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Vorrichtung zum Verhindern des Aussertrittfallens von Generatoren.
Unsere Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbessern der Stabilität elektrischer Kraft- übertragungen während solcher Zustände, die Veranlassung zum Pendeln des Generators geben und bestrebt sind, die an den Enden der Übertragungsleitung liegenden Generatoren und Motoren ausser Synchronismus zu bringen.
Wenn sich der Leistungsbedarf einer Kraftstation infolge von Belastungsänderungen, die durch Schaltvorgänge verursacht werden, oder infolge von Kurzschlüssen an der Übertragungsleitung oder anderer vorübergehender Erscheinungen plötzlich vergrössert oder verringert, so entsteht eine zeitweilige Unausgeglichenheit zwischen der zugeführten Leistung und der abgegebenen Leistung der Generatoreinheit.
Dies rührt daher, dass elektrische Änderungen in der Anlage viel schneller als mechanische
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Leistungsaufnahme der Antriebsmaschine bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Regulators und ist nicht im Stande, diese Leistungsaufnahme so schnell zu ändern, wie sich die Leistungsabgabe des Generators ändert, da das Arbeiten des Regulators nur von der Änderung der Geschwindigkeit des Generators abhängig ist.
Der Unterschied in der Leistungsaufnahme und der Leistungsabgabe, die durch plötzliche Änderungen der Belastung im Generator herbeigeführt wird. bewirkt, dass die Generatoreinheit Leistung von der Übertragungsleitung aufnimmt oder mehr Leistung an dieselbe abgibt. Hiebei ändert sich die
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oder beschleunigt wird.
Bei einer Änderung der Geschwindigkeit des Generators, durch die sein Rotor veranlasst wird, eine andere Phasenstellung in bezug auf jene der mit der Übertragungsleitung verbundenen Motoren einzunehmen, wird die Leistung, die von dem Generator geliefert wird, sieh so einstellen, dass die Unaus- geglichenheit zwischen der Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe der Generatoreinheit vermindert wird, wodurch dann die Anlage wieder in den Gleichgewichtszustand gebracht wird.
Wenn der Winkel zwischen den Phasenlagen des Rotors, des Generators und der Ubertragungsanlage so wird, dass der Leistungsausgleich wieder erreicht ist, so hat der Generator eine Geschwindigkeit, die entweder grösser oder geringer als die der Motoren ist, welche mit der Übertragungsanlage verbunden sind, und der Generator muss daher wieder über den Gleichgewichtszustand hinaus laufen. Der Generator läuft also zuerst in der einen Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung von der Gleichgewichtslage aus, u. zw. eine gewisse Zeit lang, bevor sich wieder ein unveränderter Phasenwinkel ergibt. Diese Erscheinung soll im folgenden als Pendeln des Generators bezeichnet werden.
Das Pendeln hat die nachteilige Wirkung, dass die normale Belastungsfähigkeit des Generators hinter dem theoretisch möglichen höchsten Wert
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genug ist, um ein Aussertrittfallen der Generatoren zu verhindern.
Die Erfindung bezweckt eine Vergrösserung der Stabilität einer Übertragungsleitung durch elektrisches Einführen einer Regelwirkung beim Eintreten von Zuständen, die das Pendeln des Generators herbeiführen würden.
Es werden drei Verfahren in Vorschlag gebracht, um das Pendeln des Generators zu vermindern oder zu beseitigen. Dies kann geschehen durch Herabsetzung der der Antriebsmasehine zugeführten
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Kraftleistung mittels Änderung der Arbeitsweise des Regulators oder durch Änderung des Druckes des Antriebsmittels, mit dem die Antriebsmasehine gespeist wird, oder auch durch elektrisches Verteilen der Energie, welche in den umlaufenden Massen der Generatoreinheit aufgespeichert ist.
