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Anlage zur Kupplung eines elektrischen Netzes mit einem zweiten Netz anderer Frequenz bzw. Phasenzahl
In der Elektrowirtschaft besteht häufig das Bedürfnis, Netze verschiedener Art miteinander zu verbinden, um von einem Netz in das andere Energie zu liefern, z. B. um einen Überbedarf eines Netzes aus dem anderen decken oder die bei plötzlicher Entlastung eines Netzes vorhandene Überschuss-Energie im anderen Netz unterbringen zu können und dadurch Wasser-oder Brennstoffverluste zu vermeiden. Ein wichtiger Fall ist das Problem, aus einem mit 50 Perioden betriebenem Drehstromnetz ein mit 16 2/3 Perioden betriebenes Einphasenbahnnetz zu speisen.
Die naheliegendste Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines Umformeraggregats, wobei z. B. aus dem Drehstromnetz ein Drehstrommotor betrieben wird, der seinerseits wiederum einen Einphasengenerator antreibt. Bei dieser Anordnung ist jedoch ein konstantes Verhältnis der Frequenz in beiden Netzen unbedingte Voraussetzung, was in der heutigen Praxis die grössten Schwierigkeiten bereitet. Als Ausweg wurde daher für diesen Zweck auch ein Asynchron-Motor mit Hintermaschine benützt, durch welche die Drehzahl reguliert werden kann.
Auch Drehstromkollektormotoren können Verwendung finden. Beide Anordnungen sind aber teuer und für grössere Leistungen aus konstruktiven Gründen schwer auszuführen.
Will man bestehende Anlagen umbauen, so bereitet der Anbau eines Drehstrommotors an ein Turbinen-Einphasengenerator-Aggregat auch dadurch grosse Schwierigkeiten, weil die Verlängerung der Welle nur mit grossen Kosten durchführbar ist.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Anlage zur Kupplung eines durch ein Wasserturbinenaggregat gespeisten elektrischen Netzes mit einem zweiten elektrischen Netz anderer Frequenz bzw. Phasenzahl, die auch bei bestehenden Werken dieser Art mit relativ geringen Kosten herstellbar ist und besonders bei Speicherwerken bedeutende Vorteile bietet. Erfindungsgemäss wird durch ein vom zweiten Netz gespeistes an sich bekanntes Motor-Pumpenaggregat der Turbine Wasser zugeführt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Fig. 1 im Schaltschema dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Rohranschlussstück.
Eine Gruppe von zwei Turbinen T und T' wird über die Druckleitung D von einem Speicher S aus gespeist. Die damit gekuppelten Generatoren G und G'arbeiten auf ein Einphasenbahnnetz. Von einem Drehstromnetz aus, das mit dem Einphasennetz gekuppelt werden soll, wird ein Drehstromsynchronmotor SM gespeist, der eine Pumpe P antreibt, die Wasser vom Unterwasserkanal U über ein Anschlussstück A vor der Abzweigung der Druckleitung zuführt.
Soll also infolge Überlastung des Bahnnetzes oder zum Zwecke der Schonung des Speicherinhaltes Energie aus dem z. B. aus Laufwerken gespeisten Drehstromnetz entnommen werden, so wird das Drehstrom-Pumpenaggregat SM-P in Betrieb gesetzt und so die Turbinen mindestens teilweise durch im Kreislauf geführtes Wasser gespeist.
Bei geeigneter Ausbildung des Anschlussrohrstückes A als Dreieckleitung gemäss Fig. 3 besteht auch keine Schwierigkeit, bei völliger Abschaltung der Turbinen T und T'den Speicher S durch die Druckleitung aus dem Unterwasser aufzufüllen, wenn, wie dies meistens der Fall ist, dauernd genügend Unterwasser, z. B. aus einem Fluss oder See zur Verfügung steht. Es besteht auch die Möglichkeit, z. B. nur eine Turbine aus der Pumpe zu speisen und die andere Hälfte des Druckwassers in den Speicher zu fördern. Alle diese Möglichkeiten hängen natürlich von der Leistungsfähigkeit des Motorpumpenaggregates ab.
Auch mit einer solchen Anlage können daher, wie bei der eingangs erwähnten Kupplung beider Netze mit rein elektrischen Maschinen, auftretende Mehrbelastungen im Einphasennetz aus dem Drehstromnetz gedeckt werden. Darüber hinaus bietet aber diese Anordnung folgende Vorteile : a) Die Anlage kann ohne jede konstruktive Änderung an den Turbinen-Aggregaten gebaut werden. b) Die sehr unruhige Belastung des Bahnnetzes kann durch eine vollkommen gleichmässige Leistungsentnahme aus dem Drehstromnetz aufgebracht werden, da Überlasten des Bahnspeichers aus dem Speicher gedeckt werden könne, während eine Unterlast zu einer Auffüllung des Speichers führt.
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c) Überschussenergie im Drehstromnetz, z.
B. in der Nacht oder bei Lastabwurf im Drehstromnetz kann jederzeit gespeichert und daher in Mangelzeiten, wo die Energie höher zu bewerten ist, wieder entnommen werden. Dies ist besonders wichtig, wenn das Drehstromnetz aus Laufwerken gespeist ist.
Als Nachteil einer solchen hydraulischen Kupplungsanlage gegenüber rein elektrischer Kupplung muss die Verringerung des Wirkungsgrades durch die zwischen Motor und Generator liegende Pumpe und Turbine in Betracht gezogen werden.
Gegenüber der Anordnung eines Asynchronmotors mit Hintermaschine hat diese Anordnung
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einen grösseren Wirkungsgrad.
Bedenkt man aber den Umstand, dass eine ungleichmässige Belastung des Drehstromnetzes durch die Bahnmaschinen weitere Verluste mit sich bringt, so wird der verringerte Wirkungsgrad zweifellos durch die Vorteile der gleichmässigen Belastung des Drehstromnetzes und die äusserst wertvolle Speichermöglichkeit der Drehstrom- Überschussenergie aufgewogen, wobei die leichte Umbaumöglichkeit bei bereits bestehenden Anlagen schliesslich den Ausschlag gibt.
Das Motorpumpen-Aggregat SM-P kann sehr einfach zu einem Reserve-Aggregat ausgebaut werden, indem an der anderen Seite eine weitere Turbine T"angebaut wird. Man kann in diesem Falle, z. B. bei abnormal kleinem Leistungsbedarf im Einphasenbahnnetz die Pumpe P ab-und die Turbine TU anschalten und den Synchronmotor SM als Drehstromgenerator auf das Drehstromnetz arbeiten lassen.
Natürlich besteht auch die Möglichkeit, den Synchronmotor mit einer Turbine eines im Kraftwerk eventuell vorhandenen Drehstrom-Aggregates kuppelbar zu machen, so dass bei Ausfall des Generators dieses Aggregates der Synchronmotor als Ersatzgenerator auf das Drehstromnetz arbeiten kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anlage zur Kupplung eines durch ein Wasserturbinenaggregat gespeisten elektrischen Netzes mit einem zweiten elektrischen Netz anderer Frequenz bzw. Phasenzahl, gekennzeichnet durch ein vom zweiten Netz gespeistes, an sich bekanntes Motor-Pumpen-Aggregat (SM-P), das der Turbine (T) Wasser zuführt.
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System for coupling an electrical network with a second network with a different frequency or number of phases
In the electrical industry, there is often a need to connect networks of different types with one another in order to supply energy from one network to the other, e.g. B. to cover an excess demand of one network from the other or to be able to accommodate the excess energy present in the other network when the load on one network is suddenly discharged and thereby avoid water or fuel losses. An important case is the problem of feeding a single-phase railway network operated with 16 2/3 periods from a three-phase network operated with 50 periods.
