DE4333400C2

DE4333400C2 - Elektrische Maschine mit einer Schaltungsanordnung zur Erfassung von Windungsschlüssen

Info

Publication number: DE4333400C2
Application number: DE4333400A
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl Ing Fischer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2013-10-01
Also published as: DE4333400A1

Description

Für das Erkennen von Windungschlüssen in elektrischen Maschinen sind verschiedene Methoden bekannt.

Bei einer ersten Methode wird eine Verlagerungsspannung zwischen einem Maschinensternpunkt und dem System-Sternpunkt auf der Ausgangsseite der Maschine gemessen. Die Verlagerungsspannung ist ein Kriterium dafür, daß ein Windungsschluß vorliegt. Diese Methode ist relativ aufwendig, wobei aber die Meß anordnung selbst störanfällig ist und nur eine geringe Emp findlichkeit aufweist.

Bei einer zweiten Methode werden die Differenzströme zwischen zwei Strängen derselben Phase erfaßt. Diese Methode erfordert auf der Sternpunktseite sechs Durchführungen an der Maschine, nämlich je zwei für jede Phase. Mittels eines Quervergleichs- Differentialschutzgerätes können dann Differenzströme zwischen zwei Strängen derselben Phase erkannt werden, was charakteristisch für einen Windungsschluß ist.

Eine dritte Methode ist aus der Siemens-Druckschrift "Statischer Maschinenschutz Quer-Differentialschutz 7UQ21", 1984, bekannt. Dabei wird ein Differenzstrom zwischen den außerhalb der Maschine gebildeten Sternpunkten zweier Stranggruppen erfaßt, wozu - wie bei der zweiten Methode - auf der Stern punktseite der Maschine sechs Durchführungen erforderlich sind. Der von einem Stromkreis gemessene Differenzstrom ist das Kriterium für einen Windungsschluß.

Beispiele zu diesen Methoden sind im Buch "Selektivschutz", Verfasser H. Neugebauer, 1958, Springer Verlag, Seiten 125 ff. (insbesondere Abb. 149), oder in der BBC-Druckschrift "Generatorschutz", Best.-Nr. C1009/S (1057.3.E) beschrieben.

Aus der DD 2 58 660 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem le diglich ein Sternpunkt für die Windungsschlußerfassung herangezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einer einfachen Anordnung zum Erfassen eines Windungsschlusses bereitzustellen, die eine möglichst selektive Auswertung erlaubt, wobei der Durchführungsaufwand an der Maschine gering gehalten werden soll.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der Erfinder stellte fest, daß durch einfache Maßnahmen bei der Signalerfassung eine Reduzierung der Durchführungen an der Maschine möglich ist, ohne das Empfindlichkeit und Selek tivität der Fehlererfassung verringert werden. Auf diese Weise sind wesentliche Kosten- und Platzeinsparungen an der Maschine möglich. In einer weiteren Lösung wird eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen. Bei der Maschine mit dem erfindungsgemäßen Windungsschlußschutz werden Kurzschlüsse zwischen den Windungen einer Phase erfaßt, un abhängig ob dieser Kurzschluß zwischen den Windungen eines Phasenstrangs oder zwischen den beiden Strängen derselben Phase erfolgt. Stets tritt bei einem Windungsschluß einer Ma schine mit zwei parallelen Zweigen (Strängen) pro Phase ein Differenzstrom zwischen den beiden Sternpunkten auf, der bei der Maschine mit der beschriebenen Anordnung erkannt wird.

Zur Erfassung von Kurzschlüssen zwischen zwei oder mehreren Phasen einer Drehstrommaschine dient ein Längsdifferentialschutz, der die Phasenströme auf Sternpunktseite und Abgangsseite miteinander vergleicht.

Ungleiche Ströme zwischen zwei Strängen einer Phase werden also vom Windungsschlußschutz erfaßt, ungleiche Ströme von Sternpunktseite und Abgangsseite durch den Längsdifferential schutz. Damit werden alle Kurzschlußmöglichkeiten innerhalb der Maschine erfaßt. Es ist daher ausreichend, für den Längs differentialschutz auf der Sternpunktseite den Strom in nur einem Strang zu messen, ohne Einbuße an Selektivität und Empfindlichkeit. Es genügen also für den Längsdifferential schutz die über drei Durchführungen nach außen geführten Halbphasen und für den Windungsschlußschutz zusätzlich über eine vierte Durchführung die Herausführung des in der Ma schine gebildeten Sternpunktes der drei anderen Halbphasen.

Auch andere Schutzeinrichtungen (z. B. Überstromschutz oder Schieflastschutz) können an die nach außen geführten Halb phasen angeschlossen werden; die hierfür erforderlichen Stromwandler erhalten dann einen Nennstrom von I_N/2 (I_N = Maschinennennstrom).

