DE763216C - Gestellschlussschutzvorrichtung fuer Wechselstrommaschinen unter Anwendung einer Gleichstromverspannung - Google Patents

Gestellschlussschutzvorrichtung fuer Wechselstrommaschinen unter Anwendung einer Gleichstromverspannung

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DE763216C
DE763216C DES109531D DES0109531D DE763216C DE 763216 C DE763216 C DE 763216C DE S109531 D DES109531 D DE S109531D DE S0109531 D DES0109531 D DE S0109531D DE 763216 C DE763216 C DE 763216C
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current
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Ernst Dipl-Ing Bopp
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Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H02H3/17Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass by means of an auxiliary voltage injected into the installation to be protected

Description

  • Gestellschlußschutzvorrichtung für Wechselstromxnaschinen unter .Anwendung einer Gleichstromverspannung Es ist bekannt, daß bei Erdschluß einer Generatorphase innerhalb des Generators, wenn außerhalb des Generators ein Netzsternpunkt geerdet ist oder ein Netz mit großer Kapazität vorhanden ist, in den Verbindungsleitungen zwischen dem Generator und dem Netz ein Summenstrom auftritt, welcher aber bei Fehlern außerhalb des Generators zwischen Generator und Fehlerstelle nicht auftritt. Durch ein Summenstromrelais kann infolgedessen eine Unterscheidung zwischen innerem und äußerem Erdschluß gewonnen werden. Die Anordnung versagt aber, wenn der Gestellschluß am Sternpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Sternpunktes entsteht. Zur Erfassung solcher Fehlerfälle ist es bekannt, eine Gleichstromverspannung oder auch eine wechselstromverspannung anzuwenden.
  • Die Erfindung befaßt sich mit Schutzanordnungen, bei denen eine Gleichstromverspannung zur Anwendung kommt, welche nament-. lieh in den Fällen, in denen der Generator unmittelbar auf ein Netz arbeitet, vorteilhafter ist als die Wechselstromverspannung, weil diese wegen der Kapazität des Leitungsnetzes ständig einen erheblichen Ladestrom in das Netz liefert.
  • In einem Erdschlußfall fließt der Gleichstromfehlerstrom auf allen Wegen zur Fehlerstelle hin. Bei fehlerhaftem Generator fließt deshalb in allen Phasenleitungen der Gleichstrom von den Sammelschienen zum Generator hin. Beim gesunden Generator, welcher zum kranken Generator parallel arbeitet, fließt der Gleichstrom oder bei mehreren parallel arbeitenden Generatoren ein entsprechender Anteil des Gesamtgleichstroms in zwei Phasenleitungen zum Generator hin. In der dritten Leitung, die der kranken Phase des anderen Generators entspricht, fließt ein entsprechend stärkerer Gleichstrom aus dem Generator heraus. Die Erfindung beruht nun darauf, den bei Erdschluß in den Zuleitungen zum Generator auftretenden Gleichstrom zur Änderung eines Widerstandes im Erregerkreis eines von einer Hilfsspannungsquelle gespeisten Relais auszunutzen, jedoch nur, @venn der Gleichstrom zum Generator hinfließt oder in den durch das Relais zu schützenden Anlageteil hineinfließt. Es ist dabei vorteilhaft, eine eisenhaltige Induktivität zu verwenden, deren Permeabilität durch den Gleichstrom geändert wird. Es läßt sich dabei, wie die nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiele erkennen lassen, auf verschiedene Weisen erreichen, daß auch die Richtung des Gleichstroms zur Wirkung kommt. Die Abschaltung des Generators ist davon abhängig zu machen, daß der Gleichstrom in allen Zuleitungen zur geschützten Maschine in diese hineinfließt, daß also nichtgleichzeitig auch ein Leiter hinausfließenden Gleichstrom führt. Die Gleichströme in den Zuführungsleitungen zu jedem Generator heben sich bei außenliegendem Erdschluß auf, während dies bei innerem Erdschluß beim kranken Generator nicht der Fall ist. Darauf beruht die in Fig. i dargestellte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Einwirkung der Gleichströme der Zuleitungen eines Generators auf dem Magnetkern eines Ferranti-Wandlers, d. i. ein Wandler, welcher von den drei Phasenwicklungen gemeinsam erregt wird, benutzt wird. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen eines solchen Wandlers, bei welchen nur die im Fehlerfall auftretende Wechselspannung in einer Sekundärwicklung zur Betätigung eines Relais benutzt wird, wird in den Sekundärkreis eine zusätzliche Spannung eingeführt, die aber so niedrig gewählt ist, daß sie für sich allein zurBetätigung des Relais nicht ausreicht, solange der Magnetkern des Ferranti-Wandlers nicht durch eineGleichstrommagnetisierung einegeringere magnetische Leitfähigkeit erhält. Durch die Gleichstrommagnetisierung wird der induktive Widerstand der Wicklung auf dem Wandlerkern, welcher von der eingeprägten Zusatzspannung zu überwinden ist, bekanntlich herabgesetzt, so daß dann die Zusatzspannung einen für die Betätigung des Auslöserelais genügenden Erregerstrom hervorrufen kann.
  • In Fig. i durchsetzen drei Phasenleiter R, S, T einen Durchführungswandler mit einem Ringkern i. Der Laststrom in den drei Phasenleitern R, S und T ruft im normalen Zustand kein Feld im Ringkern i hervor. Infolgedessen wird normalerweise auch keine Wechselspannung in der Sekundärspule 2 erzeugt. Die Sekundärwicklung 2 ist über die Wicklung eines Auslöserelais 3 und eine damit in Reihe liegende Sekundärwicklung eines als Hilfsstromquelle dienenden Wandlers 4 geschlossen. Solange die Leiterströme in den Leitern R, S und T in dem Ringkern i kein Feld erzeugen, %virkt die Spule :2 als Vorschaltwiderstand des Relais 3, so daß der von dem Wandler ,4 ausgelöste Strom so klein bleibt, daß das Relais 3 nicht anspricht. Wenn nun ein Gestellschluß auftritt, der die Wirkung hat, daß in den drei Leitern R. S und T Gleichströme in gleicher Richtung fließen, so rufen diese eine Gleichstrommagnetisierung des Kernes i hervor, wodurch der induktive Widerstand der Spule 2 herabgesetzt wird. Diese Wirkung wird um so stärker in Erscheinung treten, je stärker die Gleichstrommagnetisierung den Ringkern i magnetisch sättigt. Die dann eintretende Verminderung des Widerstandes der Spule z ergibt eine Verstärkung des vom Wandler hervorgerufenen Stroms über das Relais 3, so daß dieses seinen Kontakt schließt und eine Auslösespule 5 einschaltet.
  • Ist der Fehler nicht in dem durch die Anordnung i bis 5 geschützten Anlageteil entstanden, sondern beispielsweise außerhalb des Schutzbereiches in dem Phasenleiter T, so fließen in den Phasenleitern R und S Gleichströme in der einen Richtung und im Phasenleiter T fließt die Summe dieser Gleichströme in entgegengesetzter Richtung, so daß also die resultierende Gleichstromerregung des Ringkerns i gleich Null ist. Die Anordnung ist also selektiv.
  • Wenn ein Gestellschluß am Nullpunkt des zu schützenden Generators oder Transformators entsteht, treten nur Gleichströme in Erscheinung, wenn dagegen der Gestellschluß an einem anderen Punkt der zu schützenden `%'icklung auftritt, überlagert sich über diesen Gleichstromfehlerstrom noch ein Wechselstromfehlerstrom. Aber auch dieser Wechselstromfehlerstrom stört die Wirksamkeit der Anordnung nicht, sondern unterstützt sie sogar; denn die Verteilung des Wechselstromfehlerstroms entspricht genau der Verteilung des Gleichstromfehlerstroms, so daß also bei einem gesunden Generator in der Wicklung 2 keinesfalls eine Wechselspannung induziert wird. Bei einem kranken Generator dagegen bewirkt der Wechselstromfehlerstrom eine Spannung in der Sekundärwicklung 2, welche sich mit der Sekundärspannung des Wandlers q. zusammensetzt, so daß die resultierende Spannung das Relais 3 zum Ansprechen bringt. Es empfiehlt sich, die Zusatzspannung, die beispielsweise der Transformator q. liefert, so zu wählen, daß sich der Fehlerwechselstrom und die Zusatzspannung in keinem Fehlerfall kompensieren können. Befolgt man diese Vorschrift, so besitzt der Schutz keine tote Zone. Man kann zu diesem Zweck eine Hilfsspannung abweichender Frequenz wählen und das Relais so ausbilden, daß es nur auf Ströme dieser Frequenz ansprechen kann, was z. B. mit .einem wattmetrischen Relais gelingt, dessen eines Feld von der Hilfsspannungsquelle dauernd erregt wird. Man kann auch mit- einem Resonanzkreis arbeiten. Es läßt sich die Wirkung des Summenstroms auf den Wandlerkern aber auch durch eine vom Summenstrom erregte Kompensationswicklung erreichen. Es muß allerdings der Summenstrom erfaßt werden, z. B. durch einen zweiten Summenwandler mit geschlitztem Eisenkern. Die für Ferranti-Wandler beschriebene Anordnung kann auch für drei in den einzelnen Phasen eingebaute Beard-Wandler angewandt werden, wie Fig. 2 zeigt. In Fig. 2 ist G der zu schützende Generator; t ist ein Beard-Wandler, welcher vom Strom vor und hinter der Generatorwicklung differential erregt wird. Bei innerem Erdschluß tritt die durch Pfeile angedeutete Verteilung der Gleichströme auf, welche, wie in Fig. i, das Ansprechen eines Relais r zur Folge hat. Es ist zweckmäßig, die Sekundärwicklung des Wandlers t auf den Whndlerkern in ganzer Ausdehnung zu verteilen, oder die bekannten Sekundärwicklungen anzuwenden.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 3.
