DE517740C - Schutzeinrichtung fuer Wechselstromerzeuger mit geerdetem, gegebenenfalls kuenstlich hergestelltem Nullpunkt, welche bei Erdschluss von Wicklungsteilen des Stromerzeugers anspricht - Google Patents

Description

Für den Schutz von Generatoren werden bekannte Einrichtungen verwendet, welche die Abschaltung und Entregung des Generators bezwecken, wenn eine Störungsursache im Stromerzeuger selbst auftritt. Zu den gebräuchlichsten Einrichtungen dieser Art gehört das Schutzsystem nach dem Differentialprinzip, welches sowohl bei Isolationsschäden - der Wicklungsteile untereinander als auch bei

xo Körperschluß ansprechen soll. Hierbei ist der Generator, sei es unmittelbar über seinen Nullpunkt oder unter Schaffung eines künstlichen Nullpunktes, geerdet und der Wider- : stand der Erdleitung so bemessen, daß bei Eintritt eines Isolationsfehlers im Generator ein für den Empfindlichkeitsgrad des Systems hinreichender Erdschlußstrom fließt, der die Schutzeinrichtungen zum Ansprechen bringt. Nun muß aber eine sehr hohe Empfindlichkeit vermieden werden, damit das Schutzrelais nicht etwa durch Ursachen betätigt wird, welche die Abschaltung des Generators keinesfalls erfordern. Wenn daher durch Isolationsbeschädigung ein Körperschluß der Generatorwicklung eintritt, so spricht zwar das Differentialrelais sofort an und veranlaßt die. Auslösung des Hauptschalters, gleichzeitig fließt aber über die Fehlerstelle der Wicklung des Generators ein Strom beträchtlicher Stärke, der erhebliche zerstörende Wirkungen zur Folge haben kann, zumal der Lichtbogen an der Fehlerstelle erst erlischt, wenn der Generator entregt und spannungslos geworden ist. Dies erfordert aber bei größeren Maschinen eine Zeit von mehreren Sekünden. Es hat sich nun gezeigt, daß bei einer Zeitdauer des Lichtbogens von 4 Sekunden höchstens ein Erdungsstrom von 15 Amp. zulässig ist, wenn man ernstliche Verbrennungen der Bleche an der Fehlerstelle vermeiden will. Bei Herabminderung dieser Zeitspanne auf 0,4 Sekunden kann man dagegen mindestens den vierfachen Wert der genannten Stromstärke zulassen.

Nach der Erfindung sollen nun die Erdungsströme, unmittelbar nachdem sie ihre Hauptfunktion, die Auslösung der Schutzeinrichtung, erfüllt haben, unterbrochen oder auf einen praktisch zulässigen Wert vermindert werden, so daß der Lichtbogen an der Fehlerstelle bereits nach einem Bruchteil einer Sekunde zum Erlöschen gebracht wird. Es geschieht dieses in der Weise, daß bei Betätigung der Schutzeinrichtung nicht nur der Hauptschalter auslöst, sondern mit möglichster Beschleunigung auch ein Schalter in

*)_ Von dem Patenisucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Robert Pohl in Berlin.

der Erdleitung zur Auslösung gebracht wird, welcher diese entweder überhaupt unterbricht oder in sie einen zusätzlichen Widerstand einschaltet.

Gegenüber einer vorbekannten Schutzvorrichtung für elektrische Stromerzeuger, bei welcher beim Ansprechen der Differential-; schutzeinrichtung außer dem Hauptschalter noch ein weiterer Schalter betätigt wird, der ίο die Verkettung der einzelnen Wicklungsphasen des Generators aufhebt, hat die Erfindung den Vorteil, daß ein kleiner einpoliger Schalter verwendet werden kann, der mit größtmöglicher Geschwindigkeit arbeitet und leicht in Verbindung mit dem Erdungswiderstand unterzubringen ist.

Eine erhebliche Zeitverkürzung beim Ansprechen solcher Erdleitungsschalter nicht nur im Verhältnis zur Abklingzeit der Generatorspannung, sondern sogar im Verhältnis zum Zeitverlust bis zum Auslösen des Hauptschalters ist aber für ein einwandfreies Arbeiten der Schutzeinrichtung wesentlich. Demgegenüber muß bei der bekannten Einrichtung ein dreipoliger Schalter für weit höhere Stromstärken, nämlich die volle Stromstärke des Generators, verwendet werden, der nicht nur eine größere Masse und eine dementsprechende Zeitverzögerung in der Äuslöseperiode bedingt, sondern auch einen besonderen Ölschalter raum in der Schaltanlage erforderlich macht.

Man hat bereits bei der Nullpunktserdung eines Transformators für einen anderen Zweck, nämlich zum Schütze des Erdungswiderstandes gegen Überlastungen, in den Erdungsstromkreis einen selbsttätigen Schalter eingefügt, der durch den Erdungsstrom selbst gesteuert wird und daher auch bei Erd-Schlüssen im Netz anspricht, sofern der Erdschlußstrom eine bestimmte Höhe und Dauer übersteigt.

Auch mit dieser Einrichtung kann man die durch den Erfindungsgedanken erstrebte Wirkung nicht erzielen, denn bei der neuen Einrichtung soll der Erdungsstrom, unabhängig von seiner Höhe und Dauer, möglichst schnell unterbrochen oder vermindert werden, aber nur dann, wenn er für die Maschine gefahrbringend wird, d. h. wenn ein Isolationsfehler im Generator selbst entstanden ist. Es ist erwünscht bei normalem Betriebszustand der Maschine einen Erdungsstrom zuzulassen, ohne daß dadurch die Erdleitung unterbrochen wird. Dieses ist aber nur möglich, wenn der in die Erdleitung eingefügte Schalter nicht abhängig vom Erdungsstrom selbst, sondern erfindungsgemäß vom Ansprechen des Schutzsystems für den Generator betätigt wird. Die Unterbrechung oder Widerstandserhöhung der Erdleitung soll auch nicht für kurze Zeit erfolgen und nach einigen Sekunden wieder, aufgehoben werden, sondern so lange dauern, bis die Störungsuysachen am Generator beseitigt sind.

Aus den erwähnten Gründen bietet natürlich auch der bekannte Einbau eines von Hand zu betätigenden Schalters in die Erdleitung, den man ebenfalls zum Schutz des Erdungswiderstandes versah, keinen Weg für die zeitgerechte Unterbrechung des Erdungsstromes in Rücksicht auf seine örtliche Wirkung auf die Fehlerstelle der Wicklung.

In der Zeichnung ist das Wesen der Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. In beiden Fällen ist der Generator G durch ein Differentialsystem unter Einfügung von Stromwandlern α in die Nullpunktsverbindungen des Generators und b vor dem Hauptschalter HS in bekannter Weise geschützt. Beim Auftreten von Störungen spricht das Schutzrelais DR an und veranlaßt die Auslösung des Hauptschalters HS. Bei Abb. ι ist der Nullpunkt der Generatorwicklung G geerdet, während nach Abb. 2 ein künstlicher Nullpunkt, beispielsweise unter Verwendung einer Drosselspule c, die auch als Zickzackdrossel ausgeführt sein kann, vorgesehen wurde. In beiden Fällen enthält die Erdleitung einen Widerstand d.

Nach der Erfindung ist nun in die Erdleitung ein Schalter ES verlegt, der unmittelbar von dem Differentialrelais DR gesteuert wird, so daß er zufolge semer geringen Masse in sehr kurzer Zeit anspricht. Er unterbricht bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 die ■ Erdleitung, bei dem nach Abb. 2 die Kurzschlußverbindung für einen Widerstand f, so daß hier der Erdungsstrom, nachdem das Differentialrelais Di? angesprochen hat, nahezu sofort auf einen unschädlichen Wert herabgedrückt wird. Der Schalter kann, weil er zufolge seiner einpoligen Ausführung und wegen der relativ geringen Stromstärke kleine Massen besitzt, seinen Arbeitsgang in hochstens 0,2 Sekunden beenden, d.h. die Ab- ■-schaltzeit ist kleiner als die Äbklingzeit des Feldes. Infolgedessen wird, wenn der Differentialschutz mit Rücksicht auf eine etwa bei g eingetretene Fehlerstelle der Wicklungsisolation ausgelost hat, die Wicklung nur für eine sehr kurze Zeit dem stärkeren Strom des über die Fehlerstelle und die Erdleitung gebildeten Stromkreises ausgesetzt sein. Es besteht also kein Anlaß zu einer schwerwiegenden Beschädigung des Generators.

Die einmal durch das Differentialreläis DR eingeleitete Betätigung des Hauptschalters HS vollendet sich unabhängig vom Auslösevörgang des Schalters ES und wird sich im all- iao gemeinen langsamer vollziehen als die des letzteren. Aus diesem Grunde ist es in vielen

Claims (3)

Fällen nicht ratsam, die Betätigung des in die Erdleitung eingefügten Schalters von dem Mechanismus des Hauptschalters abhängig zu machen, sondern es ist besser, sie, wie dargestellt, durch das Differentialrelais zu bewirken. Immerhin ist die Steuerung des Schalters ES durch den Hauptschalter, etwa durch einen daran angebrachten Hilfskontakt, angängig, wenn seine Auslösezeit hinreichend ίο gering bemessen werden kann. Für das Wesen der Erfindung ist es unerheblich, ob das Schutzsystem des Generators, welches beim Ansprechen nicht nur den Hauptschalter, sondern auch den Schalter in der Erdleitung auslöst, nach dem Differentialprinzip durchgebildet ist, es kommt vielmehr nur darauf an, daß es auf Erdschluß der Wicklung reagiert. Die Überbrückung eines Widerstandes / durch Schalter ES, eine Anordnung, wie sie in Abb. 2 wiedergegeben ist, hat gegenüber einer Unterbrechung der Erdleitung den Vorteil, daß Überspannungen beim Ausschalten des Schalters £5* vermieden werden, doch lassen sich in Rücksicht hierauf auch andere bekannte Mittel anwenden. Da durch eine unvorhergesehene selbsttätige Abschaltung eines Generators häufig die Aufrechterhaltung des Zentralenbetriebes gefährdet wird, ist man zuweilen darauf bedacht, diese Sicherheitsmaßnahme nur in Fällen äußerster Notwendigkeit anzuwenden, wie sie etwa durch einen Kurzschluß im Generator gegeben ist, während man Störungserscheinungen, welche eine sofortige Abschaltung des Generators nicht unbedingt erfordern, besser nur durch eine Signalvorrichtung zur Anzeige bringt und die Abschaltung des Generators von Hand und erst dann bewirkt, nachdem der übrige Zentralenbetrieb auf den bevorstehenden Ausfall vorbereitet ist. Zu den Fehlern, bei denen die sofortige Trennung des Generators vom Netz vermieden werden kann, gehört ein einphasiger Erd-Schluß im Generator. Da aber die Zeitspanne bis zur Entregung und Abschaltung des Generators von Hand sehr groß ist, so würden die Folgen der langen Dauer des Erdungsstromes auf die Fehlerstelle hier besonders schädlich sein. Nach der Erfindung soll aber die Erdleitung unterbrochen oder ihr Widerstand vergrößert werden, wenn die Schutzeinrichtung anspricht, auch wenn diese nur eine Signalvorrichtung betätigt, so daß auch in diesem Falle die große Zeitverzögerung bis zur Entregung und Abschaltung des Generators von Hand ohne Einfluß auf die Dauer des Erdungsstromes ist. Da hierbei jedoch der Generator bis zur Umstellung des Betriebes am Netz verbleibt, so ist es erforderlich, beim Auslösen der Signalvorrichtung nicht nur die Erdleitung dieses gestörten Generators selbst zu unterbrechen bzw. ihren Widerstand zu erhöhen, sondern in gleicher Weise auch etwa im Netz vorhandene Erdleitungen abzuschalten, welche einen geringen Widerstand besitzen. Man hat zur Vermeidung unnötiger Störungen im Betrieb der Zentrale durch plötzliehe Abschaltung eines Generators auch mehrere Schutzsysteme gemeinsam verwendet, die auf verschiedene Ursachen der Störungserscheinungen ansprechen und in der Empfindlichkeit ihrer Auslösungsorgane voneinander abweichen. So richtet sich ein solcher Vorschlag auf die Kombinierung eines hochempfindlichen Erdschlußrichtungsrelais nach bekannten Schaltmethoden mit einem weniger empfindlich eingestellten Differentialschutzsystem. Das erstere veranlaßt nur die Auslösung einer Signalvorrichtung, da sein Ansprechen auf Fehlern beruht, welche keine sofortige Trennung des Generators vom Netz erfordern, das andere dagegen die selbsttätige Abschaltung des Generators, weil in diesem Fall schwerwiegende Störungen vorliegen. Es soll nun nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens bei derartiger Vereinigung mehrerer Schutzsysteme verschiedener Empfindlichkeit immer bereits beim Ansprechen des empfindlicheren, welches auf Erdschluß anspricht, d. h. bei dem erwähnten Beispiel der gemeinsamen Verwendung von Erdschlußrichtungsrelais ~ und Differentialschutzsystem, durch das Auslösen des ersteren die beschleunigte Unterbrechung der Erdleitung und Vergrößerung ihres Widerstandes vorgenommen werden. P Λ T Ii N T ANSPRUCH!·::

1. Schutzeinrichtung für Wechselstromerzeuger mit geerdetem, gegebenenfalls künstlich hergestelltem Nullpunkt, welche bei Erdschluß von Wicklungsteilen des Stromerzeugers, nicht aber bei Erdschluß im Netz anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer weiteren, etwa gleichzeitig ansprechenden Einrichtung verbunden ist, die die Verbindungsleitung des Nullpunktes mit Erde, gegebenenfalls auch andere im Netz vorhandene Erdleitungen unterbricht oder den Widerstand dieser Leitungen vergrößert.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher mehrere Schutzsysteme verschiedener Empfindlichkeit verwendet werden und bei Auslösung des empfindlicheren eine Signalvorrichtung betätigt, aber keine Abschaltung des Stromerzeugers herbeigeführt, beim Ansprechen des weniger empfindlichen dagegen die Abschaltung

des Stromerzeugers und gegebenenfalls seine Entregung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung so angeordnet ist, daß die beschleunigte Unterbrechung oder Widerstandserhöhung der Erdleitung des Generators und gegebenenfalls auch anderer im Netz vorhandener Erdleitungen gleichzeitig schon beim Ansprechen der empfindlicheren Schutzeinrichtung erfolgt. ■--■■■

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösestromkreis für die in den Erdleitungen befindlichen Schalter so angeordnet ist, daß er unmittelbar durch das Schutzrelais gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen