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Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung eines Stationsnetzes
größerer Leistung Es besteht in steigendem Umfange das Bedürfnis, auch in einem
Stationsnetz größere Leistung bei Ausfall des speisenden Netzes der Stromversorgung
unterbrechungsfrei aufrechtzuerhalten. Solche Stationsnetze größerer Leistung können
beispielsweise zur Speisung von Kühlmittelumwälzpumpen von Reaktoren dienen.
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In der Fig. 1 ist eine bekannte Anordnung zur unterbrechungsfreien
Stromversorgung eines solchen Stationsnetzes schematisch dargestellt. Zur Stromversorgung
bei Ausfall des speisenden Netzes RST dient der aus dem Schwungrad S und dem Synchrongenerator
SG bestehende Schwungradgenerator, der über den Schalter 1 mit dem Stationsnetz
N verbunden ist. Als Verbraucher ist im StationsnetzN der Asynchronmotor M eingezeichnet,
der die Kühlmittelumwälzpumpe P eines Reaktors antreibt. Während des normalen Betriebes
wird das Stationsnetz N über die Schalter 2 und 3 sowie über den Transformator T
vom Netz RST gespeist. Zur Speisung des Stationsnetzes N bei Ausfall des speisenden
Netzes RST läuft die Synchronmaschine SG während des normalen Betriebes leer mit.
Aus der Rotationsenergie des Schwungrades S wird die zur Speisung des Stationsnetzes
erforderliche Energie bei Ausfall des speisenden Netzes aufgebracht. Bei Netzausfall,
bei dem der Schalter 2 geöffnet wird, sinkt die Drehzahl der Synchronmaschine
SG und damit auch die Frequenz im Stationsnetz N. Die bei Wiederkehr
des Netzes RST schnellentregte Synchronmaschine muß dann erneut an das Netz synchronisiert
werden; das Hochfahren bis in die Nähe der synchronen Drehzahl erfolgt durch den
gesonderten, asynchronen Anfahrmotor AM. Das nach Wiederkehr des speisenden
Netzes erforderliche Synchronisieren ist jedoch um so schwieriger durchzuführen,
je größer das Schwungrad und je kleiner damit die elektromechanische Eigenfrequenz
des Schwungradgenerators ist.
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Es sind weiterhin Anordnungen zur Stromversorgung mit einem Schwungradspeicher
bekannt, bei denen das Schwungradaggregat aus einem Schwungrad und einem Asynchronmotor
besteht. Der Asynchronmotor arbeitet bei Spannungsausfall des Netzes als Generator
und erhält seine Erregung von einer Kondensatorbatterie. Durch die Bemessung der
Kondensatorbatterie ist aber die Leistungsabgabe derartiger Notstromversorgungsanlagen
beschränkt. Ferner tritt bei der Übernahme der Leistungsabgabe an den Verbraucher
durch die Asynchronmaschine ein stoßartiger Frequenzabfall auf, da zwischen der
der Netzfrequenz entsprechenden synchronen Drehzahl und der Drehzahl der Asynchronmaschine
eine Differenz besteht. Bei einer derartigen Anordnung wird die für den Notbetrieb
erforderliche kinetische Energie allein vom Schwungrad aufgebracht, das den Bedürfnissen
entsprechend groß dimensioniert werden muß. Für die das Schwungrad antreibende Asynchronmaschine
entstehen daher ungünstige Anlaufverhältnisse; denn im Läuferkreis der Maschine
muß eine der zu speichernden Energie gleich große Energie vernichtet werden. Die
Asynchronmaschine wird daher bei derartigen Anlagen den Anlaufbedingungen entsprechend
ausgelegt, so daß sie für die normale Leistungsabgabe erheblich überbemessen ist.
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Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten überwunden. Gemäß
der Erfindung wird bei einer Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung eines
Stationsnetzes größerer Leistung, bei dem für den Ausfall des speisenden Netzes
eine während des normalen Betriebes leer mitlaufende, mit einem Schwungrad gekuppelte
Asynchronmaschine vorgesehen ist, eine während des Betriebes leer mitlaufende Synchronmaschine,
die nicht mit dem Schwungrad mechanisch gekuppelt ist, der Asynchronmaschine elektrisch
parallel geschaltet und deckt deren Magnetisierungsleistung.
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Es ist an sich bereits bekannt, die Magnetisierungsleistung von Asynchrongeneratoren
durch Synchronmaschinen zu decken. Bei der Verwendung einer während des normalen
Betriebes des Netzes leer mitlaufenden Synchromnaschine in der Anordnung gemäß
der
Erfindung dient diese zwar während der Zeiten des Betriebsausfalles des Netzes zur
Deckung der Erregerleistung der Asynchronmaschine, besitzt jedoch daneben noch andere
wesentliche Vorteile. So kann sie während des normalen Betriebes ständig Blindleistung
an das Netz abgeben, wobei sich die Blindleistungsabgabe je nach dem Leistungsbedarf
eines Netzes regeln läßt. Ferner besitzt die Synchronmaschine ein eigenes Schwungmoment,
das dem Schwungmoment des Schwungrades zugezählt werden kann. Das Schwungrad kann
daher kleiner dimensioniert werden, so daß sich günstigere Anlaufverhältnisse für
die mit dem Schwungrad gekuppelte Asynchronmaschine ergeben. Beim Betriebsausfall
des Netzes übernimmt die Synchronmaschine zuerst die Leistungsabgabe an die Verbraucher.
