DE60001279T2 - Erdfehler-schutzeinrichtung für die wicklung einer elektrischen maschine - Google Patents

Description

• Die Aufgabe der Erfindung ist ein Erdfehlerschutzsystem für eine Wicklung einer elektrischen Maschine mit einem geerdeten Neutralpunkt, insbesondere für eine Generatorstatorwicklung, das sich während des Betriebs der Maschine verwenden läßt, die in Reihe mit einem Transformator oder parallel zu einem Generator oder direkt mit Sammelschienen verbunden ist.
• Ein bekanntes Erdfehlerschutzsystem für eine Generatorstatorwicklung, das in dem im November 1995 veröffentlichten ABB Network Partner-Katalog Nr. 1MDB 02012-EN auf Seite 3 in 4 vorgestellt wird, enthält zwei Widerstände, wobei einer einen niedrigeren Widerstandswert und der andere einen Widerstandswert aufweist, der etwa viermal so hoch, wie der erste ist. Diese Widerstände sind zwischen den Neutralpunkt des Generators und Erde geschaltet und liegen miteinander in Reihe. Ein System, das eine Spannungsquelle mit einer Frequenz gleich 1/4 der Generatornennfrequenz enthält, ist parallel zu dem niederohmigen Widerstand geschaltet. Dieses System ist mit der Erdfehlerschutzeinheit gekoppelt. Ein Spannungstransformator, dessen Sekundärwicklung mit den Ausgängen der Erdfehlerschutzeinheit verbunden ist, ist an den Widerstand angeschlossen, dessen Widerstandswert viermal so hoch ist wie der des ersten Widerstands.
• DE-A-4 329 381 zeigt ein Erdfehlerschutzsystem mit der gleichen Topologie.
• Bei dem dargestellten Erdfehlerschutzsystem einer Generatorstatorwicklung besteht ein Nachteil darin, daß der Wert des am Punkt des Erdfehlers vorbeifließenden Erdfehlerstroms im Fall eines Erdfehlers in einem beliebigen Teil der Generatorstatorwicklung hauptsächlich von dem Widerstandswert des zwischen den Neutralpunkt der Statorwicklung und Erde geschalteten Widerstands abhängt. Mit dem Widerstandswert dieser Widerstände, der in derartigen Schutzsystemen verwendet wird, bewirken diese Widerstände immer einen Anstieg des Werts des Erdfehlers, so daß der Wert dieses Stroms immer 5 A stark überschreitet. Falls in der Generatorstatorwicklung ein Erdfehler auftritt, verursacht dieser Strom einen erheblichen Schaden an der Statorwicklung. Ein weiterer Nachteil des vorgestellten Generatorstatorwicklungs-Erdfehlerschutzsystems besteht darin, daß ein erheblicher Wert des Erdfehlerstroms, sowohl am Platz des Erdfehlers im Generatorstator als auch am Generatorneutralpunkt, der von dem Widerstandswert der zwischen den Generatorneutralpunkt und Erde geschalteten Widerstände abhängt, die Länge des von diesem Erdfehlerschutzsystem geschützten Bereichs einschränkt.
• Das wesentliche des Erdfehlerschutzsystems für die Wicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere für eine Generatorstatorwicklung, gemäß der Erfindung, wobei das Erdfehlerschutzsystem einen an den Neutralpunkt der Wicklung angeschlossenen Erdungszweig enthält, mit dem ein niederohmiger Widerstand verbunden ist, der parallel zu einer Spannungsquelle mit einer Frequenz gleich 1/4 der Nennfrequenz der Maschine verbunden ist und die Quelle dieser Spannung an eine Erdfehlerschutzeinheit angekoppelt ist, deren Ausgänge mit der Sekundärwicklung eines Spannungstransformators verbunden sind, und die Primärwicklung des Spannungstransformators mit dem Erdungszweig verbunden ist, besteht darin, daß in dem durch die Primärwicklung des Spannungstransformators und des Erdungszweigs gebildeten Stromkreis zwischen dem Neutralpunkt der Wicklung und dem niederohmigen Widerstand eine Nebenschlußdrossel parallel geschaltet ist. Die Induktanz der Nebenschlußdrossel liegt im Bereich 0,1 bis 20 Henry.
• Die Aufgabe der Erfindung wird als ein Ausführungsbeispiel in der Zeichnung erläutert, die ein Einheitsdiagramm eines Erdfehlerschutzsystems einer Generatorstatorwicklung zeigt, die in einer Einheit mit einem in Reihe geschalteten Transformator arbeitet.
• In einen Generator 1 ist ein Erdungszweig 2 integriert, der zwischen den Neutralpunkt N und Erde geschaltet ist und über Sammelschienen 4 mit einem Transformator 3 verbunden ist. In dem Erdungszweig 2 ist eine Nebenschlußdrossel 5 installiert, die mit einem niederohmigen Widerstand 6 von mehreren hundert Ohm, der mit Erde verbunden ist, in Reihe geschaltet ist. Die Nebenschlußdrossel 5 ist parallel zu der Primärwicklung eines Spannungstransformators 7 geschaltet, dessen Sekundärwindung parallel zu einer Erdfehlerschutzeinheit 8 geschaltet ist. Der Widerstand 6 ist parallel zu einer Spannungsquelle mit einer Frequenz gleich ¼ der Nennfrequenz des Generators 1 geschaltet, der ein einkoppelndes System 9 ist, das mit der Erdfehlerschutzeinheit 8 verbunden ist.
• Die von dem einkoppelnden System 9 eingekoppelte Spannung dient zur Vorspannung der Leiter der Maschine bezüglich Erde mit einer Frequenz, die von der Generatorfrequenz verschieden ist. Ein Erdfehler bewirkt einen Strom, der von dem Charakter des Fehlers und von der Einkoppelspannung abhängt. Die Erdfehlerschutzeinheit 8 beobachtet diesen Strom und die eingekoppelte Spannung, bestimmt, ob ein Fehler aufgetreten ist und welches die Art des Fehlers ist. Die Erdfehlerschutzeinheit 8 betätigt gegebenenfalls einen Unterbrecher, um den Generator abzutrennen.
• In einem problemlosen Betriebszustand des mit dem Transformator 3 verbundenen Generators 1 ist die Spannung zwischen dem Neutralpunkt N und Erde gleich Null. Der Erdfehlerkapazitätsstrom und der Strom, der durch die Elemente fließt, die zwischen den Neutralpunkt N des Generators 1 und Erde geschaltet sind, sind ebenfalls gleich Null. Die Induktanz der Nebenschlußdrossel 5 , die den Neutralpunkt N des Stators des Generators 1 erdet, ist so gewählt, daß sie den während des Erdfehlers durch die Wicklung des Stators des Generators 1 durch die Hauptisolation fließenden Strom auf unter 5 A begrenzt und außerdem bewirkt, daß am Neutralpunkt N kein Erdfehlerstrom über 5 A fließt. Der Wert dieser Induktanz liegt im Bereich von 0,1 bis 20 Henry. Durch eine angemessene Auswahl der Induktanz der Nebenschlußdrossel 5 wird für Fehler entlang der ganzen Länge der Rotorwicklung des Generators 1 ein ordnungsgemäßer Betrieb der Erdfehlerschutzeinheit 8 sichergestellt, wodurch Schäden am Magnetkreis des Stators des Generators 1 reduziert und sogar völlig eliminiert werden.
• Die Erfindung kann auf den Schutz nicht nur eines Generators, sondern auch auf eine andere Art elektrischer Maschine mit einer Wicklung angewendet werden, die einen Neutralpunkt aufweist, wie etwa einen Motor oder einen Transformator.

Claims (3)

1. Erdfehlerschutzsystem einer Wicklung einer elektrischen Maschine (1), in die ein mit dem Neutralpunkt (N) der Wicklung verbundener Erdungszweig integriert ist, an dem ein niederohmiger Widerstand (6) angeschlossen ist, der parallel zu einer Spannungsquelle (9) mit einer Frequenz gleich 1/4 der Nennfrequenz der Maschine (1) angeschlossen ist und wobei die Quelle (9) dieser Spannung mit einer Erdfehlerschutzeinheit (8) gekoppelt ist, deren Ausgänge an die Sekundärwicklung eines Spannungstransformators (7) angeschlossen sind und die Primärwicklung des Spannungstransformators (7) an den Erdungszweig angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Primärwicklung des Spannungstransformators (7) und den Erdungszweig (2) gebildeten Stromkreis zwischen dem Neutralpunkt (N) der Wicklung der Maschine (1) und dem niederohmigen Widerstand (6) eine Nebenschlußdrossel (5) parallel geschaltet ist.
2. Erdfehlerschutzsystem einer Wicklung einer elektrischen Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktanz der Nebenschlußdrossel (5) im Bereich von 0,1 bis 20 Henry liegt.
3. Erdfehlerschutzsystem einer Wicklung einer elektrischen Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine ein Generator, ein Motor oder ein Transformator ist.