  • In dieser Figur ist mit je einer Phasenwicklung des Generators i i eine zweiteilige Drosselspule mit den Magnetkörpern 12 und 13 in Reihe geschaltet. Der Einfachheit halber ist die Anordnung nur einphasig gezeichnet. Die beiden Magnetkörper sind hinsichtlich der Ausbildung ihrer Kraftflüsse voneinander unabhängig. Sie besitzen je eine Erregerwicklung 1q. bzw. 15. Durch die Wicklungen 1q. und 15 wird in den Magnetkreisen i2 und 13 je eine Magnetisierung hervorgerufen, die sich im Fall eines Gestellschlusses, beispielsweise an der Stelle F aus einer Wechselstrom-und einer Gleichstrommagnetisierung zusammensetzt. Die Wechselstrommagnetisierung wird durch den Wechselstrom hervorgerufen, welcher in der Wicklung q. und fließt; die Gleichstrommagnetisierung geht von dem Gleichstrom aus, der im Gestellschlußfall aus der Gleichstromverspannungsquelle geliefert wird und ebenfalls über die Wicklungen 14 und 15 bis zur Fehlerstelle fließt. Auf dem Magnetkörper 12 und 13 sitzen ferner Magnetisierungswicklungen 16 und 17, welche von einem Stromwandler 18 gespeist werden. Der Stromwandler 18 besitzt einen Eisenkern mit Luftspalt, damit er durch die Gleichstromerregung nicht gesättigt werden kann. Er ruft in den Spulen 16 und 17 einen dem Wechselstrom in diesen Erregerwicklungen 14 und 15 proportionalen und phasengleichen Wechselstrom hervor. Die Spulen 16 und 17 sind nun so dimensioniert und geschaltet, daß sie die Wechselstrommagnetisierung der Spulen 1q. und 15 in den Magnetkreisen I2 und 13 kompensieren. Die von den Spulen 14 und 15 hervorgerufene Gleichstrommagnetisierung dagegen bleibt in voller Größe erhalten.
  • Das Schutzrelais ist mit iioa bezeichnet. Es ist an zwei in Reihe geschaltete Wicklungen i i i und 112 auf den Magnetkörpern 13 und i2 angeschlossen. Die beiden in Reihe geschalteten Wicklungen i i i und i 12 werden ferner durch eine Hilfswechselstromquelle I 13, deren Frequenz beliebig sein kann und in manchen Fällen zweckmäßig von der Frequenz des Generators i verschieden ist, gespeist. Es kann die Wechselspannung für den Stromkreis I Ioa, 111, 112 auch dem Generator selbst entnommen werden.
  • Im Fehlerfall wird durch den dann auftretenden Gleichstrom die Höhe des induktiven Widerstandes der in Reihe geschalteten Spulen i i i und i I2. geändert. Es genügt, wenn nur eine Drosselspule, beispielsweise die Drosselspüle mit dem Magnetkörper 12, und den Wicklungen 1q., 16 und i 12 vorhanden ist. Die Anordnung zweier Drosselspulen mit entgegengesetzt geschalteten Wicklungen 1q. und 15 oder i i i und 112 dagegen erhöht die Empfindlichkeit der Relaisanordnung.
