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Rotorwicklungsprüfeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Rotorwicklungsprüfeinrichtung
von mit Spannungsreglern versehenen Synchronmaschinen mit Hilfe von überstromrelais.
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Fehler in der Rotorwicklung, also der Erregerwicklung von Wechselstromgeneratoren,
können unangenehme Folgen nach sich ziehen, es können Verbrennungen durch entstehende
Kurzschlußwindungen auftreten, es kann die Isolation beschädigt werden und dadurch
auch das Eisen angegriffen werden. Gegen Eisenbrand verwendet man in der Regel den
Rotorerdschlußschutz, gegen die Fehler in der Wicklung selbst einen Rotorwicklungsschutz.
Das Erkennen eines Fehlers in der Rotorwicklung hat den Vorteil, daß nachfolgende
Erdschlüsse durch die auftretende Erhitzung an der Fehlerstelle vermieden werden
können. Man hat das Interesse, möglichst früh einen solchen Fehler zu erkennen.
Bisher ist ein vollwirkender Rotorwicklungsschutz nur bei parallelen Generatoren,
sogenannten Doppelgeneratoren, möglich gewesen. Diese besitzen bekanntlich zwei
Erregerwicklungen,- und- man kann die Spannung oder den Strom in diesen Erregerwicklungen
miteinander vergleichen. Im normalen Betrieb ist die Spannung an beiden Generatoren
gleich, so daß ein zwischengeschaltetes Spannungsrelais keine Anzeige gibt. Wenn
aber ein Windungsschluß auftritt, tritt ein Ungleichgewicht ein, und das Spannungsrelais
kann ansprechen. Diese Einrichtung ist aber nur bei Doppelgeneratoren wirksam. Für
einfache Generatoren hat man vorgeschlagen, überstromrelais in eine Brückenschaltung
zu legen, wobei man eine Brücke aus zwei Teilen der Erregerwicklung und einer außen
an die Erregerwicklung geschaltete Widerstandskombination legt, bei der eine Brücke
zwischen den Widerständen und zwischen den beiden Wicklungsteilen geschaffen wird.
In die Brücke wird dann ein überstromrelais gelegt, wobei die Widerstände genau
im gleichen Verhältnis sein müssen wie im Normalbetrieb die Teile der Erregerwicklung.
In diesem Falle spricht ein Stromrelais zwischen diesen beiden Brückenpunkten nicht
an; nur wenn ein Fehler auf einer Seite der Wickung auftritt, würde das Relais ansprechen.
Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß man einen Punkt aus der Wicklung herausziehen
muß, wozu zusätzliche Schleifringe erforderlich sind. Die Möglichkeit, einfach überstromrelais
in den Erregerkreis zu schalten und beim Auftreten eines überstromes einen Windungsschluß
zu erkennen, ist nur in beschränktem Maße gegeben. Da die Erregung dauernd mit der
Belastung und den erforderlichen , Spannungen an der Klemme der Maschine schwankt,
müßte ein solches überstromrelais so hoch eingestellt werden, daß es über dem höchstmöglichen
Erregerstrom liegt. In diesem Falle würde aber ein einfacher Windungsschluß bei
niedriger Erregung nicht mehr erfaßt werden können. Nur grobe Fehler wären hierdurch
zu erkennen.
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Ferner ist bekanntgeworden, mit Hilfe einer Hilfswechselspannung,
welche aus dem vom Generator gespeisten Wechselstromnetz genommen werden kann, den
Widerstand der Läuferwicklung zumessen. Bei einer Verringerung dieses Widerstandes
infolge eines Windungsschlusses läßt man ein überstromrelais ansprechen. Auch hierbei
muß aber das überstromrelais für den ungünstigsten Belastungsfall bzw. Erregungsfall
eingestellt werden. Dadurch wird der Schutz verhältnismäßig unempfindlich.
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Es stellt sich also die Aufgabe, einen Wicklungsschlußschutz für den
Rotor zu entwickeln, welcher für einfache Generatoren wirksam ist, keine zusätzlichen
Maßnahmen am Rotor erfordert und die genügende Empfindlichkeit hat.
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Zu diesem Zweck wird für eine Prüfeinrichtung der Erregerwicklung
mit überstromrelais vorgeschlagen, daß die Zuleitungen zu den überstromrelais über
einen Kontakt geführt sind, der beim Ausschalten des Leistungsschalters betätigt
wird, und daß der Spannungsregler mit einem Kontakt verbunden ist, der bei einem
vorher bestimmten Einstellwert des Spannungsreglers geschaltet wird, so daß die
Erregerwicklung bei ausgeschaltetem Generator auf Windungsschluß überprüft wird.
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Der wesentliche Gedanke hierbei ist, daß man diesen Schutz im ausgeschalteten
Zustand des Haupt-
Schalters verwendet, bei dem es möglich ist,
eine ganz bestimmte Erregerstellung zu erhalten; und der Schutz wird dann so eingestellt,
daß er nur ein geringes Maß über dem dann vorhandenen Erregerstrom bereits anspricht.
Es sind hierbei natürlich einige Maßnahmen erforderlich, um diesen Schutz in richtiger
Weise arbeiten zu lassen. Diese zusätzlichen Maßnahmen sind aber ohne Eingriff in
den Generator leicht zu erhalten.
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Die Zeichnung erläutert die Wirkungsweise der Anordnung genauer. Mit
1 ist der Generator bezeichnet, welcher die Erregerwicklung 2 hat, die Gegenstand
des Erfindungsgedankens ist. An der Statorseite ist ein Spannungswandler 3 angeschlossen,
der Schalter 4 schaltet die Maschine an das Netz. Der Erregerkreis besitzt
ferner den Shunt 5, welcher auch ein Gleichstromwandler sein kann. An diesen Shunt
sind zwei überstromrelais 6 und 7 angeschlossen. Diese überstromrelais messen den
Erregerstrom und geben ein Signal, wenn der Strom einen bestimmten Wert überschritten
hat. Das Relais 6 ist empfindlicher eingestellt als das Relais 7, damit man feststellen
kann, ob ein schwächerer oder stärker wirkender Windungsschluß in der Erregerwicklung
der Maschine vorliegt. Ferner ist das Frequenzrelais 8 vorgesehen, das an den Spannungswandler
3 angeschlossen ist. Mit 9 ist der zur Maschine gehörende Spannungsregler dargestellt,
welcher den Einstellwiderstand 10 besitzt. Dieser hat die Aufgabe, den Spannungswert,
auf den geregelt werden soll, einzustellen. Die Einstellung kann durch Fernsteuerung
über den Schalter 11 erfolgen, wobei der Motor 12 entweder in der einen oder in
der anderen Richtung eingeschaltet werden kann. Ferner sind die beiden Hilfsschütze
13 und 14 vorgesehen, welche die zugehörigen Kontakte 131, 132
und 141, 142 schalten. Mit 15 ist ein Handschalter gezeigt, welcher
die Anordnung in Betrieb setzt. Hierbei ist selbstverständlich auch die Möglichkeit
vorhanden, daß die Anordnung dauernd in Betrieb bleibt, um automatisch messen zu
können. Auch dieser Gedanke soll Inhalt dieser Erfindung sein.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende: Das Wesentliche
ist dabei, daß sie nur dann in Betrieb gesetzt werden kann, wenn der Schalter 4
geöffnet ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß ein fester gegebener Erregerwert
für die Maschine 1 und für den Erregerstrom nicht im normalen Betrieb zu erhalten
ist. Wenn die Maschine dagegen leer läuft, kann man einen bestimmten Wert des Erregerstromes
einstellen. Dieser Strom wird dem Ansprechstrom der Relais 6 und 7 zugrunde gelegt.
