DE645420C - Gestellschlussschutzanordnung - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist eine auf dem Vergleich zweier Spannungen beruhende Gestellschlußschutzanordnung zur Erfassung des Gestellschlusses am Sternpunkt'oder in unmittelbarer Nähe des Sternpunktes der Wicklungen mehrphasiger Maschinen und Apparate. Durch die stets vorhandene Ableitung der Phasenleiter und Kapazitäten der Leiter gegen Erde haben die beiden Teilspannungen, deren Größe oder Phasenlage in dem Relais verglichen wird, nicht stets von vornherein -eine Phasenverschiebung von 180 ° gegeneinander bei gleicher Größe der Einzelspannungen, so daß auch" im normalen Zustand bereits in dem Schutzrelais eine Wirkung ähnlicher Art, wie sie im Fehlerfall auftritt, besteht. Allerdings ist diese normalerweise bestehende Einwirkung nicht so groß, wie sie im Fehlerfall ist; denn darin liegt ein Vorteil des Gegenstandes des Hauptpatentes, daß im Falle eines wirklichen Fehlers eine erhebliche Steigerung der Erregung des Schutzrelais und des Drehmomentes in diesem Relais eintritt. Wenn aber der auch bei gesundem Zustand der zu sichernden Wicklung bestehende Einfluß der Abteilung und der Kapazität des Netzes in seinem Betrag zu groß oder nicht konstant ist, ist es wünschenswert, die Sicherheit der Schutzeinrichtung gegen unerwünschtes Ansprechen noch weiter zu steigern.

Die Erfindung betrifft eine Maßnahme, um die Sicherheit der Relaiseinrichtung gegen Fehlansprechen zu steigern. Erfindungsgemäß haben bei einer Anordnung, bei der das 'Schutzrelais im Sekundärkreis einer Wandleranordnung liegt, die primärseitig von den beiden Teilspannungen einer verketteten Spannung erregt ist, die Spannungen im Relaiskreis durch Einregulierung des Sekundärkreises solche Größe oder Phasenlage oder solche Größe und Phasenlage, daß beim fehlerfreien .Zustand der Anlage das Schutzrelais entweder unerregt ist oder höchstens eine dem Ansprechen des Relais entgegenwirkende Erregung besitzt. Sowohl bei einem Schutzrelais, welches nur von der Stärke seiner Erregung abhängig ist, als auch bei einem, welches, wie z. B. ein wattmetrisches Relais, von der Phasenverschiebung der beiden Teilspannungen abhängig ist, kann man den Sekundärkreis auf verschiedene Arten einregulieren. Durch eine

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

DipL-Ing. Dr. Robert Schimpf und Or.-Ing. Reinhold Sonnenschein in Berlin-Siemensstadt.

