DE457321C

DE457321C - Relay protection system for AC machines

Info

Publication number: DE457321C
Application number: DEA49332D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Pohl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1926-11-26
Filing date: 1926-11-26
Publication date: 1928-03-14

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 14. MÄRZ 1928ISSUED ON MARCH 14, 1928

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M457321 KLASSE 21 c GRUPPE M 457321 CLASS 21c GROUP

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*).General Electricity Society in Berlin *).

Relaisschutzsystem für Wechselstrommaschinen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. November 1926 ab. Relay protection system for AC machines. Patented in the German Empire on November 26, 1926.

In der Patentschrift 456761 ist eine Einrichtung zur Erdschlußsicherung mehrphasiger Wechselstrommaschinen beschrieben, die nur in Anlagen anwendbar ist, in denen der elektrische Generator über einen Transformator auf die Sammelschienen bzw. das Netz arbeitet, denn die Einfügung einer Zusatz-EMK in die Erdungsleitung" des Nullpunktes einer Mehrphasenwicklung hat eine Änderung des Nullpunktpotentials zur Folge, die für das Netz und beim. Parallelbetrieb mit anderen Maschinen unerwünscht ist.In patent specification 456761 is a device described for the earth fault protection of multiphase AC machines that Can only be used in systems in which the electrical generator is via a transformer works on the busbars or the network, because the insertion of an additional EMF in the ground line "of the neutral point of a polyphase winding has a change of the zero point potential, which for the network and for. Parallel operation with other machines is undesirable.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Anwendung einer solchen Schaltung auch in den Fällen, in denen die Maschine unmittelbar auf das Netz arbeitet oder mit anderen Maschinen parallel läuft. Im nachfolgenden ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen in Anwendung auf Drehstrommaschinen beschrieben. Sie ist aber auch für andere Mehrphasenmaschinen sowie auch sinngemäß für Einphasenmaschinen verwendbar.The present invention enables such a circuit to be used in the cases in which the machine works directly on the network or with others Machines running in parallel. In the following the invention is in some embodiments described in application to three-phase machines. But it is also for others Multi-phase machines as well as can be used analogously for single-phase machines.

Die Änderung des Nullpunktpotentials bei der obenerwähnten älteren Anordnung läßt sich für das Netz und für den Parallelbetrieb mit anderen Maschinen dadurch unschädlich machen, daß man in die Netzenden jeder Phase der Maschinenwicklung- eine Zusatzspannung einführt, welche der in die Erdleitung des Nullpunktes eingeführten nach Größe und Phase genau entgegengerichtet ist.The change in the zero point potential in the above-mentioned older arrangement can As a result, they are harmless to the network and to parallel operation with other machines make that one additional voltage in the network ends of each phase of the machine winding introduces which of those introduced into the earth line of the zero point after Size and phase are exactly opposite.

An Hand der Zeichnung sollen im nachfolgenden einige Ausführungsbeispiele dieses Erfindungsgedankens beschrieben werden.With reference to the drawing, some exemplary embodiments of this are to be found in the following Concept of the invention are described.

In Abb. ι stellt 1 eine dreiphasige Wechselstrommaschine dar, die ohne Transformator an die Sammelschienen 2, 3, 4 angeschlossen ist. Der Nullpunkt der Maschine ist in der üblichen Weise über einen Erdungswiderstand s und ein Erdschlußrelais 6 geerdet. In diese Erdungsleitung ist gemäß der anfangs erwähnten älteren Anordnung eine Zusatzspannung eingeführt.In Fig. Ι 1 represents a three-phase alternating current machine that are connected to busbars 2, 3, 4 without a transformer is. The zero point of the machine is in the usual way via an earthing resistor s and a ground fault relay 6 grounded. In this ground wire is according to the beginning mentioned earlier arrangement an additional voltage introduced.

