DE637111C - Anordnung zum Schutz von elektrischen Anlagen, insbesondere Starkstromanlagen - Google Patents

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, für den Schutz elektrischer Starkstromanlagen Schutzvorrichtungen zu verwenden, die mit Hoehfrequenzenergie in der Weise arbeiten, daß der zu schützende Teil ständig zu Eigenschwingungen angeregt wird. Handelt es sich um den Schutz einer Induktivität, beispielsweise der Ständerwicklung eines Generators, und wird an den Sternpunkt der Wicklung eine Hochfrequenzspannung gelegt, so ergibt sich nur eine unwesentliche Änderung der Eigenfrequenz, wenn in der Nähe einer der Maschinenklemmen ein Erdschluß auftritt. Der Fehler könnte nur durch sehr feine Anzeigeinstrumente nachgewiesen werden, die kostspielig sein würden und deren Überwachung und Unterhaltung nicht von den in der Anlage beschäftigten Starkstrommonteuren ausgeführt werden könnte.

Gemäß der Erfindung wird die Eigenfrequenzspannung durch Einbeziehung zusätzlicher Induktivitäten oder Kapazitäten in den Schwingungskreis derart über die zu überwachenden Teile verteilt, daß jeder Leiter gegen Erde oder gegen andere in seiner Nähe liegende Leiter eine so hohe Spannungsdifferenz aufweist, daß ein Fehler (Erdschluß, Windungsschluß, Wicklungsschluß) eine erhebliche Änderung der Eigenfrequenz im Hochfrequenzkreis zur Folge hat.

Ob dabei das zu überwachende System geerdet ist oder nicht, hat für die Überwachung selbst keine Bedeutung. Wenn betriebsmäßig geerdete Systeme überwacht werden sollen, muß die Erdung über eine Vorrichtung erfolgen, die wohl für die Betriebsfrequenz durchlässig ist, dem Hochfrequenzstrom jedoch den Weg zur Erde sperrt, für diesen Strom also undurchlässig ist.

Hierfür können die verschiedensten Mittel verwendet werden; an Hand der Ausführungsbeispiele sollen einige näher erläutert werden.

In Fig. ι ist eine Schutzanordnung für die Ständerwicklung einer Drehstrommaschine schematisch dargestellt.

i, 2, 3 sind die drei Phasen der Ständerwicklung mit dem Nullpunkt 4 und den Maschinenklemmen 5, 6, 7. 8 ist der Hochfrequenzgenerator, der über die Induktivität 9 und die Kapazität 10 mit einer Klemme an den Nullpunkt 4 gelegt ist. Die andere Klemme des Hochfrequenzgenerators liegt an Erde; 11, 12, 13 sind Hochfrequenzwiderstände und 14 bis 16 sowie 17 bis 19 die Kapazitäten und Induktivitäten der Hochfrequenzkurz-Schlüsse.

In der dargestellten Schaltung ist auch an den Klemmen 5, 6, 7 eine erheblich von Null verschiedene Spannung gegen Erde vorhanden, so daß auch bei einem Erdschluß einer

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald und .Dipl.-Ing. Oskar Schmutz in Berlin-Haselhorst.

Leitung in^er itffihe <ter Klemmen ein erheblicher Fehlerstrom zur Erde fließt und die Überwachungsapparate unbedingt ansprechen Es sei noch darauf hingewiesen, daß die'· vielfach zur Begrenzung von Überströmen be-. nutzten Strombegrenzungsdrosseln sich gleich;-: zeitig als Bestandteile der Hochfrequenz-' widerstände ii, 12, 13 verwenden lassen, insbesondere wenn ihre Bauart für Hochfrequenz ίο -geeignet ist.

Um auch Windungs- und. Wicklungsschlüsse gut erfassen zu können, empfiehlt sich eine verschieden scharfe Abstimmung der Hochfrequenzwiderstände 11, 12, 13. Es wird dann jeder Teil der Ständetwicklung von Hochfrequenzstrom anderer Phasenlage durchflossen.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, die Hochfrequenzspannung an die Stromerzeugerklemmen anzukoppeln.

Die mit der Fig. 1 übereinstimmenden ■ Teile sind, wieder mit denselben Bezugsrzeichen versehen. Der einerseits an Erde liegende Hochfrequenzerzeuger 8 ist über Ankopplungsglieder (Induktivitäten 20 bis 22, Kapazitäten 23 bis 25) an die Klemmen .5 bis 7 angeschlossen. Die Hochfrequenzkurzschlüsse liegen zur¹ Verbesserung der Schutzwirkung wieder hinter den Hochfrequenzwiderständen 11, 12, 13. Eine Spannungsdifferenz zwischen den Stromerzeugerklemmen kann auch hier durch Verstimmen der Hochfrequenzwiderstände 11, 12, 13 oder der drei Ankopplungsglieder erzielt werden. Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Hochfrequenzwiderstände 11, 12, 13 gleichzeitig als Ankopplungsglieder benutzt sind. Der von dem Hochfrequenzerzeuger 8 gelieferte Strom durchfließt nacheinander die Spulen 26, 27, 28, die mit den Induktivitäten der Hochfrequenzwiderstände 11, 12, 13 induktiv gekoppelt sind. Die Hochfrequenzwiderstände 11, 12, 13 wirken dann selber wie drei Hochfrequenzgeneratoren, die bei ungleicher Abstimmung den Klemmen 5 bis 7 Spannungen verschiedener Phasenlage aufdrücken. Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, die Spannungsvektoren entsprechend der Fig. 4 zu legen, und es können dann alle Störungsfälle erfaßt, werden. In Fig. 4 sind ι bis 3 die Wicklungen der zu überwachenden Maschinen, 4 ist der Sternpunkt, 5 bis 7 sind die Klemmen der Wicklungen, und 55 bis 57 sind die an die Klemmen angelegten Spannungen. Mit den gezeichneten Winkeln sind die Phasenwinkel angedeutet.

Zur Erzeugung der verschiedenen Phasenlage der Spannungen können an Stelle der verschiedenen Abstimmung der Hochfrequenzwiderstände auch andere bekannte Mittel verwendet werden.

Wie aus den bisherigen Ausführungsbeispielen hervorgeht, werden erfindungsgemäß zur Verbesserung der Schutzwirkung Zusatzinduktivitäten, z. B. zur Vergrößerung der zu ,. überwachenden Maschineninduktivität, verwendet. Eine in die Leitung eingeschaltete Zusatzinduktivität kann man sehr billig durch einen fein unterteilten Eisenkern erhalten, der um eine Leitung gelegt wird. Wird die Leitung von einem Hochfrequenzstrom durchflossen, so erzeugen die im Eisenkern entstehenden Kraftlinien eine hohe Gegenspannung an den Klemmen des Primärleiters. Ein solcher Eisenring kann dadurch zu einem sehr großen Hochfrequenzwiderstand verwendet werden, daß an die Leitung zu beiden Seiten des Ringes noch ein Kondensator angeschlossen wird. Der Eisenring erhält durch den Betriebsstrom eine Vormagnetisierung, die beim Umlegen des Ringes um einen einzigen Leiter durch Anordnung eines Luftspaltes im Eisenring verringert werden muß. Diese Vormagnetisierung fällt fort, wenn der Eisenkern um die drei Leitungen eines Drehstromsystems gelegt wird.

Ein Hochfrequenzschutz mit einem Eisenring ist in Fig. 5 dargestellt.

i, 2, 3 sind wieder die drei Phasen der Ständerwicklung mit dem Nullpunkt 4 und den Maschinenklemmen 5, 6, 7. 8 ist der durch den Kondensator 29 rückgekoppelte Hochfrequenzgenerator, der über den Kondensator 10 an dem Nullpunkt 4 angekoppelt ist. 30 ist ein Frequenzrelais, 31 der Eisenring, und 14 bis 16 und 17 bis 19 sind die Kapazitäten und Induktivitäten der Hochfrequenzkurzschlüsse. Durch die Verwendung des Eisenringes in der angegebenen Weise kann auch ein Gestellschluß an den Klemmen der Maschine sicher erfaßt werden. Die neue Anordnung ist auch geeignet, mehrere Teile einer Starkstromanlage gleichzeitig zu überwachen. Gemäß dem in Fig. 6 gegebenen Ausführungsbeispiel erfolgt dies für die Ständerwicklungen 1 bis 3 einer Maschine und die angeschlossenen Primärwicklungen 32 bis 34 eines Transformators. Hierbei liegen die Induktivität der Wicklungen der Maschine und die Induktivität der Primärwicklungen des Transformators in Reihe und sind durch den Hochfrequenzkurzschluß 35 mit der Erde verbunden. Ist die Transformatorinduktivität im Verhältnis zur Maschineninduktrvität sehr groß, so würde durch einen Fehler in einer Maschinenwicklung (Windungsschluß oder Wicklungsschluß zwischen Punkten verschiedenen Potentials) die gesamte Induktivität nur wenig geändert, also der Fehler nur schlecht angezeigt werden. Zur Abhilfe kann man den einzelnen Phasen der Transformatorenwicklungen Kon-

