DE585605C

DE585605C - Equipment for the protection of electrical machines and apparatus

Info

Publication number: DE585605C
Application number: DEA56576D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Piloty
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1928-12-28
Filing date: 1928-12-28
Publication date: 1933-10-13

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 13. OKTOBER 1933ISSUED ON OCTOBER 13, 1933

. REICHSPATENTAMT. REICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21c GRUPPE 6850CLASS 21c GROUP 6850

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Dezember 1928 abPatented in the German Empire on December 28, 1928

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schütze von elektrischen Maschinen und Apparaten, insbesondere von Wechselstrommaschinen bei Windungsschluß. Unter Windungsschluß versteht man eine z. B. infolge schadhafter Isolation auftretende leitende Verbindung zweier Punkte ein und derselben Wicklungsphase, die verschiedenes Potential besitzen. Bei einem derartigen Fehler fließt infolge der Potentialdifferenz und des geringen Widerstandes der kurzgeschlossenen Windungen in diesen ein sehr " hoher Strom, der die Maschine in kurzer Zeit zerstört. Es ist deshalb zweckmäßig, die Ma-The invention relates to a device for protecting electrical machines and apparatus, in particular of alternating current machines with shorted turns. A short turn is a z. B. as a result A conductive connection between two points a and same winding phase, which have different potential. With such a Error flows due to the potential difference and the low resistance of the short-circuited Windings in these a very "high current, which destroys the machine in a short time. It is therefore advisable to

,₅ schinen mit Einrichtungen zu versehen, die bei Windungsschluß ansprechen und die zur Verhütung weiterer Schäden erforderlichen Hilfsmaßnahmen, insbesondere Abschalten und Stillsetzen der Maschine, Schwächen des Er reger fei des, Betätigen einer Feuerlöscheinrichtung, einleiten., ₅ machines to be provided with devices that respond to shorted turns and initiate the necessary auxiliary measures to prevent further damage, in particular switching off and stopping the machine, weaknesses of the He reger fei des, actuation of a fire extinguishing device.

Schutzeinrichtungen, die bei Windungsschluß ansprechen, sind bereits bekanntgeworden. Sie arbeiten z. B. in der Weise, daß Ströme in Wicklungsteilen, welche bei ungestörtem Generator gleich groß und gleichphasig sind, untereinander verglichen werden. Der Einbau derartiger Einrichtungen setzt jedoch eine besondere konstruktive Ausbildung der zu schützenden Maschine, z. B. Unterteilung der Wicklungen in parallele Zweige oder Anordnung von Anzapfungen, voraus. Bei anderen bekannten Schutzeinrichtungen wird ein Relais durch die bei einem Windungsschluß auftretende Potentialdifferenz zwischen einem künstlichen Nullpunkt und dem Sternpunkt der zu schützenden Maschine beeinflußt. Diese Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß durch die auch im ungestörten Betriebe zwischen den Nullpunkten fließenden Ströme dreifacher Frequenz Fehlauslösungen eintreten können und erfordern komplizierte Einrichtungen, um den Einfluß der Oberwellen zu beseitigen.Protective devices that respond to shorted turns are already known. You work e.g. B. in such a way that currents in winding parts, which are the same size and undisturbed generator are in phase, can be compared with each other. The installation of such facilities however, requires a special constructive design of the machine to be protected, z. B. Subdivision of the windings into parallel branches or arrangement of taps, in advance. In other known protective devices, a relay is activated by the potential difference that occurs in the event of a shorted winding between an artificial zero point and the star point of the machine to be protected. These bodies however, have the disadvantage that through the undisturbed operations between the Zero points flowing currents of three times the frequency false tripping can occur and require complicated facilities to remove the influence of the harmonics.

