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Schutzeinrichtung- zum Vermeiden des Durchgehens -der Drehzahl eines
Stromerzeuger-Aggregates bei Entlastung des Stromerzeugers Die Erfindung betrifft
eine Schutzeinrichtung zum Vermeiden des Durchgehens der Drehzahl eines Stromerzeuger-Aggregates
bei Entlastung des S tromer zeugers mit vom Belastungsstrom abhängigen Steuermitteln
zum Verstellen von Regelorganen für die Energiezufuhr zur Antriebsmaschine. Es sind
Schutzeinrichtungen bekanntgeworden, bei denen der Schnellschlußregler nur bei völliger
Entlastung des Generators anspricht und die Energiezufuhr zur Antriebsmaschine vollkommen
sperrt, so daß die Anlage stillgesetzt wird. Der Schnellschlußregler wird dagegen
bei einer nur teilweisen Entlastung-des Generators nicht betätigt, so da,ß die Möglichkeit
einer unzulässigen Drehzahlerhöhung besteht. Bei allmählicher Verminderung der Belastung
wird der Generator normalerweise mit seiner Drehzahl nicht durchgehen können. Bei
großen Turbinengeneratorsätzen besteht jedoch die Möglichkeit, daß die Drehzahl
durchgeht, wenn ein großer Teil der vollen Belastung plötzlich weggenommen wird.
Insbesondere der Turbinenregler ist nicht in der Lage, die plötzliche Abnahme der
Belastung auszugleichen. Normalerweise ist der Turbinengenerator mit einem Auslösegerät
für Überdrehzahl versehen, wobei die Betätigung dieses Gerätes mit einem sich daraus
ergebenden Zeitverlust ein Schließen desselben bewirkt. Aufgabe der Erfindung ist
es, die Neigung des Generators zum Durchgehen seiner Drehzahl zu verhindern., ohne
ein Stillsetzen des Generators hervorzurufen. Dies wird beim Gegenstand der Erfindung
dadurch erreicht, daß die Verstellung des Regelorgans zur Drosselung der Drehzahl
auf einen von Null verschiedenen Wert bei Abnahme der Belastung von dem höheren
Wert der Teilbelastung auf bzw. unter den niedrigeren Wert der Teilbelastung innerhalb
der Zeittätigkeit eines Zeitgliedes erfolgt. _ Somit wird eine starke Drosselung
der Energiezufuhr der Schutzeinrichtung nur bei einer bestimmten Belastung und Überschreiten
einer bestimmten Geschwindigkeit der Belastung erfolgen. In den anderen Fällen wird
die Änderung der Energiezufuhr ' durch den entsprechenden Maschinenregler vorgenommen.
Die Schutzeinrichtung nach der Erfindung überdeckt also den vom Maschinenregler
-nicht erfaßbaren Zustandsbereich der Anlage. Da die Schutzeinrichtung nach der
Erfindung -eine völlige Stillsetzung der Antriebsmaschine vermeidet, ist die Möglichkeit
gegeben,' die verbleibende Last weiterzuspeisen und die Drosselung durch' die Schutzeinrichtung
nach erfolgter Erhöhung' der Belastung selbsttätig_-rüclcg#ängig zu -machen,' so
daß die Anlage-wieder- lediglich in Regelabhängigkeit von dem Maschinenregler gebracht
wird. - _ . : -- . . .-
- - Hierzu wird die Versorgung- der Speiseenergie
eines .Überwachungsrelais .:durch einen - Sättigungswandler vorgenommen, um auf
diese Weise den Spannungsbereich, in dem das Relais arbeiten muß, zu verringern
und somit auch seine Größe kleiner zu halten.
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Man kann ferner gemäß der weiteren Erfindung eine schnelle Verringerung
der Ausgangsspannung des Sättigungswandlers erreichen, wenn die Eingangsspannung
des Wandlers auf einen solchen unteren' Wert abnimmt, der eine starke Sättigung
des Wandlers erfordert, um dadurch den' kritischen Bereich- eines Relais zu verkleinern,
w' elches von der Ausgangsspannung des Sättigungswandlers abhängig ist.
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Weitere- Merkmale der Erfindung werden in der Beschreibung bei Erläuterung
der zugehörigen' Zeich= nung angegeben. Es zeigt -Fig. 1 die Schaltung-der Schutzeinrichtung
und Fig. -2 eine graphische 'Darstellung für die Veränderung - der Ausgangsspannung
'der' Sättigungswandler nach Fig. 1 in Abhängigkeit von ihren' Eingang sspannung
en: -In Fig. 1 ist eine 'Schutzeinrichtung 10 dargestellt, die zum Verhindern des
Durchgehens der Drehzahl eines mit einer Feldwicklung''14 versehenen Generators
12 dient. Der Generator-,12 speist -im Bereich über Speiseleitungen 18, 20 und 22
eine Belastung 16. 'Der Antrieb des GeneratoYs' 42 erfolgt über geeignete mechanische-
Kraftül#ertraguilgsniittel -durch eine Aiitriebsmaschine öder Turbine 24. Im gezeigten
Aus= führungsbeispief wird die Drehzahl der Turbine 24; und damit- die des Generä.törs
=12 .'durch die :Stellung
eines Ventils 26 bestimmt, das die Tätigkeit
eines Reglers 28 beeinflußt, welcher seinerseits die Dampfmenge für die Turbine
24 abwechselnd durch Ventile 30 und 32 beeinflußt.
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Im allgemeinen enthält die Schutzeinrichtung 10 einen Meßstromkreis
34, einen das Geschwindigkeitsmaß bestimmenden Stromkreis 36, ferner Überwachungsmittel
38 zur Drehzahländerung der Turbine 24 - und damit auch des Generators 12 - sowie
ein Schaltmittel 40 und ein Zeitverzögerungsrelais 42. Der Meßstromkreis 34 dient
zur Erzeugung einer Wechselspannung, die ein Maß für die Belastung des Generators
12 ist. In Abhängigkeit von dieser Ausgangsspannung des Meßstromkreises 34 ist der
Stromkreis 36 gebracht, der dazu bestimmt ist, bei Absinken der Generatorbelastung
auf einen vorbestimmten Wert eine Zeittätigkeit einzuleiten. Das Schaltmittel 40
ist ebenfalls in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Meßstromkreises 34 gebracht;
die Schaltmittel 50 und 40 stellen mittelbar einen Erregerstromkreis für die Überwachungsmittel
38 her, vorausgesetzt, daß die Belastung des Generators 12 innerhalb einer vorher
festgelegten Zeit, nämlich während der Zeittätigkeit des das Geschwindigkeitsmaß
bestimmenden Stromkreises 36, sich weiter auf einen geringeren vorbestimmten Wert
verringert, um dadurch eine Abnahme der Drehzahl des Generators 12 zu erreichen
und somit ein Durchgehen dessen Drehzahl zu vermeiden.
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Das zeitverzögernde Relais 42 stellt sicher, daß die Überwachungsmittel
38 während einer bestimmten Zeit in dem nach dem Ansprechen eingenommenen Zustand
verbleiben.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der Meßstromkreis 34 einen
im Zuge des Leiters 22 angeordneten Stromwandler 44 für die Messung des im Generator
12 fließenden Laststromes sowie einen zum Stromwandler 44 parallel geschalteten
Widerstand 46, an dem (d. h. am Ausgang des Meßstromkreises 34) eine Wechselspannung
auftritt, die ein Maß für die Belastung des Generators 12 ist. Der das Geschwindigkeitsmaß
bestimmende Stromkreis 36 enthält Schaltmittel 50, und zwar ein Überwachungsrelais
mit einem Anker 52, einer Erregerspule 54, einem beweglichen Kontakt 56, festen
Kontakten 58 und weiterhin ein Zeitverzögerungsrelais 60 mit einem Anker 62, einer
Erregerspule 64, festen Kontakten 66, einem beweglichen Kontakt 68 und einem Betätigungsglied
70, dessen Arbeitsweise nachstehend noch erläutert wird. Im gezeigten Beispiel wird
die Zeitverzögerung des Zeitverzögerungsrelais 60 durch eine dargestellte Luftdämpfung
72 bewirkt.
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Um den Spannungsbereich, innerhalb dessen das Überwachungsrelais 50
anspricht, zu verkleinern und damit auch die Größe dieses Relais zu verringern,
wird das Überwachungsrelais 50 von einem Sättigungswandler 76 gespeist, der eine
Primärwicklung 78 und eine Sekundärwicklung 80 hat. Im Betrieb ist der Sättigungswandler
76 abhängig von der am Widerstand 46 auftretenden Wechselspannung und damit auch
von dem im Generator 12 fließenden Belastungsstrom.
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Zwecks Begrenzung des Stromflusses und Vermeidung von Schäden in der
Primärwicklung 78 des Sättigungswandlers 76 bei erreichter Sättigung desselben ist
ein verstellbarer Widerstand 82 der Primärwicklung 78 vorgeschaltet, so daß der
Anteil des Belastungsstromes im Generator 12, welcher eine Sättigung des Wandlers
herbeiführt, schnell verändert werden kann. Bei der dargestellten Einrichtung ist
dabei vorausgesetzt, daß der Widerstand 82 so eingestellt ist, daß der Wandler 76
bei annähernd 50% des Vollaststromes im Generator 12 gesättigt ist.
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Um die Ausgangsspannung des Sättigungswandlers 76 bei Absinken der
am Widerstand 46 abgenommenen Spannung unter einem solchen Wert, welcher notwendig
ist, um eine Sättigung des Wandlers 76 herbeizuführen, schnell zu vermindern, ist
eine Sättigungsdrossel 84 in Reihe zur Primärwicklung 78 des Wandlers 76 geschaltet.
Die Art, in der die Ausgangsspannung und damit auch die Spannung an der Sekundärwicklung
80 abnimmt, ist durch die Kurve 86 in Fig. 2 veranschaulicht. Durch das angegebene
Einfügen der Sättigungsdrossel 84 zwischen den Ausgang des Meßstromkreises 34 und
den Eingang des Wandlers 76 wird der kritische Bereich des Überwachungsrelais 50
verringert. Zur Gleichrichtung der Ausgangsspannung des Sättigungswandlers 76 und
Zuführung von Gleichstrom an die Erregerspule 54 des Überwachungsrelais 50 ist zwischen
der Sekundärwicklung 80 des Wandlers 76 und der Erregerspule 54 ein Mehrweg-Trockengleichrichter
90 eingefügt.
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Wie vorerwähnt, bildet das Überwachungsrelais 40 bei den gegebenenBedingungen
einen Speisestromkreis für die Überwachungsmittel 38, die aus einem Relais mit einer
Erregerspule 92 und einem mechanisch mit dem Ventil 26 verbundenen Anker 94 bestehen.
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Das Überwachungsrelais 40 besteht seinerseits aus einer Erregerspule
96, einem Anker 98, einem beweglichen Kontakt 100 und festen Kontakten 102. Entsprechend
wie beim Überwachungsrelais 50 erhält das Überwachungsrelais 4Ö Energie von einem
Sättigungswandler 104, der eine Primärwicklung 106 und. eine Sekundärwicklung 108
besitzt. Auf diese Weise kann die Größe des Überwachungsrelais 40 durch entsprechende
Dimensionierung des Sättigungswandlers 104 und Einfügen zwischen den Ausgang des
Meßstromkreises 34 und das Überwachungsrelais 40 gleichermaßen verringert werden.
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Im dargestellten Fall ist die Primärwicklung 106 des Wandlers 104
in Reihe mit einem verstellbaren Strombegrenzungswiderstand 110 geschaltet, der
den Stromfluß durch die Primärwicklung 106 begrenzt, sobald der Sättigungswandler
104 gesättigt ist. Durch Einstellen des Strömbegrenzungswiderstandes 110 kann der
prozentuale Anteil der Generatorbelastung, bei der der Sättigungswandler 104 gesättigt
wird, verändert werden. Für gewöhnlich soll der Wandler 104 bei einem niedrigeren
prozentualen Anteil der Belastung des Generators 12 gesättigt sein als der Wandler
76. In bezug auf die Zeichnung ist vorausgesetzt, daß der Widerstand 110 so eingestellt
ist, daß der Sättigungswandler 104 etwa bei 10%igem Laststrom im Generator gesättigt
ist. Die Art und Weise, wie die Ausgangsspannung des Sättigungswandlers 104 mit
der Größenordnung seiner Eingangsspannung variiert, ist durch die Kurve 112 in Fig.
2 dargestellt. Zwecks Erzeugung eines Gleichstromes für die Speisung der Erregerspule
96 des Überwachungsrelais 40 ist ein Mehrweg-Trockengleichrichter 114 zwischen die
Erregerspule 96 und die Sekundärwicklung 108 des Sättigungswandlers 104 geschaltet.
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Zur Bildung eines Speisestromkreises für die Erregerspule 92 des Relais
38 in Abhängigkeit vom Ansprechen des Überwachungsrelais 40 ist ein Relais 116 vorgesehen.
Hierfür weist das Relais 116 eine Erregerspule 118, je 'einen beweglichen Kontakt
120 und 124 mit zugeordneten festen Kontakten 122 bzw. 126 auf.
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Das Ansprechen des Zeitverzögerungsrelais 42 ist abhängig vom Ansprechen
des Relais 116 und überbrückt
nach Ansprechen die Kontakte 66 und
68 des Zeitverzögerungsrelais 60 Während einer vorbestimmten Zeitdauer, in der gleichzeitig
die Überwachungsrelais 40 und 50 abgefallen sind und das Relais 116 angezogen ist.
Dadurch wird die beschriebene Betätigung des Ventils 26 für diese Zeit erreicht.
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Das Zeitverzögerungsrelais 42 besitzt eine Erregerspule 128, einen
Anker 130, bewegliche Kontakte 132 und 136, dazugehörige feste Kontakte 134 bzw.
138, ein Betätigungsglied 140, dessen Arbeitsweise nachfolgend beschrieben wird,
eine Druckfeder 142 -zum Andrücken des beweglichen Kontaktes 136 an die zugehörigen
festen Kontakte 138 so lange, bis das Betätigungsglied 140 eine Trennung beider
Kontakte 136 und 138 bewirkt, ferner einen als Luftbremse ausgebildeten Zeitverzögerungsmechanismus
144. Im Ausführungsbeispiel erhalten die Relais 38, 42, 60, 116 ihre Energie über
die Leitungen 146 und 146', die Gleichspannung führen.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der dargestellten Einrichtung nach
Fig. 1 beschrieben.
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Wenn der Generator 12 mit voller Belastung betrieben wird, -sind sämtliche
Relais in der in Fig. 1 dargestellten Lage. Angenommen, daß die Belastung am Generator
12 bis auf 50°/o ihres Nennwertes abnimmt, dann ist die Spannung der Primärwicklung
78 des Wandlers 76 nicht ausreichend, um den Wandler 76 zu sättigen, so daß das
Überwachungsrelais 50_abfällt und damit sein beweglicher Kontakt 56 die zugeordneten
festen Kontakte schließt, so, daß ein Erregerstromkreis für die Erregerspule 64
des Zeitverzögerungsrela.is 60 geschlossen wird. Dieser Erregerstromkreis geht vom
Leiter 146' über die Erregerspule 64 und den beweglichen Kontakt 56 des Überwachungsrelais
50 zum Leiter 146. Somit wird bei Herstellen des Erregerstromkreises die Zeittätigkeit
des Zeitverzögerungsrelais 60 eingeleitet.
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Nach Beginn der Zeittätigkeit des Zeitverzögerungsrelais 60 hält der
bewegliche Kontakt 68 des Relais 60 seine zugehörigen festen Kontakte 66 so lange
für eine bestimmte Zeit geschlossen, bis das Betätigungsglied 70 den beweglichen
Kontakt 68 nach aufwärts bewegt und dabei die Kontakte 68 und 66 voneinander trennt.
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Wenn die Belastung des Generators 12 auf einen Wert, z. B. unter 1011/o
der Nennlast, absinkt, dann fällt das Überwachungsrelais 40 ab und stellt dabei
einen Erregerstromkreis für die Erregerspule 118 des Relais 116 her, vorausgesetzt,
daß die Zeittätigkeit des Relais 60 noch nicht beendigt ist.
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Dieser Erregerstromkreis für die Erregerspule 118 geht von dem Leiter
146' über den beweglichen Kontakt 68 des Zeitverzögerungsrelais 60, die Erregerspule
118 des Relais 116, den beweglichen Kontakt 100 des Überwachungsrelais 40 sowie
den 'beweglichen Kontakt 56 des Überwachungsrelais 50 zum Leiter 146. Es ist jedoch
zu beachten, daß dieser Erregerstromkreis für die Erregerspule 118 des Relais 116
nur gebildet wird, wenn die Belastung des Generators 12 genügend schnell von 50
bis unter 10°/o der Nennlast abnimmt, so daß das Absinken innerhalb der Zeittätigkeit
des Relais 60 erfolgt. Wenn dagegen die Zeittätigkeit des Zeitverzögerungsrelais
60 beendet ist, ehe das Überwachungsrelais 40 abgefallen ist, so ist es natürlich
für das Überwachungsrelais 40 unmöglich, einen Erregerstromkreis für die Erregerspule
118 des Relais 116 herzustellen. Es ist deshalb die das Geschwindigkeitsmaß bestimmende
Tätigkeit wichtig.
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Angenommen, daß die Belastung des Generators 12 bis unter 10'% während
der Zeittätigkeit des Relais 60 absinkt; dann werden die beweglichen Kontakte 120
und 124 j e«#eils mit ihren zugehörigen festen Kontakten 122 und 126 in leitende
Verbindung gebracht. Auf diese Weise wird ein Erregerstromkreis für die Erregerspule
92 des Relais 38 hergestellt, der vom Leiter 146' über den beweglichen Kontakt 120
des Relais 116, die Erregerspule 92 des Relais 38 und den beweglichen Kontakt 124
des Relais 116 zum Leiter 146 geht. Wenn die Erregerspule 92 des Relais 38 stromdurchflossen
wird, wird das Ventil 26 verstellt, dadurch die der Turbine 24 zugeführte
Dampfmenge verringert und somit die Drehzahl der Turbine 24 und des Generators 12
gehemmt, so daß ein Durchgehen der Drehzahl des Generators nicht eintreten kann.
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Durch das Anziehen des Relais 116 wird auch gleichzeitig ein Erregerstromkreis
-für die Erregerspule 128 des Zeitverzögerungsrelais 42 hergestellt und dadurch
eine Zeittätigkeit des Relais 42 eingeleitet. Auf diese Weise wird sichergestellt,
daß, sobald die Erregerspule 92 des Relais 38 stromdurchflossen ist, ein Erregerstromkreis
für die Erregerspule 11'8 des Relais 116 und damit auch für die Erregerspule 92
des Überwachungsrelais 38 während einer bestimmten Zeit bestehenbleibt, wobei vorausgesetzt
ist, daß die Überwachungsrelais 40 und 50 in der abgefallenen-Stellung bleiben.
Es stellt also das Zeitverzögerungsrelais 42 unter diesen Bedingungen einen Nebenschlußstromkreis
für das Zeitverzögerungsrelais 160 über seine Kontakte 136 und 138 her. Natürlich
würde, wenn das Zeitverzögerungsrelais 42 nicht vorgesehen wäre, der Erregerstromkreis
für die Erregerspule 92 des Relais 38 unterbrochen werden, sobald die Zeittätigkeit
des Zeitverzögerungsrelais 60 beendet ist.
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Es ist zu bemerken, daß sich die Schutzeinrichtung 10 selbst in ihre
Ausgangslage zurückstellt, wenn die Belastung des Generators 12 auf ihren vollen
Wert erhöht wird. Es fällt nämlich das Relais 116 in die dargestellte Lage gemäß
Fig. 1 ab, wenn das Überwachungsrelais 40 bei normaler Belastung wieder angezogen
hat. Auf der anderen Seite fällt das Zeitverzögerungsrelais 60 in die in Fig. 1
gezeigte Lage ab, wenn das Überwachungsrelais 50 angezogen hat; auch das Zeitverzögerungs'relais
42 kehrt, sobald es seine Zeittätigkeit beendet hat, in die in Fig. 1 dargestellte
Lage zurück.
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Selbstverständlich können an Stelle des Meßstromkreises 34 auch besondere
Überwachungsmittel zur tatsächlichen Messung der Dreiphasenenergie verwendet werden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten;
beispielsweise kann sie schnell an die Arbeitsbedingungen verschiedenartiger Generatoren
angepaßt werden. Hierzu kommt, daß die neue Einrichtung nur für die Belastungshöhen
und die Zeit empfindlich ist, so. daß sie nicht durch verzerrte Stromwellen von
Fehlerströmen oder von während Schalthandlungen auftretenden Wellen fehlerhaft beeinflußt
wird.
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Da gewisse Veränderungen in den oben beschriebenen Geräten und Stromkreisen
sowie verschiedene Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne vom Wesen
und Umfang der Erfindung abzuweichen, soll das beschriebene Ausführungsbeispiel
nach der Zeichnung im erläuternden und nicht im beschränkten Sinne aufgefaßt werden.