In Sonderfällen werden auch Maschinen mit neun Sternpunkt-Durch führungen (jede Phase besteht aus drei Teilsträngen) gebaut. Hier ist nach der vorliegenden Erfindung die Reduzierung der erforderlichen Durchführung besonders gravierend, da nur noch fünf Durchführungen erforderlich sind. Selbstverständlich sind hier zwei Windungsschluß-Schutzgeräte notwendig.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schutzschaltungsanordnung und

Fig. 2 eine weitere Anordnung mit Längsdifferentialschutz.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung bei einer elektrischen Maschine mit dem Maschinengehäuse M, welche je Phase L1, L2, L3 jeweils zwei Stränge A und B aufweist. Die Stränge B sind innerhalb der Maschine M zu einem Sternpunkt S1 verbunden, welcher über eine Leitung L herausgeführt ist. Die Stränge A sind je Phase einzeln her ausgeführt. Außerhalb der Maschine M sind diese ebenfalls zu einem Sternpunkt S2 zusammengeschaltet. Zwischen die beiden Sternpunkte der durch die jeweiligen Stränge gebildeten Halb systeme ist ein Windungsschlußrelais W (Strom- oder Span nungserfassung) geschaltet. Dieses Relais erfaßt einen zwi schen den Sternpunkten fließenden Strom als Kriterium für einen Windungsschluß. Durch diese besonders einfache Maßnahme ist die Anzahl der am Gehäuse der Maschine M benötigten Durchführungen reduziert: Es werden gegenüber früher nur noch vier benötigt. Die Anzahl der innerhalb der Maschine M befind lichen Verbindungen hält sich dabei in einem technisch durchführbaren Rahmen. Gegebenenfalls können die Stränge innerhalb der Maschine auch noch aus einer Verschaltung mehrerer Teilstränge bestehen. Darüber hinaus läßt die vorge schlagene Schaltungsanordnung noch die Möglichkeit zu, an der einen Gruppe von Strängen A eine selektive Meßwerterfassung außerhalb der Maschine M durchzuführen und alle sonstigen für den Maschinenschutz erforderlichen Schutzgeräte anzuschließen.

Fig. 2 zeigt eine derartige Ausgestaltung, beispielhaft für den Anschluß eines Längsdifferentialschutzes. Obwohl je Phase nur ein Strang mit dem halben Phasenstrom herausgeführt ist, ist dennoch ein wirkungsvoller und vollständiger Schutz möglich. Dazu wird sternpunktseitig ein Stromwandler 1 mit I_N/2 verwendet, da durch einen Strang A jeweils nur der halbe Strom einer Phase fließt (gegenüber I_N für den ausgangs seitigen Stromwandler 2). Sein Ausgangsstrom wird mit dem Ausgangsstrom eines in die Ausgangsphasen L1, L2, L3, ge schalteten Stromwandlers 2 verglichen. Die Stromwandler 1, 2 können selbstverständlich auch für andere Schutzgeräte einge setzt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Maschine mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist, daß trotz minimaler Anzahl von Durchführungen eine selektive Erfassung von Windungsschlüssen möglich ist. Zur Erfassung des Differenzstromes besteht wahlweise auch die Möglichkeit, eine Verlagerungs spannung zwischen dem herausgeführten Sternpunkt S2 und einen über in die Phasen L1, L2, L3 geschalteten Stromwandler ge bildeten Sternpunkt auszuwerten. Die für die Anordnung ausge bildete Maschine M bietet ein Optimum zwischen minimaler Durchführungsanzahl und maximal in der Maschine M räumlich unterbringbaren Sternpunktverbindungen.

Claims

1. Mehrphasige elektrische Maschine mit einer Schaltungsanordnung zur Erfassung von Windungsschlüssen, deren Wicklung je Phase (L1, L2, L3) zumindest zwei Phasenstränge (A, B) aufweist, die jeweils Phasenstranggruppen zugeordnet sind, wobei zumindest eine Phasenstranggruppe innerhalb und eine außerhalb des Maschinen gehäuses (M) zu jeweils einem Sternpunkt (S1, S2) elektrisch zusammengefaßt sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei für jeden aus dem Maschinengehäuse (M) nach außen herausgeführten Phasenstrang (A) und/oder Sternpunkt (S1, S2) eine Durchführung (D) an dem Maschinengehäuse (M) vorgesehen ist.

3. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei an zumindest jeden sternpunktseitig aus dem Maschinengehäuse (M) herausgeführten Phasenstrang (A) und an jede Ausgangsphase (L1, L2, L3) jeweils ein Stromwandler (1, 2) angeschlossen ist.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die sternpunktseitigen Stromwandler (1) für den halben und die ausgangsseitigen Stromwandler (2) für den ganzen Phasenstrom I_N bemessen sind.

5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zum Erfassen eines Windungsschlusses zwischen die beiden Sternpunkte (S1, S2) ein Windungsschlußrelais (W) geschaltet ist.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der jeweils zwischen jeden sternpunktseitig aus dem Maschinengehäuse (M) herausgeführten Phasenstrang (A) und der jeweils zugehörigen Ausgangsphase (L1) mittels Meßwandler ein Gerät für den Längsdifferentialschutz (LS) geschaltet ist.