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Anordnung zur automatischen Wiedereinsehaltung von Synchronmaschinen.
Die Ruhe und Gleichmässigkeit des Betriebes von Wechselstromnetzen leidet empfindlich darunter, dass nach heftigen Kurzschlüssen im Netz an dasselbe angeschlossene Synchronmaschinen auch bei nur vorübergehendem Fortbleiben der Spannung ausser Tritt fallen und dass bis zur Wiederherstellung des normalen Betriebes erhebliche Zeit verstreicht. da die ausser Tritt gefallenen Maschinen wieder synchronisiert werden müssen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Vornahme dieser Wiedersynchronisierung von Hand, wie sie bisher erfolgte, eine unzulässig lange Zeit in Anspruch nimmt. Es hat sich daher als notwendig erwiesen, diesen Wiedersynchronisierungsvorgang zu automatisieren.
Dies kann in verschiedener Weise erfolgen, beispielsweise dadurch, dass bei Aussertrittfallen der Maschine dieselbe vom Hochspannungsnetz abgeschaltet, von deren Antriebsmotor wieder in die Nähe des Synchronismus gebracht und dann in üblicher Weise mit dem Hochspannungsnetz automatisch wieder synchronisiert wird.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass auch dieser Synchronisierungsvorgang, wenn er auch automatisiert ist, verhältnismässig lange dauert. Von besonderer Wichtigkeit ist die Erledigung des Wiedersynchronisierungsvorganges innerhalb weniger Sekunden, beispielsweise in allen Fällen, wo es sich um Umformer, deren Wechselstrommaschine eine Synchronmaschine ist, handelt. Hier liegt ein besonders grosses Interesse vor, die Störungszeit möglichst klein zu halten, weil während der Zeit der Störung im Hochspannungsnetz auch das Gleichstromnetz spannungslos wird. Ein weiterer Fall, bei welchem die Wiedersynchronisierung ausserordentlich schnell vorzunehmen ist, liegt beispielsweise dann vor, wenn die Synchronmaschine, um welche es sich handelt, als Phasenschieber in Betrieb ist.
Dient der Phasenschieber zur Spannungsverbesserung des Netzes, d. h. läuft er als übererregte Synchronmaschine, dann ist, falls wegen einer Hochspannungsstörung der Phasenschieber ausser Tritt fällt, der Spannungswert des Hochspannungsnetzes so lange unzulässig niedrig bis nach Beendigung dieser Störung und nach erfolgter Wiedersynchronisierung der Phasenschieber wieder ordnungsgemäss in Betrieb ist, so dass er den nötigen Blindstrom zur Verbesserung der Spannungsverhältnisse des Netzes wieder liefern kann.
In allen Fällen handelt es sich also darum, den Wiedersynchronisierungsvorgang so zu automatisieren, dass er eine möglichst kurze Zeit in Anspruch nimmt. Bei der Erfindung wird das an sich bekannte Synchronisierungsverfahren, bei welchem die schwach oder gar nicht erregte Maschine mit dem Netz über eine Drosselspule verbunden wird, mit verwendet.
Dieses Verfahren allein würde jedoch nicht für die Wiedersynchronisierung der Maschine genügen, da es darauf zugeschnitten ist die Maschine vom Stillstand aus hochlaufen zu lassen,
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aber noch in der Nähe ihrer synchronen Tourenzahl sich befindende Maschine wieder in den Synchronismus zu ziehen.
Zum selbsttätigen Wiedersynchronisieren sind deshalb erfindungsgemäss Relais vorgesehen, welche die Maschine beim Eintreten einer Störung selbsttätig vom Netz abtrennen und die zwischen Maschine und Netz angeordnete durch Schalter überbrückbare Drosselspule durch
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über die Drossel an das Netz legen und schliesslich die Überbrückung wieder herbeiführen.
Diese Anordnung gestattet die Betriebsunterbrechung so kurz zu halten, wie es lediglich durch die Störung im Netz bedingt ist.
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Einrichtung nach der Erfindung zur Wiederinbetriebnahme eines ein Drehstrom-und ein Gleichstromnetz verbindenden Einankerumformers dargestellt. Die Drehstromseite des Einankerumformers 1 liegt über einen Transformator 2, eine Drosselspule 4 und einen Schalter 5 an dem Netz R, S, T. Gleichstromseitig ist der Umformer über den Schalter 7 mit dem Gleichstromnetz verbunden ; parallel zu diesem Schalter liegen Überbrückungswiderstände 8, die bei geöffnetem Schalter 7 über den Schalter 9 an das Gleichstromnetz gelegt und durch die Schalter 10 und 11 teilweise überbrückt werden können.
Selbstverständlich können auch mehrere Umformer mit einer derartigen Einrichtung versehen werden ; statt des Einankerumformers können auch Kaskadenumformer, Motorgeneratoren oder sonstige beliebige Synchronmaschinen verwendet werden.
Während des normalen Betriebes ist die Drosselspule 4 durch einen Schalter 6 kurzgeschlossen und die Maschine mit Hilfe des Schalters 5 direkt an das Hochspannungsnetz gelegt. Tritt eine Störung in dem letzteren ein, dann schalten die Schalter 5 und 6 aus. Um die Verluste der Synchronmaschine während der Störungszeit gering zu halten, wird ausserdem
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vermindert wird. Da es sich in dem Beispiel um einen Umformer handelt, so wird ausserdem der Schalter 7 ausgelöst und damit der Umformer von seinem Gleichstromnetz abgetrennt, d. h. entlastet. Während der Zeit der Hochspannungsstörung läuft also die Maschine ohne Zusammenhang mit einem elektrischen Netz um.
Sobald die Hochspannung innerhalb einer bestimmten Zeit wieder erscheint, wird automatisch der Schalter 5 wieder eingeschaltet, was zur Folge hat, dass die in ihrer Tourenzahl etwas abgesunkene Maschine über die Drossel 4 wieder an das Hochspannungsnetz gelegt wird. Infolge der Ausschaltung des Feldschwächungsautomaten 13 ist der Erregerstrom stark vermindert. Da die Maschine infolgedessen in hohem Masse untererregt läuft, so entnimmt sie dem Drehstromnetz einen stark phasenverschobenen Strom, welcher in der Drossel 4 einen starken Spannungsabfall hervorruft. Der von dem Netz nach der Maschine fliessende Strom dient dazu, die Maschine wieder so zu beschleunigen, dass sie in Tritt fällt.
Dieser Augenblick kann relaistechnisch festgestellt werden, und es erfolgt hierauf die Verstärkung des Feldes der Synchronmaschine, was wiederum mit einer Abnahme des über die Drossel 4 fliessenden Blindstromes der Maschine und damit des Spannungsabfalles an der Drossel 4 verbunden ist. Sobald die Erregung ihren Normalwert wieder erreicht hat, ist der Spannungsabfall an der Drossel 4 so niedrig geworden, dass die Drossel durch den Schalter 6 automatisch wieder kurzgeschlossen werden kann, worauf sich die Maschine wieder wie vor der Störung ordnungsgemäss in Betrieb befindet.
Da im Schaltbild der Fall eines Umformers dargestellt ist, so schliesst sich an die automaische Wiedersynchronisierung des Wechselstromteiles die Wiedereinschaltung des Gleichstromteiles an das Netz an. Diese Wiederinbetriebnahme der Gleichstromseite kann nach sehr verschiedenen Verfahren erfolgen, beispielsweise ist in dem Bild dargestellt, dass das Gleichstromnetz über Widerstände 8 und den Schalter 9 angelassen wird. Die Widerstände werden sodann nacheinander durch die Schalter 10 und 11 überbrückt und der Hauptschalter 7 eingeschaltet. Sämtliche Schalter sind fernbetätigte Schalter.
Im Falle von Synchronantriehsmotoren tritt an Stelle der geschilderten Wiedereinschaltung der Gleichstromseite die Wiedereinschaltung der Belastung des Synchronmotor bzw. beim reinen Synchronphasenschieber schliesst sich an den Wiedersynchronisierungsvorgang die Belastung der Maschine mit Blindlast, wie sie vor der Störung vorhanden war, an.
Als Beispiel für die Ausführung der gesamten geschilderten automatischen Schaltvorgänge ist ein Spannungsrelais 14 vorgesehen, welches bei seinem Ansprechen im Falle einer Netzstörung mit Hilfe seines Kontaktes b den Ölschalter 5 ausschaltet. Auf die Ausschaltung dieses Ölschalters 5 folgt die Ausschaltung der Schalter 6, 13 und 7, was beispielsweise mit Hilfe eines Endkontakte b am ausgeschalteten Ölschalter 5 erfolgen kann. Sobald das Relais 14 nach Wiedergesundung des Hochspannungsnetzes wieder aus seiner Störungsstellung herausgeht, d. h. seinen Kontakt b wieder öffnet und seinen Kontakt a schliesst, wird automatisch durch den Kontakt a der Schalter 5 wieder eingeschaltet.
Die Wiedereinschaltung erfolgt jedoch nur dann, wenn das Wiederansprechen des Relais 14 innerhalb einer bestimmten Zeit nach Ein-
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in Reihe mit den Kontakten 14a liegen und dessen Erregerstromkreis über die Kontakte 14a und 21 a geführt ist. Das Relais 21 ist so eingerichtet, dass es in erregtem Zustand seine Kontakte 21 a geschlossen hält und dieselben, wenn die Erregerspannung verschwindet, erst
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nach einer gewissen Zeit öffnet. Wenn also die Dauer der Netzstörung die Ablaufzeit des Relais 21 überschreitet, so wird durch Öffnen der Kontakte 21 sowohl der Einschaltstromkreis für den Schalter 5 als auch der Haltestromkreis für Relais 21 endgültig unterbrochen und eine Wiedersynchronisierung des Umformers 1 kann nicht erfolgen.
Hiedurch wird verhütet, dass der Umformer bei stark abgefallener Drehzahl wieder ans Netz gelegt wird ; es können also unzulässig hohe Einschaltstromstösse nicht eintreten. Tritt dagegen das Wiederansprechen des Relais 14 ein bevor das Zeitrelais 21 abgelaufen ist, so erhält das letztere wieder Spannung und hält sich in der Einschaltstellung fest, so dass der Schalter 5 durch seine Einschaltspule E geschlossen wird und sich jetzt der Wiederanlauf der Maschine 1 über die Drosselspule 4 vollzieht.
Während dieses Wiederanlaufes schliesst der Kontakt 13b vorübergehend das Feld des Einankerumformers an eine Fremdstromquelle. 15 an, um den Einankerumformer so vorzuerregen, dass er mit der richtigen Polarität in Tritt fällt. Diese Aufgabe spielt nur eine Rolle in Verbindung mit Einankerumformeranlagen.
Der über die Drosselspule 4 in die Maschine fliessende Strom dient dazu, die Maschine so zu beschleunigen, dass sie sich ihrer synchronen Tourenzahl nähert. Sobald die Maschine ihre synchrone Tourenzahl wieder erreicht hat, was beispielsweise mit Hilfe eines polarisierten Relais 16 festgestellt werden kann, welches am Feld des Einankerumformers liegt und welches auf die während des Schlüpfen der Maschine im Gleichstromfeld induzierten Wechselspannungen anspricht, wird durch Einschalten des Schalters 13 das Feld der Synchronmaschine wieder verstärkt, was zur Abnahme des Rhndstromes in der Drossel 4 und damit zur Abnahme des Spannungsabfalles an dieser Drossel führt.
Hierauf wird die Drossel wieder kurzgeschlossen, was beispielsweise nach Ablauf des-durch Hilfskontakte des Schalters 13 gesteuertenZeitrelais 17 durch dessen Kontakt 1"7 a eingeleitet werden kann. Nach dieser Kurzschliessung der Drossel 4 ist die Synchronmaschine wieder wie vor der Störung in Betrieb.
Bei diesem Vorgang ist es möglich, die Wierlerverstärkullg des Feldes durch Wiedereinschalten des Schalters 13 entweder vorzunehmen, wenn sich die Maschine in der Nähe ihres Synchronismus befindet, oder wenn sie sich in absolutem Synchronismus mit dem Netz befindet.
Der Unterschied in den beiden Verfahren besteht nur darin, dass der Stromausgleich zwischen Netz und Maschine beim Einschalten des Schalters 13 im ersteren gross, im zweiten Falle kleiner wird. Anderseits sind für das letztere Verfahren empfindliche Relais notwendig, welche nicht nur feststellen, dass sich die Maschine in der Nähe ihrer synchronen Tourenzahl, sondern dass sie sich in absoluten Synchronismus mit dem Netz befindet.
An Stelle des Zeitrelais 17, welches nach erfolgter Einschaltung des Schalters 13 abläuft und nach einer Zeit, welche für das Intrittfallen der der Maschine nach ihrer Feldverstärkung ausreicht, die Einschaltspule des Schalters 6 wieder zum Kurzschliessen der Drossel 4 betätigt, ist es möglich, dieses Einschalten und damit die Kurzschliessung der Drossel abhängig zu machen von dem Spannungsabfall, welcher an der Drosselspule 4 herrscht. Erst wenn dieser Spannungsabfall einen bestimmten Minimalwert erreicht hat, erfolgt das Einschalten des Schalters 6, d. h. das Kurzschliessen der Drossel 4.
An Stelle der Feldverstärkung mit Hilfe des Schalters 13 kann auch ein auf den Antrieb des Feldreglers 18 wirkendes Regulierorgan 19 vorgesehen werden, welches die Aufgabe hat, im Augenblick der Störung nach Aussehalten des Schalters 5 automatisch den Feldregler 18 so zu steuern, dass derselbe einen grossen Widerstand in den Feldstromkreis legt.
Nachdem die Maschine nach erfolgter Wiedergesundung des Hochspannungsnetzes über die Drosselspule 4 wieder angelaufen ist, und nachdem mit Hilfe des Relais 16 das Wiederintriltfallen der Synchronmaschine festgestellt ist, kann durch Inbetriebsetzung des Reglers 19 die Feldverstärkung durch Einwirkung des letzteren auf den Feldregler 18 vorgenommen werden, wobei die Annehmlichkeit besteht, dass der Feldregler 19 das Feld nur so weit verstärkt, wie es mit Rück- sicht auf die von der Maschine zu erzeugende Spannung zweckmässig und zulässig ist.