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Anordnung, um bei Gestellschluß elektrischer Maschinen den Fehlerstrom
mit Hilfe eines stromabhängigen Widerstandes zu begrenzen Man ist bestrebt, den
bei Gestellschluß entstehenden Fehlerstrom klein zu halten, damit der durch den
Fehlerstrom an der Fehlerstelle hervorgerufene Schaden möglichst begrenzt bleibt.
Die Notwendigkeit der Verkleinerung des Fehlerstromes besteht aber nur dann, wenn
der Gestellschluß genügend weit .vorn Nullpunkt der Maschine oder einem etwaigen
anderen auf Erdpotential befindlichen Punkt der Maschinenwicklung entfernt ist,
weil nur in dieseln Falle im Fehlerstromkreis eine erhebliche treibende Spannung
auftritt. Da man einen Gestellschluß auch dann erfassen will, wenn er an einer solchen
Stelle der Wicklung entsteht, daß die treibende Fehlerspannung nur sehr klein ist,
verwendet man nicht konstante Strombegrenzungswiderstände, sondern solche, die sich
in ihrer Höhe mach der Größe der treibenden Fehlerspannung richten. Bei bekannten
Einrichtungen dienen Eisenwasserstoffwiderstände oder Schaltapparate diesem Zweck.
Man möchte damit im wesentlichen erreichen, daß in allen Fehlerfällen ein Wechselstrom
solcher Stärke fließt, daß die Relais mit Sicherheit ansprechen, daß er aber nicht
wesentlich über diesem Betrag liegt.
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Je näher man diesem Idealzustande kommt, desto weniger Schaden wird
an der Fehlerstelle selbst angerichtet und desto empfindlichere Ansprecheinrichtungen
kann man verwenden. Die Anordnung gemäß der Erfindung bedeutet einen weiteren wesentlichen
Schritt in dieserRichtung. Gemäß der Erfindung wird ein druckabhängiger Widerstand,
z. B. ein Kohledruckregler, zur Strombegrenzung verwendet, gleichzeitig aber die
Tatsache berücksichtigt, daß die Zeit, welche der strombegrenzende Widerstand braucht,
um sich auf einen hohen Wert der- Fehlerspannung oder des Fehlerstromes umzustellen,
zwar sehr kurz, aber doch nicht unendlich klein ist. Gemäß der Erfindung wird daher
eine Einrichtung vorgesehen, welche verhindert, daß während dieser kurzen Zeit eine
Stromspitze auftritt. Hierzu erweist sich der druckabhängige Widerstand, insbesondere
der Kohledruckregler, als besonders geeignet. Die Zeit, die er zur Einstellung auf
den Fehlerstrom braucht, ist an und für sich schon sehr gering. Man kann nun aber
zusätzlich den auf ihn ausgeübten Druck, der in erster Linie von der Fehlerspannung
und dem Fehlerstrom abhängig gemacht werden muß, auch noch in anderer Weise beeinflussen,
so daß die erwähnte Stromspitze herabgesetzt oder ganz vermieden wird. Man könnte
z. B. die Anordnung so treffen, daß der Kohlewiderstand bei fehlerlosem Zustand
der Maschine vom Druck entlastet ist und erst nach Entstehung
eines
Gestellschlusses unter Druck gesetzt wird.
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Damit man die vorteilhaften Eigenschaften des Kohlewiderstandes, insbesondere
seinen großen Regelbereich, mit dein sich Spannungsgrenzwerte im Verhältnis i :
2o leicht erreichen lassen, voll ausnutzen kann, ist es erforderlich, ihn vor zu
hoher Erwärmung zu schützen. Aus diesem Grunde wird der über ihn fließende Fehlerstrom
nach Ablauf einer bestimmten Zeit seit Entstehung des Gestell-Schlusses abgeschaltet.
Dies ist vor allem in den Fällen notwendig, in denen sich =die Betriebsleitung entschließt,
trotz des aufgetretenen Gestellschlusses die Maschine noch weiter in Betrieb zu
lassen, etwa wenigstens so lange, bis eine Ersatzmaschine angelassen ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele. In
Fig. i ist die Wicklung eines Generators i mit einer Gestellschlußschutzenrichtung
versehen, die aus einem wattmetrischen Relais a besteht, dessen Stromspule an eine
Stromwandlerschaltung 3 und dessen Spannungsspule an den Sekundärkreis einer Gestelldrossel
4 angeschlossen ist. Wenn das wattmetrische Relais :2 den Kontakt 5 schließt, wird
beispielsweise die Auslösespule A erregt, die den nicht gezeichneten Hauptschalter
auslöst. Weitere Anordnungen, die zu einer vollständigen Schutzeinrichtung noch
gehören, wie z. B: die Anordnung zur selbsttätigen Entregung oder Schnellentregung,
die Anordnungen zur Abschaltung der Antriebsinäschinen usw., sind, weil sie nicht
zur Erfindung gehören, nicht dargestellt.
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Die Gestelldrossel 4 besitzt eine sekundäre Dreieckwicklung, welche
einen Strommagneten 6, einen druckabhängigen Kohlewiderstand 7 und einen konstanten
Widerstand 8 enthält.
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Bei einem Gestellschluß entsteht ein Strom im Sekundärkreis der Gestelldrossel4.
Für die Größe dieses Stromes und somit auch für die Stärke des primären Fehlerstromes
ist der Gesamtwiderstand der Gestelldrossel maßgebend. Der Kohlewiderstand 7 steht
unter dem Drück eines Hebels io, welcher um den Punkt i i drehbar ist und unter
der Einwirkung einer Federkraft 12 steht. Je größer nun der Strom in der Spüle 6
und in dem Widerstand 7 wird, um so stärker wird die Zugkraft des Magneten 6, welche
der Kraft der Feder 12 entgegenwirkt. Auf diese Weise wird also der Widerstand 7
vorn Drück um so stärker entlastet, je größer der Fehlerstrom ist. Die Kräfte des
Magneten 6 und der Feder 12 sind mit Rücksicht auf die Druckabhängigkeit des Widerstandswertes
der Kohlesäule 7 so aufeinander abgestimmt, daß sich bei allen im geschützten Bereich
möglichen Lagen der Gestellschlußstelle ein nahezu vollkommen konstanter Sekundärstrom
ergibt. Der Sekundär-Strom ruft dann in einem konstanten Widerstand 8 eine konstante
Spannung hervor, welche zur Erregung der Spannungsspule des Wattmeters 2 dient.
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Um nun zu verhindern, daß im ersten Augenblick nach Entstehen eines
Gestellschlusses eine Stromspitze auftritt, ist die Anordnung so getroffen, daß
der Kohlewiderstand 7 bei fehlerlosem Zustand des Generators i entlastet ist. Zu
diesem Zweck ist eine Verklinkung angewendet, durch welche die Zugkraft der Feder
12 aufgenommen wird. Die Verklinkung wird durch eine Sperrklinke 2o gebildet,. die
den über seinen Drehpunkt i i hinaus verlängerten Hebel festhält. Diese Sperrklinke
2ö wird von einem Magneten -21 ausgelöst, sobald auf der Sekundärseite der Gestelldrossel4
eine Nullpunktverlagerungsspannung auftritt. Sobald die Sperrklinke 2o den Hebel
io freigibt, überträgt sich die Kraft der Feder 12 als Druckkraft auf die Kohlesäule
7. Da in diesem Augenblick aber auch bereits der Strommagnet 6 erregt ist, wird
also der Kohlewiderstand niemals kleiner als er mit Rücksicht auf die einzustellende
Stromstärke werden soll, so daß also bei dieser Anordnung nicht im ersten Augenblick
ein zu großer Strom auf einen kleineren Wert herabgemindert wird, sondern daß ein
von vornherein sehr kleiner Strom nur in dem erforderlichen Ausmaß. vergrößert wird.
Auf welche Weise nach einem Ansprechen der Einrichtung der Druckhebel io und die
Sperrklinke 2o wieder in die richtige Anfangsstellung zueinander gebracht werden,
ist in der Zeichnung nicht angegeben, da dies für die Erfindung nicht von Bedeutung
ist. Im übrigen kann dies selbstverständlich sowohl mit Hilfe von Relais als auch
von Hand erfolgen, etwa durch Betätigung eines kleinen Hebels oder Druckknopfes.
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Eine Anordnung, bei welcher ebenfalls der Kohlewiderstand 7 normalerweise
von jedem Druck entlastet ist, zeigt Fig. 2. Der Druckhebel steht bei dieser Anordnung
unter der Einwirkung der Feder 12, welche aber im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen
normalerweise nicht gespannt ist. Die Feder 12 wird vielmehr erst gespannt, wenn
ein von der Nullpunktsverlagerungsspannung erregtes Relais 25 ein Gleichstromrelais
26 einschaltet, so daß dieses seinen Anker anzieht und dadurch die Feder 12 spannt.
Erst von diesem Augenblick an wirkt auf den Hebel io eine Kraft, welche der Differenz
der Stromkraft der Spüle 6 und der Federkraft der Feder 12 gleich ist, so daß also
auch bei dieser Anordnung von vornherein der Widerstand im Sekundärkreis der Gestelldrossel
sehr groß ist und nur nach Bedarf
vermindert wird, um die für das
Ansprechen der Relais erforderliche Stromstärke zu gewinnen. Die Anordnungen, die
in Fig. i und Fig.2 dargestellt sind, lassen sich natürlich leicht in unwesentlichen
Punkten, beispielsweise in der Art, wie die normalerweise bestehende Druckentlastung
durch ein Anregerelais beseitigt wird, abwandeln. . Beispielsweise kann auf den
Hebel To normalerweise eine Feder im Sinne einer Kraft der Spule 6 einwirken, und
diese Kraft kann so hoch bemessen werden, daß sie größer ist als die Kraft der Feder
12, was durch Wahl eines geeigneten Angriffspunktes oder auch durch entsprechende
Federstärke ohne weiteres zu erzielen ist. Im. Augenblick des Ansprechens eines
bei der Nullpunktverlagerungsspannung erregten Relais kann diese zusätzliche Kraft
durch die Kraft eines Hilfsrelais aufgehoben werden, so daß von diesem Augenblick
an nur die Kraft der Feder 12 und die Kraft der Magnetspule 6 wirken.
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Einen anderen Weg, die- Druckbelastung des Kohlewiderstandes 7 erst
dann einzuschalten, wenn vorher der Reglerinagnet 6 erregt ist, so daß auch nicht
vorübergehend eine gefährliche Verkleinerung des Widerstandes 7 eintreten kann,
zeigt Fig. 3. Es sind dort die drei Sekundärwicklungen der Gestelldrossel q. wiedergegeben
und der an diese Sekundärwicklung angeschlossene Stromkreis, welcher die Reglerspule
6 und den Kohledruckwiderstand 7 enthält. Auf den Kohledruckwiderstand 7 wirkt wie
in den anderen Beispielen ein Druckhebel To, welcher normalerweise unter der Einwirkung
einer Feder 12 steht. Dennoch ist der Kohlewiderstand 7, solange kein Erdschluß
entstanden ist, vom Druck entlastet, und zwar mittels eines in Ruhestromschaltung
arbeitenden Hilfsmagneten 30, welcher von einer beliebigen Stromduelle, beispielsweise
einer Gleichstromduelle, gespeist wird und welcher im gleichen Sinne wie die Kraft
der Reglerspule 6 wirkt und stark genug ist, um den Kohlewiderstand 7 von der Druckbelastung
durch die Feder 12 in gewünschtem Maße, beispielsweise vollständig, zu entlasten.
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Sobald aber ein Gestellschluß entsteht, spricht ein von der Nullpunktverlagerungsspannung
erregtes Relais 31 an, welches ein Hilfsrelais 32 einschaltet, so daß bei seinem
Ansprechen der Schalter 33 den Erregerstrom der Spule 30 unterbricht. Von diesem
Augenblick an verschwindet die Kraft des Hilfsmagneten 30. Da die Erregung des Relais
31 zugleich mit der Erregung des Magneten 6 entsteht, anderseits aber bis zur Unterbrechung
des Kontaktes 33 erstens die Zeit bis zur Schließung des Kontaktes des Relais 31
und zweitens die Zeit bis zur Bewegung des Ankers des Relais 32 vergeht, ist also
zwangsläufig sichergestellt, daß die Abschaltung der Spule 30 erst wirksam
wird, nachdem die Spule 6 erregt ist und ihrerseits die Steuerung des Kohledruckwiderstandes
,~ übernommen hat.