Es ist ferner eine Windungsschlußschutzeinrichtung bekanntgeworden, bei der die elektromotorischen Kräfte, die in den einzelnen Phasen der zu schützenden Maschine erzeugt werden, miteinander verglichen werden. Die Einrichtung geht von der Erkenntnis aus, daß die elektromotorischen Kräfte nur dann gleiche Größe aufweisen, wenn die Maschine keine kurzgeschlossenen Windungen besitzt. Um die elektromotorischen Kräfte zu gewinnen, ist es erforder-Hch, die inneren Spannungsabfälle der Maschine von den Klemmenspannungen abzuziehen. Zu diesem Zwecke hat man in die Zu-There is also an interturn protection device has become known in which the electromotive forces that occur in the individual phases of the machine to be protected can be compared with each other. The establishment is based on knowledge from the fact that the electromotive forces only have the same magnitude when the machine is not short-circuited Has turns. In order to gain the electromotive forces, it is necessary subtract the internal voltage drops of the machine from the terminal voltages. For this purpose one has to

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

Dr. Hans Piloiy in München.Dr. Hans Piloiy in Munich.

leitungen zu der Maschine Stromwandler eingebaut, welche in dem Relaiskreis den Belastungsverhältnissen der Maschine ' entsprechende Spannungsabfälle hervorrufen.
In Abb. ι ist eine derartige Einrichtung dargestellt. Die' Arbeitswicklung ι des zu schützenden Generators ist an Sammelschienen 3 angeschlossen. Die Erregerwicklung des Generators ist mit 2 bezeichnet. DasCables to the machine built-in current transformers, which cause voltage drops corresponding to the load conditions of the machine in the relay circuit.
Such a device is shown in Fig. The 'working winding' of the generator to be protected is connected to busbars 3. The excitation winding of the generator is denoted by 2. That

to Relais 4 ist über Vorsehaltimpedanzen 5 an die Sekundärwicklungen des Spannungswandlers 6 angeschlossen, dessen Primärwicklung von den- Sammelschienen 3 gespeist ist. Der Spannungswandler 6 ist entweder dreiphasig mit freiem magnetischem Rückschluß ausgebildet oder aus drei einphasigen Wandlern zusammengesetzt. Sein primärseitiger Sternpunkt ist mit dem Sternpunkt des Generators leitend verbunden, so daß zwischen seinen Sekundärklemmen und seinem sekundären Sternpunkt in bekannter Weise Spannungen erscheinen, welche den Phasenspannungen des Generators proportional sind. Die Vorschaltimpedanzen 5 haben den Zweck, in bekannter Weise den Spannungsabfall zwischen Klemmspannungen und elektromotorischer Kraft jeder Generatorphase nachzubilden und sind an den Stromwandlersatz 7 angeschlossen, welcher in die von dem Generator abgehenden Leitungen eingebaut ist. Infolgedessen werden die Impedanzen 5 von Strömen durchflossen, die den Belastungsströmen des Generators proportional sind, so daß bei geeigneter Bemessung an den Impedanzen Spannungen auftreten, welche den inneren Spannungsabfällen des Generators entsprechen. Die dem Relais zugeführten Spannungen setzen sich demnach aus je zwei Komponenten zusammen, von denen die eine der Klemmenspannung pro Phase, die andere dem inneren Spannungsabfall des Generators entspricht. Die Gesamtspannungen sind demnach den elektromotorischen Kräften der einzelnen Phasen der zu schützenden MaschineRelay 4 is connected to the secondary windings of the voltage converter via provision impedances 5 6 connected, the primary winding of which is fed by the busbars 3. The voltage converter 6 is either three-phase with a free magnetic return path formed or composed of three single-phase converters. Its primary-sided The star point is conductively connected to the star point of the generator, so that between its secondary terminals and its secondary star point voltages in a known manner appear which are proportional to the phase voltages of the generator. The purpose of the series impedances 5 is in known way the voltage drop between clamping voltages and electromotive Force to simulate each generator phase and are connected to the current transformer set 7, which in the of the generator outgoing lines is installed. As a result, the impedances 5 are traversed by currents which are proportional to the load currents of the generator, see above that, with suitable dimensioning, voltages occur at the impedances which reduce the internal voltage drops of the generator correspond. The voltages fed to the relay are therefore made up of two each Components together, one of which is the terminal voltage per phase, the other corresponds to the internal voltage drop of the generator. The total stresses are accordingly the electromotive forces of the individual phases of the machine to be protected

45-"proportional.45- "proportional.

