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Einrichtung zum selbsttätigen Abschalten von Generatoren.
Es sind Einrichtungen zum selbsttätigen Abschalten von Generatoren beim Auftreten eines Phasenerdschlusses bekannt. Zu diesem Zwecke wird beispielsweise der Sternpunkt des Generators über einen Widerstand geerdet und ein Relais von der Spannung des Sternpunktes des Generators gegen Erde erregt, welches beim Ansprechen den Generator abschaltet. Ausser von den Konstanten des Relais hängt die Bemessung des Widerstandes auch davon ab, wie weit man einen Fehler innerhalb der Generatorwicklung erfassen will. Will man auch Fehler in der Nähe des Sternpunktes erfassen, so zeigt sich der Übelstand, dass im Falle eines Fehlers in der Nähe der Klemmen der Erdschlussstrom so gross wird, dass das Generatoreisen verbrennt.
Erfindungsgemäss wird einerseits eine Steigerung der Empfindlichkeit der Schutzeinrichtung und'anderseits ein Schutz vor den Gefahren eines in der Nähe einer Maschinenklemme entstehenden Erdschlusses durch Anwendung eines von einer Relaiseinrichtung gesteuerten ver- änderliehen Strombegrenzungswiderstandes erzielt. Dabei kann z. B. ein Relais vorgesehen sein, welches, wenn der Erdschlussstrom einen Grenzwert überschreitet, selbsttätig einen Widerstand zu dessen Begrenzung einschaltet. Dieser Widerstand kann beispielsweise in Reihe mit dem Erdungswiderstand des Generators liegen und im normalen Betrieb durch einen Schalter kurzgeschlossen sein.
Ganz besonders günstig ist die Erfindung bei mehreren parallel arbeitenden Generatoren.
In solchen Fällen erdet man gewöhnlich den Sternpunkt nicht, sondern man schliesst an die gemeinsame Saminelschiene Induktivitäten an, deren Sternpunkt unmittelbar oder über einen Widerstand geerdet ist. Zur Abschaltung der Generatoren dienen Relais, die zwischen Generator und Sammelschiene geschaltet sind und auf den Summenstrom ansprechen. Zur Verbesserung der Wirkung ist auch schon torgeschlagen worden, diesen Induktivitäten Sekundärwicklungen zu geben, welche in Vieleck geschaltet und über einen Widerstand geschlossen sind, wenn der Sternpunkt unmittelbar geerdet ist, oder die in Vieleck geschaltet und in sich geschlossen sind, wenn der Sternpunkt über einen Widerstand geerdet ist.
Der zur Begrenzung des Erdschlussstromes durch das Relais eingeschaltete Widerstand kann sowohl in der Erdverbindung des Sternpunktes als auch in den Sekundärkreis der Induktivitäten eingeschaltet werden. Der Widerstand wird so bemessen, dass nur ein so geringer Strom fliesst, dass die Relais zum Abschalten der Generatoren mit Sicherheit betätigt werden.
In Fig. 1 ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 1, 2, 3 sind die Sammelschienen, an welche der Generator 4 über den Schalter 6 und der Generator 5 über den Schalter 7 angeschlossen ist. In der Verbindungsleitung des Generators 4 zur Sammelschiene liegen die Primärwicklungen der Stromwandler 8. 9 und 10, deren Sekundärwicklungen in Summenschaltung auf die Stromspule des Relais 11 einwirken. Beim Ansprechen des Relais wird über die Batterie 12 ein Stromkreis für den Elektromagneten 13 geschlossen, der die Schaltklinke 14 des Schalters 6 freigibt, so dass der Schalter durch die Feder 15 geöffnet wird.
Die Schutzeinrichtungen für den Generator 5 sind die gleichen wie für den Generator 4.
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punkt unmittelbar geerdet ist. Die Induktivitäten können aus drei Einphasentransformatoren bestellen, oder es kann ein Dreiphasentransformator mit einem vierten Schenkel verwendet werden.
Die im offenen Vieleck geschalteten Sekundärwicklungen der Induktivitäten sind über die beiden Widerstände 20 und 21 geschlossen. Der Widerstand 21 ist im normalen Betrieb durch den Schalter 23 kurzgeschlossen. An dem Widerstand 20 liegt die Erregerwicklung des Relais 22, das beim Überschreiten einer bestimmten Spannung die Sperrklinke. 84 des
Schalters freigibt, so dass dieser auslost, wodurch der Widerstand 21 in den Sekundärkreis in Reihe mit dem Widerstand. 80 eingeschaltet wird. An der Sekundärspanmmg der Induktivitäten liegt ferner die Spannungsspule des Relais 11 und die Spannungsspule des zum Generator 5 gehörigen Relais 31.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende :
Bei einem Erdschluss in der Nähe der Klemmen eines Generators fliesst ein ziemlich grosser Erdsehlussstrom. Da die Spannung der im Dreieck geschalteten Sekundärwicklung proportional der Erdschlussspannung ist, so wird das Relais 22 stark erregt und spricht an.
Dadurch wird der Schalter 23 geöffnet, der Widerstand 21 in den Sekundärkreis der Induktivitäten eingeschaltet und somit der Erdschlussstrom herabgesetzt. Durch diese Einrichtung wird verhindert, dass der Erdschlussstrom eine gewisse Grenze dauernd überschreiten kann.
An Stelle der in der Abbildung dargestellten Anordnung der Induktivitäten kann man auch drei in Stern geschaltete Induktivitäten verwenden, deren Sternpunkt über einen Wider- stand geerdet ist und deren Sekundärwicklung im offenen Vieleck in sich geschlossen ist, oder man kann auch Induktivitäten verwenden, deren Wicklung in Zickzack geschaltet und deren Nullpunkt über einen Widerstand geerdet ist. Die Einrichtung wird dann zweck- mässig so getroffen, dass das Relais von der Spannung an diesem Widerstand erregt wird und beim Überschreiten eines bestimmten Wertes der Spannung einen zusätzlichen Widerstand in die Erdverbindung einschaltet.
Die Einrichtung kann auch so getroffen werden, dass das Relais nach Behebung des Erdschlusses den zusätzlichen Widerstand wieder ausschaltet. Das Relais wird dann bei der Anordnung nach Fig. 1 von der Gesamtspannung der Sekundärwicklungen erregt, oder bei Verwendung von Induktivitäten, deren Nullpunkt über einen Widerstand geerdet ist, von der Spannung des Nullpunktes gegen Erde. In Fig. 2 ist eine solche Einrichtung dargestellt.
An den Sammelschienen 1, 2 und 3 sind, wie in Fig. 1, die Generatoren 4 und 5 mit ihren Schutzeinrichtungen angeschlossen. Die Bezeichnungen der gleichen Teile in Fig. 2 stimmen mit denen der Fig. l überein.
Die an der Sammelschiene liegenden Induktivitäten 16, 17 und 18 sind in Stern geschaltet und über Widerstände 30 und 31 geerdet. Die Sekundärwicklungen sind in Dreieck geschaltet und in sich geschlossen. Der Widerstand M wird im normalen Betrieb von einem Schalter 33 überbrückt. An der Spannung des Sternpunktes gegen Erde liegt die Erregerwicklung der Relais 32, das bei einer bestimmten Spannung ein Kontaktpaar 34 schliesst.
Dadurch wird ein Stromkreis für die Auslösespule 36 des Schalters 33 über die Batterie 35
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leitung des Sternpunktes mit Erde eingeschaltet. Wird der Erdschluss behoben, so bricht die Spannung an den Widerständen zusammen. Das Relais 32 öffnet die Kontakte 34, und die Feder 37 schliesst wieder den Schalter, so dass die ursprüngliche Schaltung hergestellt ist.
Nach der weiteren Erfindung wird bereits das Auftreten einer unzulässig hohen Stromstärke von vornherein unmöglich gemacht, u. zw. dadurch, dass der Strombegrenzungswiderstand im Gegensatz zu der zuvor 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 Dreieckwieklung der Gestelldrossel beeinflusst werden, kann dieser Widerstand in seiner Grösse nachtäglich : n 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 dienen die Fig. 3 und 4.
In Fig. 3 soll bei Gestellschluss der Wicklung eines Generators 41 ein Schalter 42 geöffnet werden, der den Generator mit der Signalschienenanlage 43 verbindet. An die Sammelschienenanlage ist eine Gestelldrossel 44 mit einem Belastungswiderstand 45 im Sekundärkreis angeschlossen. Das Gestellsehlussrelais 46 wird in seinem Strompfad von einer
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Summenstromschaltung 47, in seinem Spannungspfad von einem Spannungswandler 48, der an der belasteten Dreieckwicklung (Sekundärwicklung) der Gestelldrossel 44 liegt, gespeist.
Wenn in der Wicklung des Generators 41, beispielsweise an der Stelle 49 ein Gestell- schluss auftritt, so entsteht eine Spannung in der Sekundärwicklung der Gestelldrossel, die einen Strom über den Belastungswiderstand 45 zur Folge hat. Diesem Strom entspricht ein Strom auf der Primärseite der Gestelldrossel, der über die Maschine und die Fehlerstelle fliesst. Die Stärke des Stromes hängt von der Grösse des Belastungswiderstandes 45 und von der Entfernung der Gestellschlussstelle 49. vom Sternpnnkt 50 des Generators ab. Die Sekundärspannung der Gestelldrossel 44 speist zwei Spannullgsrelais 51 und 52, welche auf verschiedene
Grenzwerte der Spannung eingestellt sind und bei Überschreitung dieser Spannungsgrenzwerte ihre Anker anheben. Die Anker tragen Überbrückungsschalter 53 bzw. 54.
Im unerregten Zustande schliesst der Anker 53 des Spannungsrelais 51 einen Teil 91 des Belastungswiderstandes 45 kurz. In gleicher Weise wird durch die Überbrückungssellalter 54 im spannungslosen Zustande des Relais 52 ein Teil 92 des Belastungswiderstandes 45 kurzgeschlossen.
Beim Auftreten des Gestellschlusses entsteht ein Strom über dem Belastungswiderstand 45 und eine Spannung am Spannungswandler 48. Je nach der Höhe der auftretenden Sekundärspannung der Gestelldrossel 44 kommen die Relais 51 und 52 nicht zum Ansprechen oder nur das Relais 51 oder die Relais 51 und 52 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 Belastungwiderstand 45 ist dann durch Kurzschluss der Teile 91 und 92 3 aufs äusserste verkleinert. Reicht die auftretende Sekundärspannung der Gestelldrossel 44 aus, um das Relais 51 zum Ansprechen zu bringen, so wird dadurch der Kurzschluss des Widerstandsteiles 91 aufgehoben.
Der Gesamtbelastungswiderstand ist dann grösser als in dem vorangehend behandelten Fall.
Wenn die Ansprechgrenze des Relais 52 überschritten wird, wird auch der Widerstandsteil 92 eingeschaltet. Auf diese Weise passt sich die Grösse des Belastungswiderstandes 45 selbsttätig der Grösse der auftretenden Sekundärspannung der Gestelldrossel, d. h. selbsttätig der Entfernung der Gestellschlussstelle vom Generatorsternpunkt 50 an, jedoch nicht in der Weise, dass der enstehende Fehlerstrom anfänglich grösser als erwünscht ist, sondern dass er von kleineren Werten aufwärts geregelt wird.
Die Kurzschlussstromkreise für die Widerstandsteile 91 und 92 3 sind über die Kontakte eines von der Nullpunktspannung erregten verzögerten Relais 55 geführt, weil die Über- brückungsschalter 53 und 54 geschlossen sind, solange kein Gestellschluss vorliegt, anderseits aber der Widerstand 45 zunächst in voller Grösse eingeschaltet sein soll. Das Relais 55 macht die Überbrückungsschalter 53 und 54 erst in dem Augenblick arbeitsfähig, in welchem ein Erdschluss auftritt.
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und 57 verbunden. Diese Hilfskontakt überbrücken im Spannungspfad des Relais 46 liegende Vorschaltwiderstände 58 und 59, wenn die Relais 51 und 52 spannungslos sind.
Beim Gestellschluss in der Nähe des Sternpunktes des Generators 4. ! wird dadurch die Empfindlichkeit der Schutzeinrichtung gesteigert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 wiedergegeben.
Bei dieser Anordnung wird ein Strombegrenzungswiderstand 70 im Sekundärkreis einer Gestelldrossel 44 derart von anfangs grossem Wert zu kleinerem Wert geändert, dass eine ganz bestimmte Stromstärke über die Fehlerstelle eingestellt wird. Die Änderung des Widerstandes 70 folgt aber im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 3 stetig und nicht stufenweise. Zu dem Zweck ist ein Regelmotr 7 vorgesehen, der in Gang kommt, sobald an der Sekundärwicklung der Gestelldrossel 44 eine gewisse Mindestspannung auftritt. Durch diese Spannung wird ein Relais 74 erregt. das zur Sicherheit gegen Beeinflussung durch dritte und höhere harmonische Oberwellen mit einer Siebkette ausgestattet sein kann.
Das Relais 74 schliesst den Stromkreis für den Regelmotor 71, der den Belastungswiderstand 70 allmählich verkleinert. Die Stärke des Sekundärstroms der Gestelldrossel wird von einem Relais 75 überwacht, welches anspricht, sobald der Strom bis auf die gewünschte Stärke angestiegen ist. Das Relais 75 schaltet dann zwei Hilfsrelais 76 und 77 ein. Das Relais 77 bringt den Motor 71 durch Unterbrechung eines Stromkreises augenblicklich zum Stillstand. Das Relais 76
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relais 46.
Wenn der Fehler in der Maschine liegt, so wird diese dann durch das ErdschluI3- relais 46 abgeschaltet und entregt ; wenn der Fehler ausserhalb, also etwa im Leitungsnetz entstanden ist, bleibt die Maschine in Betrieb. Der Sekundärkreis der Gestelldrossel 44 wird einige Sekunden nach dem Ansprechen des Relais 74 durch das Relais 73 geöffnet, das Relais 73 wird erregt, sobald das Relais 74 seinen Kontakt schliesst. Es schliesst dann sofort
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für sich einen Haltestromkreis über einen Momentankontakt. Nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit schliesst es einen zweiten Kontakt. durch den eine Spule 79 an Spannung gelegt wird. Die Spule 79 öffnet dann einen Schalter 80, wodurch der Sekundärkreis der Gestelldrossel 44 geöffnet wird.
Da das Relais 73 zugleich mit dem Motor'71 eingeschaltet wird. wird der Schalter 80 auf jeden Fall ausgelöst. gleichgültig, ob der Fehler in der Maschine oder ausserhalb entstanden ist.
Mit dem Schalter 80 sind zwei Hilfskontakt 81 und 82 gekuppelt. Über diese Hilfskontakte verläuft der Stromkreis für den : Motor 71. Solange die Hilfskontakte in der gezeichneten Stellung stehen, und die Relais 74 und 77 ihre Kontakte geschlossen halten, bekommt der Motor über die Hilfskontakte 81 und 82 Strom von solcher Polarität, dass er den Belastungswiderstand 70 fortschreitend verkleinert. Wenn der Schalter 80 geöffnet ist, ist die Stromrichtung im Motorstromkreis umgekehrt, so dass er dann rückwärtslaufend den Widerstand 70
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damit die Gestellschlusseinrichtung wieder betriebsbereit ist.
Beim Auftreten eines Gestellschlusses spricht zunächst das Relais 74 an und schaltet den Motor'11 ein, der den Widerstand 70 so lange verkleinert, bis das Relais 75 zum Ansprechen kommt. Relais 75 schaltet gleichzeitig die Relais 76 und 77 ein, Relais 77 öffnet seinen Kontakt und bringt dadurch den Motor zum Stehen ; Relais 76 betätigt nach Ablauf einer eingestellten Verzögerungszeit den Hilfsmagneten 78 des Richtungsrelais 46. Wenn dpr Fehler in der Maschine entstanden ist, wird die Maschine nach etwa einer halben Sekunde abgeschaltet ; bei aussen liegendem Fehler wird der Sekundärkreis der Gestelldrossel 44 nach Ablauf der Verzögerungszeit mit Hilfe des Schalters 80 geöffnet. Die Öffnung des Schalters 80 erfolgt auch dann, wenn der Fehler in der Maschine liegt.
Da mit der Öffnung des Schalters 80 zugleich der Stromkreis für den Rücklauf des Motors 71 geschlossen wird, wird also automatisch nach jedem Ansprechen der Einrichtung die volle Grösse des Widerstandes 70 wieder eingeschaltet. Die Unterbrechung des Sekundärkreises der Gestelldrossel 4-1 hat zur Folge, dass das Relais 75 stromlos wird und ebenfalls das Relais 74.
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Verschwinden der Spannung an der widerstandsbelasteten Dreieckwicklung der Gestelldrossel 44 der Schalter 80 automatisch wieder geschlossen wird, nachdem der Widerstand 70 wieder auf seinen vollen Wert zurückgestellt ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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erdschluss. gekennzeichnet durch einen von einer Relaiseinrichtung gesteuerten veränderlichen Strombegrenzungswiderstand. durch welchen der Fehlerstrom innerhalb vorgeschriebener Grenzen gehalten wird.