Es ist zweckmässig, wenn die Vorrichtung zur Verbesserung der Stabilität einer Übertragunganlage während vorübergehender Betriebszustände im Kraftstromkreise geeignet ist, jene Störungen auszuwählen, die geeignet sind, eine Unausgegliehenheit herbeizuführen. Ferner ist es zweckmässig, wenn eine solche Vorrichtung die zugeführte Leistung zur Antriebsmaschine oder die vom Generator abgegebene Leistung mit geringster Zeitverzögerung und mit hoher Geschwindigkeit ändert und dann, wenn die Störung vorbei ist, bewirkt, dass die der Generatoreinheit zugeführte Leistung allmählich auf einen angemessenen konstanten Wert zurückgeführt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf beiliegende Zeichnungen verwiesen. In den-
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Darstellung der Stromkreise und der Vorrichtungen nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Aus dieser Figur ist ersichtlich, wie der Druck des Antriebsmittels geändert wird. Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung, die auf die Wirk-oder Blindleistung der Kraftanlage anspricht, um die regelnde Wirkung einzuleiten. Fig. 12 zeigt eine Phasenfolgesehaltungsanordnung zur Betätigung eines Relais für die Einleitung der regelnden Bewegung in Übereinstimmung mit dem positiven oder negativen Phasenfolgekomponenten der Spannungen der Übertragungsleitung.
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung
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und mit einer beständig synchronen Geschwindigkeit umläuft, ungeachtet irgendeiner Störung, die in der Übertragungsleitung eintreten könnte.
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den Punkt des Gleichgewichtes der Anlage veranschaulichen. Der Punkt Xo ist der Punkt des stabilen Gleichgewichtes, der sieh durch das durch die Kurve dargestellte Verhältnis bestimmt.
Wenn angenommen wird, dass die der Antriebsmasehine zugeführte Leistung P, konstant verbleibt und die Phasenstellung des Generators durch irgendwelche geeigneten Mittel verändert wird, u. zw. im Betrage eines Winkels 00 zu 01 in bezug auf den Motor, so ist alsdann die Leistungsabgabe les Generators P1 grösser als die Leistungsaufnahme PO. Der Generator wird daher veranlasst, seine Geschwindigkeit zu mässigen und sieh dem Winkel 0o zu nähern.
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Wenn in ähnlicher Weise die Phasenverdrehung des Generators durch Verringerung des Winkels # eine kleinere wird, so wird auch die Leistungsabgabe des Generators kleiner als Po, und der Generator wird veranlasst, seine Geschwindigkeit zu vergrössern und sich der Stellung zu nähern, die 80 entspricht.
Es sei nun angenommen, dass ein Fehler in der Cbertragungsleitung auftritt, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die Änderung in den Zuständen des Kraftstromkreises, die durch einen Kurzschluss von der Leitung zur Erde erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt ist, bewirkt, dass die Leistung-Winkel-Einstellung
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das Antriebsmittel, die aber noch dem Wert Po entspricht. Der Unterschied zwischen der Leistungszufuhr Po und der Leistungsabgabe P2 muss daher durch die kinetische Drehungsenergie des Generators gedeckt werden, die dadurch verkleinert wird. Bei dieser Verminderung wird der Winkel # zwischen dem Generator und dem Motor verkleinert, wie es die Kurve B anzeigt.
Sobald der Punkt Y an der Kurve B erreicht ist, wie es durch die Ordinate Po angezeigt ist, wird die Leistungsabgabe des Generators wieder gleich der Leistungsaufnahme ; die Winkelgeschwindigkeit des Generators ist jedoch eine kleinere als jene des Motors. Der Generator setzt nun seine Gesehwindigkeitsverminderung weiter fort. wobei sich der Winkel # auf den Wert O2 verkleinert. Bei Vernachlässigung gewisser unmittelbarer Verluste in der Anlage wird der Winkel t) immer so sich einstellen, dass die dreieckförmigen schraffierten Abschnitte oberhalb und unterhalb der Kurve B in ihrer Fläche gleich werden (Pendelerscheinun).
Bei der Stellung des Generatorrotors. die dem Winkel 02 entspricht, wird die Leistungsabgabe geringer als die Leistungs- aufnahme, und der Generator wird beschleunigt. Bei Änderung des Winkels von 00 nach < ist die Schwingungsdauer abhängig von der Trägheit der Generatoreinheit und den Konstanten des elektrischen Netzes der Übertragungsleitung.
Es sei angenommen, dass die Schalter so eingestellt werden, dass sie den fehlerhaften Abschnitt a1 aus der Übertragungsanlage ausschalten und die Zustände herbeiführen, die in dem Schema gemäss Fig. 5 dargestellt sind. Die Schalter können geöffnet werden, wenn der Wert von 0 irgendeinen Wert zwischen 0o und 02 darstellt.
Fig. 6 veranschaulicht das Leistung-Winkel-Kurven-Diagramm, wenn angenommen wird, dass die Schalter geöffnet werden, wenn sich der Rotor des Generators in der Stellung befand, die O2 entspricht. Hiebei entspricht die Kurve A der Kurve A gemäss den Fig. 2 und 4, in der sieh sämtliche Abschnitte der Übertragungsleitung im Betriebe befanden. Die Kurve B entspricht der Kurve B gemäss Fig. 4, die den Kurzschlusszuständen entspricht. Die Kurve C entspricht jenen Zuständen, die sich einstellen, nachdem der Abschnitt der Übertragungsleitung a'aus der Anlage ausgeschaltet worden ist.
Wenn der Abschnitt a'aus der Anlage ausgeschaltet worden ist, sobald der Generator die Stellung eingenommen hat, die durch den Winkel O2 dargestellt ist, so ist die Leistungsabgabe des Generators unter den Wert Po der der Antriebsmaschine zugeführten Leistung gesunken ; demzufolge beschleunigt der Generator seine Drehzahl. Gemäss dem Kurvendiagramm nach Fig. 4 beschleunigt sich der Generator so lange, bis entsprechend Fig. 6 die Fläche oberhalb der Linie P-- () und unterhalb der Kurve a gleich der quer schraffierten Fläche oberhalb und zur linken Seite der Kurve (und unterhalb der Linie Po-O
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sondern der Winkel 0 so weit wächst, dass der Generator und der Motor ausser Tritt fallen.
Fig. 6 veranschaulicht den Zustand einer starkb elasteten Übertragungsleitung, in der die Regulatoreinrichtung nicht mit genügender Geschwindigkeit wirksam werden kann, um die Leistungszufuhr zu den Generatoren während der Übergangsperiode in nennenswerter Weise zu ändern. Vorgenannte Kurvendiagramme veranschaulichen Leistung-Winkel-Zustände, wenn angenommen wird, dass die Leistungszufuhr zum Generator einzig und allein durch den Regulator entsprechend den Änderungen der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine gesteuert wird.
Fig. 7 veranschaulicht ein Leistung-Winkel-Diagramm, bei dem erfindungsgemäss eine andere Grösse als die Geschwindigkeit den Regulator beeinflusst oder in anderer Weise wirksam wird, um die dem Generator zugeführte Leistung herabzusetzen, u. zw. von dem Moment ab, bei dem ein Kurzschluss
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angenommen werden. Mit Bezug auf Fig. 7 ist anzunehmen, dass der Generator bis zum Punkte Xo, der dem Phasenwinkel 0, und der Leistungszufuhr Po in dem Zeitpunkt entspricht, in dem der in Fig. 3 dargestellte Kurzschlusszustand eintritt, auf der Kurve 4 arbeitet. Die Leistungsabgabe des Generators steigert sich alsdann auf einen Wert P2 auf der Kurve B, und der Wert von EI fällt auf den Wert Q der Kurve Bherab, wie in Fig. 4und 6 dargestellt ist.