Ist dieser Strom höher als der vorgeschriebene Erregerstrom, so ist ein Fehler in
der Erregerwicklung anzunehmen, ist er nur wenig höher, so spricht das Relais 6
an, ist der Strom wesentlich höher, so spricht auch das Relais 7 an, wobei der Generator
nicht mehr in Betrieb genommen werden darf. Ist nun der Schalter 4 geöffnet,
so wird der Hilfskontakt 41 geschlossen. Hierdurch wird das Relais 13 erregt und
schließt die beiden Kontakte 131 und 132. Durch den Kontakt 131 wird der Erregerstromkreis
für die Relais 6 und 7 vorbereitet. Es fließt aber noch kein Strom, da der Handschalter
15 noch nicht betätigt worden ist. Der Kontakt 132 bereitet den Stromkreis
für das Relais 14 vor. Auch in diesem Relais fließt noch kein Strom, da auch
hier der Handschalter 15 zunächst in Betrieb gesetzt werden muß. Soll nun die Prüfeinrichtung
in Betrieb gesetzt werden, so wird der Schalter 15 eingeschaltet. Hierdurch wird
zunächst der Meßkreis über den Kontakt 151 eingeschaltet, zugleich aber auch der
Kreis des Relais 14 über den Kontakt 152. Das Relais 14 öffnet den Ruhekontakt 141,
so daß der Meßkreis immer noch nicht geschlossen ist. Das Relais 14 betätigt aber
weiter auch seinen Kontakt 142, wodurch der Motor 12 eingeschaltet wird. Er läuft
immer in einer ganz bestimmten Richtung und verstellt den Einstellwiderstand 10.
Wird nun die verlangte Lage, bei der der Erregerstrom gemessen werden soll, erreicht,
und dies ist am günstigsten eine der Endlagen des Einstellwiderstandes, so wird
der Endkontakt 121 geöffnet. In diesem Augenblick fällt das Relais 14 ab, setzt
über den Kontakt 142 den Motor 12 still und schließt den Kontakt 141. Nunmehr ist
der Meßkreis geschlossen, das Relais 6 und das Relais 7 können dann ansprechen,
wenn entsprechende Fehler in der Maschine aufgetreten sind; sprechen sie nicht an,
so ist dies ein Zeichen dafür, daß kein Wicklungsschluß in der Erregerwicklung vorliegt.
Es muß nun aber noch darauf geachtet werden, daß diese Messung bei der richtigen
Frequenz erfolgt. Es muß die Maschine die Nennfrequenz haben.
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Ist die Frequenz zu klein, so entsteht nämlich bei der gleichen Einstellung
des Reglers ein zu hoher Erregerstrom, d. h. es wird ein Fehler vorgetäuscht, der
gar nicht vorhanden ist. Deshalb ist das Frequenzrelais 8 vorgesehen, welches
den Meßkreis öffnet, wenn die Frequenz zu klein ist. Ist die Messung vorbei, so
wird der Schalter 15 wieder geöffnet. über den Fernbetätigungsschalter 11 wird der
Einstellwiderstand 10 wieder auf den verlangten Wert gebracht, dann kann
die Maschine in der bekannten Weise über den Schalter 4 zugeschaltet werden.
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Es ist natürlich auch möglich, diese Anordnung automatisch auszuführen,
da diese Mittel hierfür aber bekannt sind, werden sie nicht näher erläutert. Auch
für Spannungsregler mit Hilfe von Transduktoren oder Transistoren ist die Anordnung
zu verwenden. In diesem Falle würde das Relais 14 nicht den Motor 12 schalten, sondern
entsprechende Änderungen der Vorspannungen in den Transistoren und Transduktoren
veranlassen.
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Die Anordnung hat den Vorteil, daß auch bei einfachen Generatoren
eine Prüfung auf Wicklungsschluß der Erregerseite möglich ist und daß diese Prüfung
sogar vorher erfolgen kann, bevor die Maschine an das Netz geschaltet wird, so daß
man also die Möglichkeit hat, beim Auftreten eines Wicklungsschlusses die Maschine
gar nicht an das Netz zu schalten, sondern dafür eine andere Maschine einzuschalten.