künstliche Phasensehwenkung der von der Sekundärseite der Waiidleranordnung entnommenen Spannungen, die zur Erregung des Relais dienen, kann man erreichen, daß die beiden Erregerspannungen des Relais um i8o° gegeneinander versetzt sind, so daß bei gleicher Größe der Spannungen ihre Resultier rende Null ist. Bei Anwendung eines Blindwattmeters, z. B. eines Ferrarisrelais oder ίο eines dynamometrischen Gerätes mit 90 °- Schaltung, rufen die beiden um i8o° gegeneinander versetzten Spannungen kein Drehmoment hervor. Wenn diese beiden Spannungen gleich groß sind, kann man durch ihre •5 Reihenschaltung im Erregerkreis des Relais erreichen, daß das Relais normalerweise spannungslos ist. An Stelle einer künstlichen Phasenverschiebung kann auch eine Reihenschaltung der beiden sekundären Teilspannungen unter Einführung einer Zusatzspannung solcher Größe und Richtung verwendet werden, daß dadurch die auf das Relais einwirkende Spannung normalerweise Null ist. Die Verwendung einer Zusatzspannung gibt die Möglichkeit, zugleich auch eine Anpassung der Relaisanordnung an einen gewissen Frequenzbereich und Spannungsbereich zu erzielen. Zu dem Zweck wird man die Zusatzspannung der Anlage entnehmen, welcher der zu schützende Anlageteil angehört, und wird zweckmäßigerweise eine Widerstandsschaltung wählen, welche eine bestimmte Frecjuenzabhängigkeit hat. Diese Frequenzabhängigkeit wählt man so, daß sich die Zusatzspannung bei Frequenzänderungen in möglichst gleichem Maße und in gleicher Richtung ändert wie die aus den beiden Teilspannungen gebildete resultierende Spannung. Bei Verwendung eines von der Phasenlage der beiden Teilspannungen abhängigen Relais kann man die künstliche Phasenschwenkung der Erregerströme so groß wählen, daß das Drehmoment des Relais normalerweise nicht nur gerade Null ist, sondern sogar eine solche Richtung hat, die sich einem Ansprechen des Relais widersetzt. Zur Erfassung eines Gestellschlusses in der Nähe einer der für den Anschluß der Wandleranordnung benutzten Maschinenklemmen kann ein weiteres Relais verwendet werden, welches ebenfalls von den beiden Teilspannungen erregt wird, aber auf einen hohen Wert der Spannung, beispielsweise auf die volle Phasenspannung, eingestellt ist. Bei Anwendungeines allein von der Stärke seiner Erregung abhängigen Relais dagegen wird auch ein Gestellschluß an diesen Maschinenklemmen ohne weiteres erfaßt.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren.

In Fig. ι ist eine Gestellschlußschutzeinrichtung für die Wicklung eines Generators 1 dargestellt, welcher über einen Leitungsschalter 2 mit einer Leitung 3 verbunden werden kann. Das Gestellschlußrelais ist ein wattmetrisches oder ein anderes den Phasenwinkel Bj zwischen zwei Erregerströmen feststellendes -'.Relais4. Wenn das Relais4,ein Kontaktpaars ^Schließt, erhält die Auslösespule 6 des Leitungsschalters Strom, so daß der Schalter geöffnet wird. Die üblicherweise noch vorhandenen Einrichtungen für die Entregung des Generators 1 sind nicht dargestellt.

An zwei Phasenklemmen Sund T des Generators ι ist je ein Spannungswandler 7 bzw. 8 angeschlossen, und die Primärwicklungen dieser Spannungswandler sind vereinigt und geerdet. Die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 7 ist geschlossen über zwei verschiedenartige Impedanzen 10 und 11. Die Sekundärwicklung des Wandlers 8 ist über *e zwei entsprechende Impedanzen 12 und 13 geschlossen. Eine Spule des Relais 4 liegt parallel zur Impedanz 11, die zweite parallel zur Impedanz 12. Wenn Relais 4 beispielsweise ein Blindwattmeter ist, dann entwickelt das Relais kein Drehmoment, wenn die von den Impedanzen 11 und 12 abgegriffenen Spannungen phasengleich bzw. gegeneinander 180 ° Phasenverschiebung besitzen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise und der erfindungsgemäß anzuwendenden Phaseneinstellung ist ein Vektordiagramm in Fig. 2 wiedergegeben. Die drei Phasenspannungen des Generators 1 sind die Spannungen R, S, T. Die Spannungswandler 7 und 8 liegen zwischen den Phasen .S" und T, wobei der Mittelpunkt zwischen den Spannungen der Wandler 7 und 8 durch Erdung der Primärwicklungen 7 und 8 ein bestimmtes unveränderliches Potential, nämlich Erdpotential, besitzt.