Während dieses Teiles des Schwingens wird die Leistungs- zufuhr zum Generator längs der Linie D bis zum Punkt Z ebenfalls vermindert. Wenn der Winkel 82 erreicht ist, wird der in Fig. 3 dargestellte Zustand in den in Fig. 5 dargestellten umgeändert, und der Generator schwingt oder wechselt von dem Wert #2 auf den Wert Q auf der Kurve C. Während dieser Schwingung verkleinert sich die zugeführte Leistung längs der Linie E. Der Winkel #5 stellt sich so ein,
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keit des Generators eingetreten ist. Zu diesem Zwecke ist es also erforderlich, den Regulator so zu be- tätigen, dass die der Antriebsmasehine zugeführte Leistung geändert wird.
In den verschiedenen Abbildungen der Zeichnung bezeichentn gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
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organs steuert. Die Ableitung des Antrebsmittels der Kraftmaschine findet durch das Rohr 9 statt.
Das linksseitige Ende des Hebels 4 befindet sich für gewöhnlich in der dargestellten oberen Lage, bei der es an den einen der beiden Anschläge 7. 3 und 74 unter der Wirkung einer um den Gelenkzapfen 11
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gelenkt, der bei seiner Erregung das linksseitige Ende des Hebels bis zum Anschlag 14 herabzieht.
Der Generator 2 besitzt eine Feldwicklung 16, die von irgendeiner geeigneten Stromquelle 17 gespeist wird, und eine Ankerwicklung 18, die an die Primärwicklung 79 eines Transformators angeschlossen ist, wobei die Verbindung in Dreieckschaltung bewirkt ist. Die sekundären Wicklungen 27 des Transformators sind in Sternschaltung an die Übertragungsleitungen 22, 2. 3 und 24 angeschlossen und mit einem geerdeten neutralen Leiter 25 versehen. Der Transformator 26, der auf den Stromfluss im geerdeten
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Dadurch wird bei einem bestimmten Stromfluss im geerdeten Leiter 25 ein Stromkreis hergestellt, der sich von der Batterie 29 über die Erregerwicklung. 31 eines Hüpfers 32 erstreckt.
Es kann sich als zweckmässig erweisen, eine kurze Zeitverzögerung bei der Betätigung des Relais 28 eintreten zu lassen, um das Relais am Schliessen zu verhindern, sobald Störungen von sehr kurzer Dauer, beispielsweise hervorgerufen
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Wert des Erdstromes und schliesst einen Stromkreis durch die Betätigungswicklung 4 5 eines Hüpfers 46, der nötigenfalls mit einem Dämpfungszylinder 47 versehen sein kann. Bei der Bewegung des Hüpfers in seine obere Stellung schaltet derselbe die Widerstände 48 an die Leitungen des Generators, wodurch dessen kinetische Energie aufgezehrt wird, die sonst bestrebt sein würde, dem Generator während der Pbergangszustände im Kraftstromkreise eine grössere Geschwindigkeit zu erteilen.
Es ist zweckmässig, dass der Hüpfer 28 bei dem Geringstwerte des Winkels Q schliesst, der dem Werte 82 des Kurvendiagramms (Fig. 7) entspricht.
Fig. 10 stellt eine Ausführungsform unserer Erfindung dar, bei der der Regulator und die Steuereinrichtung des Steuerschiebers der Einrichtung gemäss Fig. 9 ähnlich ist und bei der das Relais 28
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triebes 54. Der Motor 53 besitzt eine Ankerwicklung 55 und eine Feldwicklung 56, deren Speisung von einer Stromquelle 57 aus erfolgt. Die Ankerwicklung 55 ist über Leitungen 58 und 59 und kontakte 64, 65 des elektromagnetischen Hüpfers 62 mit einer elektrischen Stromoquelle 61 verbunden.
Der Hiipfer 62 besitzt ausser dem in seiner unteren Stellung geschlossenen Kontaktpaar 6J, 6J für die eine Drehrichtung des Ankers 5. j des Motors ein weiteres Kontaktpaar 66, 67 für die andere Drehrichtung des Ankers 55 des Motors, welches geschlossen wird, wenn sich der Hüpfer in seiner oberen oder erregten Stellung befindet. 68 und 69 sind Begrenzungsschalter im Motorstromkreis, welche die Abstellung des
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einzuschalten.
Fig. 11 zeigt ein Relais, welches als Ersatz für das Erdschlussrelais 28 in irgendeiner der Ausfiihrungsformen der Erfindung dienen kann und welches auf aussergewöhnliche Blind-oder Wirkleistungen im Übertragungsstromkreis anspricht. Das Relais besitzt einen Betätigungselektromagneten 71, der eine Spannungswieldung 72 besitzt, die an den Leitungen 24 lie-t, und eine Stromspule 73, die mit
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Kontakt 78 trägt, welcher mit einem auf der metallischen Scheibe 81 angeordneten Kontakt 79 in Berührung gelangen kann.
Die Scheibe 81 ist mittels einer Feder 82 drehbar an der Welle 76 befestigt, so
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bestimmten Wertes befindet, dreht sich der Arm 77 mit der Geschwindigkeit der Scheibe 75 und relativ zur Lage der Scheibe 81 derartig, dass die Kontaktglieder 78 und 79 geöffnet bleiben.
Bei einer raschen Beschleunigung der Welle 76 entsprechend der schnellen Verstärkung der Blindleistung des Stromkreises wird der Arm 77 schneller als die Scheibe 81 bewegt, wobei die Zugkraft der Feder 82 vergrössert wird und bestrebt ist, die Drehungsgeschwindigkeit der Scheibe M zu vergrössern. Infolge der Hemmung der Scheibe 81 durch den : Magneten 88 erfolgt die Schliessung der Kontaktglieder 78 und 79 mit einem bestimmten Drehmoment zwischen dem Arm 77 und der Scheibe 81, so dass die elektrische Vorrichtung betätigt wird, die die Regelung der Anlage einleitet.
Beim Herstellen der Verbindung mit den Stromtransformatoren 84 und 85 an Stelle des Stromtransformators 7J spricht das Relais auf die Wirkanstatt auf die Blindleistung der Anlage an.
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Höhe der Erregung einer Betätigungsspule 89 miteinander in Berührung kommen. Die Spule 89 ist an die Leitungen 22, 23 und : 24 nach Art eines sogenannten Drehfeldscheiders angeschlossen. Das eine Ende der Betätigungswicklung 89 ist mit der einen Übertragungsleitung 22 in Verbindung gebracht, während das andere Ende der Wicklung über einen Widerstand 93 mit der Übertragungsleitung 24 und iiber einen Widerstand 91 und eine Drosselspule 9 mit der Übertragungsleitung 32 verbunden ist.
Das Eintreten eines Übergangszustandes im Kraftstromkreis hat zur Folge, dass zwischen dem Leiter 22 und einem der Leiter : 23 und 24 durch die Relaiswicklung 89 ein Strom fliesst. so dass das Relais 89 anspricht und die Kontaktglieder 87 und 88 schliesst und damit einen Regelstromkreis für die Anlage betätigt. Ein derartiges Relais 86 kann an Stelle des Erdschlussrelais 28 in den vorbeschriebenen Ausführungsformen dieser Erfindung benutzt werden.
Fig. 13 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform unserer Erfindung, bei der das Relais : 28 oder eines der gleichbedeutenden Relais nach Fig. 11 und 12 wirksam wird, um eine regelnde Wirkung in der Anlage, nur von einer bestimmten Leistungsübertragung an einzuleiten. Der Arbeitszylinder 6, der das Absperrorgan 7 in der Zuleitung des Antriebsmittels der Kraftmaschine betätigt, wird durch die Steuerschiebereinrichtung 94 gesteuert. Der Arbeitszylinder dieser Vorrichtung besitzt einen Kanal 95 für den Einlass des Antriebsmittels sowie Kanäle 96 und 97, durch welche dieses über die Leitungen 98, 38 und 99,39 zu bzw. aus den Enden des Zylinders 6, je nach der Stellung des Steuerkolbens 101, ge- leitet wird.
Der Steuerkolben 101 wird durch ein Ventil 102 in Abhängigkeit von der Stellung eines
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Steuerschiebereinrichtung 94 eintreten, sind an sich bekannt. Es dürfte sich daher eine besondere Beschreibung derselben erübrigen.
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also durch die Feder 148 in die dargestellte Lage bewegt wird. Gleichzeitig wird am Kontakt 155 ein Stromkreis für die Arbeitswieklung 149 des Unisteuerschalters 144 geschlossen. Der Motor 140 wird durch die Kontakte 146 des Umsteuerschalters 144 zum Umlaufen in der entgegengesetzten Richtung veranlasst und dreht das Sehneekenrad 111 in seine frühere Stellung entsprechend der normal erforderliehen Spannung der Feder 109 des Regulators zurück.
Die Endstellung des Schneckenrades 111 bestimmt sich durch die Einstellung des Kontaktarmes H9, der die Begrenzungsschalter 141 und 142 im Motorstromkreis öffnet.
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mit dem Kontaktglied. ? a9 befindet. Die metallischen Scheiben 165 und 166 stehen unter der Wirkung der Elektromagneten 168 und 169, die die Welle 164 entgegen der Wirkung der Feder 167 so bewegen, dass eine Berührung der Kontaktglieder 159 und 161 erfolgt, wenn ein bestimmter Leistungsfluss in der Übertragungsanlage vorhanden ist.
Der Elektromagnet 168 besitzt eine Spannungswieklung 171, die an die Leiter 22' und 24' angeschlossen ist. und eine Stromwicklung 172, die so geschaltet ist, dass sie durch den Strom gespeist wird, der durch den einen dieser Leiter, nämlich 22', hindurchfliesst. Der Elektromagnet 169 besitzt eine Spannungswieklung 17, 3, die an die Leitungen 2. 3' und 24'angeschlossen ist, und eine Stromwicklung , die proportional dem Strom in der Speiseleitung 23'erregt wird.
Wenn eine Störung im Kraftstromkreis eintritt und das Relais 28 veranlasst, seine Kontakte zu schliessen, dabei aber die übertragene Leistung unter einem bestimmten Wert liegt, so gelangen die
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betätigt, dass die Leistungsaufnahme der Generatoreinheit herabgesetzt wird. Dieser Zustand entspricht einem niedrigen Wert Po der in den Fig. 2. 4,6 und 7 dargestellten Diagramme.
Bei einem geringeren Wert von Po wird nämlich die links oberhalb von der Kurve C, Fig. 6, und unterhalb der Linie Po-O leigende Fläche geringer als die oberhalb der Linie Po-0 und unterhalb des
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so dass die erforderliche Geschwindigkeit des Generators aufrechterhalten wird. die einem vergrösserten Wert von Po im Kurvendiagramm gemäss Fig. 6 entspricht. Wie aus diesem ersichtlich ist, ergibt eine Vergrösserung des Wertes Po über einem bestimmten Punkt einer gegebenen Kurve C hinaus einen un-
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der annähernd einem Wert Po der der Antriebsmaschine zugeführten Leistung entspricht, die sich durch Erfahrung bestimmen lässt und bei dessen Überschreitung eine Unstabilität zu befürchten ist.
Wenn ein Fehler in der Ubertragungsleitung auftritt, während eine solche Leistung übertragen wird, bei der
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in der oben bereits beschriebenen Weise in Betrieb gesetzt, um die der Antriebsmaschine 1 zugefÜhrte Leistung herabzusetzen.
Es sind natürlich auch noch verschiedene andere Ausführungsformen und Schaltungen gemäss der Erfindung möglich.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Verhindern des Aussertrittfallens eines auf ein elektrisches Verteilungsnetz arbeitenden Generators, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer Störung, die das Aussertrittfallen herbeiführen könnte, unter deren Einfluss Mittel wirksam gemacht werden, die den bei wände- rungen der Geschwindigkeit der bewegten Massen des Generators und seiner Antriebsmaschine stattfindenden Energieaustausch mit dem Netz vermindern.