DE611639C - Windungsschlussschutzeinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
4. APRIL 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 68öo

Windungsschlußschutzeinrichtung Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. September 1932 ab

Einrichtungen zur Erfassung eines Windungsschlusses mit Wicklungen einer elektrischen Maschine oder eines Apparates sind in mannigfacher Form bekannt. Sie beruhen meistens darauf, daß entweder gewisse Spannungen oder das Potential zweier passend gewählter Punkte, welche dem zu schützenden Anlageteil und dem angeschlossenen Netz angehören, oder die Größen verschiedener Spannungen miteinander verglichen werden. In all diesen Anordnungen verläßt man sich darauf ,daß ein außenliegeinderKtirzschluß, der eine starke unsymmetrische Belastung ergibt, die Windungsschlußschutzeinrichtung nicht zum

Ansprechen bringt. Da aber eine Rückwirkung eines äußeren zweipoligen Kurzschlusses auf die Maschine und ihre Felder nicht in allen Fällen zu vermeiden ist, hat man die Windungsschlußschutzeinrichtung entsprechend unempfindlich eingestellt, wodurch man dann aber die Möglichkeit verliert, einen Windungschluß, der nur wenig Windungen umfaßt, zu erfassen.
Erfindungsgemäß wird die Empfindlichkeit der Windungsschlußschutzeinrichtung von der Richtung oder der Größe und der Richtung der symmetrischen gegenläufigen Leistungskompoinejnte abhängig· gemacht; wenn •dieseLeistungskomponente in diezu schützende Wicklung hineinfließt, so ist das ein sicheres Zeichen dafür, daß die Entstehungsursache dieser gegenläufigenLeistungskomponente, also beispielsweise der Kurzschluß, außerhalb des geschützten Anlageteiles zu suchen ist. Bei einem Fehler innerhalb des Generators hat die gegenläufige Leistungskomponente das entgegengesetzte Vorzeichen. Die Überwachung der gegenläufigen Leistungskomponente bietet ferner den Vorteil, daß es in dem Richtungsrelais keine tote Zone gibt und daß das Riehtungsrelais anderseits auch pendelsicher ist. Es spricht also auf Ausgleichströme, die bei ungenauer Synchronisierung auftreten, nicht an. Da, wie schon gesagt, die gegenläufige Leistungskomponente stets von der Fehlerstelle weggerichtet ist, kann man ein von ihr erregtes Richtungsrelais auch als Rückwattrelais (bezogen auf die gesamte Fehlerleistung) für sich allein oder in den bekannten kombinierten Schaltanordnungen so schalten, daß es anspricht, wenn die innere Energie aus der Wechselstrommaschine herausfließt. Das Relais spricht dann aber nur bei einem Kurzschluß oder Windungsschluß in der zu schützenden Generator- oder Transformatorwicklung an. Man kann die Anordnung dann so treffen, daß beispielsweise, wenn das Rückwattrelais allein anspricht, ein Signal ausgelöst wird, welches anzeigt, daß in der Maschine ein Kurzschluß entstanden ist, und daß, wenn außer dem Rückwattrelais auch das Windungsschlußrelais anspricht, ein anderes Signal gegeben wird, welches anzeigt, daß ein Windungschluß vorliegt. Für die Entdeckung und Beseitigung des Fehlers kann dies von Nutzen sein. Es gibt nun die verschiedensten

*j Von dem Patentsucher sind als die Eründer angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau und Dipl.-Ing. Ernst Bopp in Berlin-Siemensstadt.

Möglichkeiten, die Windungsschlußschutzeinrichtung von dem Vorzeichen der gegenläufigen Leistungskotnponente abhängig zu machen. Beispielsweise kann ein besonderes von der gegenläufigen Leistungskomponente erregtes Richtungsrelais vorgesehen sein, welches die Auslösung des Maschinenschalters und die Windungsschlußsignaleinrichtung unwirksam macht, indem es einen mit dem Kontakt des ίο Windungsschlußrelais in Reihe liegenden Kontakt öffnet oder in anderer Weise die Auslösespule durch Abschaltung oder Kurzschließung unwirksam macht. Das Relais könnte auch mechanisch die Auslösung ver-* t5 riegeln, indem es beispielsweise entweder den Kontakt des Windungsschlußrelais offenhält oder die Auslöseeinrichtung des Leitungsschalters durch eine Klinke verriegelt. Eine weitere Äusführungsform, bei welcher die «ο Meßsysteme des von der gegenläufigen Leistungskomponente abhängigen Richtungsrelais und das Meßsystem des Windungsschlußrelais auf einer Welle vereinigt sind, wird an Hand eines Ausführungsbeispieles an späterer Stelle as noch ausführlicher beschrieben. Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes sind in zwei Figuren zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.

In Fig. ι ist der zu schützende Generator mit ι bezeichnet, das Windungsschlußrelais mit 2 und das Relais, das von der gegenläufigen Leistungskomponente gesteuert wird, mit 3. Der Generator arbeitet auf einem Transformator^ und ein Leistungsschalter 5 gibt die Möglichkeit, die Verbindung zwischen dem Generator und der Primärwicklung des Transformators 4 zu lösen. Für die öffnung des Leitungsschalters 5 ist eine Auslösespule 6 vorgesehen.

Das Windungsschlußrelais 2 ist an die offene Dreieckwicklung 7 eines primärseitig in Stern geschalteten Spannungswandlers 8 angeschlossen, dessen Sternpunkt über eine Verbindungsleitung 9 mit dem Sternpunkt der Wicklung des Generators 1 verbunden ist. Bekanntlich fließt, wenn in dem Generator 1 ein Windungsschluß entsteht, ein Ausgleichstrom über die Verbindungsleitung 9. Dieser Strom wird getrieben durch den Spannungsunterschied zwischen den Sternpunkten, die über die Leitungen 9 miteinander verbunden sind und welche an den Klemmen der offenen Dreieckwicklung 7 auftreten. Ein Ausgleichstrom und eine Spannungan den Klemmen der offenen Dreieckwicklung 7 können aber auch bei starker unsymmetrischer Belastung des Generators 1 entstehen, also beispielsweise bei einem Kurzschluß zwischen zwei Phasenleitern. Dabei ist es gleichgültig, ob dieser Kurzschluß in dem Leitungsteil entsteht, welcher konduktiv^ Verbindung mit der Wicklung des Generators ι hat, Oder auf der H'ochspannungsserue des Transformators 4. Wenn das Windungsschlußrelais 2 seinen Kontakt schließt, kann es gemäß der Erfindung den Leitungsschalter S nur dann öffnen, wenn der Kontakt des Richtungsrelais 3 geschlossen ist. Das Richtungsrelais 3 wird nun einerseits von den Strömen der drei Phasenleiter erregt und anderseits über leinen Spaimungsdrehfeldscheideria durch die gegenläufige Komponente der Netzspannung. Die Stromwandler 11 sind in-der Nähe des Leitungsschalters S angeordnet, weil sich der Schütz dann vom Schalter 5 bis zum Sternpunkt der Wicklung des Generators 1 erstreckt. Das Relais 3 schließt den mit der Auslösespule 6 in Reihe liegenden Kontakt, wenn die gegenläufige Leistungskomponente in Richtung vom Generator 1 zum Transformator 4 fließt. Da die Richtung der gegenläufigen Leistungskomponente stets von der Fehlerstelle f ortwieist, läßt also· das Relais 3 die Abschaltung zu, wenn die Ursache für die Entstehung der , gegenläufigen Leistungskomponente, also beispielsweise der Win- dungsschluß oder <ier Kurzschluß, in dem Teil zwischen den Stromwandlern 11 und dem Sternpunkt des Generators 1 liegt Bei einem Kurzschluß im Hochspannungsnetz führt also ein Ansprechen des Windungsschlußrelais 2 so nicht zur Schalterauslösung.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, wie man die Abhängigkeit von dem Vorzeichen der gegenläufigen Leistungskomponente, die Windungsschlußschutzeinrichtung verriegeln kann. Auf einer gemeinsamen Welle 12 sinddreiDrehspuleni3,14 und 15 angebracht. Die Spule 13 bewegt sich im Feld, das durch zwei Spulen 16 und 17 hervorgebracht wird. In gleicher Weise ist die Spule 14 im Feld zweier Spulen 18 und 19 und die Spule 15- im Feld zweier Spulen 20 und 21 beweglich. Die Spulen τδ, 13 und 17 sind in Reihe geschaltet und werden von dem Strom der Verbindungsleitung 9 durchflossen, welche den Sternpunkt des nicht dargestellten Generators 1 mit dem Sternpunkt der. Primärwicklung eines Spannungswandlers 80 verbindet. Das aus den Spulen x6, 13 und 17 gebildete Relaissystem entspricht also dem Windungsschlußrelais 2 in Fig. 1. Das Drehmoment dieses Systems ist durch einen Pfeil angedeutet. Die beweglichen Spulen 14 und 15 im Feld der festen Spulen 1, 19 und 20, 21 geben zusammen ein Drehmoment, welches der gegenläufigen Leistungskomponente proportional ist. Diese beiden unteren Meßsysteme bilden also ein zweisystemiges Leistungsmeßsystem, dessen Drehmoment hinsichtlich seiner Größe und seiner Richtung von der gegenläufigen Leistungskomponente abhängt. Diese beiden Systeme entsprechen

also dem Meßsystem der Richtungsrelais 3 in Fig. i. Wie die Schaltung zeigt, kommen dabei die drei Phasenströme und zwei einem Drehfeldscheider 10 entnommene Spannungen zur Verwendung. Der Drehfeldscheider siebt die' gegenläufige Komponente aus der Netzspannung heraus.

Auf der Welle 12 sitzt ein Arm 22, welcher ein Kontaktpaar 23 schließen kann. Das Kontaktpaar 23 liegt im Stromkreis der nicht dargestellten Auslösespule für den Hauptschalter. Die Einrichtung wirkt folgendermaßen.

Solange keine gegenläufige Leistungskomponente festzustellen ist, sind die beiden unteren Meßsysteme drehmomentlos. Dann ist aber auch das obere Meßsystem drehmomentlos, weil jeder WindungsSchluß und jeder Kurzschluß, mit Ausnahme des symmetrischen dreiphasigen Kurzschlusses, mit dem Auftreten

.²⁰ einer gegenläufigen Leistungskomponente verbunden ist. Bei einem Kurzschluß außerhalb des zu schützenden Anlageteiles ist es möglich, daß durch die unsymmetrische Belastung ein Ausgleichstrom über die Leitung 9 zustände kommt, wodurch das obere Meßsystem ein Drehmoment in Pfeilrichtung entwickelt. Gleichzeitig entsteht dann aber auch ein Drehmoment an den beiden unteren Meßsystemen, und zwar ist das Gesamtdrehmoment dieser beiden Meßsysteme dem Drehmoment eines oberen Meßsystems entgegengerichtet, da der Ausgleichstrom der Leitung 9, weil er nur eine Nebenerscheinung der unsymmetrischen Belastung ist, auf jeden Fall erheblich kleiner ist als der unsymmetrische Belastungsstrom. So ist mit Sicherheit das Drehmoment der beiden unteren Systeme erheblich größer. Der Kontakt 23 wird also nicht geschlossen. Wenn ein Windungsschluß innerhalb der Maschine auftritt, wirkt nicht nur das Drehmoment des obersten Systems in kontaktschließendem Sinne, sondern hierzu kommt auch noch das Gesamtdrehmoment der beiden unteren Meßsysteme. Da nämlich die gegenläufige Leistungskomponente in Richtung von dem Generator zum Transformator 4 (Fig. 1) fließt, kehrt sich das Drehmoment der beiden unteren Systeme im Vergleich zum vorhin betrachteten Fall eines äußeren Kurzschlusses um und wirkt in gleichem Sinne, so daß also der Kontakt 23 mit großer Kraft geschlossen wird. Da also im Falle eines Windungsschlusses oder auch Kurzschlusses in dem zu schützenden Anlageteil ein recht kräftiges Drehmoment für die Schließung eines Kontaktes 23 zur Verfügung steht, ist die Empfindlichkeit der Schutzeinrichtung äußerst stark. Man kann deshalb sogar dem System durch Anbringung einer kleinen Feder eine feste Ruhelage geben, ohne daß dadurch der Schutz seine wertvollste Eigenschaft, nämlich die große Empfindlichkeit, einbüßt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Windungsschlußschutzeinrichtungfür Wechselstrommaschinen und -apparate, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit der Windungsschlußschutzeinrichtung von der Richtung oder der Größe und der Richtung einer etwa auftretenden symmetrischen gegenläufigen Leistungskomponente abhängig ist.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungsschlußrelais (2) unwirksam ist, wenn eine gegenläufige. Leistungskomponente in die zu schützende Wicklung (1) hineinfließt.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der gegenläufigen Leistungskomponente erregtes Energierichtungsrelais die durch das Windungsschlußrelais gesteuerten Schalt- und Signaleinrichtungen erst bei Auftreten einer gegenläufigen Leistungskomponente, die aus dem geschützten Anlageteil herausfließt, zur Betätigung freigibt.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungsschlußrelais (13, 16, 17) und das von der gegenläufigen Leistungskomponente erregte Richtungsrelais (18, 14, 19, 20, 15, 21) auf das gleiche Kontaktglied (22) derart einwirken, daß sich ihre Wirkungen nur bei einem Fehler innerhalb der zu schützenden Wicklung unterstützen.

5. Schutzeinrichtung für Wechselstrommaschinen und -apparate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Rückwattrelais wirkendes, von der gegenläufigen Leistungskomponente erregtes Richtungsrelais (3) vorgesehen ist.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 ■ bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signaleinrichtung (z. B. Fallklappe) für den Kurzschlußfall und eine Signaleinrichtung für den Windungsschlußfall vorgesehen sind, welche derart eingeschaltet sind, daß bei einem Fehler im geschützten Anlegeteil bei Ansprechen des von der gegenläufigen Leistungskomponente erregten Leistungsrelais und des Windungsschlußrelais der Windungsschluß bei Ansprechen nur des von der &SHM« Leistungskomponente erregten Leistungsrelais der Kurzschluß angezeigt wird.

Hierzu r Blatt Zeichnungen

BERLIN. GEDIiUCKT IN DER REICHSDRUCKEHEI inversezt