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Anordnung zur Erfassung von LeiterbrUchen in Läufer elektrischer Maschinen.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung von Leiterbrtlchen
in Ulufern elektrischer Maschinen.
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Der Zweck der Erfindung liegt in einer einfachen und billigen Schaffung
einer bei rotierenden elektrischen Maschinen einsetzbaren Anordnung, für deren Erstellung
keine Neuentwicklung erforderlich ist.
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So sind öfters Leiterbrtiche insbesondere an Turboläufern aufgetreten,
die mangels schneller Abschaltung durch den entstehenden
Lichtbogen
zu schweren Maschinenschäden gebohrt haben, weil bisher keine entsprechend wirksame
Schutzeinrichtung zur Vermeidung solcher Schäden bekannt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur möglichst
raschen selektiven Erfassung von LeiterbrUchen in Läufern elektrischer Maschinen
zu schaffen, um mit Hilfe eines anordnungsgemäss ausgelösten Schutzes solche schadhaft
gewordene Maschinen sofort abschalten zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelost, dass wenigstens
ein Läufer-Erdschlussschutzrelais sowie mindestens ein in Abhängigkeit von einem
Minimum der Maschinenerregung strom-bzw. spannungsabhängig schaltendes Minimal-Relais
vorgesehen sind, von welchen Relais wenigstens je ein Momentankontakt in einem Schutzkreis
fUr die Abschaltung der jeweiligen Maschine in einer Serienschaltung angeordnet
sind.
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Die Erfindung geht davon aus, dass bei den gegebenen engen räumlichen
Verhältnissen, besonders beim Turboläufer ein durch Leiterbruch entstehender Lichtbogen
sofort auch leitenden Schluss mit dem Läufereisen bildet und dadurch.stets zur Ansprechen
des Läufer-Erdschlussschutzrelais fahrt. Das Läufer-Erdschlussschutzrelais wurde
bisher jedoch nur fßr die Anteige
von Erdechlflssen verwendet da
solche am allgemeinen keine unmittelbare Gefährdung der zu schützenden MaSchine
wie einem Generator bilden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird- vorgeschlagen, einen
Momentankontakt des bAufer-Erdschlussschutzrelais einem Momentankontakt eines Minimal-Stromrelais
in Serie zu schalten und bei gleichzeitigem Ansprechen der beiden letztgenannten
Relais die zu schützende Maschine bzw. den Generator momentan abzuschalten. Hierbei
ist hervorzuheben, dasc bei allein ansprechendem Läufer-Erds chlusss chutzreiais
dessen Anzeigefunktion gewabrt bleibt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, den
WechselstromprUfkrei6 des Läufer-Erdschlussschutzrelais einerseits mittels eines
Kondensators an den Erregerkreis der zu schützenden Maschine und andererseits an
Erde zu schalten. Es empfiehlt sich ausserdem, wenigstens ein von einem Zeitkontakt
des Läufer-Erdschlussschutzrelais auslösbares Signalement vorzusehen. Gemäss einer
weiteren Ausgestaltung wird ein unter Leerlauf-Erregerstrom eingestelltes Minimal-Stromrelais
verwendet, das- mittels eines Shuntes oder bei hohen Strömen zwecks Kleinhaltung
der Verluste mittels eines aus Einer Wendepolwicklung der Erregermaschine oder einem
Gleichstromwandler bestehenden Kopplungselementes in den Erregerkreis der zu schUtzenden
Maschine geschaltet
ist.
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Ferner ist es zwecknassig, als Minimal-Relais ein nur wenig unterhalb
der normalen Betriebsspannung eingestelltes Minimal-Spannungsrelais einzusetzen,
das mittels eines Spannungswandlers an die Hauptleitungen der zu sehützenden Maschine
angeschlossen ist.
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Es empfiehlt sich auch, als Minimal-Relais ein Untererregungs-Schutzrelais
anzuordnen, das mittels eines Spannungswandlers sowie eines Stromwandlers in die
Hauptleitungen der zu schützenden Maschine geschaltet ist.
