<Desc/Clms Page number 1>
Schief1astschutz- Regel- und Registriergerät unter Verwendung eines Unsymmetrie- und Oberwellellabbildes
Es ist bekannt, dass durch Dauerbelastung des Dämpferkäfigs von Generatoren im Rotor grosse thermische Beschädigungen auftreten können. Die Ursachen für diese Gefährdung der Rotoren sind Schieflasten, durch Resonanz hervorgerufene besonders grosse fünfte Netzspannungsobexwellen und grössere Stromoberwellen durch Stromrichter.
Nach den VDE-Vorschriften sollen Turbogeneratoren bis einschliesslich 100 MVA eine relative Schieflast von 12, 5 % dauernd aushalten. Bei dieser Schieflast dürfen die angegebenen Grenzübertempe- raturen nicht überschritten werden. Ältere Generatoren erfüllen diese Bedingungen oft nicht und besitzen z. B. nur eine dauernde relative Schieflastfestigkeit von 6, 50/0.
Die zulässigen Grenzübertemperaturen können nicht nur durch Schieflasten allein, sondern auch durch zusätzliche Oberwellen erreicht werden. Die Oberwellen fünfter, elfter, siebzehnter... Ordnung im Ständerstrom bilden prinzipiell gegenläufige Drehfelder aus. Die Oberwellen siebenter, dreizehnter, neunzehnter... Ordnung bilden mitlaufende Drehfelder. In bezug auf den Rotor entstehen aus je zwei ungeradzahligen Oberwellen des Ständerstroms eine Harmonische gerader, nämlich sechster, zwölfter, achtzehnter... Ordnungszahl. Für die Erwärmung des Rotors ist aus diesem Grund das Quadrat der Summe der paarweise addierten Ständerstromoberwellen massgebend. Dabei ist noch jeweils die erhöhte Stromverdrängung zu berücksichtigen.
Unter ungünstigsten Umständen kann es daher vorkommen, dass durch Zusammenwirken von lang bestehen bleibenden, kleinen Schieflasten mit über längere Zeit vorhandene Oberwellen die Zusatzverluste Werte annehmen, die zu thermischen Zerstörungen im Rotor führen. Es ist daher verständlich, dass vielfach das Bedürfnis entsteht. für Mess-oder Meldezwecke kleinste Schieflasten und gleichzeitig die ebenso für die Rotorerwärmung massgeblichen Oberwellen messtechnisch zu erfassen.
Die bisher entwickelten Schieflastschutzgeräte werden mit dem der Schieflast proportionalen inversen Strom erregt. Dabei bedient man sich zur Aussiebung des inversen Stromes mehr oder weniger stark frequenz-und oberwellenempfindlichen Brückenschaltungen, wobei noch Alterungseinflüsse, haupts1lch- lich bei den eingebauten Kondensatoren, die Messgenauigkeit über längere Zeiträume vermindern.
Die Fig. l, Kurve a, zeigt für die in Verwendung stehenden Stromdrehfeldscheiderschaltungen den entstehenden Fehler in Abhängigkeit des Stromunsymmetriefaktors bei einer Frequenzabweichung von + oder-1, 5 Hz. Man erkennt, dass bei kleinen Unsymmetriefaktoren und Frequenzänderungen die erreichbare Messgenauigkeit dieser Schaltungen stark zurückgeht. Die kleinste Schieflast, die mit einiger Ge-
EMI1.1
der Lage, den eingangs skizzierten Anforderungen gerecht zu werden.
Die vorliegende Erfindung sucht den Anforderungen mit prinzipiell andern Mitteln Rechnung zu tragen. Speist man eine räumlich versetzte Drehstromwicklung mit einem, den unsymmetrischen Strömen proportionalen Spannungssystem, so entsteht ein unregelmässiges elliptisches Drehfeld. In einer offenen einachsigen Läuferwicklung, die genau synchron und damit frequenzproportional mit dem Mitfeld umläuft, werden nur jene Felder eine EMK induzieren, die noch eine Relativgeschwindigkeit gegen die Läuferwicklung besitzen.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Grundwelle dieser EMK ist dem inversen Strom im Generator proportional und tritt mit 100 Hz auf. Ihr ist die sechste Oberwelle, die der fünften gegen-und der siebenten mitlaufenden Generatorstromoherwelle proportional ist, überlagert. Auch die Harmonischen höherer Ordnung und die Nutenoberwellen spiegeln sich in der offenen einachsigen Läuferwicklung. Dieser Rotationstransformator liefert in dieser Beziehung das Abbild der Vorgänge im Rotor von elektrischen Maschinen.
Um die hohe Messgenauigkeit nach Fig. 1, Kurve b, zu gewährleisten, ist es nötig, eine Leistungsentnahme aus dem Rotationstransformator zu vermeiden. Dies gelingt durch Einschaltung eines Impedanzwandlers. Durch Verwendung von Röhren mit langer Lebensdauer oder Transistoren ist eine grosse Betriebsdauer zu erreichen. Sonstige Anforderungen, wie Unabhängigkeit der Kennlinien von Alterungs- und Be- triebsspannungsänderung, hohe Leistungsverstärkung, hohe Ein- und niedere Ausgangsimpedanzen, lineare Spannungsverstärkung, niedere Zeitkonstante und ein Frequenzbereich von 50 bis 1000 Hz, sind mit einfachen Mitteln zu erreichen. Durch den Impedanzwandler wird es erst möglich, Relais und Registriergeräte mit hohem Eigenverbrauch einzusetzen.
Wird ein eisengeschlossener Rotationstransformator verwendet, so darf, um eine lineare Proportionalität zwischen tatsächlichem inversen Strom bzw. Oberwellenströmen und der im Rotationstransforma- tor induzierten EMK zu erhalten, nur der geradlinige Teil der Charakteristik benUtzt werden. Die dreh- feldbildende Ständerseite des RotationstrÅansformators weit unter den Nenndaten zu betreiben, ist auch aus ErwärmungsgrUnden günstig. Das Sättigungsverhalten kann bei extremen Schieflasten, wo die Genauigkeit eine untergeordnete Rolle spielt, zum Schutz nachgeschalteter Instrumente ausgenützt werden, Durch die paarweise Addition der Oberwellen entstehen für Bandfilter die nötigen Frequenzabstän-
EMI2.1
Der Antrieb erfolgt am einfachsten direkt mechanisch vom Generator aus. Sollte dies konstruktiv schwierig durchzuführen sein, gestaltet sich der Antrieb mittels eines seIbstanlaufenden einphasigen Syn- chronkleinstmotors sehr einfach. Bei äusseren Unsymmetrien ist am Einbauort des Schieflastschutzes, das ist vor den Generatorklemmen, nur mit kleinen inversen Spannungen zu rechnen. Sie entstehen als Produkt aus Gegenstrom und der (kleinen) Gegenimpedanz des Generators. Die fUr die Dimensionierung des Antriebsmotors massgeblichen Absenkungen der verketteten oder Phasenspannungen sind ebenfalls klein und die Antriebsauslegung über das stabilitnskriterium der Synchronkleinmaschine günstig.
Alle inneren Fehler, die zu grösseren Spannungsunsymmetrien und damit Spannungsabsenkungen führen können, werden vom Generatorschutz erfasst. Sie müssen bei der Antriebsauslegung nicht mit einbezogen werden.
Bei direktem Antrieb vom Generator aus ist über Stromwandler hoher Klassengenauigkeit nur die sehr kleine Magnetisierungsleistung für den Rotationstransformator aufzubringen. Beim Antrieb mit einem Kleinmotor ist noch dessen Antriebsleistung über Spannungswandler beliebiger Klassengenauigkeit zu decken.
Ein Mehraufwand von Wandlern ist nicht nötig, es können die für Messung, Synchronisierung, Spannungsregelung und Schutz vorhandenen Wandler Verwendung finden.
Gegenüber den ruhenden Drehfeldscheidern bietet der rotierende, nach dem Prinzip des Rotationstransformators arbeitende noch den Vorteil, dass keine Stromwandlerverkettung erfolgen muss.
Fig. 2 gibt als Beispiel die prinzipielle Schaltung eines Schieflastschutzgerätes gemäss der Erfindung wieder, bei dem z. B. der inverse Strom und die Stromoberwelle sechster Ordnung erfasst wird.
Über eine, dem zu schützenden Generator 1 vorgeschaltete Stromwandlergruppe 2 wird dem Ro- tationstransformator 3'über einen Zwischenwandler'4 ein dem Stromsystem proportionales Spannungssystem zugeführt. Vom Generator direkt, oder über einen Kleinstsynchronomotor 5, wird der Rotations-
EMI2.2
-DieDiese wird dem hochohmigen Eingang eines Impedanzwandlers 6 zugeführt und nach der Leistungsverstärkung mittels zweier Filter 7,8 in den inversen Spannungsanteil und in den der 6. Harmonischen entsprechenden Spannungsanteil aufgespaltet. Die Spannungen am Ausgang des Impedanzwandlers sind so
EMI2.3
gesteuert wird. Durch die hohe Leistungsverstärkung des Impedanzwandlers können in den beiden Stromkreisen registrierende Instrumente 11. 12 und Drehspulenrelais 13, 14, 15 mit grossem Eigenverbrauch Verwendung finden.
Im Stromkreis des inversen Stromes liegt ein registrierendes Instrument 11, eine Wicklung eines anzugs-und abfallverzögerten Relais 14 mit einstellbarer Ansprechempfindlichkeit und ein
EMI2.4
sechste Oberwelle beinhaltet ebenso ein Registriergerät 12, ein unverzögertes im Ansprechwert verstellbares Relais 15 und die zweite Wicklung des Summenrelais 14. Die un verzögerten Relais 13, 15 arbeiten
<Desc/Clms Page number 3>
beim Erreichen ihres Ansprechwertes auf Meldung und das anzugs- und abfallverzögerte Relais 14 auf Auslösung.
Bei letzterem ist es möglich, durch die Auslegung der Anzugsverzögerung das für die Rotorerwärmung massgeblichen Produkt (jazz zu erfassen, wobei durch die Abfallverzügerung bei kurz hintereinander folgenden inversen Strömen oder sechsten Oberwellenströmen eine Teilsummierung entsteht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung hoher Messgenauigkeit zur Gewinnung der für die Rotorerwarmung von Elektromaschinen massgeblichen Messgrössen, gekennzeichnet durch die Verwendung einer mit dem Mitfeld synchron umlaufenden einachsigen Wicklung.