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Schutzanordnung für durch Gegenlaufturbinen, insbesondere durch Ljungströmturbinen angetriebene
Generatoren.
Generatoren, welche beiderseitig, d. h. auf der Antriebsseite und auf der Seite der Leistungs- abgabe, parallel geschaltet sind, müssen sich stets in gleichem Betriebszustand befinden. Sonst tritt eine
Energieübertragung von dem einen Generator auf den andern Generator ein. Durch eine geeignete Diffe- rentialschaltung kann man den Ausgleichsstrom, der zwischen den beiden Maschinen bei ungleichem Betriebszustand auftritt, erfassen.
Wenn beide Maschinen in vollem Betrieb sind, deutet das Auftreten eines Ausgleichsstromes dar- auf hin, dass in einer Maschine ein Fehler entstanden ist. Durch den Ausgleichsstrom kann man also unter Verwendung von Relais, welche auf den Differenzstrom zwischen entsprechend gleichen Phasen der Generatoren ansprechen, eine Abschaltung des ganzen Aggregates oder gegebenenfalls gleichzeitig eine Signalisierung bewirken.
Eine besondere Art von solchen Generatoren stellen die Ljungströmgeneratoren dar, welche zwar beiderseitig parallel geschaltet sind, bei denen aber die Parallelschaltung auf der Antriebsseite der- art gestaltet ist, dass die Maschinen nicht starr miteinander gekuppelt sind, so dass sie also nicht zwang- läufig durch die Antriebsmasehine in Synchronismus gehalten werden. Namentlich beim Anlassen treten Ausgleichsströme zwischen beiden Generatoren auf, die ihre Ursache darin haben, dass die Maschinen nicht vollkommen synchron anlaufen, sondern erst von einer gewissen Höhe ihrer Geschwindigkeit an sich selbst durch die synchronisierende Kraft ihrer Ankerströme und Felder in Synchronismus bringen und halten.
Die Folge dieser Eigentümlichkeit ist, dass man Vorkehrungen treffen muss, welche ein An- sprechen des Differentialsehutzes während der Anlasszeit der Maschinen verhüten. Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, die Differentialrelais abzuschalten und beispielsweise erst durch einen Hilfs- kontakt am Leistungsschalter, welcher das Aggregat mit dem Netz verbindet, zugleich wieder arbeits- fähig zu machen.
Erfindungsgemäss wird ein anderer Weg beschritten, um das Ansprechen des Differentialschutzes während der Anlasszeit auszuschliessen, u. zw. wird als Differentialrelais ein wattmetrisches Relais ver- wendet, dessen eine Spule von dem Differenzstrom erregt wird, während die zweite Spule, deren Feld zur Bildung eines Drehmomentes notwendig ist, von einer beiden Generatoren gemeinsamen Wechsel- stromgrösse erregt wird, beispielsweise von dem von beiden Generatoren gemeinsam aufgebrachten Strom oder von der gemeinsamen Klemmenspannung der Maschinen. Solange Strom bzw. Spannung noch keine erhebliehe Höhe erreicht haben, sind die wattmetrischen Relais sehr unempfindlich. Ausserdem treten dann während der Dauer der Energiependelungen im Relais Drehmomente wechselnder Richtung auf, deren Frequenz gleich der Frequenz der Ausgleichsströme ist.
Bei Verwendung bei stark gedämpften
Relais ergeben sich dann Bewegungen des Relaissystems um die Nullage herum. Dagegen ist es nicht möglich, dass sich die Drehmomentimpulse, welche von den einzelnen Halbwellen des Ausgleiehsstromes auf das Relaissystem ausgeübt werden, addieren, so dass sie allmählich doch einen Kontaktschluss des
Relais zuwege bringen, wie dies bei einem gewöhnlichen nicht wattmetrischen Differentialrelais eintreten kann. Wenn dagegen in einer der beiden Maschinen ein Fehler entsteht, wird das wattmetrische Relais durch die stets von der gesunden Maschine an die kranke Maschine abgegebene Leistung zu einem nach der einen oder andern Seite beständigen Ausschlagen gebracht, so dass aus der Ausschlagsrichtung auch erkennbar wird, welche Maschine fehlerhaft ist.
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In den beiliegenden Fig. 1 und 2 ist die Schaltung gemäss der Erfindung erläutert. Mit A und B sind die beiden primärseitig und sekundärseitig parallel geschalteten Generatoren, z. B. die Generatoren eines Ljungströmaggregates, bezeichnet. Die Klemmen der Maschinen A und B sind durch Leitungen 1 und 2 untereinander verbunden, von welchen die gemeinsame Leitung 3 abgellt, über welche die Maschinen auf das Leitungsnetz arbeiten. In den Leitungen 3 liegt ein Leistungsschalter 4, der durch eine Au" lösespule 5 im Fehlerfalle geöffnet werden kann.
In der Sternpunktseite der Wicklungen der Generatoren. 1 und B ist jede Phase mit einem Stromwandler ausgerüstet. Die Schaltung dieser Stromwandler it nur
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von dessen Mittelpunkt eine Leitung 11 ausgeht. Die Leitung 11 ist an die eine Klemme eines Stromwandlers 12 angeschlossen, der in der Sammelleitung 3 der entsprechenden Phase liegt. Das andere Ende der Sekundärwicklung des Stromwandlers 12 ist über eine Leitung 13 mit der Leitung 9 verbunden. An die Klemme des Stromwandlers 12 ist ein Differentialrelais 14 angeschlossen.
Dieses Differentialrelais gehört zu einem Differentialsehutz, durch welchen der Generatorstrom in der gemeinsamen Leitung'), mit der Summe der Generatorströme in den beiden entsprechend gleichen Phasenwieklungen der Generatoren A und B verglichen wird. Im Zuge der Leitung 11 liegt die Stromspule eines wattmetrischen Differentialrelais 15. Die zweite Spule des Differentialrelais ist an die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers ? angeschlossen. Wenn infolge eines Fehlers in einem der beiden Generatoren A und B bzw. in den Zuleitungen 1 und 2 die Leistungen der beiden Generatoren ungleich werden, wird die Sekundär- wicklung des Zwischenwandlers 10 erregt.
Die von dem Aggregat insgesamt abgegebene Stromstärke durchfliesst den Leiter 11 und infolgedessen auch die andere Wicklung des wattmetrischen Relais 15. Dadurch kommt der Kontakt 16 dieses Relais zum Aussehlag, wobei die Ausscl1Iagsrichtung davon abhängt, welche Maschine die grössere Leistung abgibt. Kontakt 16 arbeitet mit zwei Kontakten zusammen und betätigt durch diese einerseits die Abschaltung des Generators vom Netz. anderseits eine Signalvorrichtung, z. B. Fallklappen, so dass sofort erkennbar ist, welcher Generator die grössere Leistung führt, d. h. welcher Generator Leistung an den andern fehlerhaften Generator abgegeben hat.
In Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche Anordnung der Generatoren A, B wiedergegeben wie in Fig. 1. Ein Zwischenwandler 17 wird von der Differenz der Ströme in den Generatoren A und B erregt.
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so dass dieses bei ausreichender Dämpfung nicht zu einem Ausschlag und zur Betätigung der Kontakte kommt.
Verwendet man als wattmetrisches Relais ein Ferrarisrelais, so gewinnt man den Vorteil, dass der Differentialschutz während der Anlaufzeit besonders unempfindlich ist, weil das Drehmoment ein Ferrarissystem bei niedriger Frequenz ebenfalls klein ist. Es ist möglich, die Anordnung so zu wählen, dass ein nennenswertes Drehmoment im Ferrarisrelais erst dann erreicht wird, wenn die Frequenz der Ströme nahezu die Betriebsfrequenz erreicht, d. h. also, wenn Ausgleichsströme entstehen, welche nicht Schwebungsfrequenz, sondern Betriebsfrequenz besitzen. In der gleichen Weise wirkt auch der Zwischen- wandler 10 bzw. 17, dessen Übersetzungsverhältnis ebenfalls frequenzabhängig ist.
Die Schaltung nach Fig. 1 besitzt den besonderen Vorteil, dass die Empfindlichkeit des Differentialrelais 15 mit der Belastung der Maschine wächst. Dies ist insofern günstig, als bei schwacher Belastung des Aggregates eine gewisseMehrbeIastung der einen Maschine gegenüber der andern für die stärker belastete Maschine noch keine Gefahr bedeutet. Bei starker Belastung des Aggregates dagegen muss auf die gleichmässige Verteilung der Gesamtlast grösster Wert gelegt werden.
Die Anordnung gemäss Fig. 2 weist im verstärkten Masse die Eigenschaft auf, dass sie während der Anlasszeit unempfindlich ist. Dies wirkt dahin, dass das Drehmoment im wattmetrischen Relais J erst mit wachsender Spannung hervortreten kann. Gemeinsam ist bei den Anordnungen, dass keinerlei Umsehaltungen erforderlich sind, um die Empfindlichkeit des Schutzes während der Anlasszeit gering und
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Relais anzuordnen, kann man auch für alle Phasen ein gemeinsames Relais vorsehen. Statt der elektrischen Differenzbildung, z. B. mittels Zwischenwandlers, kann auch eine mechanische Differenzbildung angewendet werden, indem mehrere Messgeräte mechanisch miteinander gekuppelt werden.
Die Abschaltung und Aberregung der Generatoren wird zweckmässig nicht unmittelbar durch die Differentialrelais ausgelöst, sondern durch Zeitrelais, welche von den Differentialrelais zum Ablauf gebracht werden.
Wie vorhin erläutert, ist es sehr günstig, das wattmetrische Differentialrelais vom Belastungsstrom zu erregen, und dadurch erreicht man, dass die Empfindlichkeit des Schutzes mit der Belastung wächst. Bei dieser Anordnung ist aber nachteilig, dass im Leerlauf das Sehutzrelais nicht arbeiten kann. Daher ist als weitere Ausführungsform bereits eine Relaisanordnung beschrieben worden, bei der die Erregung der einen Wattmeterspule des Differentialrelais von einer Spannung der Maschine ausgeht. Diese Anordnung macht den Schutz auch bei vollkommenem Leerlauf der Maschine arbeitsfähig, ist dagegen
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der vorhin erwähnten Ausführungsform, bei welcher die eine Wattmeterspule vom Belastungsstrom erregt wird, dadurch unterlegen, dass ihre Empfindlichkeit von der Belastung vollkommen unabhängig ist.
Durch Vereinigung der beiden Prinzipien erhält man ein Relais, welches einerseits bereits bei Leerlauf betriebsfähig ist und anderseits eine mit dem Belastungsstrom wachsende Empfindlichkeit besitzt. Bei einem solchen Relais wird beispielsweise das Feld des wattmetrischen Gerätes von Strom und Spannung gemeinsam aufgebaut, beispielsweise durch Phasenstrom und Phasenspannung, während das bewegliche System durch den Ausgleichsstrom erregt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schutzanordnung für durch Gegenlaufturbinen, insbesondere durch Ljungströmturbinen angetriebene Generatoren mittels einer Relaiseinrichtung, welche die Energieübergabe von einem Generator
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relais, das Signal-oder Abschalteinrichtungen betätigt und dessen Empfindlichkeit von einem während der Anlaufzeit des Aggregates noch nicht in voller Stärke auftretenden, der Generatorspannung oder dem gemeinsamen Belastungsstrom des Aggregates entsprechenden Strom abhängig ist.