DE738187C

DE738187C - Device for protecting electrical conductors through which alternating current flows, in particular windings of electrical machines in operation, against impermissible temperature increases

Info

Publication number: DE738187C
Application number: DES115243D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alexander Roggendorf; Dipl-Ing Albrecht Werren
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1934-09-02
Filing date: 1934-09-02
Publication date: 1943-08-05

Description

Einrichtung zum Schutz von wechselstromdurchflossenen elektrischen Leitern, insbesondere von Wicklungen in Betrieb befindlicher elektrischer Maschinen, gegen unzulässige Temperaturerhöhungen Elektrische Maschinen und Apparate sowie Leiteranordnungen in elektrischen Energieverteilungslanlagen, beisp.ielsweis,eKaabel, werden vorwiegend durch Meß.geräte überwacht, welche auf die Größe des in dem zu schützenden Leiter fließenden Arbeifisstromnes ansprechen. Man kann jedoch zu einer wesentlich besseren Ausnutzung des Leitermaterials gelangen, wenn man Schutzeinrichtungen benutzt, die nicht auf .die Größe des Belastungsstromes, sondern auf die Temperatur des Leiters ansprechen. Eine solche Schutzeinrichtung, und zwar für wechselstromdurchüüssene Leiter, zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung.Device for the protection of alternating current carrying electrical Ladders, especially windings of electrical machines in operation, against impermissible temperature increases electrical machines and apparatus as well as Conductor arrangements in electrical power distribution systems, e.g. e-cable, are mainly monitored by measuring devices, which are based on the size of the to addressing protective ladder flowing work currents. However, one can become one Significantly better utilization of the conductor material can be achieved if protective devices are used used, which does not depend on the size of the load current, but on the temperature of the head. Such a protective device, specifically for AC power Ladder to create is the object of the invention.

Es sind bereits Schutzeinrichtungen vorgeschlagen, bei denen die Temperatur der zu schützenden Leiter berücksichtigt werden soll. Meist werden: dabei von .dem Hauptstromkreis getrennte Hilfsleiter verwendet, die möglichst nahe dem zu schützenden Leiter, beispielsweise innerhalb der Wicklungsanordnungen elektrischer Maschinen, untergebracht sind und derart in den Stromkreis einer Meßschaltung eingeschaltet sind, daß ,die Anzeige der Meßgeräte "von :dem Widerstand -der Hilfsleiter und damit von ihrer Temperatur abhängig sind. Derartige Hilfsleiter haben.aber den Nachteil, ,daß es meist nicht gelingt, zwischen .ihnen und den zu schützenden Leitern bzw. den besonders gefährdeten Stellen der letzteren einen so guten Wärmeübergang zu schaffen, daß die Temperatur der Hilfsleiter tatsächlich :der Temperatur der zu schützlenden Leiter mit praktisch genügenderGenauigkeit gleich ist.Protective devices have already been proposed in which the temperature the conductor to be protected should be taken into account. Most of the time: by .dem Main circuit uses separate auxiliary conductors as close as possible to the one to be protected Conductors, for example within the winding arrangements of electrical machines, are housed and so switched into the circuit of a measuring circuit are that, the display of the measuring devices "from: the resistance -the auxiliary conductor and thus depend on their temperature. Such auxiliary leaders have the disadvantage, however, that it is usually not possible to get between them and the ladders or ladders to be protected. to the particularly endangered parts of the latter such a good heat transfer create that the temperature of the auxiliary conductor actually: the temperature of the to protective conductor is the same with practically sufficient accuracy.

Man hat auch schon die Hilfsleiter als Teilleiter ras zu schützenden Leitungsstranges benutzt, d. h. also die Anordnung so getroffen, daß sich der Arbeitsstron im Verhältnis ,der Querschnitte auf den zu schützenden Leiter und die parallel dazu liegenden Hilfsleiter aufteilt. Dann wird durch den Arbeitsstrom auch .in denTeilleitern unmittelbar Wärme erzeugt, wodurch. eine gute Temperaturübereinstimmung zwischen diesen u:nd renn zu ,schützenden Leiter erzielt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung sind dem zu schützenden Leiter zwei Teilleiter parahlel geschaltet, und in jeden Teilleiter ist eine Wicklung eines Wandlerkernes eingeschaltet. Der Wicklungssinn der beiden Wicklungen ist gegensinnig, so daß der Über ,die Teilleiter fließende Anteil des Arbeitsstromes keine magnetisierende Wirkung auf den Wandlerkern auszuüben imstande ist. Dieser Wandlerkern ist dann :mit einem zweiten .gleichartigen Wandlexkern, der aber an Stelle der genannten beiden Wicklungen eine an einen Normalwiderstand angeschlossene Wicktung trägt, zu einer durch einen Hilfswechselstrom gespeisten Brückenschaltung vereinigt, wobei Abweichungen vom Brückengleichgewicht ein Maß für Widerstandsänderungen der Hilfsleiter sind. Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß sie nur anwendbar ist, wenn besondere Hilfsleiter vorgesehen sind oder wenn von dem Hauptleiter Teilleiter abgespaltet werden können. Wegen des Widerstandes der in die Teilleiter geschalteten Wandlerw icklungen wird sich auch der Arbeitsstrom nicht genau entsprechend den Querschnitten auf Haupt- und Hilfsleiter verteilen. Die Wärmeentwicklung in beiden wird also etwas verschieden sein. Schließlich ist die Widerstandsmessung nur mit Wechselstrom durchführbar, was bekanntlich wegen der Induktivitäten zu verhältnismäßig ungenauen Erg@bnis,sen führt.You also have the auxiliary ladder to be protected as a sub-ladder ras Harness used, d. H. so the arrangement is made so that the working current in relation to the cross-sections on the conductor to be protected and the parallel to it lying auxiliary ladder divides. Then the working current also .in the sub-conductors directly generates heat, whereby. a good temperature match between this and run to, protective ladder is achieved. In this known device two sub-conductors are connected in parallel to the conductor to be protected, and in each Partial conductor is switched on to a winding of a transformer core. The sense of winding of the two windings is in opposite directions, so that the over, the sub-conductor is flowing Proportion of the working current does not exert a magnetizing effect on the transformer core is able to. This converter core is then: with a second, similar converter core, but instead of the two windings mentioned, one is connected to a normal resistor connected winding carries to a through an auxiliary alternating current fed bridge circuit combined, with deviations from the bridge equilibrium are a measure of changes in resistance of the auxiliary conductors. The disadvantage of such The arrangement is that it is applicable only if special auxiliary conductors are provided or if partial conductors can be split off from the main conductor. Because of the Resistance of the converter windings connected in the sub-conductors will also increase the working current does not exactly correspond to the cross-sections on the main and auxiliary conductors to distribute. So the heat development in both will be slightly different. In the end the resistance measurement can only be carried out with alternating current, which is known because of of the inductances leads to relatively inaccurate results.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie benötigt keine Hilfsleiter, :sondern erfaßt die Temperatur des zu schützenden Leiters unmittelbar, und außerdem wird die Messung mit Gleichstrom durchgeführt, so daß ein Höchstmaß an Genauigkeit erreichbar ist. Gemäß .der Erfindung ist eine Strecke des zu schützenden Leiters, deren Ohmscher Widerstand gegenüber deni Ohmschen Widerstand des übrigen Arbeitsstromkreises sehr klein ist, unmittelbar an die Meßanordnung angeschlossen, und es wird in den Meßstromkreis eine der an dieser Leiterstrecke auftretenden Arbeitsspannung proportionaleH:ilfsspannung so eingeführt, daß sie den Einfluß der Arbeitsspannung auf .den Meßstronikreis auifheb't.The invention avoids these disadvantages. She does not need an assistant ladder, : but detects the temperature of the conductor to be protected directly, and also the measurement is carried out with direct current, so that the highest degree of accuracy is attainable. According to the invention, a section of the conductor to be protected is their ohmic resistance to the ohmic resistance of the rest of the working circuit is very small, directly connected to the measuring arrangement, and it is in the Measuring circuit an auxiliary voltage proportional to the working voltage occurring on this conductor section introduced in such a way that it eliminates the influence of the working voltage on the measuring electronics circuit.

Es sei hierzu bemerkt, daß auch bereits Überwachungseinrichtungen bekannt sind, bei welchen der zu schützende Leiter selbst in die Meßanordnung eingeschaltet ist. Dann wird aber zur Ermittlung des Leiterwiderstandes der OOuotient aus dem durch den Arbeitsstrom hervorgerufenen Spannungsabfall an ihm und dem Arbeitsstrom selbst gebildet. Eine solche Meßanordnung ist offenbar nur bei Gleichstrom verwendbar, versagt dagegen bei wechselstromdurchflossenen Leitern, da j a bei diesen der Ohmsche Widerstand nicht mehr durch den Quotienten aus Arbeitsspannung und Arbeitsstrom definiert ist. Auch, bei der Anwendung auf gleichstromdurchflossene Leiter sind bei dieser bekannten Einrichtung noch besondereKompensationsmaßnahmen erforderlich, wenn der den Leiter durchfließende Gleichstrom größeren Schwankungen unterliegt.It should be noted that there are also monitoring devices are known in which the conductor to be protected switched itself into the measuring arrangement is. Then the OOuotient is used to determine the conductor resistance from the voltage drop across it and the working current caused by the working current self educated. Such a measuring arrangement can obviously only be used with direct current, on the other hand, it fails in the case of conductors through which alternating current flows, since they are ohmic Resistance is no longer due to the quotient of working voltage and working current is defined. Also, when used on conductors through which direct current flows special compensation measures are required for this known facility, when the direct current flowing through the conductor is subject to greater fluctuations.

Bei der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist zu beachten, daß parallel zu dem Widerstand der in den Meßkreis eingeschalteten Leiterstrecke der Widerstand eines Stromkreises liegt, der den übrigen Teil des zu schützenden Leiters und das daran angeschlossene Netzt umfaßt. Die Messung wird jedoch nicht fühlbar beeinträchtigt, wenn dieser Piarallelwiderstand hinreichend groß ist gegenüber dem Widerstand des in den Meßkreis eingeschalteten Leiterstückes. Hierauf muß also bei der Wahl der Länge dieses Leiterstückes Rücksicht genommen werden.In the protective device according to the invention, it should be noted that parallel to the resistance of the conductor line connected in the measuring circuit is the resistance of a circuit that covers the remaining part of the conductor to be protected and the includes the network connected to it. However, the measurement is not noticeably affected, if this parallel resistance is sufficiently large compared to the resistance of the in the measuring circuit switched on conductor piece. So this must be the case when choosing the Length of this ladder section must be taken into account.

Für .die Ausbildung der eigentlichen Meßanordnung sind von der Meßtechnik her bekannte Gleichstrombrücken zu verwenden, da es nur mit Gleichstrom als Meßstromquelle gelingt, den Wirkwiderstand des zu schützenden Leiters genau festzustellen. Bei mit Wechselstrom gespeisten Meßanordnun!gen würde das Meßergebnis stets mehr oder weniger stark durch induktive Widerstände beeinflußt sein, weil es nicht gelingt, den Einfluß der Induktivitäten auf .das Meßergebnis restlos zu beseitigen.For the training of the actual measuring arrangement are of the measuring technology To use known direct current bridges ago, since it only works with direct current as a measuring current source succeeds in precisely determining the effective resistance of the conductor to be protected. at measuring arrangements fed with alternating current would always produce more or be influenced less strongly by inductive resistances, because it does not succeed to completely eliminate the influence of the inductances on the measurement result.

In der Zeichnung sind besonders zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung im Schaltungsschema dargestellt.In the drawing are particularly useful embodiments of the Invention shown in the circuit diagram.

Bei der Schaltung nach Fig. i ist die Wicklung i einer Wechselstrom@maschine an ein Wechse lstromnetz 2 an,geschlo ssen. Ein Teil 8 der Wicklung i liegt in einer Brückenschaltung 3, welche von einer Gleichstromquelle q. gespeist wird. Der Anzapfpunkt 5 für den Anschluß der Meßschaltung an die Wicklung i ist derart gewählt, daß die Verzweigung des Meßstromes in der Wicklung i praktisch von den Widerstandsverhältnissen iin Wechselstromnetz 2 unabhängig ist. Es wird meist - genügen, die Wicklung i etwa in der Mitte an die Meßschaltung anzuschließen.In the circuit according to FIG. I, the winding i is an alternating current machine to an alternating current network 2, closed. A part 8 of the winding i lies in one Bridge circuit 3, which is from a direct current source q. is fed. The tapping point 5 for the connection of the measuring circuit to the winding i is chosen such that the Branching of the measuring current in the winding i practically depends on the resistance ratios iin AC network 2 is independent. It will usually suffice, the winding i for example to be connected in the middle to the measuring circuit.

In den Brückenstromkreis, in dem der zu überwachende Teil 8 der Wicklung i liegt, ist ein Transformator 6 geschaltet, dessen Primärwicklung an der Spannung :des Wechselstromnetzes 2 liegt. Der Transformator ist so bemessen, daß die Wechselspannung, welche von dein Wicklungsteil 8 in die Meßschaltung geliefert wird, durch die von dem Transfor= mator erzeugte Hilfsspannung aufgehoben wird, so daß der Arbeitsstrom b:zw. die Arbeitsspannung der zu überwachenden Wicklung keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.In the bridge circuit in which the part to be monitored 8 of the winding i, a transformer 6 is connected, the primary winding of which is connected to the voltage : the AC network 2 is present. The transformer is dimensioned so that the alternating voltage, which is supplied by your winding part 8 in the measuring circuit, by the the transformer = generated auxiliary voltage is canceled, so that the working current respectively. the working voltage of the winding to be monitored has no influence on the measurement result to have.

Eine andere Möglichkeit für die Beseitigung der Arbeitsspannung der zu schützenden Wicklung besteht darin, daß die Hilfsspannung in einen anderen- Brückenzweig geschaltet wird als der zu überwachende Wicklungsteil. Bei der Schaltung nach: Fig. 2 ist, ähnlich wie bei -der Schaltung nach Fig. i, ein Transformator 6 angewendet, durch den eine Gegenspannung in ,der Brückenschaltung erzeugt wird. Der zu überwachende Wicklungsteil 8 liegt in einem anderen Zweig der Brückenschaltung. DieWicklungen desTransformators sind in diesem Falle gleichphasig geschaltet, :damit im Auslösestromkreis der Brückehschaltung kein Wechselstrom fließt. Zur Verminderung des Wechselstromes in den übrigen Zweigen-können bei dieser Schaltung die Brückenwiderstände als Induktivitäten ausgebildet sein.Another way of eliminating the working voltage of the to be protected winding consists in that the auxiliary voltage in another bridge branch is switched as the part of the winding to be monitored. With the circuit according to: Fig. 2, a transformer 6 is used, similar to the circuit according to FIG. by which a counter voltage is generated in the bridge circuit. The one to be monitored Winding part 8 is in another branch of the bridge circuit. The windings of the transformer are in phase in this case switched, : so that no alternating current flows in the trigger circuit of the bridge circuit. To reduce of the alternating current in the other branches can be the bridge resistances in this circuit be designed as inductors.

In Fig.3 ist eine Schutzsch,altuug dargestellt, bei der zur Messung des Widerstandes der zu überwachenden Wicklung die bekannte Thomso,n-@Meßbrücke angewendet ist. Ein Hilfstrans formator6 undderzuüberwachende Teil 8 der zu schützenden Wicklung sind, ähnlich wie bei der Schaltung nach F:ig. i, in einen Zweig .der Brückenschaltung geschaltet.In Fig.3 a Schutzsch, altuug is shown in which to measure the resistance of the winding to be monitored the well-known Thomso, n- @ measuring bridge is applied. An auxiliary transformer 6 and the part to be monitored 8 of the part to be protected Winding are, similar to the circuit according to F: ig. i, in a branch of the bridge circuit switched.

Eine besonders wichtige Ausführungsform der Erfindung ist noch in Fig. 4 dargestellt. Es handelt sich hier um den Schutz einer mehrphasigen elektrischen Maschine, ,deren Wicklungen in Stern geschaltet sind. Hierbei ist eine der drei Phasenwicklungen, nämlich die Wicklung 8, als- Ganzes in einen Zweig der Brückenschaltung geschaltet. Die Anordnung hat den Vorteil, daß die Wicklungen nicht angezapft zu werden brauchen, .daß sich aber trotzdem der Strom der Meßbrücke auf mehrere Teile ,der zu überwachenden Wicklungen verzweigt.A particularly important embodiment of the invention is also shown in Fig. 4 shown. It concerns here the protection of a polyphase electrical Machine whose windings are connected in star. Here is one of the three Phase windings, namely winding 8, as a whole in one branch of the bridge circuit switched. The arrangement has the advantage that the windings are not tapped will need, .that, however, the current of the measuring bridge is spread over several parts , the windings to be monitored branches.

Bei den vorstehend beschriebenen Meßanordnungen sind die Meßstromkreise d@aernd an die Meßstromquelle angeschlossen. Es ist daher wichtig, die Meßschaltungen so aufzubauen, daß die Verluste möglichst gering sind. Wie Versuche hergeben haben, verhält sich hierin besonders -günstig eine Schaltung, bei der mehrere Gleichstromquellen in der Meßanordnung verwendet werden, wie es beispielsweise in Fig.5 ,angegeben ist. In einem Zweig der Meßanord ung liegt das Meßgerät i i, die Gleichstromquelle i2 und die zu überwachende Wicklung B. In einem zweiten Zweig liegt ein fester Widerstand 14, eine Gleichstromquelle 15 und :ebenfalls das Meßgerät ii. Die Meßschaltung i,st so abgeglichen, daß in dem Gerät ii kein Strom fließt, wenn die beiden Widerstände 8 und 14 einander gleich sind.In the measuring arrangements described above, the measuring circuits are d @ aernd connected to the measuring current source. It is therefore important to use the measuring circuits to be set up in such a way that the losses are as low as possible. How attempts have given A circuit in which there are several direct current sources behaves particularly favorably here can be used in the measuring arrangement, as indicated, for example, in FIG is. The measuring device i i, the direct current source, is located in a branch of the measuring arrangement i2 and the winding to be monitored B. There is a fixed resistor in a second branch 14, a direct current source 15 and: also the measuring device ii. The measuring circuit i, st balanced so that in the device ii no current flows when the two resistors 8 and 14 are equal to each other.

Es sei noch erwähnt, daß beiWechselstrommaschinen die Meßanordnung zweckmäßig Über Gleichrichter, vorzugsweise Trockengleichrichter, an das Netz des zu schützenden Apparates angeschlossen wird.It should also be mentioned that in AC machines the measuring arrangement expedient via rectifier, preferably dry rectifier, to the network of the device to be protected is connected.

Claims

PATENTAN FRUITS: i. Device for the protection of alternating currents electrical conductors, in particular electrical windings in operation Machines, against impermissible temperature increases, by measuring one of the conductor temperature dependent resistance by means of a measuring device fed with direct current: elongation, characterized in that a section (8) of the conductor (i) to be protected, the Ohmic resistance to the ohmic resistance of the rest of the working circuit is very small, is directly connected to the measuring arrangement and d, ate in the Meßstrolmkkreisein the working voltage occurring on this conductor line (8) proportional auxiliary voltage is introduced in such a way that it has the influence of the working voltage on the measuring circuit.

2. device; according to claim i, characterized. : that an auxiliary transformer: r (6) is used to generate the auxiliary AC voltage, connected in series with the conductor part (8) to be protected and whose primary winding is connected to the AC voltage, which feeds the apparatus to be protected.

3. Device according to claim i for multi-phase, AC machines connected in star, characterized in that the measuring arrangement : on the one hand to the star point of the machine and on the other hand to that facing the network At the end of a phase change. -

4. Device according to claim i, characterized characterized that at Verwen Jung a measuring bridge as a measuring arrangement, the auxiliary voltage : is connected to a different branch of the measuring bridge than the conductor to be protected.

5. - Device according to claim 4, characterized in that the other resistors the measuring bridge are designed as inductivities.

6. Device according to claim i or following, characterized in that in a known manner two branches the measuring bridge serving as a measuring arrangement contain DC voltage sources.

7. Establishment according to claim i, characterized in that the measuring arrangement via rectifier, preferably dry rectifier, is connected to the AC network, which feeds the apparatus to be protected.