Der innere Spannungsabfall eines Generators hängt jedoch nur bei symmetrischer Belastung von dem Strom der betreffenden Phase allein ab. Bei unsymmetrischer Belastung dagegen, insbesondere bei zweiphasigem Kurzschluß, hängt der Spannungsabfall jeder einzelnen Phase von den Strömen aller Phasen ab. In diesem Falle wird also durch die Drosseln S und die Wandler 7 keine genaue Nachbildung der inneren Spannungsabfälle des Generators erreicht. Die Einrichtung kann infolgedessen leicht zu Fehlauslösungen führen.However, the internal voltage drop of a generator only depends on symmetrical Load from the current of the relevant phase alone. With asymmetrical load on the other hand, especially in the case of a two-phase short circuit, the voltage drop of each individual phase depends on the currents of all phases. In this case, the chokes S and the converter 7 do not result in any Accurate replication of the generator's internal voltage drops is achieved. The establishment as a result, can easily lead to false tripping.

Um diese zu vermeiden, werden nach der Erfindung den Relais die Spannungen der zu schützenden Maschinen über eine Hilfsmaschine allein oder über zusätzliche vorgeschaltete Impedanzen zugeführt. Die Synchronreaktanz und die Streureaktanz einschließlich der Reaktanz der etwa vornandenen Vorschaltimpedanzen werden dabei so gewählt, daß sie in annähernd dem gleichen Verhältnis stehen wie bei der zu schützenden Maschine. Die Frage, ob zusätzliche Impedanzen verwendet werden oder nicht, hängt lediglich davon ab, ob die konstruktive Ausführung der Hilfsmaschine allein eine entsprechende Nachbildung der Widerstände der Hauptmaschine ermöglicht.In order to avoid this, according to the invention, the relays to the voltages protective machines via an auxiliary machine alone or via additional upstream Impedances supplied. The synchronous reactance and the leakage reactance including the reactance of the foregoing Ballast impedances are chosen so that they are in approximately the same ratio as the one to be protected Machine. The question of whether or not additional impedances are used depends only depends on whether the structural design of the auxiliary machine alone is a corresponding one Enables simulation of the resistances of the main engine.

Die Wirkungsweise der Einrichtung beruht darauf, daß bei starrer Kupplung der Hilfsmaschine mit der Hauptmaschine und bei den gewählten Widerstandsverhältnissen die Spannungsabfälle an der Hilfsmaschine genau den inneren Spannungsabfällen der Hauptmaschine bei jeder Art der Belastung sowohl der Größe nach proportional als auch der Phasenlage nach gleich sind, so daß in dem Relais die elektromotorischen Kräfte der zu schützenden Maschine mit großer Genauigkeit erscheinen.The operation of the device is based on the fact that with a rigid coupling of the auxiliary machine with the main machine and with the selected resistance ratios the voltage drops on the auxiliary machine exactly the internal voltage drops of the main machine for every type of load, both proportionally in terms of size and phase position after are equal, so that the electromotive forces to be protected in the relay Machine appear with great accuracy.

Das verwendete Relais wird zweckmäßig entsprechend der Abb. 2 ausgebildet. Das Relais besitzt drei mit Hilfe der Verbindungsleitungen 9 in Stern geschaltete Spulen 10, deren freie Enden durch die Anschlußleitungen 11 nach Abb. 1 an die Impedanzen 5 angeschlossen sind. Der Sternpunkt der Relaisspulen ist durch die Leitung 12 mit dem niederspannungseitigen Sternpunkt des Spannungswandlers 6 verbunden. Die Spulen 10 wirken mit Hilfe der Eisenkerne 13 auf einen dreiarmigen Hebel 16, der in der Mitte auf einer Spitze 14 gelagert und an den Enden mittels der Federn 15 aufgehängt ist. Sind die drei von den Spulen 10 ausgeübten Kräfte gleich groß, so bleibt der Hebel im Gleichgewicht. Anderenfalls legt er sich nach der Seite der größeren Zugkraft um und schließt hierbei seinen Kontakt 17, der die — nicht gezeichneten — Hilfseinrichtungen zum Schütze des Generators in Tätigkeit setzt.The relay used is expediently designed according to Fig. 2. That Relay has three coils 10 connected in star with the help of connecting lines 9, the free ends of which are connected to the impedances 5 by the connecting lines 11 as shown in FIG are. The star point of the relay coils is through the line 12 with the low-voltage side star point of the voltage converter 6 connected. The coils 10 act with the help of the iron cores 13 on a three-armed lever 16, which is in the middle a tip 14 and is suspended at the ends by means of the springs 15. Are the three forces exerted by the coils 10 are equal, the lever remains in equilibrium. Otherwise, he lays over to the side of the greater tensile force and closes his contact 17, which the - not - sets auxiliary equipment to protect the generator in action.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Im normalen, fehlerfreien Betriebe sind sowohl die Klemmenspannungen als auch die Belastungsströme des Generators gleich groß, so daß auch dem Relais 4 drei Spannungen gleicher Größe zugeführt werden. Das Relais 4 bleibt daher im Gleichgewicht. Auch im Falle eines symmetrischen Kurzschlusses ändert sich nichts. Tritt nun im Netz ein unsymmetrischer — beispielsweise zweiphasiger —- Kurzschluß auf, so verzerrt sich das Spannungsdreieck des Generators, und die drei Phasenspannungen werden verschieden groß. Da jedoch dem Relais 4, wie oben erläutert, infolge Vorschaltung der Hilfsmaschine Spannungen zugeführt werden,The way the device works is as follows: In normal, error-free operations both the terminal voltages and the load currents of the generator are the same large, so that the relay 4 three voltages of the same size are supplied. The relay 4 therefore remains in equilibrium. Even in the case of a symmetrical short circuit, nothing changes. Now step in Network an asymmetrical - for example two-phase - short circuit, so distorted the voltage triangle of the generator and the three phase voltages become different great. However, since the relay 4, as explained above, is supplied with voltages as a result of the auxiliary machine being connected upstream,

die den elektromotorischen Kräften der einzelnen Generatorphasen proportional sind und diese elektromotorischen Kräfte auch bei einem außerhalb der Maschine liegenden unsymmetrischen Kurzschluß gleich groß bleiben, so behält auch in diesem Fall der Hebel 16 des Relais seine Gleichsgewichtslage bei, und das Relais spricht nicht an. Tritt dagegen im Generator ein Windungsschluß auf,which are proportional to the electromotive forces of the individual generator phases and these electromotive forces even in the case of an asymmetrical one lying outside the machine Short circuit remain the same size, so in this case the lever 16 of the relay retains its equilibrium position, and the relay does not respond. If, on the other hand, an interturn fault occurs in the generator,

ίο so ändert sich die elektromotorische Kraft und damit die Spannung der betroffenen Phasen, ohne daß ein äußerer diese Änderung ' bewirkender Strom in Erscheinung tritt. Die Spannungen an den einzelnen Relaisspulen werden also ungleich, und das Relais spricht an.ίο this changes the electromotive force and thus the voltage of the affected phases without any external change 'causing current appears. The voltages on the individual relay coils become unequal and the relay responds.

Claims

Claim:
Device for protecting electrical machines and apparatus, in particular alternating current machines in the event of a shorted winding, in which the electromotive forces of the individual phases are compared with one another, characterized in that an auxiliary machine is connected upstream of the relay (4) alone or in conjunction with impedances (5), in which the synchronous reactance and the leakage reactance, the latter including the reactance of any existing series impedances (5), are in approximately the same ratio as in the case of the machine to be protected.

1 sheet of drawings