  • Wenn in dem Generator beispielsweise an der gezeichneten Stelle F ein Gestellschluß auftritt, fließt über die Wicklungen 15 und 14 ein Gleichstrom, wodurch in dem Magnetkörper 12 und 13 eine Gleichstrommagnetisierung hervorgerufen .wird. Durch diese Vörmagnetisierung, deren Höhe passend gewählt wird, wird die Höhe der Induktivität der Drosselspulen 12 und 13 für den Wechselstrom, der durch die Spulen i i i und i 12 Hießt, vermindert. Je nach der Richtung der Gleichstrommagnetisierung wird also der größte Teil der Spannung der Wechselstromquelle 113 während der positiven oder der negativen Halbwelle an der Spule i i i bzw. an der Spule 112 liegen. Parallel zu diesen Wicklungen liegt nun über je ein vorgeschaltetes Ventil 11q., 115 das Schutzrelais iioa, welches ein polarisiertes Gleichstromrelais ist. Nur bei einer bestimmten Richtung des Gleichstroms in den Wicklungen i.1 und 15 übersteigt die Gleichstromstärke im Relais einen bestimmten Grenzwert, nämlich wenn der Gleichstrom in dem betreffenden Phasenleiter in die Maschine hineinfließt. Da aber nur bei der kranken Maschine in allen Phasenleitern Gleichstrom aus der Verspannungsstromquelle 116 in die Maschine hineinfließt, wirkt die Schutzschaltung selektiv, wenn die Abschaltung der Maschine davon abhängig gemacht wird, daß keine Phasenleitung einen Gleichstrom führt, der die Maschine verläßt. Zu diesem Zweck sind weiterhin Relais iiob und i ioc vorgesehen, welche dem Relais i iod entsprechen.
  • In Fig. 3 wird durch den besonderen Zwischenwandler i8 und die Erregerwicklungen 16 und 17 die Wechselstrommagnetisierung der Drosselspule 12 und 13 kompensiert. Man kann dies auch erreichen durch Anwendung von Drosselspulen mit Magnetkörpern geeigneter Form und mit richtig verteilten Erregerwicklungen. Ein derartiges Beispiel zeigt Fig. q.. Bei dieser Anordnung ist ein gemeinsames Magnetgestell mit drei Schenkeln i2o, 121 und 122 vorgesehen, dessen vom Arbeitsstrom der Maschine i durchflossene Erregerwicklungen 123, 124, und 125, i2Ci , in der aus Fig. q. erkennbaren Weise verteilt angeordnet sind. Die Wirkungsweise dieser Spulen 123 bis 1:26 ist derartig, daß die Amperewindungen der Wicklungen 123 und 124 bzw. 125 und 126 untereinander gleichgerichtet und zweckmäßig auch gleich groß sind. Die Amperewindungen der Spule 123 und 124 einerseits und 125, 126 anderseits sind gegeneinander gerichtet, so daß der in ihnen fließendeWechselstrom keineneisengeschlossenen 1lI agnetfluß ausbilden kann. Die Wicklungen 123 und 124 einerseits und 125, 126 anderseits sind nun, wie in der Zeichnung angedeutet, derart angeordnet, daß die eine Gruppe zwischen Generatorklemme und Sammelschiene, die zweite Gruppe an der Sternpunktseite der Generatorwicklung liegt. Die Anordnung ist nur für die eine Phase ausgeführt, in den beiden anderen Phasen sind gleiche Einrichtungen anzuordnen. Bei einem Gestellschluß fließt in der Anordnung der erdgeschlossenen Phase praktisch ein Drittel des gesamten Gleichstroms, welcher von der nicht gezeichneten Gleichstromquelle ausgeht, nur über die W icklungen 123 und 124 bis zur Fehlerstelle, während die anderen beiden Drittel des Gleichstroms in dem die Gleichstrommagnetisierung durch die Spulen 123 und 124 unterstützenden Sinn die Wicklungen 123 und 126 durchfließen. Der Arbeitswechselstrom verläuft dagegen in entgegengesetzter Richtung über die Wicklungen 123 und 124 bzw. 125 und 126. Im Gegensatz zumWechselstromfeld, welches keinen geschlossenen Eisen--weg vorfindet, schließt sich das Gleichstromfeld über die Außenschenkel r2o und 122 des Magnetkörpers. Auf dem mittleren Schenkel 121 ist nun eine Wicklung 13o angebracht, welche mit dem Gestellschlußrelais iio und der Hilfsspannungsquelle 113 in Reihe liegt. Der von dieser Hilfsstromquelle hervorgerufene Wechselfluß verläuft durch den Mittelschenkel 121 und geht zur Hälfte über die beiden Außenschenkel. Dabei addiert sich jeweils in dem einen Außenschenkel der Wechselfluß zum Gleichstromfeld, während gleichzeitig . am anderen Außenschenkel die beiden Kraftflüsse gegeneinander gerichtet sind. Dadurch wird dieselbe Wirkung erreicht, wie mit der Anordnung in Fig. 3, indem nämlich jede Halbwelle des von der Wicklung 130 hervorgerufenen Kraftflusses einen gesättigten und einen ungesättigten Magnetkreis vorfindet, wodurch der gesamte Widerstand für den Stromkreis i io, 113, 13o bei Auftreten von Gleichstrom stark herabgesetzt wird. Man kann auch hier die Richtung der auftretenden Gleichstrommagnetisierung wie in Fig. 3 feststellen. Die Wicklung 130 wird zu dem Zweck in zwei gleiche Teile auf den Außenschenkeln 120 und 122 aufgelöst. Anderseits besteht hierfür keine Notwendigkeit, da die Anordnung je Phase in sich selektiv arbeitet, weil in den Wicklungen 123 und 124 einerseits und 125 und 126 anderseits entgegengesetzte Gleichstromfelder hervorgerufen werden, sofern der Gestellschluß, welcher den Gleichstrom entstehen läßt, nicht innerhalb der zugehörigen Phasenwicklung des Generators i entstanden ist.
  • In Fig.5 ist eine andere Anordnung der Wicklungen eines Magnetkörpers mit drei Schenkeln wiedergegeben, wobei jedoch an Stelle der Wicklung 130 in Fig. q. zwei Wicklungen 140 und 1_j.1 zur Anwendung kommen und an Stelle der Wicklungen 123 bis 126 nunmehr anders geschaltete Wicklungen 143, 1-L1, 1.I5 und 146 vorgesehen sind. Die Ausführung ist wieder einphasig gezeichnet. Die Wicklung des Generators i liegt zwischen Spulenpaaren 143 und 146 auf der Klemmenseite des Generators und zwischen Spulenpaaren 1q.:1. und 1:.I5 auf der Sternpunktseite des Generators. Der Arbeitsstrom des fehlerfreien Generators ruft in den Spulen 143 und 144 gleich große und gleichgerichtete Felder hervor, desgleichen ergeben die Spulen 145 und 146 übereinstimmende Wechselfelder, wobei dafür gesorgt ist, daß die Wechselfelder der beiden Spulenpaare sich nicht im Eisenkreis schließen können. Das gleiche gilt von den Gleichstromfeldern, die bei Erdschluß außerhalb der zugehörigen Phasenwicklung des Generators 1 durch den Gleichstrom in den Wandlerwicklungen 143 und 146 hervorgerufen werden. Wenn ein Gleichstrom bei innerem Gestellschluß auftritt, fließt ein Drittel des Gleichstroms durch die Spulen 143 und 146 und zwei Drittel durch die Spulen 144 und 145. Der Gleichstromkraftfluß dieser vier Spulen sammelt sich dann im Mittelschenkel und fließt je zur Hälfte in den beiden Außenschenkeln, welche die Spuken 140 und 141 tragen, Durch dieses Gleichstromfeld wird der induktive Widerstand der Spulen 140 und 141 in der gleichen Weise wie bei Fig. 3 und 4 herabgesetzt, und es kann auch, wie früher angegeben, die Richtung dieses Gleichflusses erfaßt werden. Aber auch hier ist dies nicht unbedingt nötig, da, wie bei der Anordnung nach F'ig. 4, auch in diesem Fall die Anordnung in sich selektiv arbeitet.
  • Wenn die Anordnungen gemäß Fig.4 und 5 nicht anwendbar sind, welche infolge Berücksichtigung der Ströme vor und hinter der Phasenwicklung der zu schützenden Maschine in sich selektiv sind, muß die Richtung des Gleichstroms in den Zuleitungen zur Maschine beachtet werden. Gemäß Fig. 3 wird dies durch Anwendung von Gleichrichtern 114 und 115 erreicht. Statt dessen kann auch eine Anordnung gemäß Fig. 6 benutzt werden, welche keine Gleichrichter besitzt, sondern eine zusätzliche Gleichströmvormagnetisierung bestimmter Richtung verwendet.
  • Bei dieser Anordnung wird durch den Strom in der Zuleitung, der also im Fehlerfall eine Gleichstrom- und eine Wechselstromkomponente enthält und' durch eine erste Erregerwicklung fließt, einerseits und vermittels einer nur induktiv mit der Zuleitung gegekoppelten und daher nur durch die Wechselstromkomponente in dieser Zuführungsleitung gespeisten zweiten Wicklung anderseits ein magnetischer Kreis derart erregt, daß sich die Wechselstrommagnetisierungen beider Spulen gegenseitig aufheben. Auf den gleichen Magnetkreis wirkt ferner eine Wechselstromhilfsquelle und eine zusätzliche Gleichstrom= magnetisierungswicklung. Ein Relais zur Betätigung der Schalterauslösung ist an eine Sekundärwicklung angeschlossen, wird. aber normalerweise von der Hilfswechselspannungsquelle nicht beeinflußt, weil die Gleichstromhilfsmagnetisierung so hoch gewählt ist, daß durch sie der magnetische Kreis gesättigt ist. Eine Beeinflussung des Relais tritt erst dann ein, wenn durch den Strom in der Zuleitung zum geschützten Anlageteil eine Gleichstrommagnetisierung entsteht, welche solche Richtung hat, daß dadurch die Vormagnetisierung durch die Hilfsgleichstromquelle kompensiert wird. Entsteht in der Zuleitung zum geschützten Generator ein Gleichstrom anderer Richtung, so wird die magnetische Sättigung des Magnetkreises nicht aufgehoben, so daß also die Anschlußwicklung für das Schutzrelais spannungslos bleibt.
  • In Fig. 6 bedeutet Zoo den zu schützenden Generator, Zoo den Schalter zur Abschaltung. des Generators und 3oo die Auslösespule zur Betätigung dieses Schalters. Außerhalb des Generators ist ein Sternpunkt 40o gebildet, an welchen eine Batterie 5 angeschlossen ist, wodurch die Gleichstromverspannung des Systemnullpunktes gewonnen wird. Jeder Phasenleiter ist mit einer Transformatoreinrichtung 6o ausgerüstet, welche aber nur für den Phasenleiter T im einzelnen dargestellt ist. Diese Anordnung dient zur Erkennung der Richtung eines im Leiter T entstehenden Gleichstromfehlerstroms.
  • Die Anordnung selbst besteht aus einem geschlossenen Magnetkörper 21o mit fünf Wicklungen 211, 212, 213, 214 und 215. über die Wicklung 211 fließt der Strom des Leiters T. über die- Wicklung 212 fließt ein Erregerstrom, welcher mit Hilfe eines. Stromwandlers 22o mit Luftspalt im Eisenkern aus dem Leiter T entnommen wird und demzufolge nur der Wechselstromkomponente des Stroms im Leiter T proportional ist. Die Wicklungen 211 und 2r2 sind so geschaltet, daß die W'echselstrommagnetisierungen dieser beiden Wicklungen sich gegenseitig aufheben, so daß allein die Gleichstrommagnetisierung der Wicklung 211 übrigbleibt, sofern eine Gleichstromkomponente im Strom des Leiters. T vorhanden ist. Ein Gleichstrom tritt in dieser Wicklung auf, wenn in der Maschine ioo oder auch außerhalb der Maschine im Netz oder in einem parallel arbeitenden Generator oder im angeschlossenen Transformator ein Erdschluß entsteht. Die Wicklung 2'13 wird von einer Gleichstromquelle 221 gespeist und wird beispielsweise mittels eines veränderlichen Widerstandes 222 auf einen bestimmten Wert eingestellt, so daß der Magnetkörper 21o eine einstellbare Gleichstromvormagnetisierung erhält. Die Höhe der Vormagnetisierung wird mit Rücksicht auf die Stärke der Gleichstrommagnetisierung gewählt, die von der Wicklung 211 im Fehlerfall ausgeht. Die beiden Gleichstrommagnetisierungen können so bemessen sein, daß sie gleiche Amperewindungszahl besitzen. Es ist dies aber keine zwingende Vorschrift. Es darf nur der Unterschied der Amperewindungszahlen dieser beiden Spulen 211 und 213 nicht so groß sein, daß, wenn sie beide entgegengesetzte Felder hervorrufen, die eine Magnetisierung über die andere so weit überwiegt, daß der Kern 2io hochgesättigt bleibt.
  • Die Wicklung 214 ist an eine Hilfswechselstromquelle 223 angeschlossen. Die Spannung kann auch aus dem Netz entnommen werden. Eine Sekundärwicklung 215 wird durch das von der Wicklung 214 hervorgerufene Wechselfeld nur dann beeinflußt, wenn die Sättigung des Magnetankers 2io nicht so hoch ist, daß die Spule -214 kein Wechselfeld hervorzurufen vermag. Die Gleichstromvormagnetisierung hat also den Zweck, normalerweise und bei nach außen fließendem Gleichstrom im Leiter T die magnetische Kopplung zwischen den Spulen 214 und 2i5 aufzuheben.
  • Die Anordnung wirkt nun bei einem Fehler im Generator ioo derart, daß der über die Wicklung 211 fließende Gleichstrom solche Größe und Richtung hat, daß die von der Wicklung 213 hervorgerufene Vormagnetisierung ganz oder zum Teil aufgehoben wird, so daß dann die Wechselspannung der Wicklung 21d. sich induktiv auf die Wicklung 2i5 überträgt. Dadurch wird dann ein Auslöserelais a24 zum Ansprechen gebracht. Bei einem äußeren Fehler auf dem Phasenleiter T fließt der Gleichstrom in entgegengesetzter Richtung durch die Wicklung 2i i, er unterstützt also die Wirkung der Vormagnetisierungsspule 213, so daß das Relais 224 dann nicht ansprechen kann.
  • Um volle Selektivität zu erhalten, sind entsprechende Anordnungen auch in den Phasen R und S vorgesehen, was in der Zeichnung bei 230 und 231 angedeutet ist. Jede derartige Anordnung besitzt einen Kontakt, der sich nur dann schließt, wenn Gleichstrom in die Maschine ioo hineinfließt. Bei einem Fehler innerhalb der Maschine tritt in allen drei Phasenleitern R, S und T ein Gleichstrom auf, der in die Maschine hineinfließt. Bei einem äußeren Fehler tritt wenigstens auf einer Leitung ein Gleichstrom entgegengesetzter Richtung auf. Es sind aus diesem Grund die Kontakte der Relais 224 und der Relais, die zu den Anordnungen 230 und 231 gehören, in Reihe geschaltet, so daß die Auslösespule 3oo nur dann anspricht, wenn in allen Phasenleitern der Gleichstrom in die Maschine hineinfließt. Wenn statt der Arbeitsstromschaltung der Relaiskontakte eine Ruhestromschaltung angewendet wird, sind diese Relaiskontakte parallel zu schalten. Es empfiehlt sich, den Strom in der Wicklung 213 dauernd zu überwachen, z. B. durch ein Minimalstromrelais 225 mit einem Umschaltkontakt 226, der bei seinem Abfallen ein Alarmgerät 227 einschaltet. Der Erregerstromkreis der Auslösespule kann, wie dargestellt, ebenfalls von dem Kontakt 226 des ü'berwachungsrelais unterbrochen «-erden, wenn der Strom in der Wicklung 2i3 unter einen zulässigen unteren Grenzwert sinkt.
  • Die Erfindung kann zum Schutz von Wickhingen gegen Erdschluß oder auch zum Schutz von Leistungsstrecken gegen Erdschluß verwendet werden, obwohl hier die Gleichstromverspannung im allgemeinen nicht notwendig escheint, weil in jedem Fehlerfall ein ausreichender Fehlerwechselstrom auftritt.

Claims (16)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gestellschlußschutzvorrichtung für Wechselstrommaschinen unter Verwendung einer Gleichstromverspannung, dadurch gekennzeichnet, daß für die Betätigung des von einer Hilfsspannungsquelle gespeisten Relais die Änderung eines im Stromkreis des Relais liegenden Widerstandes (2) benutzt wird, dessen Größe unter dem Einfluß des von der Verspannungsquelle ausgehenden Fehlerstroms steht.
  2. 2. Schutzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch den im Fehlerfall auftretenden Gleichstrom eine eisenhaltige Vorschaltdrossel (2) im Erregerkreis eines Relais (3) magnetisiert wird.
  3. 3. Schutzvorrichtung nach Anspruch i oder i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Arbeitsstroms der zu schützenden -Maschine auf den veränderlichen Widerstand kompensiert ist.
  4. 4. Schutzvorrichtung nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom, der in der Wicklung der zu schützenden Maschine fließt, durch Anwendung eines Zwischenwandlers und einer von ihm gespeisten Kompensationswicklung kompensiert wird.
  5. 5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme in den Zuleitungen zu der zu schützenden Maschine den Magnetkreis der Vorschaltdrossel entsprechend ihrer geometrischen Summe erregen und daß im Belastungskreis einer auf diesem Magnetkörper aufgebrachten Sekundärwicklung ein Schutzrelais und in Reihe dazu eine Hilfswechselspannungsquelle angeordnet sind, deren Spannung zur Erregung des Schutzrelais nicht ausreicht, solange die Summe der Ströme in den Zuleitungen zur Maschine gleich Null ist.
  6. 6. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung von der Spannung des zu schützendenAnlageteils entnommen' wird.
  7. 7. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung netzfremde Frequenz hat und daß das Schutzrelais nur auf einen Erregerstrom dieser netzfremden Frequenz anspricht.
  8. 8. Schutzvorrichtung nach Anspruch i oder i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Widerstandes von der Richtung des auftretenden Gleichstroms abhängt. g.
  9. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und z oder i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß von dem im Fehlerfall entstehenden Gleichstrom zwei Vorschaltdrosseln erregt werden, von denen die eine nur für die positive, die andere nur für die negative Halbwelle eines Hilfswechselstroms, für die Relaiserregung ihren Widerstandswert verliert. io.
  10. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und g, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gfeichstromrelais mit einem Wicklungsende an der Verbindungsleitung der Wicklungen beider Drosselspulen und mit dem anderen Ende an einer Verbindungsleitung liegt, die zur Reihenschaltung der beiden Drosselspulenwicklungen parallel liegt und beiderseits des Anschlußpunktes der Relaiswicklung Gleichrichter mit entgegengesetzter Dürchlaßrichtung enthält. i i.
  11. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 8 oder i und io, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zuleitung zur Maschine eine vom Gleichstrom abhängige Widerstandsanordnung und je ein von dieser Widerstandseinrichtung abhängiges Relais vorgesehen ist und daß die Abschaltung der Maschine nur bei Ansprechen aller Relais erfolgt.
  12. 12. Schutzvorrichtung nach Anspruch i oder i und folgenden, bei welcher eine vom Gleichstrom abhängige Widerstandseinrichtung zur Steuerung eines Relais dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinrichtung vom Gleichstrom vor und hinter der -Wickl'ung der zu schützenden Maschine differential beeinflußt wird.
  13. 13. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 1a, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gleichstrom beeinflußte Widerstandseinrichtung eine Drosselspule mit dreischenkligem Magnetsystem ist, auf deren Mittelschenkel eine Wicklung angeordnet ist, die mit einem Relais und einer Hilfswechselspannungsquelle in Reihe liegt.
  14. 14. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 1a, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gleichstrom beeinflußte Widerstandseinrichtung eine Drosselspule mit dreischenkligem Magnetsystem ist, auf deren beiden Außenschenkeln Wicklungen angeordnet sind, die mit einem Relais und einer Hilfswechselspannungsquelle in Reihe liegen.
  15. 15. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 2 oder i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die von Gleichstrom beeinflußte Drosselspule eine zusätzliche Gleichstrommagnetisierung erhält, welche nur durch einen in einer Zuleitung der Maschine in bestimmter Richtung fließenden Gleichstrom aufgehoben werden kann.
  16. 16. Schutzvorrichtung nach Anspruch i und 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmvorrichtung vorgesehen ist, welche in Tätigkeit tritt, wenn der Hilfsgleichstrom zur Vormagnetisierung der Drosselspule eine die richtige Wirkung der Vorrichtung zerstörende Stärke annimmt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 417 896; Elektrotechnik und Maschinenbau, 192,6, S-931; Mitteilungen der V. D. E. W`., ig3o, Aufsatz Dr. Bütow.
DES109531D 1933-05-28 1933-05-28 Gestellschlussschutzvorrichtung fuer Wechselstrommaschinen unter Anwendung einer Gleichstromverspannung Expired DE763216C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE950737C (de) * 1953-09-24 1956-10-18 Calor Emag Elek Zitaets Ag Staffelschutz zur selektiven Erdschlussabschaltung in induktiv geerdeten Hochspannungs-Maschennetzen
DE3111400A1 (de) * 1981-03-23 1982-09-30 Pavlodarskij industrial'nyj institut, Pavlodar Einrichtung zum phasen-differenzschutz von elektromotoren

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE417896C (de) * 1924-05-20 1925-08-22 Siemens & Halske Akt Ges Schaltungsanordnung zum Schutz von Wechselstrommaschinen

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