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Gemäss einer weiteren Ausgestaltung kann einem Momentankontakt des
Läufer-Erdschlussschutzrelais auch eine Parallelschaltung von Momentankontakten
unterschiedlicher Minimal-Relais, z.B. eine Parallelschaltung der Momentankontakte
des Minimal-Stromrelais und des Untererregungs-Schutzrelais, in Serie geschaltet
sein.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass die Erfassung der Leiterbrüehe mittels Relais erfolgen kann, die zum Teil bei
solchen Maschinen ausrUstungsmassiv meist schon vorhanden sind. So sind neben den
RUckleistungsrelais zur Verhinderung)eineounte Umständen auftretenden
motorischen
Betriebes bei Generatoren im allgemeinen auch Erds chlussschutzrelais und Untererregungsschutzrelais
bereits vorgesehen, so dass die erfindungsgemässe Anordnung zur Erfassung von LeiterbrUchen
in Läufern ohne besonderen Aufwand instruiert werden kann. Aüsserdem ist die Anordnung
unabhängig von der Art der Relais, so dass z.B. mechanische Drehspulrelais oder
auch elektronische Relais zur Anwendung gelangen können. Weiters bedarf es vor allem
keiner Schutzrelaisneuentwicklung, sondern nur der vorbeschriebenen Zusanmienschaltungen,
um die voraufgezeigten Leiterbrüche selektiv rasch und sicher zu erfassen.
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In der Zeichnung sind nun mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt und im folgenden im einzelnen näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine
Anordnung eines Läufer-Erdschlussschutzrelais mit einem Minimal-Stromrelais, Fig.
2 eine Zusammenschaltung eines Läufer-Erdschlussschutzrelais mit einem Minimal-Spannungsrelais
und Fig. 3 eine Schaltung eines L§ufer-Erdschlugsschutzrelåis im Zusammenwirken
mit einem Untererregungs-Schutzrelais.
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In Fig. 1 ist die zu schützende Maschine, ein Generator, mit 1 bezeichnet.
Mit 2 sind dessen Läuferwicklungen benannt. Das Erregersystem ist durch die Erregerleitung
3 vertreten und der Uberwiegend nicht dargestellte Erregerkreis demnach mit 2,3
beziffert. Die Hauptleitungen des Generators 1 tragen die Position 3a. Das Schaltungselement
4 symbolisiert einen Shunt, mittels dessen ein Minimal-Stromrelais 7 in den Erregerkreis
2,3 des Generators 1 geschaltet ist. Das Minimal-Stromrelais 7 kann aber auch Uber
eine nicht dargestellte Wendepolwicklung einer ebenfalls nicht abgebildeten Erregermaschine
der Maschine 1 oder mit Hilfe eines im Erregerkreis 2,3 angeordneten, in Fig. 1
nicht eingezeichneten Gleichstromwandlers in den letztgenannten Erregerkreis geschaltet
sein. Das Läufer-Erdschlussschutzrelais 5 weist einen Momentankontakt Sa und einen
Zeitkontakt Sb auf. Der geerdete Wechselstromprüfkreis des. Läufer-Erdschlussschutzrelais
5 ist einerseits Uber einen Kondensator 6a am Erregerkreis 2,3 angeschlossen und
andererseits mittels des Wandlers 6b an Wechselspannung gelegt, so dass bei Erdschluss
ein das Läufer-Erdschlusssehutzrelais auslösender Strom fliesst. Das Signalement
8 wird vom Zeitkontakt Sb verzögert betätigt, sobald Erdschluss auftritt. Dit bei
Leiterbruch in den Läuferwicklungen 2 ein Ausgangssignal für die momentane Generator-Abschaltung
freigebende Leitung zur Serienschaltung aus dem Momentankontakt Sa und einem Momentankontakt
7a
des Minimal-Stromrelais 7 ist mit 9 bezeichnet.
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Hierbei ist das sofortige Ansprechen des letztgenannten Minimal-Stromrelais
7 infolge Leiterbruch im Läuferkreis dadurch gesichert, dass durch das Enstehen
eines Lichtbogens im Stromkreis des Läufers die Impedanz dieses Kreises sofort auf
ein Mehrfaches ihres Wertes im Normalzustand ansteigt, da dieser Wert nur etwa ein
Bruchteil eines Ohms beträgt. Weil andererseits keine Beziehung zwischen einem Erdschluss
im Läufer und einem Erregerstromrückgang besteht, ist das gleichzeitige Ansprechen
beider Relais bei hetriebener Anordnung nur im Falle des betrachteten Leiterbruches
möglich.
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In Fig. 2 sind die den Schaltungselementen der Fig. 1 entsprechenden
Elemente gleich wie in der letztgenannten Fig.
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bezeichnet. Anstatt eines Minimal-Stromrelais 7 ist hier ein Minimal-Spannungs
relais 10 mit einem Momentankontakt lOa verwendet, das mittels eines Spannungswandlers
11 an die Haupt-leitung 3a des zu schützenden Generators 1 angeschlossen ist. Die
Serienschaltung ffr die Freigabe des Befehles zur momentanen Abschaltung des Generators
1 besteht hier aus den Momentankontakten 5a und lOa. Das an der Spannung der Hauptleitungen
3a der zu schützenden Maschine 1 bzw. an der Generatorspannung liegende- Minimal-Spannungs
relais 10 ist nur ein wenig unterhalb der normalen Betriebsspannung eingestellt,
so
dass bei merklicher Spannungbsenkung infolge RUckganges der Erregung der Maschine
1 die Auslösung des Minimal- Spannungs relais 10 und somit des Momentankontaktes
lOa gewährleistet ist.
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Für Fig. 3 gilt bezüglich der gleichverwendeten Schaltungselemente
das gleiche wie für Fig. 2 im Hinblick auf Fig. 1.
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Mit 12 ist ein Untererregungs-Schutzrelais bezeichnet, das zum Beispiel
als Minimal-Reaktanzrelais arbeitet und ausser einem Momentankontakt 12a einen Zeitkontakt
12b für weitere Funktionen als Untererregungs-Schutzrelais aufweist. Dieses Relais
ist mittels des Spannungswandlers lla sowie der Stromwandler 13 in die Hauptleitungen
3a des Generators 1 geschaltet.
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Auch in Fig. 3 ist der Schutzkreis für die sofortige Abschaltung des
Generators 1 bei Leiterbruch im Läufer nur für den Schutzkreisteil der Serienschaltung
dargestellt, die ausführungsgemäss aus den Momentankontakten 5a und 12a besteht.
Ein Untererregungs-Schutzrelais kann demnach vor allem dann Verwendung finden, wenn
die magnetische Zeitkonstante der zu schützenden Maschine bzw. Generators bzw. das
weniger rasche Ansprechen einer solchen Anordnung in Kauf genommen werden kann.
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Die Auslösung des Untererregungs-Schutzrelais 12 erfolgt hierbei in
bekannter Weise in Abhängigkeit von der Blindleistungsbilanz der zu schützenden
Maschine 1. Auch für die Anordnung
nach Fig. 3 gilt, dass die beiden
letztgenannten Momentankontakte 5a und 12a den Signalkreis für den Ausschaltbefehl
schliessen, sobald an der zu schützenden Maschine bzw. Turbomaschine ein Leiterbruch
im Läufer auftritt.
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Zum Schutz der elektrischen Maschinen können die vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele auch in Zusammenwirkung angewendet- werden, wobei z.B. ein
Läufer-Erdschlussschutzrelais 5 sowie ein Minimal-Stromrelais 7 parallelarbeitend
mit einem Untererregungs-Schutzrelais 12 zum Einsatz gelangçn.