DE3216864C2

DE3216864C2 -

Info

Publication number: DE3216864C2
Application number: DE3216864A
Authority: DE
Inventors: Mark Ja. Pavlodar Su Klezel; Valentin E. Sverdlovsk Su Poljakov; Aleksandr N. Novosilov; Ivan N. Pavlodar Su Soloducin; Jakov S. Ekibastus Su Tsepeljuk; Dmitrij F. Ermak Su Bajda
Original assignee: PAVLODARSKIJ INDUSTRIAL'NYJ INSTITUT PAVLODAR SU
Current assignee: PAVLODARSKIJ INDUSTRIAL'NYJ INSTITUT PAVLODAR SU
Priority date: 1981-05-06
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1988-06-16
Also published as: DE3216864A1; FR2505570A1; FR2505570B1; JPS57211933A; SU1046826A1

Description

Die Erfindung betrift eine Vorrichtung zum Schutz elektrischer Drehstrommaschinen vor Kurzschlüssen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Vorrichtung zum Schutz elektrischer Drehstrom maschinen vor Kurzschlüssen ist aus G. G. Gimojan, "Relaisschutz von Bergwerks-Elektroanlagen", Moskau, Verlag Netra, 1978 bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt drei mit den entsprechenden Phasen einer elektrischen Drehstrommaschine gekoppelte Strom wandler, eine an die Stromwandler angeschlossene Einrichtung zur Bestimmung des Stromwertes der Gegenkomponente der Phasen ströme, eine Einrichtung zum Vergleichen des Stromwerts der Gegenkomponente der Phasenströme mit dem Stromwert der Gegen komponente im fehlerfreien Betrieb, eine Einrichtung zur Abgabe eines Abschaltsignals bei Überschreiten dieses Stromwerts sowie eine Einrichtung zum Abschalten der Drehstrommaschine vom Ver sorgungsnetz beim Auftreten von Abschaltsignalen. Bei dieser Einrichtung treten jedoch auch im fehlerfreien Betrieb die aus den Phasenströmen ausgesonderten Stromgegenkomponenten auf. Beim Anlassen der Drehstrommaschine erreichen die Gegenkom ponenten Stromwerte, die mit den bei Windungsschlüssen bestimm ten Stromwerten der Gegenkomponenten vergleichbar sind. Dies macht jedoch eine Verringerung der Ansprechempfindlichkeit der Schutzvorrichtung erforderlich. Da diese Vorrichtung nur lang sam anspricht, führen Windungsschlüsse in der Ständerwicklung der elektrischen Drehstrommaschine zu keiner sofortigen Ab schaltung, wodurch Phasenschlüsse und z. B. eine Beschädigung der Ständerwicklung eintreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Ansprechempfindlichkeit bei weitgehender Vermeidung von Fehlauslösungen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Aus der CH-PS 1 02 629 ist eine Schutzeinrichtung für Wechsel strommaschinen bekannt, die von verstärkten Streufeldern der Wechselstrommaschine bei Überschreitung zulässiger Stromstärken Gebrauch macht und bei der Spulen von den Streufeldern der Ständerwicklungsköpfe durchsetzt werden. In diesen Spulen wer den bei Kurzschlüssen Ströme induziert, die einen Auslöse mechanismus zur Beseitigung der Kurzschlüsse betätigen. Aus der CH-PS 1 16 944 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, die Spulen innerhalb oder außerhalb der Wicklungsköpfe koaxial zur Maschinenachse anzuordnen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erfassung von Win dungsschlüssen in der Ständerwicklung einer elektrischen Drehstrommaschine im Zeitpunkt ihres Auftretens, wodurch die Empfindlichkeit erhöht und das Ansprechverhalten der Vorrichtung verbessert werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet,

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt.

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstrommaschine vor Kurzschlüssen;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Einrichtung zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK, wobei Magnetflußgeber an die Spulengruppen einer Phase angeschlossen sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Einrichtung zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK, wobei die Magnetflußgeber an die Spulengruppen verschiedener Phasen angeschlossen sind;

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild des Magnetflußgebers;

Fig. 5 eine Anordnung der Magnetflußgeberwicklungen in bezug auf die Spulengruppen und die Drehachse des Läufers der elektrischen Drehstrommaschine;

Fig. 6 eine Ansicht in Pfeilrichtung A der Fig. 5.

Die Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstrommaschine vor Kurzschlüssen enthält Stromwandler 1, 2, 3 (Fig. 1), die an entsprechende Phasen 4, 5, 6 angeschlossen sind. Die Phasen 4, 5, 6 enthalten Spulengruppen 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13. Jede Spulengruppe 8, 9, 10, 11, 12, 13 weist Windungen 14 (Fig. 5) in den Stirnteilen der Wicklung des Ständers 15 der Drehstrommaschine 7 auf. Mit den Windungen 14 sämtlicher Spulengruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 ist eine Einrichtung 16 zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK elektromagnetisch verbunden. Die Eingänge 17, 18, 19, 20, 21, 22 geben diese magnetische Kopplung wieder. An die Ausgänge der Stromwandler 1, 2, 3 ist eine Ein richtung 23 zur Bestimmung des Stromwertes der Gegenkomponente der Phasenströme angeschlossen. An die Einrichtung 23 ist eine Einrichtung 24 zum Vergleichen des Stromwertes der Gegenkom ponente der Phasenströme mit dem Stromwert der Gegenkomponente im fehlerfreien Betrieb und an die letztere eine Einrichtung 25 zur Abgabe eines Abschaltsignals angeschlossen. An die Ausgänge der Einrichtung 16, die den freien Anschlüssen 26, 27 von nachfolgend zu erläuternden Aufnehmerspulen entsprechen, ist eine zusätzliche Meß. und Vergleichseinrichtung 28 und an die letztere eine zusätzliche Einrichtung 29 zur Bildung eines weiteren Abschaltsignals angeschlossen. An die Einrichtungen 25 und 29 und an die Phasen 4, 5, 6 ist ein Ausschalter 30 für die elektrische Drehstrommaschine 7 angeschlossen.

Die Einrichtung 16 (Fig. 1) zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK enthält drei Magnetflußgeber 41, 42, 43 entsprechend der Anzahl der Spulengruppenpaare 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13 in den entsprechenden Phasen 4, 5, 6. Jeder der Magnetflußgeber 41, 42, 43 ist elektromagnetisch mit dem ent sprechenden Spulengruppenpaar 8 und 9 (Phase 4), 10 und 11 (Phase 5), 12 und 13 (Phase 6) verbunden. Die Ausgänge der Magnetflußgeber 41, 42, 43 stellen die Ausgänge der Einrichtung 16 dar.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Einrichtung 16 (Fig. 1, 3) zum Summieren und Umformen von Magnetflüssen in EMK ist jeder der Magnetflußgeber 41, 42, 43 elektromagnetisch mit dem Spulengruppenpaar 8 und 11 bzw. 9 und 13 bzw. 10 und 12 der verschiedenen Phasen 4 und 5, 4 und 6, 5 und 6 verbunden.

Jeder der Magnetflußgeber 41, 42, 43 enthält Aufnehmerspulen 44 und 45 (Fig. 4). Hierbei sind die einen gleichpoligen Anschlüsse der Aufnehmerspulen 44 und 45 an einem Verbindungspunkt 46 zusammengeschlossen, während die anderen gleichpoligen freien Anschlüsse 26, 27 als Ausgänge der Einrichtung 16 dienen.

Die Wicklungsachsen 47 (Fig. 5 und 6) beider Aufnehmerspulen 44 und 45 stehen senkrecht zur Drehachse des Läufers 36.

Die Vorrichtung zum Schutz einer elektrischen Drehstrommaschine vor Kurzschlüssen funktioniert auf folgende Weise.

Es sind folgende hauptsächliche Störungen der Ständerwicklung einer elektrischen Drehstrommaschine bekannt:

- Windungsschluß in den Stirnteilen der Ständerwicklung einer der Phasen;
- Kurzschluß zwischen den Phasen innerhalb der Ständerwicklung;
- Kurzschluß zwischen den Phasen am Ausgang der elektrischen Drehstrommaschine;
- Kurzschluß zwischen den Phasen im Kabel, das die elektrische Maschine und den Ausschalter verbindet;
- Dopplerschluß der Ständerwicklung.

Bei Kurzschlüssen zwischen den Windungen 14 (Fig. 5) und Phasenkurzschlüssen in der Wicklung des Ständers 15, tritt, falls die Zahl der kurzgeschlossenen Windungen 14 größer als 20 bis 30% der Gesamtzahl der Windungen 14 ist, am Ausgang der Einrichtung 23 (Fig. 1) zur Bestimmung des Stromwerts der Ge genkomponente der Phasenströme ein Signal auf. In der Ver gleicheinrichtung 24 wird die Größe dieses Signals mit dem Höchstwert der Stromgegenkomponente verglichen, der aus den Phasenströmen im fehlerfreien Betrieb bestimmt wurde. Hiernach gelangt das Signal in die Einrichtung 25, die ein Abschalt signal für den Ausschalter 30 abgibt.

Bei Kurzschluß zwischen den Windungen 14 (Fig. 5) des Ständers 15 der Drehstrommaschine 7 werden die Magnetflüsse, die innerhalb der elektrischen Maschine 7 durch die Ströme der Windungen 14 der Spulengruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 der Stirnteile der Wicklung des Ständers 15 der Phasen 4, 5, 6 erzeugt werden, von der Einrichtung 16 summiert und in EMK umgeformt. Von den Ausgängen der Einrichtung 16, die den freien Anschlüssen 26, 27 der Aufnehmerspulen 44, 45 entsprechen, gelangt die EMK in die zusätzliche Meß- und Vergleichseinrichtung 28. In der Einrichtung 28 wird sie mit dem Höchstwert der EMK verglichen, der im fehlerfreien Betrieb ermittelt wurde. Da die EMK an den Ausgängen der Einrichtung 16 bei dieser Kurzschlußart größer als der erwähnte Höchstwert ist, tritt am Ausgang der Einrich tung 28 ein Signal auf, welches in die Einrichtung 29 gelangt, die ein weiteres Abschaltsignal für den Ausschalter 30 abgibt.

Beim Summieren von Magnetflüssen einzelner Spulengruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 gemäß den Fig. 2 bis 6 funktioniert die Ein richtung 16 in folgender Weise.

In dem einen Fall stammt der Magnetfluß von den Spulen gruppenpaaren 8 und 9, 10 und 11, 12 und 13 (Fig. 1, 2). Das Signal von den Gruppen 8 und 9 gelangt über die Eingänge 17 und 18 an den Magnetflußgeber 41, das von den Gruppen 10 und 11 über die Eingänge 19 und 20 an den Magnetflußgeber 42 und das von den Gruppen 12 und 13 über die Eingänge 21, 22 an den Ma gnetflußgeber 43. Dadurch tritt an den Ausgängen der Einrichtung 16 bzw. den freien Anschlüssen 26 und 27 der Aufnehmerspulen 44 und 45 eine EMK auf, die größer als der Höchstwert der EMK ist, der an diesen Ausgängen im fehlerfreien Betrieb erzeugt wird.

In dem anderen Fall stammt der Magnetfluß von den Spulengrup penpaaren 8 und 11, 9 und 13, 10 und 12 (Fig. 3). Das Signal von den Gruppen 8 und 11 gelangt über die Eingänge 17 und 20 an den Magnetflußgeber 41, das von den Gruppen 9 und 13 über die Eingänge 18 und 22 an den Magnetflußgeber 42 und das von den Gruppen 10 und 12 über die Eingänge 19 und 21 an den Magnet flußgeber 43. Hiernach funktioniert die Einrichtung 16 analog zum oben beschriebenen Fall.

Die Wirkungsweise eines der Magnetflußgeber 41, 42, 43 wird am Beispiel des Magnetflußgebers 41 erläutert.

Die Aufnehmerspulen 44 und 45 (Fig. 4 bis 6) werden vom Magnetfluß durchsetzt, der durch die Spulengruppen 8 bzw. 9 erzeugt wird. Da die Magnetflüsse der Gruppen 8 und 9 bei Störungen in der Wicklung des Ständers 15 sich größenmäßig wesentlich voneinander unterscheiden, sind auch die in den Aufnehmerspulen 44 und 45 induzierten EMK verschieden groß. Dadurch tritt an den freien Anschlüssen 26, 27 der Aufneh merspulen 44, 45 (die Ausgänge der Einrichtung 16) eine EMK auf, die größer als ihr Höchstwert im fehlerfreien Betrieb ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Schutz elektrischer Drehstrommaschinen vor Kurzschlüssen mit folgenden Merkmalen:

- eine erste Einrichtung zur Bestimmung des Stromwertes der Gegenkomponente der Phasenströme, die mit Strom wandlern in den Anschlußleitungen einer Drehstromma schine verbunden ist;
- eine zweite Einrichtung zum Vergleichen des Stromwertes der Gegenkomponente der Phasenströme mit dem Stromwert der Gegenkomponente im fehlerfreien Betrieb und zur Ab gabe eines ersten Abschaltsignales bei überschreiten dieses Stromwertes;
- eine dritte Einrichtung zum Abschalten der elektrischen Drehstrommaschine vom Versorgungsnetz bei Auftreten von Abschaltsignalen;

gekennzeichnet durch

- drei Magnetflußfelder (41, 42, 43), die jeweils zwei in Reihe geschaltete Aufnehmerspulen (44, 45) aufweisen, deren Wicklungsachsen (47) senkrecht zur Drehachse (35) des Läufers (36) der elektrischen Drehstrommaschine (7) angeordnet sind, wobei die drei Magnetflußgeber (41, 42, 43) über freie Anschlüsse (26, 27) der Aufnehmerspulen (44, 45) miteinander verbunden sind und wobei die Aufnehmerspulen (44, 45) der Magnetflußgeber (41, 42, 43) elektromagnetisch mit den Windungen (14) der Stirnteile der Spulengruppen (8, 9, 10, 11, 12, 13) verbunden sind und
- durch eine vierte Einrichtung (28, 29) zum Vergleichen des Wertes der in den Aufnehmerspulen (44, 45) der Magnet flußgeber (41, 42, 43) induzierten Spannung mit dem Wert der induzierten Spannung im fehlerfreien Betrieb und zur Abgabe eines zweiten Abschlaltsignales bei Überschreiten dieses Wertes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmerspulen (44, 45) der Magnetflußgeber (41, 42, 43) elektromagnetisch jeweils mit den Spulengruppen (8, 9; 10, 11; 12, 13) einer Phase (4, 5, 6) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmerspulen (44, 45) der Magnetflußgeber (41, 42, 43) elektromagnetisch jeweils mit den Spulengruppen (8, 11; 9, 13; 10, 12) verschiedener Phasen (4, 5; 4, 6; 5, 6) verbunden sind.