DE561635C

DE561635C - Protection arrangement for Ljungstroem generators

Info

Publication number: DE561635C
Application number: DE1930S0045730
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Neugebauer
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1930-10-21
Filing date: 1930-10-21
Publication date: 1932-10-20
Also published as: BE383062A; GB385682A; FR723696A; NL31834C

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AKT 20. OKTOBER 1932ISSUED ACT OCTOBER 20, 1932

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21 c GRUPPECLASS 21c GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Oktober 1930 abPatented in the German Empire on October 21, 1930

Generatoren, welche beiderseitig, d. h. auf der Antriebsseite und auf der Seite der Leistungsabgabe parallel geschaltet sind, müssen sich stets in gleichem Betriebszustand befinden. Sonst tritt eine Energieübertragung von dem einen Generator auf den anderen Generator ein. Durch eine für den Schutz von Ljungström-Generatoren bereits vorgeschlagene Differentialschaltung kann man den Ausgleichstrom, der zwischen den beiden Maschinen bei ungleichem Betriebszustand auftritt, erfassen.Generators, which are on both sides, d. H. on the drive side and on the power output side connected in parallel must always be in the same operating state. Otherwise there is a transfer of energy from one generator to the other generator a. By one already proposed for the protection of Ljungström generators Differential circuit can be used to adjust the equalizing current that flows between the two machines when the operating condition is unequal occurs.

Wenn beide Maschinen in vollem Betrieb sind, deutet das Auftreten eines Ausgleichsstromes darauf hin, daß in einer Maschine ein Fehler entstanden ist. Durch den Ausgleichsstrom kann man also unter Verwendung von Relais, welche auf den Differenzstrom zwischen entsprechend gleichen Phasen der Generatoren ansprechen, eine Abschaltung des ganzen Aggregates und/oder eine Signalisierung bewirken.If both machines are in full operation, this indicates the occurrence of an equalizing current indicates that an error has occurred in a machine. By the equalizing current So you can use relays, which correspond to the differential current between the same phases of the generators respond, switch off the entire unit and / or trigger a signal.

Eine besondere Art von solchen Generatoren stellen die Ljungström-Generatoren dar, welche zwar beiderseitig parallel geschaltet sind, bei denen aber die Parallelschaltung auf der Antriebsseite derart gestaltet ist, daß die Maschinen nicht starr miteinander gekuppelt sind, so daß sie also nicht zwangsläufig durch die Antriebsmaschine in Synchronismus gehalten werden. Namentlich beim Anlassen treten Ausgleichströme zwischen beiden Generatoren auf, die ihre Ursache darin haben, daß die Maschinen nicht vollkommen synchron anlaufen, sondern erst von einer gewissen Höhe ihrer Geschwindigkeit an sich selbst durch die synchronisierende Kraft ihrer Ankerströme und Felder in Synchronismus bringen und halten. Die Folge dieser Eigentümlichkeit ist, daß man Vorkehrungen treffen muß, welche ein Ansprechen des Differentialschutzes während der Anlaßzeit der Maschinen verhüten. Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, die Differentialrelais abzuschalten und beispielsweise erst durch einen Hilfskontakt am Leistungsschalter, welcher das Aggregat mit dem Netz verbindet, zugleich wieder arbeitsfähig zu machen. Erfindungsgemäß wird ein anderer Weg beschritten, um das Ansprechen des Differentialschutzes während der Anlaßzeit auszuschließen, und zwar wird als Differentialrelais ein wattmetrisches Relais verwendet, dessen eine Spule von dem Differenzstrom erregt wird, während die zweite Spule, deren Feld zur Bildung eines Drehmomentes notwendig ist, von einer beiden Generatoren gemeinsamen Wechselstromgröße erregt wird, beispielsweise von dem von beiden Generatoren gemeinsam aufgebrachten Strom oder von der gemeinsamen Klemmenspannung der Maschinen. Solange Strom bzw. Spannung noch keine erhebliche Höhe erreicht haben, sind die wattmetrischen Relais sehr unemp-The Ljungström generators represent a special type of such generators, which are connected in parallel on both sides, but where the parallel connection on the drive side is designed in such a way that the machines are not rigidly coupled to one another are so that they are not necessarily synchronized by the prime mover being held. Especially when starting, equalizing currents occur between the two Generators, which are caused by the fact that the machines are not perfect start synchronously, but only from a certain level of their speed per se even through the synchronizing force of their armature currents and fields in synchronism bring and hold. The consequence of this peculiarity is that precautions must be taken to prevent the differential protection from responding Prevent when the machines are starting. It has been proposed for this purpose the differential relay switch off and, for example, only through an auxiliary contact on the circuit breaker, which connects the unit to the network, at the same time to make it work again. According to the invention, a different approach is taken to address the differential protection to be excluded during the starting time, namely a wattmetric relay is used as a differential relay, whose one coil is excited by the differential current, while the second coil, whose Field for the formation of a torque is necessary, shared by both generators AC magnitude is excited, for example by that of both generators jointly applied current or from the joint terminal voltage of the machines. As long as current or voltage have not yet reached a considerable height, the wattmetric relays are very unemp-

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

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau.Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau.

findlich. Außerdem treten dann während der Dauer der Energiependelungen im Relais Drehmomente wechselnder Richtung auf, deren Frequenz gleich der Frequenz der Ausgleichströme ist. Bei Verwendung bei stark gedämpften Relais ergeben sich dann Bewegungen des Relaissystems um die Nullage herum. Dagegen ist es nicht möglich, daß sich die Drehmomentimpulse, welche von den ίο einzelnen Halbwellen des Ausgleichsstromes auf das Relaissystem ausgeübt werden, addieren, so daß sie allmählich doch einen Kontaktschluß des Relais zuwege bringen, wie dies bei einem gewöhnlichen nichtwattmetrisehen Differentialrelais eintreten kann. Wenn dagegen in einer der beiden Maschinen ein Fehler entsteht, wird das wattmetrische Relais durch die stets von der gesunden Maschine an die kranke Maschine abgegebene Leistung zu einem nach der einen oder anderen Seite beständigen Ausschlagen gebracht, so daß aus der Ausschlagsrichtung auch erkennbar wird, welche Maschine fehlerhaft ist. In den beiliegenden Fig. 1 und 2 ist die Schaltung gemäß der Erfindung erläutert. Mit A und B sind die beiden pritnärseitig und sekundärseitig parallel geschalteten Generatoren, z. B. die Generatoren eines Ljungström-Aggregates, bezeichnet. Die Klemmen der" Maschinen A und B sind durch Leitungen ι und 2 untereinander verbunden, von welchen die gemeinsame Leitung 3 abgeht, über welche die Maschinen auf das Leitungsnetz arbeiten. In den Leitungen 3 liegt ein Leistungsschalter 4, der durch eine Auslösespule 5 im Fehlerfalle geöffnet werden kann. In der Sternpunktseite der Wicklungen der Generatoren A und B ist jede Phase mit einem Stromwandler ausgerüstet. Die Schaltung dieser Stromwandler ist nur für das Stromwandlerpaar 6 und 7 ausgeführt. Die Stromwandler 6 und 7 sind gegeneinandergeschaltet durch die Leitungen 8 und 9. In der Leitung 8 liegt die Primärwicklung eines Zwischenwandlers 10, von dessen Mittelpunkt eine Leitung 11 ausgeht. Die Leitung 11 ist an die eine Klemme eines Strjomwandlers 12 angeschlossen, der in der Sammelleitung 3 der entsprechenden Phase liegt. Das andere Ende der Sekundärwicklung des Stromwandlers 12 ist über eine Leitung 13 mit der Leitung 9 verbunden. An die Klemme des Stromwandlers 12 ist ein Differentialrelais 14 angeschlossen. Dieses Differentialrelais gehört zu einem Differentialschutz, durch welchen der Generatorstrom in der gemeinsamen Leitung-3 mit der Summe der Generatorströme in den beiden entsprechend gleichen Phasenwicklungen der Generatoren A und B verglichen wird. Im Zuge der Leitung 11 liegt die Stromspule eines wattmetrischen Differentialrelais 15. Die zweite Spule des Differentialrelais ist an die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers 10 angeschlossen. Wenn infolge eines Fehlers in einem der beiden Generatoren A und B bzw. in den Zuleitungen ι und 2 die Leistungen der beiden Generatoren ungleich werden, wird die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers 10 erregt. Die von dem Aggregat insgesamt abgegebene Stromstärke durchfließt den Leiter 11 und infolgedessen auch die andere Wicklung des wattmetrischen Relais 15. Dadurch kommt der Kontakt 16 dieses Relais zum Ausschlag, wobei die Ausschlagsrichtung davon abhängt, welche Maschine die größere Leistung abgibt. Kontakt 16 arbeitet mit zwei Kontakten zusammen und betätigt durch diese einerseits die Abschaltung des Generators vom Netz, andererseits eine Signalvorlichtung, z. B. Fallklapepn, so daß sofort erkennbar ist, welcher Generator die größere Leistung führt, d. h. welcher Generator Leistung an den anderen, den fehlerhaften Generator abgegeben hat.sensitive. In addition, torques in alternating directions occur during the duration of the energy oscillations in the relay, the frequency of which is equal to the frequency of the equalizing currents. When used with heavily damped relays, the relay system then moves around the zero position. On the other hand, it is not possible that the torque pulses, which are exerted on the relay system by the ίο individual half-waves of the equalizing current, add up, so that they gradually bring about a contact closure of the relay, as can occur with a common non-wattmetric differential relay. If, on the other hand, a fault occurs in one of the two machines, the wattmetric relay is made to swing continuously to one side or the other by the power that is always delivered by the healthy machine to the sick machine, so that the direction of deflection also shows which one Machine is faulty. In the accompanying FIGS. 1 and 2, the circuit according to the invention is explained. With A and B , the two generators connected in parallel on the primary and secondary sides, e.g. B. the generators of a Ljungström unit referred to. The terminals of the machines A and B are connected to one another by lines ι and 2, from which the common line 3 branches off, via which the machines work on the line network In the star point side of the windings of the generators A and B , each phase is equipped with a current transformer. The switching of these current transformers is only carried out for the current transformer pair 6 and 7. The current transformers 6 and 7 are connected against each other by the lines 8 and 9. Line 8 contains the primary winding of an intermediate transformer 10, from the center of which a line 11 extends. Line 11 is connected to one terminal of a current transformer 12, which is located in bus line 3 of the corresponding phase is connected to the line 9 via a line 13. A D is connected to the terminal of the current transformer 12 ifferentialrelais 14 connected. This differential relay is part of a differential protection, by means of which the generator current in the common line-3 is compared with the sum of the generator currents in the two correspondingly identical phase windings of the generators A and B. In the course of the line 11 is the current coil of a wattmetric differential relay 15. The second coil of the differential relay is connected to the secondary winding of the intermediate converter 10. If, as a result of a fault in one of the two generators A and B or in the supply lines 1 and 2, the outputs of the two generators become unequal, the secondary winding of the intermediate converter 10 is excited. The total current emitted by the unit flows through the conductor 11 and consequently also the other winding of the wattmetric relay 15. This causes the contact 16 of this relay to deflect, the deflection direction depending on which machine delivers the greater power. Contact 16 works with two contacts and actuates through them on the one hand the disconnection of the generator from the mains, on the other hand a signal pre-lighting, z. B. Fallklapepn, so that it is immediately recognizable which generator has the greater power, ie which generator has given power to the other, the faulty generator.

In Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche Anordnung der Generatoren A und B wiedergegeben wie in Fig. 1. Ein Zwischenwandler 17 wird von der Differenz der Ströme in den Generatoren A und B erregt. An seine Sekundärwicklung ist die eine Spule des wattmetrischen Relais 15 angeschlossen. Die zweite Spule des wattmetrischen Relais 15 wird nicht vom Strom, sondern von der Span-· nung der Generatoren A und B erregt. Auf diese Weise läßt sich erzielen, daß beim Anlassen der Generatoren die hin und her flutenden Ausgleichströme abwechselnd entgegengesetzt gerichtete Drehmomente im Relais 15 auslösen, so daß dieses bei ausreichender i°c Dämpfung nicht zu einem Ausschlag und zur Betätigung der Kontakte kommt.In Fig. 2 the same arrangement of the generators A and B is shown as in Fig. 1. An intermediate converter 17 is excited by the difference in the currents in the generators A and B. One coil of the wattmetric relay 15 is connected to its secondary winding. The second coil of the wattmetric relay 15 is not excited by the current, but by the voltage of the generators A and B. In this way it can be achieved that when the generators are started, the equalizing currents flowing back and forth alternately trigger oppositely directed torques in the relay 15, so that this does not cause a deflection and actuation of the contacts if there is sufficient damping.

Verwendet man als wattmetrisches Relais ein Ferrarisrelais, so gewinnt man den Vorteil, daß der Differentialschutz während der Anlaufzeit besonders unempfindlich ist, weil das Drehmoment ein Ferrarissystem bei niedriger Frequenz ebenfalls klein ist. Es ist möglich, die Anordnung so zu wählen, daß ein nennenswertes Drehmoment im Ferraris- no relais erst dann erreicht wird, wenn die Frequenz der Ströme nahezu die Betriebsfrequenz erreicht, d. h. also, wenn Ausgleich- ströme entstehen, welche nicht Schwebungsfrequenz, sondern Betriebsfrequenz besitzen. In der gleichen Weise wirkt auch der Zwischenwandler 10 bzw. 17, dessen Übersetzungsverhältnis ebenfalls frequenzabhängig ist.If a Ferraris relay is used as a wattmetric relay, one gains the advantage, that the differential protection is particularly insensitive during the start-up time because the torque of a Ferrari system at low frequency is also small. It is possible to choose the arrangement so that a significant torque in the Ferrari no relay is only reached when the frequency of the currents is close to the operating frequency achieved, d. H. So, if compensating currents arise, which are not beat frequency, but have operating frequency. The intermediate converter works in the same way 10 or 17, whose transmission ratio also depends on the frequency is.

Die Schaltung nach Fig. 1 besitzt den besonderen Vorteil, daß die Empfindlichkeit des Differentialrelais 15 mit der Belastung derThe circuit of Fig. 1 has the particular advantage that the sensitivity of the Differential relay 15 with the load of the

Maschine wächst. Dies ist insofern günstig, als bei schwacher Belastung des Aggregats eine gewisse Mehrbelastung der einen Maschine gegenüber der anderen noch keine Gefahr bedeutet. Bei starker Belastung des Aggregates dagegen muß auf die gleichmäßige Verteilung der Gesamtlast größter Wert gelegt werden.Machine grows. This is beneficial in that it is when the unit is under low load a certain additional load on one machine compared to the other does not pose a risk means. In the case of heavy loads on the unit, however, greater attention must be paid to the even distribution of the total load To be valued.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 weist im verstärkten Maße die Eigenschaft auf, daß sie während der Anlaßzeit unempfindlich ist. Dies wirkt dahin, daß das Drehmoment im wattmetrischen Relais 15 erst mit wachsender Spannung hervortreten kann. Gemeinsam ist bei den Anordnungen, daß keinerlei Umschaltungen erforderlich sind,. um die Empfindlichkeit des Schutzes während der Anlaßzeit gering und während der Betriebszeit wesentlich höher einzustellen. Statt für jede Phase ein besonderes wattmetrisches Relais anzuordnen, kann man auch für alle Phasen ein gemeinsames Relais vorsehen. Statt der elektrischen Differenzbildung, ζ. Β. mittels Zwischenwandler, kann auch eine mechanische Differenzbildung angewendet werden, indem mehrere Meßgeräte mechanisch miteinander gekuppelt werden. Die Abschaltung und Aberregung der Generatoren wird zweckmäßig nicht unmittelbar durch die Differentialrelais ausgelöst, sondern durch Zeitrelais, welche von den Differentialrelais zum Ablauf gebracht werden.The arrangement according to FIG. 2 has the property that they is insensitive during the starting time. This has the effect that the torque im wattmetric relay 15 can only emerge with increasing voltage. Together is in the arrangements that no switchover is required. to the sensitivity of the protection during the The starting time should be set to a short time and significantly higher during the operating time. Instead of for It is also possible to arrange a special wattmetrical relay for each phase for all of them Provide a common relay for phases. Instead of the electrical difference formation, ζ. Β. by means of an intermediate converter, a mechanical subtraction can also be used by mechanically coupling several measuring devices to one another. The shutdown and de-excitation of the generators is expediently not triggered directly by the differential relay, but rather by Timing relays, which are brought to run by the differential relays.

Wie vorhin erläutert, ist es sehr günstig, das wattmetrische Differentialrelais vom Belastungsstrom zu erregen; dadurch erreicht »nan, daß die Empfindlichkeit des Schutzes mit der Belastung wächst. Bei dieser Anordnung ist aber nachteilig, daß im Leerlauf das Schutzrelais nicht arbeiten kann. Daher ist als weitere Ausführungsform bereits eine Relaisanordnung beschrieben worden, bei der die Erregung der einen Wattmeterspule des Differentialrelais von einer Spannung der Maschine ausgeht. Diese Anordnung macht den Schutz auch bei vollkommenem Leerlauf der Maschine arbeitsfähig, ist dagegen der vorhin erwähnten Ausführungsform, bei welcher die eine Wattmeterspule vom Belastungsstrom erregt wird, dadurch unterlegen, daß ihre Empfindlichkeit von der Belastung vollkommen unabhängig ist. Durch Vereinigung der beiden Prinzipien erhält man ein Relais, welches einerseits bereits bei Leerlauf betriebsfähig ist und andererseits eine mit dem Belastungsstrom wachsende Empfindlichkeit besitzt. Bei einem solchen Relais wird beispielsweise das Feld des wattmetrischen Gerätes von Strom und Spannung gemeinsam aufgebaut, beispielsweise durch Phasenstrom und Phasenspannung, während das bewegliche System durch den Ausgleichstrom erregt wird.As explained earlier, it is very convenient to use the wattmetric differential relay from the load current to excite; thereby achieved »nan that the sensitivity of the protection grows with the load. The disadvantage of this arrangement is that it is idle the protection relay cannot work. Therefore, a further embodiment is already a Relay arrangement has been described in which the excitation of a wattmeter coil of the Differential relay assumes a voltage of the machine. This arrangement makes On the other hand, the protection is capable of working even when the machine is completely idle previously mentioned embodiment, in which the one wattmeter coil from the load current is excited, inferior in that their sensitivity is completely independent of the load. By The combination of the two principles results in a relay which, on the one hand, is already idling is operational and on the other hand a sensitivity increasing with the load current owns. In such a relay, for example, the field of the wattmetric Device built up by current and voltage together, for example by phase current and phase voltage while the movable system is excited by the equalizing current.

Claims

Patent claims:

1. Protection arrangement for Ljungström generators by means of a relay device, which monitors the transfer of energy from one generator to the other, characterized by the use a wattmetric monitoring relay that activates signaling or disconnection devices, its sensitivity of one during the start-up time of the unit is not yet in full strength occurring, the generator voltage or the common load current of the aggregate corresponding current is.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the current sum and the current difference of the same phases of the two generators each excite a coil of a wattmetric relay system.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the current difference the same phases of both generators one winding and the voltage of the aggregate the other winding each one go energize wattmetric relay system.

4. Arrangement according to claim 1 or the following, characterized in that wattmetric relays are used, which are based on the induction principle.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that relays are used to monitor the generators, in which the difference in the loads on the _1O o two generators is formed mechanically for each phase individually or as a whole.

6. Arrangement according to claim 1 or the following, characterized in that the wattmetric relays trigger different signaling devices when they respond, depending on their direction of deflection, which make it clear in which generator the fault is originated.

7. Arrangement according to claim 1 or the following, characterized in that the one field of the wattmetric coil caused by the current sum and the voltage of the machines together will.

1 sheet of drawings