DE855740C - Schutzeinrichtung an Drehstrommaschinen zur Verhinderung von Beschaedigungen durch die Auswirkungen unsymmetrischer Belastungen - Google Patents

Description

• Schutzeinrichtung an Drehstrommaschinen zur Verhinderung von Beschädigungen durch die Auswirkungen unsymmetrischer Belastungen L)ic Erfindung verfolgt den Zweck, die Besohädigungen von Drehstrommaschinen durch unsymmetrische Belastung der einzelnen Phasen zu verhindern.
• Im Normalbetrieb von Drehstrommaschinen werden diese (Motoren und Generatoren) symmetrisch belastet, d. h. alle drei Phasenströme sind jeweils unter Berücksichtigung der gegenseitigen Phasenverschiebung von je 120 elektrischen Graden gleich.
• L)urcll Unterbrechungen in einzelnen Phasen der EnergieüSertragungsleitungen und durch ungleichmäßig l>elatete Phasen treten gegenläufige Felder in den elektrischen Alaschinen auf, die zusätzliche Erwärmungen der Erregerwicklungen, der Dämpfungsmittel und/oder der Ankerwicklungen zur Folge haben. Diese Erwärmungen führen meist zu umfangreichen Schäden, wie Hitzeschäden an den Ankerwicklungen, Isolationsfehler an den Erregerwicklungen und Verwerfungen bzw. zu unruhigem 1 auf der Maschinen.
• Eine ausreichende Schutzeinrichtung gegen die Auswirkungen unsymmetrischer Last ist bisher nicht bekannt. Lediglich die sogenannten Motorschutzschalter sollen die übermäßige Erwärmung der Ankerwickiungen, hervorgerufen durch Überlastung oder unsymmetrische Last, verhindern. Sie erfüllen diese Aufgabe nur mangelhaft, was zur Folge hat, daß laufend, trotz des Vorhandenseins von Motorschutzschaltern, Hitzeschäden an den Ankerwicklungen auftreten. Die Ursache dafür ist darin zu suchen, daß Motorschutzschalter auf unsymmetrische lrnst nur dann ansprechen, wenn mindestens ein Phasenstrom den Nennwert übersteigt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schutz zu schaffen, der auf unsymmetrische Belastung auch ohne Überschreitung des Nennstromes anspricht und der damit die Erreger- und Dämpfereinrich- tungen von Drehstrommaschinen vor Schaden bewahrt sowie gleichzeitig einen wirksamen Schutz gegen die Auswirkungen zweipoligen (einphasigen) 1 aufs von Drehstrommaschinen darstellt.
• Es ist dabei gleichgültig, ob die Unsymmetrie der drei Phasenströme durch Ursachen außerhalb oder innerhalb der Maschine bedingt ist. So können auch Unsymmetrien in dem Joch des aktiven Eisens oder an anderer Stelle des magnetischen Kreises oder der ihn erregenden Wicklung die Schutzeinrichtung zum Ansprechen bringen. Es sei auf die unsymmetrische Beschädigung von Treunfugen, das unsymmetrische Auftreten von Eisenbrand, an Windungsschlüsse oder an den exzentrischen Lauf bzw. die außermittige Lagerung von Läufern bei elektrischen Maschinen hingewiesen. Unsymmetrien periodischer Art stellen auch Pendelungen bei gleichzeitiger Wirklastübertragung und Schlüpfungen von Synchronmaschinen mehrphasiger Bauart dar. Auch diese Art von Unsymmetrie soll durch die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung erfaßt und unwirksam gemacht werden.
• Betrachtet man z.B. eine symmetrisch belastete D rehstromasynchronmaschine in schematischer Darstellung gemäß Abb. 1 der Zeichnung, so erkennt man, daß das resultierende Feld im Läufer dargestellt werden kann durch einen zur Achse symmetrisch liegenden, nach Maßgabe der Frequenz umlaufenden, in der Größe gleichbleibenden Pfeil. Bei unsymmetrischer Belastung hingegen (Abb. 2) läßt sich der Fluß durch einen zur Achse völlig unsymmetrisch liegenden geraden Pfeil, der zwar auch nach Maßgabe der Frequenz des Wechselstromes umläuft, aber wegen der gegenläufigen Felder auch mit ihr in seiner Größe sich verändert, darstellen.
• Stellt man sich nunmehr an einem Drehstrommotor die Anbringung einer der Erfindung entsprechenden Unsymmetriemeßwicklung vor, wie sie in Abb. 3 dargestellt ist, so ergibt sich für diese Wicklung, die an einer Stelle aufgeschnitten ist, die folgende Wirkung: a) Bei symmetrischer Belastung (entsprechend Abb. I) werden die Teilflüsse im Ständer in beiden zeilen gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sein. Die Unsymmetriemeßwicklung wird daher in ihren den Teilflüssen im Ständer entsprechenden Windungspartien gleichmäßig, aber entgegengesetzt gerichtet induziert. An der Schnittstelle der Unsymmetriemeßwicklung mit den Klemmen Ao l>esteht daher keine Spannung. b) Bei unsymmetrischer Belastung (entsprechend Abb. 2 einphasige Last) werden die Teilflüsse im Ständer Firn und Fig zwar ungleich groß, aber doch auch nicht so, daß der Teilfluß Fig mit dem kürzeren (halben) Kraftlinienweg den doppelten Kraftlinienbetrag aufwiese wie der Fluß Film; denn die magnetischen Gesamtwiderstände der einzelnen Teilflüsse Fig und Firn verhalten sich nicht wie 1 : 2; außerdem spielt die Sättigung eine Rolle, die den Teilfluß Fig in seiner Kraftlinienzahl beschränkt und den Teilfluß Firn dafür verstärkt. Die mittlere Kraftlinienlänge der beiden Teilflüsse Flm und Fig verhält sich aber wie 2 : 1, so daß nunmehr an den Klemmen A-B der Unsymmetriemeßwicklung eine Spannung meßbar wird, die zum Anzeigen der Unsymmetrie auf optischem oder akustischem Wege oder zum Abschalten der elektrischen Maschine benutzt werden kann. Die im Falle b) induzierte Spannung der Unsymmetriemeßwicklungentspricht einer unsymmetrischen Belastung (Sohieflast) von 100%. c) Zwischen dem Wert 0 der Spannung bei Normalbetrieb (a) entsprechend 0% unsymmetrischer Belastung und dem Wert entsprechend 100% unsymmetrischer Belastung bestehen alle Zwischenmöglichkeiten. Wieviel man an unsymmetrischer Belastung der entsprechenden Maschine zumuten kann, müssen Berechnung und Erfahrung ermitteln.
• Die Unsymmetriemeßwicklung kann entweder gleich bei der Herstellung der elektrischen Maschinen oder erst anläßlich einer Neuwicklung auch nachträglich in eine fertige Maschine eingebracht werden. Da sie praktisch nicht stromführend ist, kann sie kleinen, nur nach Festigkeitserwägungen bestimmten Querschnitt besitzen. Die Zahl der Windungen und die Blechpaketteile (begrenzt durch Luftschlitze), die umschlossen werden sollen, bestimmen die in der Wicklung induzierte EMK und damit die erforderliche Isolation der Wicklung, die in niedrigen Grenzen gehalten werden kann. An geeigneter Stelle, etwa in der Mitte zwischen den Klemmen A und B, kann die Unsymmetriemeßwicklung geerdet werden.
• Ist der Einbau in eine Maschine nicht möglich, z. B. da sie nicht aus dem Betrieb gezogen werden kann, so kann man auch eine Ersatzschaltung wählen, die in Abb. 4 dargestellt ist. Die einzelnen Phasenströme werden unmittelbar oder über Stromwandler den sternförmig angebrachten Schenkeln eines lamellierten Eisenblechpaketes zugeführt und die Unsymmetrie durch eine auf den ringförmigen Teil aufgebrachte Unsymmetriemeßwicklung ,4-B festgestellt. Die Unsymmetriemeßspannung wird z. B. einer Glühlampe, einem Voltmeter mit der Einstellung 0 bis 100% oder einer Schalterspule zugeführt, die ähnlich dem sogenannten Heinisch-Riedel-Schalter die gefährdete elektrische Maschine abschaltet.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Schutzeinrichtung an Drehstrommaschinen zur Verhinderung von Beschädigungen durch die Auswirkung unsymmetrischer Belastungen, gekennzeichnet durch eine als Ringwicklung um das Joch des Ständers ausgebildete Unsymmetriemeßwicklung.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Ersatzschaltung der Maschine mit Nachbildung der drei Phasenwicklungen und Aufbringung einer als Ringwicklung auf das Joch aufgebrachten Unsymmetriemeßwicklung.