Es tritt daher kein plötzlicher Frequenzabfall auf, sondern die Synchronmaschine
sinkt allmählich mit ihrer Drehzahl ab. Erst wenn ihre Drehzahl geringer als die
der Asynchronmaschine ist, übernimmt die letztere die Leistungsabgabe an den Verbraucher,
und die Synchronmaschine dient allein zur Deckung der Magnetisierungsverluste der
Asynchronmaschine. Bei Wiederkehr des speisenden Netzes werden das Schwungrad und
die mit ihm gekuppelte Asynchronmaschine selbsttätig auf Nenndrehzahl hochgefahren.
Da die zur Lieferung der Magnetisierungsleistung vorgesehene Synchronmaschine nur
die durch ihre eigene Masse bedingte Rotationsenergie aufweist, ist ihre Grobsynchronisierung
in einfachster Weise möglich.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 2 die Schaltungsanordnung
eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Notstromaggregates als Ausführungsbeispiel
wiedergegeben. Abweichend von der Anordnung der Fig. 1 ist hier die mit dem Schwungrad
S gekuppelte elektrische Maschine AG als Asynchronmaschine ausgebildet. Der
in der Fig. 1 wiedergegebene asynchrone Anlaßmotor entfällt daher. Elektrisch parallel
liegt über dem Schalter 4 die Synchronmaschine SG.
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Sowohl die Asynchronmaschine AG als auch die Synchronmaschine
SG werden vom Netz her hochgefahren. Während des normalen Betriebes hat die dann
als Motor arbeitende Asynchronmaschine AG nur ihre eigenen Leistungsverluste
und die Leistungsverluste des Schwungrades S zu decken, so daß ihr Schlupf klein
ist.
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Die Synchronmaschine SG läuft ebenfalls leer mit. Zweckmäßigerweise
entspricht ihre Erregung auch während des normalen Betriebes den Anforderungen des
Notbetriebes, so daß sie während des normalen Betriebes Blindleistung abgibt.
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Bei Ausfall des speisenden Netzes RST und öffnen des Schalters 2 übernimmt
zunächst die Synchronmaschine neben der Spannungshaltung und der Bereitstellung
der Magnetisierungsleistung für die Asynchronmasehine AG die Lieferung der
im Stationsnetz N benötigten Energie. Da die Rotationsenergie der Synchronmaschine
SG jedoch klein ist, sinkt ihre Drehzahl verhältnismäßig schnell unter die
Drehzahl des Schwungrades S ab. Von diesem Zeitpunkt ab wird die Asynchronmaschine
AG zum Generator und übernimmt ihrerseits die Energielieferung. Die Synchronmaschine
SG arbeitet dann als übererregter Synchronmotor und sorgt lediglich für die
Spannungshaltung und die Lieferung der Magnetisierungsleistung.
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Bei Wiederkehr des speisenden Netzes RST wird die Synchronmaschine
SG schnell entregt. Der Schalter 2 kann wieder eingelegt werden und alle
Maschinen laufen auf ihre der Netzfrequenz entsprechenden Drehzahlen hoch. Die Synchronmaschine
SG geht nach dem Hochfahren durch Grobsynchronisation in den Synchronismus
über und wird dann wieder erregt.
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Zur Einsparung eines Schalters können sowohl die Asynchronmaschine
AG als auch die Synchronmaschine SG über einen einzigen Schalter mit
dem Stationsnetz N verbunden werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in der
Fig. 3 wiedergegeben. Hierbei speisen die AsynchronmaschineAG und die Synchronmaschine
SG das Stationsnetz N über den Schalter 1'.
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Die Anordnung nach der Erfindung kann auch angewendet werden, wenn
durch die Energie des umlaufenden Schwungrades lediglich die Zeitspanne zwischen
dem Ausfall des speisenden Netzes und dem Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine,
die dann die Energielieferung übernehmen kann, überbrückt zu werden braucht. In
diesem Fall empfiehlt es sich, die Welle der Synchronmaschine über eine vorzugsweise
als magnetische Schlupfkupplung ausgebildete Kupplung mit der Welle einer während
des normalen Betriebes stillstehenden Verbrennungskraftmaschine zu verbinden.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei ist die
Synchronmaschine SG über die magnetische Schlupfkupplung K mit dem
Dieselmotor D
verbunden. Nach dem Hochlaufen des Dieselmotors D bei Ausfall
des speisenden Netzes wird die Kupplung K erregt. Der Dieselmotor D übernimmt dann
über die Synchronmaschine SG die Energielieferung des Stationsnetzes N.
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Statt die Verbrennungskraftmaschine mit der Synchronmaschine zu kuppeln,
ist es aber auch möglich, die Welle der Asynchronmaschine über eine vorzugsweise
als magnetische Schlupfkupplung ausgebildete Kupplung mit der Welle der während
des normalen Betriebes stillstehenden Verbrennungskraftmaschine zu verbinden.