DE385491C

DE385491C - Einrichtung zum Schutz der Isolation elektrischer Maschinen und Apparate gegen Beschaedigung durch UEberspannungen

Info

Publication number: DE385491C
Application number: DEA39099D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Pohl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1922-12-31
Filing date: 1922-12-31
Publication date: 1923-12-04

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 4. DEZEMBER 1923

REICH S PATE NTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 385491 KLASSE 21 c GRUPPE

(Ajgogg VIII/21 c³)

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*).

Einrichtung zum Schutz der Isolation elektrischer Maschinen und Apparate gegen Beschädigung durch Überspannungen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 31. Dezember 1922 ab.

Bei Schutzeinrichtungen für elektrische Maschinen und Apparate gegen Überspannungen, bei denen Funkenstrecken verwendet werden, ist dafür Sorge zu tragen, daß der auftretende Lichtbogen beim Ansprechen der Einrichtung möglichst schnell zum Erlöschen kommt. Diese Notwendigkeit ergibt sich einerseits daraus, daß die Funkenstrecke durch die Dauer der Lichtbogenbildungen beschädigt und die Umgebung durch Flammenbildung gefährdet werden kann, und anderseits aus der Erfahrung, daß .die Lichtbogen selbst häufig Anlaß zum Auftreten weiterer Überspannungen geben.

Man hat nun bereits durch besondere Gestaltung der Elektroden, beispielsweise durch Hörnerform, das sichere Abreißen des Licht-

*J Von dem Patentsucher ist als Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.

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bogens bezweckt. In den häufigsten Fällen hat jedoch eine solche Formgebung einen nachteiligen Einfluß auf die Zeitverzögerung des Alisprechens, die ihrerseits für die zuverlässige Wirkungsweise solcher Schutzeinrichtungen von größter Bedeutung ist. Ein anderes Mitte! zum schnellen Ablöschen des Lichtbogens und zur Unterdrückung von Flammenerscheinungen ist die Überbrückung der Funkenstrecke unmittelbar nach ihrem Ansprechen. Naturgemäß ist die praktische Anwendung solcher Vorkehrungen zufolge des Einbaues besonderer Überbrückungsschalter und Auslöseapparaturen mit großen Kosten verbunden. Nach der Erfindung wird solche Funkenstrecke, die zum Schutz der Isolation elektrischer Maschinen und Apparate gegen Beschädigung durch Überspannungen dient und deren Lichtbogen nach dem Ansprechen bei Aufrechterhaltung der Betriebsspannung nicht erlischt, mit einem Schutzsystem für die Maschinen öler Apparate vereinigt, welches aaf jeden Erdschluß innerhalb der zu schützenden Maschinen oder Apparate und der unmittelbar mit ihnen verbundenen Stromwege anspricht und dabei die Maschinen oder Apparate vom Netz trennt. Gegebenenfalls soll durch das Schutzsystem die Felderregung der Maschine geschwächt oder unterbrochen werden, d. h. entweder außer oder anstatt der Abschaltung vom Netz, Auf diese Weise wird die Spannung an der Funkenstrecke erniedrigt, so daß der Lichtbogen zum Erlöschen kommt.

Nun sind Schutzeinrichtungen bekannt ge- : worden, beispielsweise durch die Patentschrift 360974, bei denen eine besondere Art von Fun- ; kenstrecken verwendet ist und welche mit '■ Schaltorganen derart zusammenarbeiten, daß beim Durchschlagen der Funkenstrecke eine j schnelle Abschaltung der Apparate und Ma- _; schinen bzw. eine Aberregung der letzteren ' stattfindet. j

Hier bezweckt dieser Schaltvorgang ledig- j Hch den Schutz der Isolation selbst und nicht \ das schnelle Erlöschen des Lichtbogens. Was j aber diese ältere Anordnung wesentlich von der ! vorliegenden Einrichtung unterscheidet, ist, \ daß die Schaltapparate oder ihre Auslöseorgane dort lediglich auf den Erdschluß ansprechen, der beim Durchschlagen der Funkenstrecke eintritt. Nun müssen aber solche Anlagen grundsätzlich auch gegen das Auftreten unzuträglicher elektrischer Verhältnisse innerhalb der Maschinen oder Apparate oder der unmittelbar mit ihnen verbundenen Stromwege selbst geschützt werden. Dieses setzt voraus, daß hierfür noch besondere Einrichtungen angeordnet sein müssen, die in solchen Fällen ebenfalls die Abschaltung der Maschinen oder Apparate herbeiführen.

Wird dagegen eine Funkenstrecke, welche

■ sonst beliebig beschaffen sein kann, bei der jedoch die Gefahr besteht, daß der Lichtbogen

: nach dem Durchschlag bei Aufrechterhaltung der Betriebsspannung nicht erlischt, erfindungsgemäß mit einem Schutzsystem vereinigt, welches auf jeden Erdschluß innerhalb der zu schützenden Maschinen oder Apparate oder der unmittelbar mit ihnen verbundenen Strom-

■ wege anspricht, dann werden die Kosten für den Schutz der Anlage wesentlich geringer, weil dieses Schutzsystem dann allein alle Abschaltungen herbeiführt, die für den Schutz , der Anlagen bei verschiedenen Anlässen und

für das schnelle Erlöschen der Funkenstrecke ^: notwendig sind.

Ein Schutzsystem, das auf jeden Fall den gestellten Anforderungen entspricht, ist ein solches nach dem Differentialprinzip, in Verbindung mit der mittelbaren oder unmittelbaren Erdung des Nullpunktes der zu schützenden Wicklung. Dieses ist auch dem Ausführungsbeispiel nach der Zeichnung zugrunde gelegt. Der Erfindungsgegenstand soll an Hand der Zeichnung erläutert werden.

Die elektrische Maschine 1 ist hier des Beispiels halber als Dreiphasenmaschine angenommen. Der Nullpunkt der Ständerwicklung ist nicht unmittelbar an der Maschine, sondern über die Primärwicklungen 2, 3, 4 von Stromwandlern geschlossen, deren Enden den über einen Er lungswiderstand 5 an Erde gelegten Nullpunkt bilden. Von den Klemmen der Ständerwicklung der Maschine 1 gehen Leitungen über die Primärwicklungen 6, 7, 8 einer zweiten Stromwandlergruppe zu einem dreipoligen Hauptausschalter 9, mittels dessen die Maschine an das Netz angeschlossen bzw. von diesem getrennt werden kann. Die Erregung der Magnetwicklung 10 der Maschine erfolgt von dem Anker 11 einer Erregermaschine über den Feldregulierwiderstand 12. Die Erregung der Erregermaschine 11 erfolgt mittels der Magnetwicklung 13 im Nebenschluß über den Regulierwiderstand 14 und einen zusätzlichen Widerstand 15, welch letzterer bei normalem Betrieb durch einen elektromagnetisch betätigten Schalter 16 kurzgeschlossen ist. An jede Phase der Hauptmaschine ist zwischen den Maschinenklemmen und den Primärwicklungen 6, 7 und 8 der Stromwandler eine Erdungsfunkenstrecke 17 eingeschaltet. Sie sei von solcher Bauart oder besitze so geringen Dämpfungswiderstand, daß der Lichtbogen nach dem Ansprechen bei Aufrechterhaltung der Betriebsspannung nicht erlischt.

Das Differentialschutzsystem ist in an sich bekannter Weise derart ausgebildet, daß durch die Primärwicklungen 2, 3, 4 bzw. 6, 7, 8 der Stromwandler entsprechende Sekundärwicklungen induziert werden, von denen in der Zeichnung der Einfachheit halber nur die zu

den Primärwicklungen 2 und 6 gehörigen Sekundärwicklungen 18 und 19 dargestellt sind. Entsprechend einer bekannten Differentialschutzeinrichtung sind die beiden Sekundärwicklungen 18 und 19 in Reihe geschaltet, wobei sich etwa in der Mitte der Verbindungsleitung zwei äquipotentiale Punkte 20 und 21 ausbilden, an die der Auslösestromkreis für die Betätigung der Abschaltung der Hauptmaschine und der Schwächung der Erregung ihrer Erregermaschine angeschlossen ist.

Wird durch eine Überspannung irgendeine der drei Phasen der Funkenstrecke 17 durchschlagen, so fließt über den sich bildenden Lichtbogen ein Strom nach Erde. Hierdurch wird eine Störung des Gleichgewichts imDifferentialschutzsystem 18, 19, 20, 21 herbeigeführt, und ein Ausgleichsstrom durch die Spule des Relais 22 schließt den Auslösestromkreis für die Abschaltung der Maschine vom Netz und für die Schwächung ihrer Erregung. Dieser Auslösestromkreis besteht aus der Stromquelle 23, der Auslösespule 24 für den Hauptschalter 9 und der Auslösespule 25 für den Schalter 16. Bei Schließung dieses Stromkreises durch das Relais 22 gibt der Kern der Auslösespule 24 die Sperrung 27 des Schalters 9 frei, so daß letzterer durch die Wirkung der Feder 26 in die Offenstellung gezogen wird.

Gleichzeitig hiermit löst die Auslösespule 25 die Sperrung des Schalters 16 aus. Dieser öffnet beim Ausschalten den Kurzschluß des Widerstandes 15, der nun mit seinem vollen Betrage in den Magnetstromkreis der Erregermaschine eingeschaltet ist und damit die Erregung der Hauptmaschine auf einen Wert herabdrückt, der das Erlöschen des Lichtbogens an der Funkenstrecke sicherstellt.

Das Differentialschutzsystem löst aber auch den Hauptschalter 9 aus und bewirkt die Schwächung der Erregung, wenn auch aus anderen Anlässen irgendein Erdschluß auftritt, beispielsweise bei Störungen in der Maschine selbst. Es wird also durch ein und dasselbe System ein mehrfacher Zweck erreicht.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung ist, wie erwähnt, nur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Es können an Stelle des dargestellten Differentialschutzsystems auch! andere gleichwertige oder ähnliche Schutzsysteme treten. Ist z. B. die Maschine oder der Apparat durch Transformatoren mit dem übrigen Teil der Anlage verbunden, so können die Organe, welche die Abschaltung der Mascinen oder Apparate bzw. die Enterregung der ersteren herbeiführen, einfach in eine Leitung eingeschaltet werden, welche den Nullpunkt der Anlage dauernd mit Erde verbindet, und zwar kann diese Einschaltung eine unmittelbare oder mittelbare sein, im letzteren Fall beispielsweise unter Verwendung von Stromwandlern.

Ist dagegen die Maschine oder der Apparat direkt auf das Netz geschaltet, dann ist es unzweckmäßig, die zuletzt beschriebene Anordnung zu verwenden, da dann das System nicht nur bei Erdschluß innerhalb der zu schützenden Maschinen und Apparate und der unmittelbar mit ihnen verbundenen Stromwege anspricht, sondern bei j edem Erdschluß im ganzen Verteilungsnetz. Ein Differentialschutz würde also in solchem Fall vorzuziehen sein.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Einrichtung zum Schutz der Isolation elektrischer Maschinen und Apparate gegen Beschädigung durch Überspannungen, gekennzeichnet durch die vereinigte Verwendung einer Funkenstrecke, deren Lichtbogen nach dem Ansprechen bei Aufrechterhaltung der Betriebsspannung nicht erlischt, mit einem Schutzsystem für die Maschinen oder Apparate, welches auf jeden Erdschluß innerhalb der zu schützenden Maschinen oder Apparate und der unmittelbar mit ihnen verbundenen Stromwege anspricht und dabei die Maschinen oder Apparate vom Netz trennt, gegebenenfalls die Felderregung der Maschinen schwächt oder unterbricht und so die Spannung an der Funkenstrecke mindestens bis zum Erlöschen des Lichtbogens erniedrigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Funkenstrecke vereinigte Schutzsystem, welches die Abschaltung der Maschinen oder Apparate bzw. die Enterregung der ersteren bewirkt, nach dem Differentialprinzip (Differentialschutzsystem) ausgeführt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Maschinen oder Apparaten, welche durch Transformatoren mit dem übrigen Teil der Anlage verbunden sind, die Organe des Schutzsystems, welche die Abschaltung der Maschinen oder Apparate bzw. die Enterregung der ersteren herbeiführen, unmittelbar oder mittelbar (z. B. unter Verwendung von Stromwandlern) in eine Leitung eingeschaltet sind, welche den Nullpunkt der Maschinen oder Apparate dauernd mit Erde verbindet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.