DE631222C - Gestellschlussschutzanordnung zur Erfassung des Gestellschlusses am Sternpunkt oder in unmittelbarer Naehe des Sternpunktes der Wicklungen mehrphasiger Maschinen und Apparate - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 18. JUNI 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 68m

oder in unmittelbarer Nähe des Sternpunktes der Wicklungen

mehrphasiger Maschinen und Apparate

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. August 1932 ab

Es sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, um bei einem Generator oder Transformator oder bei sonstigen Mehrphasenapparaten mit Sternpunkt einen Gestell-Schlußschutz zu schaffen, der auch bei einem Gestellschluß am Sternpunkt anspricht. Diese Lösungen beruhen zum Teil darauf, durch Einfügung einer Zusatzspannung zwischen Sternpunkt und Erde auch bei Gestellschluß am Sternpunkt einen Fehlerstrom hervorzurufen, welcher zur Betätigung eines Schutzrelais ausreicht., Eine andere Anordnung besteht darin, daß von einer Widerstandsanordnung außerhalb der zu schützenden Wicklung ein Punkt geerdet wird, welcher nicht der Sternpunkt dieser Widerstandsanordnung ist und wobei die Erdung über Widerstände erfolgt und der Strom über diese Widerstände zur Betätigung eines Schutzrelais benutzt wird.

Erfindungsgemäß wird für die Erfassung des Gestellschlusses am Sternpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Sternpunktes der zu schützenden Wicklung, deren Wicklungssternpunkt nicht oder höchstens über einen großen Widerstand geerdet ist, die Anordnung so getroffen, daß auf ein Gestellschlußrelais zwei Teilspannungen einer verketteten Spannung einwirken, so daß das Relais bei Gestellschluß infolge der dann eintretenden Änderung der gegenseitigen Phasenverschiebung zwischen diesen Teilspannungen anspricht. Zur Durchführung der Erfindung ist im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen weder eine Zusatzspannung notwendig noch auch ein künstlicher Sternpunkt, dessen magnetisches System die drei Phasen zwangsläufig miteinander verkettet. Zum Unterschied von den bekannten Anordnungen arbeitet die Erfindung auch nicht mit einer Spannung, die sich im Fehlerfall zusammensetzt aus einem Teil der Phasenspannung der erdschlußbehafteten Phasen und einer künstlich aufrechterhaltenden Zusatzspannung, die zwischen dem Nullpunkt des zu schützenden Apparates und Erde besteht. Vielmehr genügen zur Durchführung der Erfindung zwei magnetisch nicht verkettete Spannungswandler, welche zwischen Phase und Erde geschaltet sind, wie sie sich praktisch bei jedem Generator zu Meßzwekken und Synchronisierzwecken finden. Vor allem eignen sich auch Trockenspannungswandler, welche bekanntlich Spannungen gegen Erde messen, ohne weiteres für diesen

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden: ,

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Karl Hammers in Berlin-Siemensstadt,

Schutz, wenn sie eine geeignete Sekundärwicklung enthalten, -Es-wicd also bei der Erfindung die '-'verkettete «Spannung zwischen zwei Phasen in zwei Teilspannungen unterteilt, die bei fehlerfreier Maschine ein bestimmtes Größenverhältnis und entgegengesetzt gleiche Phasenlage besitzen. Diese Phasenlage wird aber zerstört, sobald ein Gestellschluß am Sternpunkt oder .in seiner Umgebung auftritt, so daß es möglich ist, hierdurch ein Schutzrelais zum Ansprechen zu bringen.

Zur Erläuterung der Erfindung seien im nachfolgenden einige Ausführungsbeispiele und ein Vektordiagramm näher erläutert. Bei den Ausführungsbeispielen ist als Mittel zur Feststellung der Phasenabweichungen der beiden Teilspannungen eine Anordnung dargestellt, bei welcher die beiden Teilspannungen sich in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben, solange sie in genauer Phasenopposition stehen.

In Fig. ι ist das Prinzip der Anordnung schematisch dargestellt. Ein Generator G, welcher auf die Primärwicklung eines Transformators T arbeitet, besitzt eine in Stern geschaltete Wicklung, wobei jedoch der Sternpunkt nicht geerdet ist. Die Phase V und die Phase W ist über je eine Primärwicklung eines Spannungswandlers 6" geerdet. Der magnetische Kreis M des Spannungswandlers ist so ausgebildet, daß ein Schenkel ohne Primärwicklung bleibt. Auf diesen Schenkel ist die Sekundärwicklung ν für das Relais R aufgebracht. Wenn das Relais J? anspricht, bewirkt es in 'dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel die Abschaltung eines Leitungsschalters A und die Schwächung der ■ Erregung des Generators G. Im Vektordiagramm (Fig. 2) ist die Wirkungsweise erläutert. Die drei Spannungen U, V₁W bilden den bekannten Stern des Dreiphasensystems. Zwischen dem Endpunkt des Vektors V und dem Endpunkt des Vektors W werden zwei Teilspannungen gegen Erde abgegriffen, von denen die eine mit v, die andere mit w bezeichnet ist. Infolge der Schaltung bzw. der magnetischen Anordnung wirkt auf die Sekundärspule?· die geometrische Summe dieser beiden Spannungen. ν und w können gleich groß sein, können aber auch bei verschiedener Windungszahl der Primärwicklungen ■ des Spannungswandlers vS* verschiedene Größe haben. Solange der zu schützende Kreis frei von einem Gestellschluß ist, sind die Vektoren ν und w gegeneinandergerichtet und heben sich infolgedessen im Sekundärkreis des Spa.nnungswandlers 6¹ gegenseitig auf. Wenn in der zu schützenden Wicklung beispielsweise an der im Vektordiagramm mit F bezeichneten Stelle ein Erdschluß auftritt, wird der Vektor ν zum Vektor v', der Vektor w erhält die Größe und Lage des Vektors ze/. Die geometrische* Summe v' -\- w' stellt nun der Vektor .E^ dar. Dies ist die am Relais auftretende Spannung.

Man ersieht aus der Figur sofort, daß der ungünstigste Fall dann vorliegt, wenn der Vektor E_R auf der Verlängerung des Vektors W nach der negativen Seite hin oder ein vom Endpunkt des Vektors W ausgehender Vektor E^ auf der Verlängerung des Spannungsvektors V nach der negativen Seite hin senkrecht steht. In diesem ungünstigsten Falle beträgt die Spannung zur Betätigung des Relais etwa 86 °/₀ der Phasenspannung. Kleiner kann diese Spannung also niemals werden. Am größten wird diese Spannung, wenn der Gestellschluß an der Klemme der Phase U auftritt. In diesem Falle erhält die Spannung am Relais die dreifache Größe der Phasenspannung.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Erfindung dargestellt, bei welcher zwei Phasenspannungen, beispielsweise XJ und W, mit Spannungsteilern ausgestattet sind und bei welcher die Primärwicklungen zweier Spannungswandler S₁ und ^₂ an zwei passend gewählten Punkten dieser Spannungsteiler angeschlossen sind. Es wird auf diese Weise die für das Relais auftretende Spannung kleiner. Gleichzeitig wird aber auch die Höhe des Nullpunktpotentials des Systems über Erde verkleinert. Es ist im unteren Teil der Fig. 3 noch ein Widerstand 7. angedeutet, welcher dem Relais R parallel geschaltet werden kann und der die an sich bekannte Wirkung hat, die Relaisempfindlichkeit derart zu vermindern, daß über die Kapazität zwischen den Wicklungen des Transformators T bei einem Netzerdschluß übertretende Ladeströme das Relais R nicht zum Ansprechen bringen können. Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es das Schema nach Fig. 1 zeigt, dürfte dieser Widerstand Z im allgemeinen gänzlich entbehrlich sein, weil, wie weiter oben erläutert wurde, der Gestellschluß auf jeden Fall eine derart hohe Spannung im Relaiskreis entstehen läßt, daß es nicht anzunehmen ist, daß die über die Wicklungskapazität des Transformators T aus dem Netz her* übertragenen Spannungen zur Erregung der dann naturgemäß auf eine höhere Ansprechspannung eingestellten Relais ausreichen.

Fig. 4 und s zeigen weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens. Gemäß Fig. 4 ist der Sternpunkt des zu schützenden Apparates über einen Ohmschen, induktiven, kapazitiven oder gemischten Widerstand Z_x eerdet, während im übrigen die Relaisanordnung der Schaltung gemäß- Fig. 1 entspricht,

da es unwesentlich ist, ob ein zweiphasiger Spannungswandler mit unbewickeltem Schenkel oder zwei gänzlich getrennte Einphasenspannungswandler verwendet werden. Der Widerstand Z₁ ist so groß, 'daß bei fehlerfreier Anlage die Schutzeinrichtung nicht anspricht. Im fehlerfreien Zustand fließt über diesen Widerstand nur Magnetisierungsstrom und der sekundäre Belastungsstrom des Spannungswandlers. Die Wirkung dieses Widerstandes besteht dann darin, daß die Potentiale des Sternpunktes des zu schützenden Apparates und des Mittelpunktes zwischen den beiden Primärwicklungen der Spannungswandler einander in zulässigem Maße genähert werden. Für die Relaisbetätigung ist die Erdung des Generatorsternpunktes im Gegensatz zu bekannten Anordnungen keine Notwendigkeit, ja sogar nicht einmal eine Verbesserung. Bei Erdung des Generatorsternpunktes über Widerstände tritt am Relais normalerweise bereits eine gewisse, z. B. auf So °/o der Phasenspannung bemessene Spannung auf; im Fehlerfalle steigt dann die Relaisspannung von diesem Normalwert auf mindestens 86 °/o der Phasenspannung. Dies wäre aber eine auf jeden Fall ausreichende Spannungsänderung.

In Fig. S liegt zum Unterschied gegenüber der Anordnung, die beispielsweise in Fig. ι enthalten ist, der Verbindungspunkt der Primärwicklungen der Phasenspannungswandler S₁ und S₂ bzw., wenn nur ein Zweiphasenspannungswandler mit drittem Schenkel benutzt ist, der Verbindungspunkt der beiden Primärwicklungen des Spannungswandlers über die Sekundärwicklung eines Stütztransformators t an Erde. Da bei der Ausführung gemäß Fig. 1 der Halbierungspunkt der verketteten Spannung zwischen V und W geerdet ist, nimmt der Sternpunkt des Generators G dort eine Potentialerhebung gegen Erde an, welche etwa gleich einer halben Phasenspannung ist. Nun kann gemäß der An-Ordnung in Fig. 5 mit Hilfe des Stütztransformators t in die Erdverbindung der beiden Primärwicklungen des Spannungswandlers eine Spannung eingeführt werden, welche die Wirkung hat, daß die beiden Teilspannungen gegen einen Punkt gemessen werden, dessen Potential so weit über Erdpotential liegt, daß infolgedessen das Potential des Sternpunktes der Maschine nahezu Erdpotential behalten kann. Die mittels des Transformators t eingeführte Spannung kann der dritten Phasenspannung oder irgendeiner für die Erregung des Spannungswandlers nicht benutzten verketteten Spannung entnommen werden. Beispielsweise ist in Fig. 5 in die Erdverbindung ein Bruchteil der Phasenspannung V eingeführt, weil die beiden für das Relais verwendeten Spannungswandler an die Klemmen U und W angeschlossen sind,;

Der parallel zum Gestellschlußrelais liegende Widerstand (Fig. 3) ist zweckmäßig mit einem Maximalspannungsrelais oder einem Maximalstromrelais zusammengeschaltet, welches bei Gestellschluß in dem zu schützenden ■ Anlageteil anspricht und dann den Widerstand abschaltet. Der Widerstand soll nämlieh nur bei einem Netzerdschluß das Ansprechen des Gestellschlußrelais verhindern. Wenn der Strom in dem Widerstand aber so stark wird, daß hieraus hervorgeht, daß kein Erdschluß im Netz, d. h. also jenseits des Transformators, sondern ein Erdschluß im zu schützenden Anlageteil vorliegt, dann kann der Widerstand abgeschaltet werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gestellschlußschutzanordnung zur Erfassung des Gestells'chlusses am Sternpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Sternpunktes der Wicklungen mehrphasiger Maschinen und Apparate, deren Wicklungssternpunkt frei oder höchstens über einen großen Widerstand geerdet ist, gekennzeichnet durch ein Gestellschlußrelais, auf welches zwei Teilspannungen einer verketteten Spannung einwirken und welches infolge der bei Gestellschluß eintretenden Änderung der gegenseitigen Phasenverschiebung zwischen diesen Teilspannungen anspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Gestellschlußrelais die geometrische Summe zweier Teilspannungen einer verketteten Spannung einwirkt, deren gegenseitige Phasenlage sich bei Eintritt eines Gestellschlusses derart ändert, daß danach eine zur Relaisbetätigung ausreichende resultierende Spannung entsteht.

3. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswandler, welche die Teilspannungen gegen Erde messen, magnetisch nicht zwangsläufig miteinander verkettet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer vollen verketteten Spannung ein passend gewählter Bruchteil einen Spannungswandler mit zwei magnetisch nicht zwangsläufig miteinander verketteten Primärwicklungen oder zwei magnetisch unverkettete Einphasenwandler erregt, welche zur Gewinnung der Teilspannungen dienen.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais mit einem Überbrückungswiderstand (Z) ausgestattet ist, welcher

ein Ansprechen des Relais bei Erdschluß im Netz infolge der über die Kapazitäten des zum. Generator gehörenden Leistungstransformators übertretenden Ladeströme verhütet.

6. Anordnung nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das zu schützende System einen Sternpunkt besitzt, welcher über einen Ohmschen,' induktiven, kapazitiven oder gemischten Widerstand von solcher Größe geerdet ist, daß der im Normalzustand der Anlage über diesen Widerstand fließende Strom einen vorgeschriebenen Mindestspannungsabfall erzeugt.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen, welche mit Hilfe der Spannungswandler gebildet werden, die Spannungen gegen einen Punkt darstellen, dessen Potential gegenüber Erde derart gehoben ist, daß infolgedessen der Sternpunkt des Systems annähernd Erdpotential behält.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Primärwicklungen -des zur Erfassung der Teilspannungen angewendeten Spannungswandlers und Erde die Sekundärwicklung eines Stütztransformators (t) eingeschaltet ist, welcher von derjenigen Phasenspannung oder einer solchen verketteten Spannung erregt wird, welche zur Erregung der beiden Spannungswandlerwicklungen nicht benutzt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximalspannungsreläis oder ein Maximalstromrelais bzw. ein Sockelautomat vorgesehen ist, welcher den Erdschlußwiderstand (Z) zum Relais abschaltet, wenn der Strom in diesem Widerstand oder die Spannung in diesem Widerstand größer sind als die beim Erdschluß jenseits des Leistungstransformators auftretenden Relaisspan- nungen.

Hierzu j Blatt Zeichnungen