Man erreicht so, daß auch bei einem Durchschlag der Isolation in der unmittelbaren Nähe des NuUpunktendes einer Phase unter dem Einfluß der Zusatzspannung ein hinreichender Strom fließt, um ein in die Nullpunktserdleitung eingeschaltetes Relais zu betätigen. Die hierdurch bewirkte Änderung des Nullpunktpotentials kann erfindungsgemäß beispielsweise dadurch kompensiert werden, daß außer der in die Erdungsleitung eingeführten Zusatzspannung auch in die Netzenden jeder Phase der Maschine eine gleiche Gegenspannung eingeführt wird, die einem von der verketteten Spannung der Maschine gespeisten einphasigen Zusatztransformator 7 mit vier Sekundärwicklungen entnommen wird. Von diesen Sekundärwicklungen ist eine für nur geringe Stromstärke dimensionierte in die Nullpunktserdleitung eingeschaltet. Die dreiIn this way, one achieves that even if the insulation breaks down in the immediate vicinity the zero point end of a phase below that Influence of the additional voltage a sufficient current flows to a into the neutral point earth line activated relay to operate. The resulting change in the zero point potential can be compensated according to the invention, for example, that in addition to the introduced into the grounding line Additional voltage in the network ends of each phase of the machine an equal counter-voltage is introduced, which is fed by the line voltage of the machine single-phase additional transformer 7 with four secondary windings is removed. from these secondary windings is dimensioned for only low amperage in the Zero-point earth line switched on. The three

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Drying. Robert Pohl in Berlin.Drying. Robert Pohl in Berlin.

anderen für die Generatorstromstärke dimensionierten sind je in eins der Netzenden der Maschinenwicklung eingeschaltet, derart, daß ihre Spannungen der in der Nullpuriktsleitung eingeführten Zusatzspannung gleich und entgegengerichtet sind.others dimensioned for the generator amperage are each in one of the network ends of the Machine winding switched on, in such a way, that their voltages are equal to the additional voltage introduced in the Nullpuriktsleitung and are opposite.

Statt das Erdschlußrelais 6 in die Erdungsleitung zu schalten, kann man es, wie Abb. ι punktiert zeigt, auch in die Primärwicklung ίο des Transformators 7 einschalten. Hierdurch erreicht man, daß das Relais nur bei einem Erdschluß in der Maschine, nicht aber bei einem solchen im Netz anspricht, weil nur im letzteren Falle die Summe der Sekundärströme des Transformators 7 von Null verschieden wird und daher ein Ansteigen des Primärstromes erfolgt.Instead of switching the earth fault relay 6 into the earth line, you can do it, as shown in Fig. Ι shows dotted, also switch on in the primary winding ίο of the transformer 7. Through this one achieves that the relay only with a ground fault in the machine, but not with responds to such in the network, because only in the latter case the sum of the secondary currents of the transformer 7 is different from zero and therefore there is an increase in the primary current.

In einer anderen Ausführungsform, welche durch Abb. 2 dargestellt ist, wird eine Zusatzspannung nicht in die Nullpunktserdleitung eingeführt, sondern in das Nuillpunktsende einer jeden Phase der Maschinenwicklung. Wie die Abbildung, in der gleiche Teile wie in Abb. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, als Ausführungsbeispiel zeigt, wird ein Drehstromtransformator 8 verwendet, bei dem jede Phase zwei gleiche Sekundärwicklungen der gewünschten Zusatzspannung besitzt. Die eine dieser Sekundärwicklungen wird in das Nullpunktsende, die andere in das Netzende der Maschinenwicklung geschaltet. Wenn man die Zusatzspannung von der betreffenden Phasenspannung phasenverschieden machen will, so wird man die Primärwicklung des Drehstromtransformators in Dreieck schalten, wenn die Maschinenwicklung Sternschaltung hat und umgekehrt. Man kann aber die Zusatzspannung mit der betreffenden Phasenspannung auch gieichphasig machen, muß dann aber darauf achten, daß die am Nullpunktsende der Wicklung eingeführte Zusatzspannung sich zu der Phasenspannung addiert, wie es durch die Pfeile in Abb. 2 angedeutet ist, weil es sonst einen Punkt in der Wicklung geben würde, dessen Potential gegen Erde gleich Null ist und dessen Durchschlag nach Erde daher das Schutzsystem unbeeinflußt lassen würde. Um ein Ansprechen des Erdschlußrelais nur bei Erdschluß im Schutzkreis, nicht aber im Netz zu erzielen, kann man in bekannter Weise ein ErdscHußrichtungsrelais, Holmgrenschaltung o. dgl. verwenden. Um einen selektiven, nur auf die Generatorwicklung beschränkten Schutz zu erzielen, könnte man ferner auch daran denken, die Zusatzspannungen von der Spannung der Maschinenwicklung frequenzverschieden zu machen, beispielsweise mit Hilfe eines Frequenzverdopplungstransformators. Schaltet man dabei in die Erdleitung ein auf die Frequenz der Zusatzspannung ab-■ gestimmtes Relais ein, so wird dieses nur ! dann ansprechen, wenn der Erdschluß zwi-. sehen den nullpunktssieitigen Zusatzwickluügen einerseits und den nach dem Netz zu ge-• legenen anderseits, d.h. also innerhalb der Maschine eintritt, nicht aber, wenn es sich um einen Erdschluß im Netz handelt.In another embodiment, which is shown by Fig. 2, an additional tension not introduced into the zero point earth line, but into the zero point end of each phase of the machine winding. Like the figure, in the same parts as in Fig. 1 given the same reference numerals are, as an exemplary embodiment, a three-phase transformer 8 is used, in which each phase has two identical secondary windings with the desired additional voltage owns. One of these secondary windings is in the zero point end, the other in the network end of the machine winding switched. If you add the additional tension of wants to make the phase voltage in question phase different, one becomes the primary winding of the three-phase transformer in delta if the machine winding is star-connected and vice versa. However, the additional voltage can also be in phase with the relevant phase voltage make, but must then ensure that the at the zero point end of the winding introduced additional voltage is added to the phase voltage, as indicated by the arrows in Fig. 2, because otherwise would give a point in the winding whose potential to earth is zero and whose breakdown to earth would therefore leave the protection system unaffected. To ensure that the earth fault relay only responds in the event of an earth fault in the protective circuit, but not in the To achieve network, one can in a known manner a Erdschußrichtungsrelais, Holmgreschaltung or the like. To a selective, limited only to the generator winding To achieve protection, one could also think of the additional voltages from the To make voltage of the machine winding different in frequency, for example with Using a frequency doubling transformer. If you switch to the earth line If a relay tuned to the frequency of the additional voltage ■ switches on, this will only be ! then respond when the earth fault between. see the zero point additional winding on the one hand and those to be placed after the network on the other hand, i.e. within the Machine occurs, but not if there is an earth fault in the network.

Ein selektives Ansprechen des Relais kann auch dadurch bewirkt werden, daß man, statt ein Relais 6 in die Erdungsleitung zu legen, je ein solches 6,6', 6" in die Primärwicklung des Zusatztransformators schaltet. Betrachtet man diesen in Abb. 3 als Ausführungsbeispiel dargestellten Fall, so ist ersieht- lieh, daß bei einem Erdschluß im Netz die Ströme in den Sekundärwicklungen des Zusatztransformator s sich in jeder Phase aufheben, so daß ein Ansteigen des Primärstromes nicht eintritt, obgleich die Ströme in den verschiedenen Sekundärphasen einander nicht mehr gleich, sind. Ein Ansteigen des Stromes in der Primärwicklung wird aber erfolgen, sobald ein Erdschluß in der Wicklung eintritt, weil der Erdschlußstrom, jetzt nur eine der beiden Sekundärwicklungen der betroffenen Phase durchfließt und somit eine entsprechende elektromagnetische Rückwirkung auf die Primärwicklung ausübt.A selective response of the relay can also be effected by, instead of to put a relay 6 in the grounding line, one such 6,6 ', 6 "in the primary winding of the additional transformer switches. If one considers this case shown in Fig. 3 as an exemplary embodiment, it can be seen- lent that in the event of a ground fault in the network, the currents in the secondary windings of the additional transformer s cancel each other out in each phase, so that an increase in the primary current does not occur, although the currents are no longer the same in the various secondary phases. An increase of the current in the primary winding will take place as soon as there is a ground fault in the winding occurs because the earth fault current, now only one of the two secondary windings of the affected phase flows through and thus a corresponding electromagnetic reaction exerts on the primary winding.

Die Anordnung des Relais in der Primärwicklung des Hilfstransformators hat nun bei der Ausführung nach Abb. 3 noch einen weiteren Vorteil gegenüber den vorher beschriebenen Anordnungen zur Herbeiführung eines selektiven Schutzes, denn das Relais wird nicht nur bei einem Erdschluß ansprechen, sondern auch bei einem Schluß zwischen den Maschinenwioklungen, weil auch jetzt in den betroffenen Phasen der Strom in der einen Sekundärwicklung von dem in der anderen verschieden wird. Man erreicht also durch diese Ausführung des Schutzsystems nicht, nur einen vollkommenen Erdschlußschutz, sondern auch einen Differentialschutz, so daß die Ausbildung eines besonderen Differential-Schutzes nicht mehr erforderlich ist.The arrangement of the relay in the primary winding of the auxiliary transformer is now at the embodiment according to Fig. 3 yet another advantage over the arrangements described above for bringing about a selective protection, because the relay will not only respond in the event of an earth fault, but also at a conclusion between the machine windings, because also now in the affected phases the current in one secondary winding from that in the other becomes different. With this design of the protection system, one does not achieve only a complete earth fault protection, but also a differential protection, so that the training of a special differential protection is no longer necessary.

Statt Stromrelais in der Primärwicklung des Transformators 7 zu verwenden, kann man auch Wattrelais oder ein einziges nach der Zweiwattmetermethode arbeitendes Wattrelais zur Anwendung bringen. Man wird die Relais vorzugsweise in die Nullpunktsenden der Primärwicklungen einbauen, wie es in Abb. "3 dargestellt ist. Ferner kann man bei Drehstrommaschinen statt eines dreiphasigen Transformators auch drei Einphasentransformatoren mit je zwei gleichen Sekundärwicklungen benutzen und bei anderen Mehrphaseiimaschinen sinngemäß verfahren.Instead of using current relays in the primary winding of the transformer 7, one can also wading relay or a single wading relay working according to the two-watt meter method apply. One will preferably place the relays in the zero point ends of the primary windings as shown in Fig. 3 instead of a three-phase transformer, there are also three single-phase transformers Use with two identical secondary windings each and with other multi-phase machines proceed accordingly.

'Es sei noch erwähnt, daß die zur Erzeugung der Zusatzspannungen vor und hinter den. Wieklungsphasen eingefügten Transfor-It should also be mentioned that the generation of the additional voltages in front of and behind the. Transformation phases inserted

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tnatorwicklungen als Reflektionsstellen für Wanderwellen auch, einen gewissen Überspannungsschutz für die Maschine darstellen.tnatorwicklungen as reflection points for Traveling waves also represent a certain surge protection for the machine.

Claims

Patent claims:

1. Relay protection system for AC power machines with in the zero point earthing or in the zero point ends of the winding phases introduced additional voltage

ίο or additional voltages, characterized that in the network ends of the machine winding additional voltages of the same magnitude, but in opposite directions are introduced that the existing change in the zero point potential of the winding compensate for the network and, if necessary, for machines working in parallel. ,

2. Relay protection system according to claim ι, ι ao characterized in that a single-phase additional transformer with four for the same j Voltage wound secondary wraps the additional voltages in the zero I point grounding and generated in each of the three network 'ends of the machine winding.

3. relay protection system according to claim 1, characterized in that a three-phase: ger additional transformer with two each for J the same voltage and the same amperage for the secondary windings, the additional voltages both in the zero point-side and the network-side ends of each of the three phases of the machine winding generated.

4. relay protection system according to claim. I ₃ characterized in that a ground fault direction relay is arranged, which responds only in the event of a ground fault in the machine winding to be protected.

5. relay protection system according to claim 1, characterized in that the additional voltages have a frequency different from the machine frequency and Activate a relay matched to the latter to activate the entire machine winding comprehensive, but limited to this earth-fault protection.

6. relay protection system according to claim 1 and 2, characterized in that in the primary winding of the auxiliary transformer switched on a current or wattrelay is to include the entire machine winding, but to achieve earth-fault protection limited to this.

7. Relay protection system according to claim, characterized in that current or watt relay in the primary winding of the additional transformer are placed to encompass the entire machine winding, but limited to this earth fault protection and at the same time to achieve differential protection.

For this purpose ι sheet of drawings.

»ERLIN ·. OEDBfCKT IX BEI)