Rotor-Erdschluss-Schutz für Drehstromgenerator oder Dynamo

Der Rotor eines Wechselstromgenerators wird durch die Feldwicklung aufgewickelt. Ein einzelner Erdfehler in der Feldwicklung oder im Erregerkreis stellt für die Maschine kein großes Problem dar. Wenn jedoch mehrere Erdfehler auftreten, besteht die Möglichkeit, dass zwischen den defekten Stellen in der Wicklung ein Kurzschluss entsteht. Dieser kurzgeschlossene Teil der Wicklung kann ein ungleichmäßiges Magnetfeld verursachen, und es kann zu mechanischen Schäden in den Lagern der Maschine aufgrund der ungleichmäßigen Drehung kommen.

Daher ist es immer notwendig, den aufgetretenen Erdfehler im Rotor-Feldwicklungs-Kreis zu erkennen und ihn zu beheben, um eine normale Betriebsweise der Maschine sicherzustellen. Es gibt verschiedene Methoden zur Erkennung von Rotor-Erdfehlern bei Wechselstromgeneratoren oder Generatoren. Der Grundprinzip aller Methoden ist jedoch derselbe, und das ist die Schließung eines Relaiskreises über den Erdfehlerpfad.

Es gibt hauptsächlich drei Arten von Rotor-Erdfehlerschutz-Systemen, die hierfür verwendet werden.

1. Potentiometer-Methode

2. AC-Injektionsmethode

3. DC-Injektionsmethode

Lassen Sie uns die Methoden nacheinander besprechen.

Potentiometer-Methode des Rotor-Erdfehlerschutzes in Wechselstromgeneratoren

Das Schema ist sehr einfach. Hier wird ein Widerstand mit einem geeigneten Wert über die Feldwicklung sowie über den Erreger geschaltet. Der Widerstand ist zentral angeschlossen und über einen spannungsempfindlichen Relais mit dem Boden verbunden.

Wie in der folgenden Abbildung zu sehen, schließt jeder Erdfehler in der Feldwicklung sowie im Erregerkreis den Relaiskreis über den geerdeten Pfad. Gleichzeitig tritt eine Spannung am Relais aufgrund der Potentiometer-Wirkung des Widerstands auf.

Diese einfache Methode des Rotor-Erdfehlerschutzes von Wechselstromgeneratoren hat einen großen Nachteil. Diese Anordnung kann nur Erdfehler erkennen, die an jedem Punkt außer dem Zentrum der Feldwicklung auftreten.

Aus dem Schaltplan geht auch hervor, dass bei einem Erdfehler im Zentrum des Feldkreises keine Spannung am Relais erscheinen wird. Das bedeutet, dass die einfache Potentiometer-Methode des Rotor-Erdfehlerschutzes, blind für Fehler im Zentrum der Feldwicklung ist. Dieses Problem kann durch die Verwendung eines weiteren Abgriffs am Widerstand, an einer anderen Stelle als dem Zentrum, über einen Taster minimiert werden. Wenn dieser Taster gedrückt wird, wird der Zentralabgriff verschoben, und die Spannung wird sogar bei einem zentralen Bogenfehler in der Feldwicklung am Relais erscheinen.

AC-Injektionsmethode des Rotor-Erdfehlerschutzes in Wechselstromgeneratoren

Hier wird ein spannungsempfindliches Relais an einem beliebigen Punkt des Feld- und Erregerkreises angeschlossen. Der andere Anschluss des spannungsempfindlichen Relais wird über einen Kondensator und die Sekundärseite eines Hilfs-Transformators mit dem Boden verbunden, wie in der folgenden Abbildung zu sehen.

Wenn hier ein Erdfehler in der Feldwicklung oder im Erregerkreis auftritt, wird der Relaiskreis über den geerdeten Pfad geschlossen, und daher erscheint die Sekundärspannung des Hilfstransformators am spannungsempfindlichen Relais, und das Relais wird betätigt.

Der Hauptnachteil dieses Systems ist, dass es immer die Möglichkeit gibt, dass durch die Kondensatoren Leckströme zum Erreger und Feldkreis fließen. Dies kann zu einem Ungleichgewicht im Magnetfeld und somit zu mechanischen Spannungen in den Maschinenlagern führen.

Ein weiterer Nachteil dieses Schemas ist, dass es eine separate Spannungsquelle für die Betätigung des Relais gibt, so dass der Schutz des Rotors inaktiv ist, wenn es zu einem Versorgungsversagen im AC-Kreis des Schemas kommt.

DC-Injektionsmethode des Rotor-Erdfehlerschutzes in Wechselstromgeneratoren

Der Nachteil der Leckströme der AC-Injektionsmethode kann in der DC-Injektionsmethode beseitigt werden. Hier wird ein Anschluss des DC-spannungsempfindlichen Relais mit dem positiven Anschluss des Erregers und der andere Anschluss des Relais mit dem negativen Anschluss einer externen DC-Spannungsquelle verbunden. Die externe DC-Spannungsquelle wird durch einen Hilfstransformator mit Brückengleichrichter erzeugt. Hier wird der positive Anschluss des Gleichrichters geerdet.

Wie aus der folgenden Abbildung zu sehen ist, tritt bei jedem Feld- oder Erreger-Erdfehler die positive Spannung der externen DC-Spannungsquelle am Anschluss des Relais auf, der mit dem positiven Anschluss des Erregers verbunden war. Auf diese Weise erscheint die Ausgangsspannung des Gleichrichters am Spannungsrelais und es wird betätigt.

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