densatoren 36 bis 38 parallel schalten und dadurch die wirksame Transformatorinduktivität verringern oder sogar kapazitiv machen. Die Absperrung der Sekundärwicklung des Transformators vom Netz kann durch die in den abgehenden Leitungen eingebauten Sperren 39 bis 41 erfolgen, oder es können, die Klemmen oder der Sternpunkt der Sekundärwicklung des Transformators über Hochfrequenzkurzschlüsse mit der Erde verbunden werden. Die im Sternpunkt angedeutete Kapazität 42 zwischen der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators, über welche die Hochfrequenz auf die Sekundärwicklung hinübertritt, kann durch die parallel hierzu liegende Induktivität 43 mit einem in Reihe geschalteten Ankopplungskondensator44 kompensiert werden.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung zum gleichzeitigen Überwachen der Maschinenwicklung und beider Transformatorwicklungen. Die Kapazität zwischen den Transformatorwicklungen kann durch einen Überbrückungskondensator45 vergrößert werden. Die Absperrung vom Metz geschieht in der bei den anderen Ausführungsbeispielen bereits angegebenen Weise durch Sperren und Kurzschlüsse. Natürlich lassen sich auch eine Phase der Maschinenwicklung mit derselben Phase der Transformatorwicklung einzeln überwachen. Hierbei müssen die einzelnen Phasen der Maschinenwicklung und die einzelnen Phasen der Transformatorwicklung durch Sperren voneinander getrennt und durch gesonderte Hochfrequenzerzeuger erregt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Schutz von elekirischen Anlagen, insbesondere Teilen von Starkstromanlagen, mittels einer Hilfsenergiequelle, die den zu schützenden Teil der Anlage ständig zu eigenen Schwingungen anregt, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenzspannung durch Einbeziehung zusätzlicher Induktivitäten oder Kapazitäten (11, 12, 13, 31) indem Schwingungskreise derart über die zu überwachenden Teile verteilt wird, daß jeder Leiter gegen Erde oder gegen in seiner Nähe liegende Leiter eine so hohe Spannungsdifferenz aufweist, daß ein Fehler (Erdschluß, Windungsschluß oder Wicklungsschluß) eine erhebliche Änderung der Eigenfrequenz im Hochfrequenzkreis zur Folge hat.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schon vorhandene Induktivitäten, beispielsweise Strombegrenzungsdrosseln, als zusatzliehe Induktivitäten benutzt werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch verschieden scharfe 'Abstimmung der Hochfrequenzwiderstände (11, 12, 13) die Phasenlage der die einzelnen Teile einer zu schützenden Einheit durchfließenden Hochfrequenzströme verschieden gemacht und hierdurch der Schutz gegen Windungs- und Wicklungsschlüsse verbessert wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen um die Leitung gelegten, fein unterteilten Eisenring (31), der als zusätzliche Induktivität wirkt und erforderlichenfalls einen Luftspalt besitzt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet durch einen zu beiden Seiten des Eisenringes (31) an die Leitung angeschlossenen Kondensator, mit dessen Hilfe etwa Resonanz erhalten wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer gemeinsam mit der zugehörigen Ständerwicklung (1, 2, 3, Fig. 6) des Stromerzeugers überwachten Transformatorwicklung (32, 33, 34) ein Kondensator (35, 36, 37) parallel geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen