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Einrichtung zur Sicherung der Wicklung mehrphasiger, mit Nullpunktserdung
versehener Wechselstrommaschinen gegen- Erdschluß. Zur Sicherung mehrphasiger Wechselstrommaschinen
gegen die schädlichen Wirkungen von Erdschlüssen ist es seit langem bekannt, den
Nullpunkt des mehrphasigen Wechselstromsystems über einen hohen Widerstand an Erde
zu legen und in die Verbindungsleitung zwischen Nullpunkt und Erde Relais einzuschalten,
deren Aufgabe es ist, bei eintretendem Erdschluß die Maschine durch Ausschalten
des Hauptschalters vom Netz zu trennen und gegebenenfalls abzuerregen.
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Es hat sich nun gezeigt, daß eine solche Anordnung zwar in allen denjenigen
Fällen zuverlässig anspricht, in denen der Erdschluß in der Maschinenwicklung nicht
allzu nahe am Nullpunkt :erfolgt, daß aber die Auslösung der Relais und damit der
Hauptschalter und der Erregung nicht mehr sichergestellt ist, wenn die durch den
Erdschluß dem Erdungskreis aufgedrückte Spannung einen gewissen Mindestwert unterschreitet.
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Gemäß der Erfindung wird der soeben erwähnten, der Lage des Erdschlusses
entsprechenden Spannung im Erdungskreis eine konstante, dauernd eingeschaltete Hilfswechselspannung
hinzugefügt, die sich von ersterer Spannung in Phase oder Frequenz oder in beiden
unterscheidet und sich mit ihr zu einer resultierenden Spannung zusammensetzt, die
bei jeder Lage des Erdschlusses von Null verschieden. ist. Hierdurch wird erreicht,
daß die Signal- oder Auslöseorgane (Relais) auch dann mit Sicherbei', betätigt werden,
wenn der Erdschluß im Nullpunkt der Maschinenwicklung oder in dessen unmittelbarer
Nähe erfolgt, denn die geometrische Summe der beiden Teilspannungen kann, selbst
wenn in diesem Fall die dem Erdungskreis von der Maschinenwicklung aufgedrückte
Teilspannung gleich Null wird, nicht selbst gleich Null werden, sondern kann höchstens
bis auf den Wert der zusätzlichen Hilfswechselspannung sinken. Diese groß genug
zu wählen, daß sich die Auslösung der ReJais mit Sicherheit bewirkt, hat man aber
in der Hand.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. In Abb. i ist eine Einrichtung zur Nullpunktserdung einer
dreiphasigen Wechselstrommaschin.e dargestellt, die irn wesentlichen der bisher
üblichen Ausführungsform solcher Anordnungen entspricht. Mit i ist die Ständerwicklung
einer dreiphasigen Wechselstrommaschine bezeichnet, die auf die Primärwicklung a
eines Transformators arbeitet. Die Sekundärwicklung 3 dieses Transformators ist
über einen Schalter q. mit dem Netz
verbunden. Der Nullpunkt der
Wicklung i der Wechselstrommascbine ist über einen hochohmigen Widerstand 5 und
die Relais bzw. Anzeigevorrichtungen 6 und 7 mit Erde verbunden. Der punktierte
Pfeil deutet -einen in der Phase I der Maschinenwicklung aufgetretenen Erdschluß
an. In solchem Fall wird die Erdungsleitung 5, 6, 7 des Nullpunktes ,ein Strom durchfließen,
dessen Größe sich einerseits aus der zwischen dem Nullpunkt und der Erdschlußstelle
an der Wicklung herrschenden Spannung und anderseits aus dem Widerstand des Erdungskreises
ergibt. Dieser Erdungsstrom bringt die Relais 6 und 7 zum Ansprechen, und diese
bewirken nun ihrerseits in an sich bekannter Weise die Abschaltung der. Wechselstromma.schine
vom Netz bzw. die Aberregung der Maschine. Der Vereinfachung der Zeichnung halber
ist die Verbindung der Relais 6, 7 mit den Auslösespulen für die Abschaltung der
Maschine und die Aberr.egung zeichnerisch nicht dargestellt, da diese Einrichtungen
allgemein bekannt sind.
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Nun ist man genötigt, dem Erdungswiderstand 5 in Rücksicht darauf,
daß der Erdschluß auch einmal an einer Klemme der Maschinenwicklung erfolgen kann
und dann die volle Phasenspannung an den Erdungskreis gelegt ist, einen hohen Widerstandswert
zu geben, der beim Auftreten dieser höchsten Erdschlußspannung den Erdungsstrom
in ungefährlichen Grenzen hält. Dies führt aber dazu, daß bei einem Erdschluß in
der Nähe des Nullpunktes die dann nur noch geringe Spannung im Erdungsstromkreis
nicht mehr ausreicht, :eine Auslösung .der Relais zu bewirken. Wenn der Erdschluß
direkt im Nullpunkt der Maschinenwicklung erfolgt, so wird die Erdschlußspannung
sogar gleich Null.
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Abb.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung.
Mit i ist wieder die Ständerwicklung einer dreiphasigen Wechselstrommaschine, mit
2 die Primärwicklung und mit 3 die Sekundärwicklung eines von der W echselstromnaaschine
gespeisten Transformators bezeichnet. Die Sekundärwicklung 3 des Transformators
ist über einen Schalter 4 mit dem Netz verbunden und der Nullpunkt der Maschinenwicklung
über einen Widerstand 5 und Relais 6 und 7 an Erde gelegt. Dies geschieht hier jedoch
nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung der Sekundärwicklung 8 .eines
Spannungswandlers, dessen Primärwicklung 9 von der verketteten Spannung der Phasen
I und II oder gegebenenfalls eines Teiles dieser verketteten Spannung gespeist wird.
Tritt bei einer Anordnung nach dieser Schaltung ein Erdschluß im Nullpunkt oder
in dessen Nähe auf, so addiert sich die durch die Sekundärwicklung 8 des Spannungswandlers
dem Erdungskreis 5, 6, 7 aufgedrückte Spannung zu der dein Erdungskreis durch den
Erdschluß aufgedrückten Teilspannung. Letztere ist im Fall der Abb.2 in Phase mit
der Spannung der Phase I der Ständerwicklung i, wogegen die durch den Spannungswandler
8, 9 dem Erdungskreis aufgedrückte Hilfswechselspannung in Phase mit der verketteten
Spannung der Phasen I und II ist.
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Trägt man, wie dies in Abb.3 geschehen ist, eine Spannung ei in ein
die Phasenspannungen und verketteten Spannungen eines Drehstromsystems darstellendes
Diagramm ein, so stellt beispielsweise die Spannung e1 die in der Phase I der Abb.
2 herrschende, der Lage des Erdschlusses entsprechende Spannungskomponente dar,
die nur durch den Erdschluß selbst dem Erdungskreis 5, 6, 7 aufgedrückt wird. Die
Richtung des Pfeiles soll hierbei die Richtung dieser Spannung in einem gegebenen
Augenblick andeuten. Die Spannung e2 stellt die dem Erdungskreis 5, 6, 7 durch die
Sekundärwicklung 8 des Spannungswandlers 8, 9 aufgedrückte Hilfsspannung dar. Das
Diagramm zeigt, daß sie ,um 30° gegen die Teilspannung e1 verschoben ist. Hieraus
ergibt sich der kleinstmögliche Wert der resultierenden Spannung e3 für die gegebene
Lage und Größe der Spannungenel und e.. Er ist rund die Hälfte der Zusatzspannung.
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Auch bei der Anordnung nach Abb.2 ist der Deutlichkeit der Zeichnung
halber die Verbindung der Relais 6 und 7 mit den Auslösespulen für die Abschaltung
und Aberregu.ng der Maschine als an sich bekannt weggelassen. Es bedarf kaum einer
besonderen Erörterung, daß in Verbindung mit dem in Abb.2 als Ausführungsbeispiel
dargestellten Gegenstand der Erfindung jede beliebige Schaltung zur Nullpunktserdung
verwendet werden kann. Auch die bei solchen Schaltungen üblichen Relais, Erdungswiderstände
und sonstige Sicherheitsapparate sind auf das Wesen der Erfindung ohne Einfuß. Obwohl
in der Abb. 2 die der Primärwicklung 9 des im Erdungskreis liegenden Spannungswandlers
zugeführte Spannung unmittelbar von den Klemmen der Phasen I und II abgenommen ist,
kann man, wo dies zweckmäßig erscheint, zwecks Verminderung dieser Spannung diese
auch an Anzapfpunkten der Phasen I und II abnehmen, die dem Nullpunkt näher liegen.
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Statt die Hilfswechselspannung von der zu schützenden Maschine selbst
abzunehmen, kann man auch eine von .einer anderen Wechselstromquelle herrührende
Spannung hierzu verwenden. Zweckmäßig gibt man in diesem Falle der Hilfswechselspannung
eine andere Frequenz, als sie die zu schützende Wechselstrommas,chine hat.
Die
Erfindung beschränkt sich auch nicht auf dreiphasige Wechselstromsysteme, sondern
kann ebensogut auch bei zweiphasigen oder mehr als dreiphasigen Systemen zur Anwendung
kommen.
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Sie beschränkt sich auch nicht auf Anlagen, in denen der Generator
über einen Transformator auf das Netz arbeitet, sondern kann auch bei unmittelbar
auf das Netz arbeitenden Generatoren zur Anwendung kommen. Hierbei kann man durch
Anwendung bekannter Mittel dafür sorgen, daß nur ein Erdschluß in der Generatorwiclklung;
nicht aber ein solcher im Netz eine Auslösung der Relais herbeiführt, und durch
Einfügung von der Hilfswechselspannung gleichen, aber entgegengerichteten Zusatzspannungen
in die Generatorausleitungen auch die entstehende Verlagerung des Nullpunktspotentials
für das Netz wieder aufheben. Der Einfluß der Netzkapazität kann erforderlichenfalls
durch Anwendung wattmetrischer Relais (Richtungsrelais) unschädlich gemacht werden.