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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz der Ständerwicklung von Synchrongeneratoren gegen Erdschlüsse, bei der ein Transduktor zwischen Ständerwicklung und Erde, gegebenenfalls über einen Transformator, geschaltet ist.
Bei Generatoren wird häufig die Ständerwicklung über einen hochohmigen Widerstand geerdet. Dieser kann ohmscher, induktiver, kapazitiver sowie linearer oder nichtlinearer Natur sein. Er kann direkt galvanisch oder über einen Transformator angekoppelt sein. Bei Blockschaltungen ist der Zweck dieser Massnahme, die kapazitiven Ströme, die von der Oberspannungsseite des Blocktransformators auf die Unterspannungsseite übertragen werden können, soweit abzuleiten, dass die Erfassung eines etwaigen durch einen Fehler im Generator bedingten Erdschlussstromes nicht beeinträchtigt wird. Ein weiterer Grund besteht in der Tatsache, dass zur Erleichterung der besagten Erdschlussstromerfassung oft eine künstliche Spannungsverlagerung des Generatorsternpunktes eingeführt wird.
Die hiezu notwendige Spannungsquelle würde ohne den obigen Widerstand, der normalerweise in Serie zu dieser angeordnet wird, im Erschlussfall kurzgeschlossen und dadurch überlastet werden. Bei Generatoren, die direkt auf eine Sammelschiene arbeiten, hat die Erdung über den hochohmigen Widerstand den Zweck, einen Erdschlussstrom zu erzeugen, der es ermöglicht, mittels eines Richtungsrelais festzustellen, ob der Erdschluss im Generator oder an der Sammelschiene liegt.
Die Anordnung des beschriebenen Erdungswiderstandes bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass der Erdschlussstrom, der bei gegen Erde isolierter Ständerwicklung nur aus einem kleinen kapazitiven Strom besteht, künstlich vergrössert und dadurch die Gefahr eines Eisenbrandes erhöht wird.
Die Höhe des über den Erdungswiderstand und damit auch über die Fehlerstelle fliessenden Stromes ist von der Lage der Fehlerstelle abhängig, u. zw. ist er bei einem Fehler in Sternpunktnähe klein und bei einem Fehler in Klemmennähe unerwünscht gross. Aus diesem Grund wird oft der Widerstand mit nichtlinearer Charakteristik, z. B. unter Verwendung von Eisenwasserstoffwiderständen ausgeführt. Damit erreicht man einen Erdschlussstrom, der zwar in Sternpunktnähe noch eine Erkennung des Fehlers gestattet, aber trotzdem in Klemmennähe nicht unzulässig gross wird. Er ist vielmehr von der Lage der Fehlerstelle nahezu unabhängig.
Ein Nachteil dieser Ausführung ist der grosse Platzbedarf und Preis der Eisenwasserstofflampen, sowie die Tatsache, dass diese einen grossen Einschaltstromstoss aufweisen und daher den Erdschlussstrom im ersten Moment nur unzulänglich begrenzen.
Die Nichtlinearität kann auch durch Anordnung eines Tranduktors erzielt werden, bei dem obige Nachteile nicht auftreten. Der Transduktor stellt dann den nichtlinearen Wechselstromwiderstand dar, der zwischen Ständerwicklung und Erde geschaltet ist.
Zweckmässigerweise wählt man hiezu, wie aus der DE-AS 1133808 bekannt, einen Transduktor mit stromsteuernder Charakteristik, der mit einem Gleichstrom mit annähernd konstantem arithmetischen Mittelwert vormagnetisiert wird.
Der Transduktor kann galvanisch oder, wie aus der deutschen Auslegeschrift bekannt, über einen Transformator an die Generatorwicklung angekoppelt sein. Der Transformator kann auch in bekannter Weise an den Generatorklemmen angeschlossen sein, wobei der Transduktor an die sekundärseitige offene Dreieckswicklung angeschlossen ist. Soll eine künstliche Sternpunktverlagerung erzielt werden, so kann die offene Dreieckswicklung in den einzelnen Phasen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen.
Der Gleichstrom für die Vormagnetisierung wird über einen, gegebenenfalls denselben Transformator und eine Gleichrichterbrücke aus der angenähert konstant gedachten Generatorspannung gewonnen.
Ein Nachteil dieser Ausführung gegenüber den Eisenwasserstofflampen besteht in der Neigung der Anordnung zu Kippschwingungen zwischen Generatorkapazität und Induktivität des Transduktors. Bei einer solchen Kippschwingung wird ein Erdschluss vorgetäuscht und es kommt zu einer Fehlauslösung des Ständererdschlussschutzes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits Kippschwingungen zwischen Transduktor und Generatorkapazität zu verhindern und anderseits den Klemmenerdschlussstrom des Generators so klein wie möglich zu halten.
Dies wird dadurch erreicht, dass parallel zum Transduktor oder zu einer Serienschaltung aus Transduktor und Belastungswiderstand ein ohmscher Widerstand angeschlossen oder transformatorisch angekoppelt ist. Der Vorteil dieser Erfindung zeigt sich bei Drehzahlerhöhungen des geschützten Maschinensatzes, die insbesondere bei Lastabschaltungen auftreten und bei denen je nach Antriebsart oft das 1, 6- bis 1, 8fache der Nenndrehzahl erreicht wird. Die dadurch verursachte Frequenzveränderung
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bewirkt eine Vergrösserung des Leitwertes der Generatorkapazität und eine Verkleinerung des Leitwertes der Transduktorinduktivität. Hiebei kann der Resonanzpunkt durchfahren werden, wobei das Potential der Ständerwicklung gegen Erde und die Spannung am Messkreis besonders stark ansteigen.
Der bei einem stromgesteuerten Transduktor mit freier Magnetisierung übliche Serienbelastungswiderstand dämpft hiebei nur wenig, weil er nur von dem kleiner gewordenen Transduktorstrom durchflossen wird. Der erfindungsgemässe Parallelwiderstand ist jedoch in der Lage, eine wirksame Dämpfung zu liefern, da der durch ihn fliessende Strom der Spannungserhöhung direkt proportional ist und diese herunterdrückt.
Man kann den erfindungsgemässen Parallelwiderstand höherohmig auslegen, wenn man an die Generatorwicklung eine Drossel ankoppelt, die zumindest einen Teil der Generatorkapazität kompensiert oder diese überkompensiert. Die Ankoppelung dieser"Kompensationsdrossel"kann galvanisch oder über einen Transformator erfolgen, gegebenenfalls über denselben Transformator, der für den Transduktor verwendet wird, wobei jedoch der Anschluss an eine offene Dreieckswicklung mit gleichen oder nahezu gleichen Übersetzungsverhältnissen in den drei Phasen erfolgt.
Durch Anschluss der Drossel und des Transduktors an verschiedene Anzapfungen der offenen Dreieckwicklung kann erreicht werden, dass für beide Geräte nur eine einzige offene Dreieckwicklung am Transformator notwendig ist und trotzdem sowohl Kompensation der Generatorkapazität als auch künstliche Spannungsverlagerung des Sternpunktes erzielt wird.
Die Erfassung des Erdschlusses kann z. B. durch Messung der Spannung am erfindungsgemässen Parallelwiderstand oder durch Messung des Stromes in demselben erfolgen.
Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung, wie sie in der Praxis häufig vorkommen wird.
Es bedeutet-l-den zu schützenden Generator, dessen Ständerwicklung gegen Erde eine strichliert angedeutete Kapazität --2-- besitzt, --3-- den an die Generatorklemmen angeschlossenen Ständererd-
EMI2.1
gespeisten Gleichrichter für die Gleichstromversorgung des Transduktors und --10-- einen Einstellwiderstand für dessen Vormagnetisierung. Der Belastungswiderstand des Transduktors ist mit --12--, der erfindungsgemässe Parallelwiderstand mit --13-- und die die Kapazität --2-- teilweise kompensierende oder überkompensierende Drossel (Kompensationsdrossel) mit --11-- bezeichnet.