DE385491C - Equipment for the protection of the insulation of electrical machines and apparatus against damage by overvoltages - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN
AM 4. DEZEMBER 1923ISSUED
ON DECEMBER 4, 1923

REICH S PATE NTAMTREICH S PATE N OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

Vr 385491 KLASSE 21 c GRUPPEVr 385491 CLASS 21c GROUP

(Ajgogg VIII/21 c³)(Ajgogg VIII / 21 c ³ )

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*).General Electricity Society in Berlin *).

Einrichtung zum Schutz der Isolation elektrischer Maschinen und Apparate gegen Beschädigung durch Überspannungen.Equipment for the protection of the insulation of electrical machines and apparatus against damage from overvoltages.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 31. Dezember 1922 ab.Patented in the German Empire on December 31, 1922.

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.In the case of protective devices for electrical machines and apparatus against overvoltages, where spark gaps are used, care must be taken that the occurring Arc is extinguished as quickly as possible when the device responds. These Necessity arises on the one hand from the fact that the spark gap by the duration of Arcing can be damaged and the surroundings are endangered by the formation of flames can, and on the other hand from experience that .the arcs themselves often give rise to Further overvoltages occur.

Man hat nun bereits durch besondere Gestaltung der Elektroden, beispielsweise durch Hörnerform, das sichere Abreißen des Licht-One has now already through special design of the electrodes, for example through Horn shape, the safe tearing off of the light

*J Von dem Patentsucher ist als Erfinder angegeben worden:* J The patent seeker indicated the following as the inventor:

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.

885491885491

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.bogens aims. In most cases, however, such a shape has a disadvantage Influence on the time delay of the ali-speaking, which in turn for the reliable How such protective devices work is of the utmost importance. Another center! for quickly extinguishing the arc and for suppressing the appearance of flames is the bridging of the spark gap immediately after it has responded. Naturally, the practical application of such precautions depends on the installation special bypass switches and tripping devices associated with great costs. According to the invention, such a spark gap, which is used to protect the electrical insulation Machines and apparatus are used to protect against damage from overvoltages and their arcing after responding when maintained the operating voltage does not go out, combined with a protection system for the machines and apparatus, which aaf everyone Earth fault within the machines or apparatus to be protected and directly with it connected to them addresses and thereby the machines or apparatus from the network separates. If necessary, the protective system should stimulate the machine's field weakened or interrupted, d. H. either in addition to or instead of the shutdown from the mains, in this way the voltage at the spark gap is lowered so that the arc is extinguished.

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. jProtection devices are now known: have been, for example, by the patent specification 360974, in which a special type of fun; is used and which cooperate with '■ switching elements in such a way that when the spark gap breaks down, the devices and machines are quickly switched off _; machines or a de-excitation of the latter 'takes place. 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.Here, this switching process aims QUIRES ONLY j Hch protecting the insulation itself and not \ the rapid extinction of the arc. But what does this older arrangement essentially differ from the! present apparatus differs, is \ that the switching apparatus or its triggering members only responsive there to the ground fault that occurs when penetration of the spark gap. However, such systems must also be protected against the occurrence of unsuitable electrical conditions within the machines or apparatus or the current paths directly connected to them. This presupposes that special devices must be arranged for this purpose, which in such cases also cause the machines or apparatus to be switched off.

Wird dagegen eine Funkenstrecke, welcheIf, on the other hand, a spark gap, which

■ sonst beliebig beschaffen sein kann, bei der jedoch die Gefahr besteht, daß der Lichtbogen■ can be of any other nature, but there is a risk of the arc

: 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-: does not go out after the breakdown while maintaining the operating voltage, according to the invention combined with a protection system, which reacts to any earth fault within the machines or apparatus to be protected or the electricity directly connected to them

■ 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■ respond routes, the cost of protecting the plant are much lower because of this protective system then alone brings all shutdowns for the protection of the plants at various occasions and

für das schnelle Erlöschen der Funkenstrecke ^: notwendig sind.for the rapid extinction of the spark gap ^{: are} necessary.

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.A protection system that definitely meets the requirements is a such according to the differential principle, in connection with the indirect or immediate Earthing of the zero point of the winding to be protected. This is also the embodiment based on the drawing. The subject of the invention should be on hand will be explained in the drawing.

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.The electrical machine 1 is assumed here as a three-phase machine for the sake of example. The zero point of the stator winding is not directly on the machine, but Closed over the primary windings 2, 3, 4 of current transformers, the ends of which are over He form a development resistor 5 to earth placed zero. From the terminals of the Stator winding of the machine 1, lines go through the primary windings 6, 7, 8 of a second current transformer group to a three-pole main circuit breaker 9, by means of which the Machine can be connected to the mains or disconnected from it. The excitement the magnet winding 10 of the machine takes place from the armature 11 of an exciter the field regulating resistor 12. The excitation machine 11 is excited by means of the Magnet winding 13 in the shunt via the regulating resistor 14 and an additional one Resistor 15, which the latter actuated by an electromagnetically during normal operation Switch 16 is short-circuited. At each phase of the main engine is between the The machine terminals and the primary windings 6, 7 and 8 of the current transformer have an earth spark gap 17 switched on. It is of such a design or has such a low damping resistance, that the arc after responding while maintaining the operating voltage does not go out.

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 The differential protection system is designed in a manner known per se in such a way that corresponding secondary windings are induced by the primary windings 2, 3, 4 or 6, 7, 8 of the current transformer, of which only the ones in the drawing for the sake of simplicity

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.secondary windings belonging to primary windings 2 and 6 18 and 19 are shown. Corresponding to a known differential protection device the two secondary windings 18 and 19 are connected in series, with Two equipotential points 20 and 21 are located approximately in the middle of the connecting line train to which the trip circuit for actuating the shutdown of the main engine and the weakening of the excitation of their exciter machine is connected.

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.If any of the three phases of the spark gap 17 is broken down by an overvoltage, a current flows to earth via the arc that is formed. This causes a disturbance of the balance in the differential protection system 18, 19, 20, 21 brought about, and a compensating current through the coil of relay 22 closes the trigger circuit for disconnecting the machine from the network and for weakening their arousal. This trip circuit consists of the power source 23, the trip coil 24 for the Main switch 9 and the trip coil 25 for the switch 16. When this circuit is closed through the relay 22 the core of the trip coil 24 is the blocking 27 of the switch 9 free, so that the latter is pulled into the open position by the action of the spring 26.

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.At the same time, the trip coil 25 triggers the blocking of the switch 16. This opens when switching off the short circuit of the resistor 15, which is now with its full Amount in the magnetic circuit of the exciter is switched on and thus the excitation of the main machine to a value that ensures that the arc is extinguished at the spark gap.

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.The differential protection system also triggers the main switch 9 and causes the Weakening of the excitation, even if some earth fault occurs for other reasons, for example, in the event of a malfunction in the machine itself. It becomes one and the same thing System accomplishes multiple purposes.

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.As mentioned, the arrangement shown in the drawing is only one embodiment of the inventive concept. It can instead of the differential protection system shown! other equivalent or similar Protection systems kick. Is z. B. the machine or the apparatus by transformers connected to the rest of the system, the organs responsible for the shutdown can of the mascines or apparatus or the de-excitation of the former, simply in a line is switched on which permanently connects the zero point of the system to earth, and this involvement can be direct or indirect, in the latter case Case using current transformers, for example.

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.If, on the other hand, the machine or the apparatus is connected directly to the mains, then it is inexpedient to to use the arrangement described last, since then the system is not only in the event of a ground fault within the area to be protected Addresses machines and apparatus and the current paths directly connected to them, but at every earth fault in the entire distribution network. A differential protection would therefore to be preferred in such a case.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:Patent Claims: 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.i. Device to protect the insulation of electrical machines and apparatus against Damage from overvoltages, characterized by the combined use a spark gap, the arc of which does not extinguish after being triggered while maintaining the operating voltage, with a protection system for the machines or devices, which reacts to any earth fault within the to be protected Machines or apparatus and the current paths directly connected to them responds and thereby the machines or Disconnects equipment from the network, possibly weakens the field excitation of the machines or interrupts and so the voltage at the spark gap at least until it goes out of the arc. 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.2. Device according to claim 1, characterized in that that with the spark gap united protection system, which switches off the machines or devices or de-excitation of the former is carried out according to the differential principle (differential protection system). 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.3. Device according to claim 1, characterized in that machines or Apparatus connected to the rest of the plant by transformers are the organs of the protective system that shut down machines or devices or de-energize the former bring about, directly or indirectly (e.g. using current transformers) are connected to a line that permanently connects the zero point of the machine or apparatus with earth. Hierzu ι Blatt Zeichnungen.For this purpose ι sheet of drawings.