The most obvious solution to this problem is the use of a converter unit, where z. B. from the three-phase network a three-phase motor is operated, which in turn drives a single-phase generator. With this arrangement, however, a constant frequency ratio in both networks is an absolute prerequisite, which in today's practice causes the greatest difficulties. As a way out, an asynchronous motor with a rear machine was used for this purpose, through which the speed can be regulated.
Three-phase collector motors can also be used. Both arrangements, however, are expensive and difficult to implement for greater performance for structural reasons.
If you want to convert existing systems, the addition of a three-phase motor to a turbine single-phase generator unit also creates great difficulties because the extension of the shaft can only be carried out at great expense.
The subject of the invention is a system for coupling an electrical network fed by a water turbine unit with a second electrical network of a different frequency or number of phases, which can also be produced at relatively low cost in existing plants of this type and offers significant advantages especially in storage plants. According to the invention, water is supplied to the turbine by a known motor-pump unit, which is fed by the second network.
In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown in FIG. 1 in the circuit diagram. Fig. 2 shows a pipe connector.
A group of two turbines T and T 'is fed from an accumulator S via the pressure line D. The generators G and G 'coupled to it work on a single-phase railway network. From a three-phase network that is to be coupled to the single-phase network, a three-phase synchronous motor SM is fed, which drives a pump P, which supplies water from the underwater canal U via a connector A before the junction of the pressure line.
So if due to overloading of the rail network or for the purpose of conserving the storage contents of the energy from the z. B. are taken from drives fed three-phase network, the three-phase pump unit SM-P is put into operation and so the turbines at least partially fed by circulating water.
With a suitable design of the connecting pipe section A as a triangular line according to FIG. 3, there is also no difficulty in filling the reservoir S through the pressure line from the underwater when the turbines T and T 'are completely switched off, if, as is usually the case, there is always sufficient underwater, z. B. from a river or lake is available. There is also the possibility of z. B. to feed only a turbine from the pump and to promote the other half of the pressurized water in the memory. Of course, all these options depend on the performance of the motor-pump unit.
With such a system, as with the coupling of both networks with purely electrical machines mentioned at the beginning, additional loads occurring in the single-phase network can therefore be covered from the three-phase network. In addition, however, this arrangement offers the following advantages: a) The system can be built without any structural changes to the turbine units. b) The very unsteady load on the rail network can be applied by a completely uniform power take-off from the three-phase network, since overloads of the rail storage can be covered by the storage, while an underload leads to a filling of the storage.
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c) Excess energy in the three-phase network, e.g.
B. at night or with load shedding in the three-phase network can be stored at any time and therefore withdrawn again in times of shortage, where the energy is to be assessed higher. This is particularly important if the three-phase network is powered by drives.
A disadvantage of such a hydraulic clutch system compared to a purely electric clutch must be the reduction in the efficiency due to the pump and turbine located between the motor and generator.
Compared to the arrangement of an asynchronous motor with rear machine, this arrangement has
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greater efficiency.
However, if you consider the fact that an uneven load on the three-phase network by the railway machines results in further losses, the reduced efficiency is undoubtedly offset by the advantages of the even load on the three-phase network and the extremely valuable storage option for the three-phase excess energy, with the possibility of easy conversion In the case of existing systems, it ultimately makes the difference.
The motor-pump unit SM-P can very easily be expanded into a reserve unit by adding a further turbine T "to the other side. In this case, for example if the power requirement in the single-phase rail network is abnormally low, the pump P off and on the turbine TU and let the synchronous motor SM work as a three-phase generator on the three-phase network.
Of course, there is also the option of coupling the synchronous motor to a turbine of a three-phase unit that may be present in the power station, so that if the generator of this unit fails, the synchronous motor can work as a backup generator on the three-phase network.
PATENT CLAIMS:
1. System for coupling an electrical network fed by a water turbine unit with a second electrical network with a different frequency or number of phases, characterized by a known motor-pump unit (SM-P) fed by the second network, which the turbine (T ) Supplies water.