert.Depending on whether none of the thresholds, only the lower first, or both thresholds are exceeded, no earth fault or selectively an earth fault in the excitation source 4 or in the rotor winding 1 is detected by the relay 10 .

In beiden Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und Fig. 2 kann mit dem Relais 10 in Reihe im Sekundärkreis 9.1 ein Tiefpassfilter 11 geschaltet sein. Das Tiefpassfilter 11 sperrt mit Vorteil vor allem vom Stromrichter 4.1 erzeugte Oberwellen, soweit diese vom Stromwandler 9 nicht unterdrückt werden.In both embodiments according to FIGS. 1 and Fig. 2 may be connected 11 to the relay 10 in series in the secondary circuit 9.1, a low pass filter. The low-pass filter 11 advantageously blocks especially harmonics generated by the converter 4.1 , insofar as these are not suppressed by the current transformer 9 .

Im Unterschied zum vorstehend Beschriebenen könnte die Erdlei­ tung 5 bezüglich des Stromwandlers 9 auch auf der Seite der Rotorwicklung 1 an den Rotorkreis angekoppelt werden. In diesem Fall müsste sie allerdings von Erde 6 zum Rotorkreis hin in Richtung auf die Erregerquelle 4 durch den Ringkern des Strom­ wandlers 9 geführt sein. Eine Ueberschreitung nur der niedrigeren Schwelle im Relais 10 durch den Sekundärstrom im Sekundärkreis 9.1 würde dann einen Erdschluss in der Rotorwicklung 1 bedeuten, eine Ueberschreitung auch noch der höheren Schwelle dagegen einen Erdschluss in der Erregerquelle 4.In contrast to the above, the Erdlei device 5 could be coupled to the rotor circuit 1 with respect to the current transformer 9 on the side of the rotor winding 1 . In this case, however, it would have to be guided from earth 6 to the rotor circuit towards the excitation source 4 through the toroidal core of the current transformer 9 . If the secondary current in the secondary circuit 9.1 only exceeded the lower threshold in the relay 10, this would mean an earth fault in the rotor winding 1 , while exceeding the higher threshold would mean an earth fault in the excitation source 4 .

Claims (5)

1. Einrichtung zur selektiven Erfassung eines Erdschlusses im Rotorkreis einer elektrischen Maschine, wobei im Rotorkreis eine Rotorwicklung (1) über Stromschienen (2, 3) zwischen die Pole einer Erregerquelle (4) geschaltet ist, bei welcher Einrichtung der Rotorkreis über eine mindestens einen Konden­ sator (8) und eine Wechselspannungsquelle (7) in Reihe ent­ haltende Erdleitung (5) gegen Erde (6) geschaltet und bei welcher ein Relais (10) im Sekundärkreis (9.1) eines Ring­ kernwandlers (9) angeordnet ist, durch dessen Ringkern die Stromschienen (2, 3) und die Erdleitung (5) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdleitung (5) von Erde (6) zum Rotorkreis hin von derjenigen Seite her durch den Ringkern des Ringkernwandlers (9) geführt ist, auf der sie bezüglich des Ringkernwandlers (9) an den Rotorkreis ange­ koppelt ist.1. Device for the selective detection of an earth fault in the rotor circuit of an electrical machine, a rotor winding ( 1 ) being connected via busbars ( 2 , 3 ) between the poles of an excitation source ( 4 ) in the rotor circuit, in which device the rotor circuit is connected via at least one condenser sator ( 8 ) and an AC voltage source ( 7 ) in series ent containing earth line ( 5 ) connected to earth ( 6 ) and in which a relay ( 10 ) in the secondary circuit ( 9.1 ) of a ring core transformer ( 9 ) is arranged, through the toroidal core Busbars ( 2 , 3 ) and the earth line ( 5 ) are guided, characterized in that the earth line ( 5 ) from earth ( 6 ) to the rotor circuit is guided from the side through the ring core of the ring core converter ( 9 ) on which it is located with respect to the toroidal converter ( 9 ) is coupled to the rotor circuit. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Relais (10) die Ueberschreitung zweier verschieden hoher Schwellen durch den Sekundärstrom im Sekundärkreis (9.1) des Ringkernwandlers (9) detektierbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the exceeding of two different high thresholds by the secondary current in the secondary circuit ( 9.1 ) of the toroidal core converter ( 9 ) can be detected by the relay ( 10 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdleitung (5) bei Ausbildung der Erregerquelle (4) als ein von einer weiteren Wellenspannungsquelle über einen Erregertransformator (4.2) gespeister Stromrichter (4.1) am Erregertransformator (4.2) angeschlossen ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the ground wire (5) is connected as a fed by a further wave voltage source via an exciter transformer (4.2) converter (4.1) at the exciter transformer (4.2) for forming the excitation source (4). 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdleitung (5) mit wenigstens einem der Pole der Erreger­ quelle (4) verbunden ist.4. Device according to claim 1, characterized in that the earth line ( 5 ) with at least one of the poles of the excitation source ( 4 ) is connected. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Relais (10) im Sekundärkreis (9.1) des Ringkernwandlers (9) in Reihe ein Tiefpassfilter (11) vorgesehen ist.5. Device according to claim 1, characterized in that a low-pass filter ( 11 ) is provided in series with the relay ( 10 ) in the secondary circuit ( 9.1 ) of the toroidal core converter ( 9 ).
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