Unter der Annahme, daß beispielsweise der Leitungsschalter 2 geöffnet und die Ableitung sowie Kapazität der Phasenwicklungen einschließlich der kurzen Leitungsstücke bis zum Schalter 2 sehr gering sind, teilen die Spannungswandler 7 und 8 die verkettete Spannung zwischen den Phasenleitern S¹ und T in zwei gleiche Teilspannungen auf. Die Sekundärwicklungen sind so geschaltet, daß sie entgegengesetzte Spannungen O₁ und B₁ ergeben. Diese beiden Spannungen O₁ und b_t wurden im Blindwattmeter 4 kein Drehmoment erzeugen können. Da die Teile 1, 2, 3 aber nicht frei von Ableitungen und frei von Kapazität sind, sind die wirklichen Spannungen der Wandler 7 und 8 sowie ihre Sekundärspannungen nicht um genau i8o° phasenverschoben gegeneinander, sondern entsprechen den Vektoren a₂ bzw. b₂. Diese beiden Teilspannungen würden bereits ein Drehmoment tao im wattmetrischen Relais 4 im Sinne einer Schließung des Kontaktes 5 ausüben. Aller-

dings wird dieses Drehmoment erheblich größer bei einem Erdschluß am Sternpunkt der Wicklung ι; denn dann nehmen beide Teilspannungen ß₂ ^un(i b₂ dieselbe Lage wie die Phasenspannungen T und S an.

Um nun erfindungsgemäß auch dann, wenn die Teilspannungen die Lage der Vektoren a₂ und b₂ besitzen, im Relais 4 noch kein Drehmoment oder höchstens ein Sperrmoment entstehen zu lassen, sind die Impedanzen 10 und 11 bzw. 12 und 13 so gewählt, daß die Erregung der Relaisspulen in der Phase von den Spannungen der Wandler 7 und 8 abweicht. Die Erregung der Spulen des Relais 4 wird von solchen Impedanzen 11 bzw. 12 abgegriffen, daß dadurch die Winkelabweichung der Vektoren a₂ und b₂ von den Vektoren U₁ und &JL wieder aufgehoben wird. Man kann sogar noch weiter gehen und die Phasenabweichung zwischen den Vektoren a₂ und b₂ und den Vektoren der tatsächlichen Erregung der Spulen des wattmetrischen Relais 4 so groß machen, daß diese die Vektorlage a₃ und b_a besitzen. Das wattmetrische Relais 4 erzeugt unter dieser Voraussetzung sogar ein rückwärts gerichtetes Drehmoment, so daß also eine ungewollte Schalterauslösung selbst dann noch vermieden ist, wenn die tatsächlichen Spannungen nicht die Vektorlage a-₂ und b₂, sondern eine Vektorlage annehmen, die noch näher den Phasenspannungen T und ..V liegt.

An Stelle des wattmetrischen Relais 4 kann auch ein Spannungsrelais gesetzt werden, wenn bei fehlerfreier Anlage die Größe der beiden Spannungen, die an den Impedanzen 11 und 12 abgegriffen werden, die gleiche ist. Bei Verwendung eines nur von der Stärke seiner Erregung abhängigen Relais kann die in Fig. 3 dargestellte Anordnung' mit Vorteil angewendet werden. In dieser ist der Generator, dessen Wicklung zu schützen ist, mit 1, der zugehörige Schalter mit 2, die Auslösespule mit 6 bezeichnet, und in Übereinstimmung mit Fig. ι sind die zwei einphasigen Spannungswandler mit 7 und 8 bezeichnet. Das Gestellschlußrelais ist mit 20 bezeichnet. Es kann ein Spannungsrelais sein mit einem Arbeitskontakt oder Ruhekontakt, je nach der Schaltung für die Spule 6. Das Relais 20 liegt in der Reihenschaltung der Sekundärspulen der Wandler 7 und 8, wobei jedoch außerdem eine von einem Ohmschen oder induktiven Widerstand 21 abgegriffene Spannung ebenfalls in den Erregerkreis des Relais 20 eingefügt ist. Die Sekundärspannungen der Wicklung 7 und 8 können beispielsweise die Größe und Phasenlage der Vektoren a₂ und b₂ der Fig. 2 haben. Die Reihenschaltung dieser Spannung würde dann nicht die Spannung Null ergeben, sondern eine Spannung, die doppelt so groß ist wie die Senkrechte von dem Berührungspunkt der Spitze der Vektoren a₂ und b₂ bis zur Verbindungslinie der Ecken T S. Eine solche Spannung kann man der Phasenwicklung R entnehmen und sie mit geeignetem Vorzeichen in den Erregerkreis des Relais 20 einführen, so daß die resultierende Spannung am Relais 20 normalerweise Null ist. Für den Fall, daß die Sekundärspannungen der Wandler 7 und 8 nicht gleich groß sind, muß man in den Erregerkreis des Relais 20 eine Zusatzspannung einfügen, die nicht die Phasenlage der Spannung der Phase R hat. Deshalb ist in Fig. 3 eine Anordnung 22 dargestellt, die es erlaubt, eine einphasige Spannung beliebiger Phasenlage und Größe abzugreifen. Diese von der Anordnung 22 abgegriffene Spannung ist nicht ohne weiteres dem Relaiskreis 20 zugeführt, sondern zunächst nur einer Widerstandskombination, bestehend aus einem Widerstand 21 und einem Kondensator 23, die so gewählt sind, daß die Hilfsspannung die Falschspannung ausgleicht. Die Größe und Phasenlage der Spannung an dem Widerstand 21 ist auch abhängig von der Frequenz. Mit wachsender Frequenz steigi die Spannung am Widerstand 21 und sinkt die Spannung am Kondensator 23. Die Anordnung 22 wird beispielsweise von dem Stütztransformator 23 gespeist, so daß dadurch die Größe der Spannung am Widerstand 21 zugleich auch zunimmt, wenn die Spannung der zu schützenden Anlage 1 erhöht wird.

Zur Feststellung der Größe und Richtung der Phasenverschiebung kann man dynamometrische Instrumente und Induktionsgeräte, wie z. B. Ferrarisgeräte, benutzen, ferner auch Röhren schaltungen und Schaltungen mit einem Gleichstromgerät und von der einen der Spannungen gesteuerten Synchronschalter.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gestellschlußschutzanordnung nach Patent 631 222 für den Fall, daß die Teilspannungen gegen Erde normalerweise nicht um 180 ° in der Phase voneinander abweichen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zur Erregung eines Gestell- no schlußrelais der Sekundärseite einer Wandlerschaltung entnommenen Teilspannungen durch eine Regulierung des Sekundärkreises eine Größe oder Phasenlage oder Größe und Phasenlage haben, daß das Gestellschlußrelais, solange kein Gestellschluß entstanden ist, unerregt oder höchstens in einem dem Ansprechen des Relais entgegengesetzten Sinne erregt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 bei Anwendung eines von der Phasenverschiebung zwischen den Teilspannungen ab-

hängigen Relais, insbesondere eines dynamometrischen Relais, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilspannungen im Relais normalerweise Kraftflüsse hervorrufen, welche durch zusätzliche Mittel eine solche gegenseitige Phasenlage besitzen, daß sie kein Drehmoment oder ein dem Ansprechdrehmoment entgegengesetztes Drehmoment hervorrufen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bei Anwendung eines nur von der Stärke seiner Erregung abhängigen Relais, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Relais die beiden Teilspannungen in Reihenschaltung einwirken und daß ihre gegenseitige Phasenlage in fehlerfreiem Zustand der Anlage so eingestellt ist, daß die Erregerspannung des Relais Null ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bei An-Wendung eines nur von der Stärke seiner Erregung abhängigen Relais, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Relais die beiden Teilspannungen in Reihenschaltung einwirken und in diese Reihenschaltung eine Zusatzspannung solcher Größe und Phasen- as lage eingefügt ist, daß dadurch die Erregerspannung des Relais normalerweise Null ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Reihenschaltung der beiden Teilspannungen eingefügte Zusatzspannung der Anlage entnommen ist, welcher der zu schützende Anlageteil angehört.

6. Anordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Zusatzspannung in ungefähr gleichem Maße und gleichem Sinne frequenzabhängig ist wie die aus den beiden Teilspannungen resultierende Spannung.

7. Anordnung nach Anspruch 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reihenschaltung wirksamen Teilspannungen gegenüber den Teil spannungen auf der Primärseite der Wandlerschalter eine künstliche Phasenverschiebung besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen