DE657200C - Einrichtung zum selektiven Abschalten von Wechselstrommaschinen - Google Patents

Description

Bei Schutzeinrichtungen, die ansprechen sollen, wenn in der Wicklung eines Generators oder Transformators oder einer sonstigen Maschine, in deren Wicklung eine Wechselspannung induziert wird, ein Fehler eintritt, bereitet die Erfassung von - Gestellschlüssen gewisse Schwierigkeiten, weil die durch den Gestellschluß gegen Erde auftretende Spannung unter Umständen nur einen geringen Bruchteil der größtmöglichen Spannung ausmacht. Die Stärke des über die Fehlerstelle fließenden Stromes wird, um den Schaden in der Maschine möglichst gering zu halten, durch Widerstände, die sich beispielsweise im Sekundärkreis einer Gestelldrossel befinden, klein gehalten. Nun hängt der bei einem Gestellschluß auftretende Fehlerstrom in seiner Stärke von der Lage der Gestellschlußstelle, d. h. von der Höhe der auf der Sekundärseite der Gestellschlußdrossel auftretenden Spannung, ab. Um die Stromstärke nicht zu groß werden zu lassen, hat man vorgeschlagen, als Strombegrenzungswiderstand einen Widerstand aus einem Stoff mit stark positivem Temperaturkoeffizienten zu wählen. Solche Widerstände, beispielsweise Eisenwiderstände, besitzen aber eine erhebliche Wärmeträgheit. Ehe die Temperatur des Widerstandes wirksam gestiegen ist, vergeht eine gewisse Zeit. Die Wirkung der Eisenwiderstände kann also nicht verhindern, daß gleich nach dem Auftreten des Fehlers der Fehlerstrom zunächst eine unerwünschte hohe Stärke besitzt.

Erfindungsgemäß wird das Auftreten einer unzulässig hohen Stromstärke dadurch von vornherein unmöglich gemacht, daß der Strombegrenzungswiderstand im Gegensatz zu der erläuterten Anordnung nicht von einem anfänglich kleinen Wert auf einen großen Wert gebracht wird, sondern umgekehrt von einem anfänglich hohen Wert, soweit erforderlich, auf einen kleineren Wert gebracht wird. Es kann dann von vornherein der Fehlerstrom höchstens so groß sein, wie es zulässig ist. Durch Relais, welche durch diesen Strom oder durch die Spannung der mit dem Widerstand belasteten offenen Dreieckwicklung der Gestelldrossel beeinflußt werden, kann dieser Widerstand in seiner Größe nachträglich in dem Sinne geändert werden, daß die Stromstärke bis zu dem zulässigen Betrag gesteigert wird. Für den Spannungskreis des Gestellschlußrelais bedeutet dies, daß im Relais eine bestimmte Spannung eingestellt wird, daß es also angängig ist, die Empfindlichkeit des Relais für eine ganz bestimmte Spannung und Stromstärke günstigst zu wählen.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren.

In Fig. ι soll bei Gestellschluß der Wicklung eines Generators 1 ein Schalter 2 geöffnet werden, der den Generator mit der Sam-

Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Κ,ατΙ Hammers in Berlin-Siemensstadt.

melschienenanlage 3 \'erbindet. An die Sammelschienenanlage ist eine Gestelldrossel 4 mit einem Belastungswiderstand 5. im Sekundärkreis angeschlossen. Das Gestellschlußrelais 6 wird in seinem Strompfad von einer Summenstromschaltung 7, in seinem Spannungspfad von einem Spannungswandler 8,' der an der belasteten Dreieckwicklung (Sekundärwicklung) der Gestelldrossel 4 liegt, gespeist.

Wenn in der Wicklung des Generators 1, beispielsweise an der Stelle 9, ein Gestellschluß auftritt, so entsteht eine Spannung in der Sekundärwicklung der Gestelldrossel, die einen Strom über den Belastungswiderstand 5 zur Folge hat. Diesem Strom entspricht ein Strom auf d.^er Primärseite der Gestelldrossel, der über die Maschine und die Fehlerstelle fließt. Die Stärke des Stromes hängt von der Größe des Belastungswiderstandes 5 und von der Entfernung der Gestellschlußstelle 9 vom Sternpunkt 10 des Generators ab. Die Sekundärspannung der Gestelldrossel 4 speist zwei Spannungsrelais 11 und 12, welche auf verschiedene Grenzwerte der Spannung eingestellt sind und bei Überschreitung dieser Spannungsgrenzwerte ihre Anker anheben. Die Anker tragen Überbrückungsschalter 13 bzw. 14, Im unerregten Zustande schließt der Überbrückungsschalter 13 des Spannungsrelais 11 einen Teil 51 des Belastungswiderstandes 5 kurz. In gleicher Weise wird durch den Überbrückungsschalter 14 im spannungslosen Zustande des Relais 12 ein Teil 52 des Belastungswiderstandes 5 kurzgeschlossen.

Beim Auftreten des Gestellschlusses entsteht ein Strom über dem Belastungswiderstand 5 und eine Spannung am Spannungswandler 8. Je nach der Höhe der auftretenden Sekundärspannung der . Gestelldrossel 4 kommen die Relais 11 und 12 nicht zum Ansprechen oder nur. das Relais 11 oder die Relais 11 und 12 zugleich. Keines der Relais spricht an, wenn die auftretende Spannung sehr klein ist. Es ist dies ein Zeichen dafür, daß der Gestellschluß in nicht allzu großer Entfernung vom Sternpunkt eines Generators entstanden ist. Der Belastungswiderstand 5 ist dann durch Kurzschluß der Teile 51 und 52 aufs äußerste verkleinert. Reicht die auftretende Sekundärspannung der Gestelldrossel 4 aus, um das Relais 11 zum Ansprechen zu bringen, so wird'dadurch der Kurzschluß des Widerstandsteiles 5 τ aufgehoben. Der Gesamtbelastungswiderstand ist dann größer als in dem vorangehend behandelten Fall. Wenn die Ansprechgrenze des Relais 12 überschritten wird, wird auch der Widerstandsteil So - 52 eingeschaltet. Auf diese Weise paßt sich die Größe des . Belastungswiderstandes 5 selbsttätig der Größe der auftretenden Sekundärspannung der Gestelldrossel, d. h. selbsttätig der Entfernung des Gestellschlusses vom _;i Generatorsternpunkt 10, an. Jedoch nicht in ,•'"der Weise, daß der entstehende Fehlerstrom '■'ajnfanglich größer als erwünscht ist, sondern daß er von kleineren Werten aufwärts geregelt wird.

Die Kurzschlußstromkreise für die Widerstandsteile 51 und 52 sind über die Kontakte eines von der Nullpunktspannung erregten verzögerten Relais 15 geführt, weil die Überbrückungsschalter 13 und 14 geschlossen sind, solange kein Gestellschluß vorliegt, andererseits aber der Widerstand 5 zunächst in voller Größe eingeschaltet sein soll. Das Relais 15 macht die Überbrückungsschalter 13 und 14 erst in dem Augenblick arbeitsfähig, in welchem ein Erdschluß auftritt.

Die Anker der Spannungsrelais 11 und 12 sind rioch mit weiteren Hilfskontakten 16 und 17 verbunden. Diese Hilfskontakte überbrükken im Spannungspfad des Relais 6 liegende Vorschaltwiderstände 18. und 19, wenn die Relais 11 und 12 spannungslos sind. Beim Gestellschluß in der Nähe des Sternpunktes des Generators 1 wird dadurch die Empfindlichkeit der Schutzeinrichtung gesteigert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 erläutert.

Auch bei dieser Anordnung wird ein Strombegrenzungswiderstand 30 im Sekundärkreis einer Gestelldrossel 4 derart von anfangs großem Wert zu kleinerem Wert geändert, daß eine ganz bestimmte Stromstärke über die Fehlerstelle eingestellt wird. Die Änderung des Widerstandes 30 folgt aber im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 stetig und nicht stufenweise. Zu dem Zweck ist ein Regelmotor 3!'vorgesehen, der in Gang kommt, sobald an der Sekundärwicklung der Gestelldrossel 4 eine Spannung einer gewissen Mindeststärke auftritt. Durch diese Spannung wird ein Relais 34 erregt, das zur Sicherheit gegen Beeinflussung durch dritte und höhere harmonische Oberwellen mit einer Siebkette ausgestattet sein kann. Das Relais 34 schließt den Stromkreis für den Regelmotor 31, der den Belastungswiderstand 30 allmählich verkleinert. Die Stärke des Sekundärstromes der Gestelldrossel wird von einem Relais 35 überwacht, welches anspricht, sobald der Strom bis auf die gewünschte Stärke angestiegen ist. Das Relais 35 schaltet dann zwei Hilfsrelais 36 und 37 ein. Das Relais 37 bringt den Motor 31 durch Unterbrechung eines Stromkreises augenblicklich zum Stillstand. Das Relais 36 schaltet mit geringer Zeitverzögerung einen Hilfsmagneten 38 eines wattmetrischen Erdschlußrelais 44 ein.

Wenn der Fehler in der Maschine liegt, so wird diese dann durch das Erdschlußrelais 44 abgeschaltet und entregt; wenn der Fehler außerhalb, also etwa im Leitungsnetz, entstanden ist, bleibt die Maschine in Betrieb. Der Sekundärkreis der Gestelldrossel 4 wird einige Sekunden nach dem Ansprechen des Relais 34 durch das Relais 33 geöffnet, das Relais 33 wird erregt, sobald das Relais 34 seinen Kontakt schließt. Es schließt dann sofort für sich einen Haltestromkreis über einen Momentankontakt. Nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit schließt es einen zweiten Kontakt, durch den eine Spule 39 an Spannung gelegt wird. Die Spule 39 öffnet dann einen Schalter 40, wodurch der Sekundärkreis der Gestelldrossel 4 geöffnet wird.

Da das Relais 33 zugleich mit dem Motor 31 eingeschaltet wird, wird der Schalter 40 auf jeden Fall ausgelöst, gleichgültig ob der Fehler in der Maschine, oder außerhalb entstanden ist.

Mit dem Schalter 40 sind zwei Hilfskontakte 41 und 42 gekuppelt. Über diese Hilfskontakte verläuft der Stromkreis für den Motor 31. Solange die Hilfskontakte in der gezeichneten Stellung stehen und die Relais 34 und 37 ihre Kontakte geschlossen halten, bekommt der Motor über die Hilfskontakte 41 und 42 Strom von solcher Polarität, daß er mit solcher Drehrichtung umläuft, daß dabei der Belastungswiderstand 30 fortschreitend verkleinert wird. Wenn der Schalter 40 geöffnet ist, ist die Stromrichtung im Motorstromkreis umgekehrt, so daß er dann rückwärts laufend den Widerstand 30 fortschreitend vergrößert. Sobald er in seiner Ausgangsstellung wieder angekommen ist, wird durch einen Endkontakt 43 der Motorstromkreis unterbrochen.

Der Schalter 40 kann von Hand oder auch durch Fernbetätigung geschlossen werden, damit die Gestellschlußeinrichtung wieder betriebsbereit ist.

Beim Auftreten eines Gestellschlusses spricht zunächst das Relais 34 an und schaltet den Motor 31 ein, der den Widerstand 30 so lange verkleinert, bis das Relais 35 zum Ansprechen kommt. Relais 35 schaltet gleichzeitig die Relais 36 und 37 ein, Relais 37 öffnet seinen Kontakt und bringt dadurch den Motor zum Stehen; Relais 36 betätigt nach Ablauf einer eingestellten Verzögerungszeit den Hilfsmagneten 38 des Richtungsrelais 44. Wenn der Fehler in der Maschine entstanden ist, wird die Maschine nach etwa einer halben Sekunde abgeschaltet; bei außenliegendem Fehler wird nur der Sekundärkreis der Gestelldrossel 4 nach Ablauf der Verzögerungszeit mit Hilfe des Schalters 40 geöffnet. Die Öffnung des Schalters 40 erfolgt aber auch dann, wenn der Fehler in der Maschine liegt. Da mit der Öffnung des Schalters 40 zugleich der Stromkreis für den Rücklauf- des Motors geschlossen wird, wird also ,automatisch nach jedem Ansprechen der Einrichtung die volle Größe des Widerstandes 30 wieder eingeschaltet. Die Unterbrechung des Sekundärkreises der Gestelldrossel 4 hat zur Folge, daß das Relais 35 stromlos wird und ebenfalls das Relais 34.

Man kann die Einrichtung leicht auch in der Weise ergänzen, daß nach gänzlichem Verschwinden der Spannung an der widerstandsbelasteten Dreieckswicklung der Gestelldrossel 4 der Schalter 40 automatisch wieder geschlossen wird, nachdem der Widerstand 30 wieder auf seinen vollen Wert zurückgestellt ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum selektiven Abschalten von Wechselstrommaschinen mit ungeerdetem Sternpunkt beim Auftreten eines Erdschlusses in der Maschine, gekennzeichnet durch eine Relaiseinrichtung (11, 12, 15 bzw. 35, 37, 31), welche einen Strombegrenzungswiderstand (5 bzw. 30) verkleinert, wenn der auftretende Erdschlußstrom oder die auftretende Nullpunktspannung einen oder mehrere bestimmte Grenzwerte nicht erreicht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Sekundärkreis eines einen künstlichen' geerdeten Sternpunkt bildenden Transformators (4) liegender Strombegrenzungswiderstand (5) durch ein oder mehrere auf je einen bestimmten Grenzwert der Sekundärspannung oder des Sekundärstromes des Transformators eingestellte Spannungs- oder Stromrelais (11, 12) auf einen Teil seines ganzen Betrages eingestellt wird, wenn die Sekundärspannung oder der Sekundärstrom unterhalb des Ansprechwertes dieser Relais liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswiderstand (30) durch einen Regelmotor (31) von einem anfänglich hohen Wert stetig verkleinert wird, bis ein bei einer bestimmten Stromstärke im Sekundärkreis, des Transformators ansprechendes Relais (35) die Verkleinerung des Strombegrenzungswiderstandes zum Stillstand bringt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich mit dem Strombegrenzungswiderstand(5) auch ein der Spannungsspule eines wattmetrisch«! Erdschlußrelais (6) vorgeschalteter

Widerstand (ι8, 19) entsprechend eingestellt wird/ ■-.■■'

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile (51, 52) des Strombegrenzungswiderstandes von Minimalstromrelais oder Minimalspannungsrelais (11, 12) über einen Strömweg kurzgeschlossen werden, der durch ein bei Auftreten eines Erdschlusses ansprechendes weiteres Relais (15) vollendet wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Auftreten eines Erdschlusses ansprechende weitere Relais (15) langsamer arbeitet als das oder die den Strombegrenzungswiderstand einstellenden Relais (11, 12).

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelmotor (31), der zur Verkleinerung des Strombegrenzungswiderstandes (30) dient, nach Ablauf einer Zeit, die größer als die 'Verzögerungszeit der für die Abschaltung einer kranken Maschine vorgesehenen Erdschlußrelais ist, den Strombegrenzungswiderstand (30) in die normale Stellung zurückbringt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis des Transformators (4), in dem der Strombegrenzungswiderstand (30) liegt, nach Ablauf einer für die Abschaltung einer kranken Maschine ausreichenden Zeit geöffnet wird, wobei für den Regelmotor (31) zugleich ein Stromkreis geschlossen wird, so daß der Regelmotor (31) den Widerstand (30) wieder auf den normalen Wert bringt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Motorstromkreis liegender Schalter (43) durch das Verstellorgan des Strombegrenzungswiderstandes (30) geöffnet wird, wenn dieses in die Ausgangsstellung zurückgekehrt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen