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Anordnung zum Schutz elektrischer Maschinen imVerbundbetrieb gegen
überlastung Die üblichen Generatorschutzeinrichtungen haben die Aufgabe, bei Netz-
und/oder Maschinenstörungen eine Beschädigung der Maschine durch Abschaltung zu
verhindern oder klein zu halten. Auch ist es bei Motoren bekannt, durch die als
überlastschutz dienenden Bimetallrelais eine Abschaltung herbeizuführen.
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überlastungen von Generatoren, die zwischen der Nennleistung und dem
Ansprechwert der Schutzeinrichtungen liegen, werden mitunter durch strom- oder leistungsabhängige
Relais mit oder ohne Zeitverzögelung optisch oder akustisch dem Schaltwärter gemeldet.
Maschinen, die zur Regelung irgendwelcher Betriebsgrößen selbsttätig gesteuert werden
- wobei die Gefahr einer überlastung besteht -, erhalten zuweilen
Begrenzungsregelungen, die ein überschreiten der Nennleistung verhindern. Beim Drehstromverbundbetrieb
mit einer weitgehend starren Netzfrequenz treten überlastungen nur selten auf, während
bei Maschinensätzen zur Speisung von Bahnanlagen Überlastungen häufiger vorkommen.
Beim Anfahren von Zügen und beim Fahren an Steigungen entstehen vorübergehend Belastungen,
die bei wirtschaftlicher Erstellung der Erzeugungsanlagen nur durch überlastung
gedeckt werden können.
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Für Generatoren sind verschiedf-,ne Regelanordnungen bekannt, die
die abgegebene Maschinenleistung in Abhängigkeit von übergabeleistungsreglern, Frequenzreglern,
Spannungen, Leistungsgegendruckreglem, Blindleistungsreglem oder Leistungsfaktorreglem
selbsttätig beeinflussen. Außerdem ist eine Regelvorrichtung bekannt, bei der zur
planmäßigen Änderung oder Konstanthaltung der Leistung von Stromerzeugem die Steuerung
eines Regelorgans über einen Verstellmotor erfolgt und die Zeitdauer der Einwirkung
des Verstellmotors auf das Regelorgan von der Größe der Sollistwertabweichung abhängig
ist. Die neue Schutzanordnung soll nicht - wie die vorgenannten Regelanordnungen
- zur Regelung von Betriebsgrößen dienen, sondern für einen Grenzwertregler
den Sollwert liefern, der von der vorangegangenen Belastung und der damit verbundenen
augenblicklichen überlastungsmöglichkeit der Maschine abhängt. Der dieser Schutzanordnung
nachgeschaltete Grenzwertregler beeinflußt die abgegebene Maschinenleistung nur
dann, wenn die durch den zugeführten Sollwert bestimmte Belastungsgrenze überschritten
wird.
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Die Erfindung bezweckt die bestmögliche Ausnutzung des überlastbereiches,
indem zunächst das Arbeiten im überlastbereich freigegeben und erst bei Erreichen
der zulässigen überlastdauer die Maschinenleistung auf die dann zulässige Dauerbelastung
herabgesetzt wird. Bei Unterbelastung wird die Lastbegrenzung wieder auf das zulässige
überlastungsmaß erhöht. Es handelt sich dabei also um eine Annäherung an die tatsächlichen
Grenzwerte.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß in
Abhängigkeit von Leistung und/ oder Strom der Sollwert eines Begrenzungsreglers
für die Maschinenleistung entsprechend der Größe und Dauer der zulässigen überlastung
selbsttätig gesteuert wird.
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Zwei mögliche Ausführungen des Gegenstandes der Erfindung für einfachere
Verhältnisse sind in Fig. 1 bis 4 dargestellt. Fig. 1 zeigt eine überlastzeitkurve.
Die Meß- und Steuereinrichtung dazu ist in Fig. 2 angegeben. 1 ist ein Leistungsmeßumformer;
2 ist das an die Maschine angeschlossene Leistungsmeßwerk, dessen Drehmoment dem
Moment des Gleichstrommt- rkes 3 entgegengesetzt ist. Letzteres wird mittels
Widerstand 5 auf ein der Nennleistung der Maschine entsprechendes Drehmoment
eingestellt. Ein Kompensationssystem 4 an sich bekannter Art gibt einen der Abweichung
von der Nennleistung in Größe und Richtung proportionalen Gleichstrom ab. Der Integrator
6 besteht aus dem Meßmotor 7, dessen Drehgeschwindigkeit dem zugeführten
Strom proportional ist, der Kontaktbahn 8, dem daran anschließenden Widerstand
9 und dem Schleifer 10, der von dem Motor 7 verstellt wird.
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Zunächst steht der Schleifer 10 in der gezeichneten Endstellung,
der Sollwert des nachgeschalteten, nicht dargestellten Grenzwertreglers beträgt
15011/o. Die Leistung des Generators ist also durch den Grenzwertregler auf 150
%der Nennleistung begrenzt. Wird die Maschine über Nennleistung hinaus belastet,
so
beginnt der Integrationsmotor 7 zu laufen. Die Zeit, in
welcher der Schleifer den Teil 8 passiert, ist der überlast umgekehrt proportional
und entspricht somit der Kurve nach Fig. 1. Da auf der Kontaktbahn
8
überall das gleiche Potential- herrscht, bleibt der Sollwert des Grenzwertreglers
konstant, bis der Schleifer #on der Kontaktbahn 8 auf den Widerstand
9 übertritt. Von diesem Punkt ab wird der Sollwert des Grenzwertreglers,
stetig bis auf 1000h, d ' h. auf Nennleistung herabgesetzt. Die maximale
Maschinenleistung wird dadurch etwa den in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten
Linien gemäß auf Nennleistung zurückgebracht.
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Bei Unterschreitung der Nennleistung wird der Schleifer
10 wieder nach oben geführt. Die Rückstellgeschwindigkeit kann durch das
stromrichtungsabhängige Widerstandsglied 11 dem Abkühlungsverhalten der Maschine
angepaßt werden.
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Für die überlastzeitkurve nach Fig. 3 zeigt die Fig. 4 eine
geeignete Schaltung. Hier ist eine Dauerleistung von 110,% zugelassen. Die überlastzeitkurve
gilt für eine Ausgangsleistung von 100% oder darunter.
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Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind mit den gleichen Bezeichnungen versehen.
Der Integrator 6 enthält hier einen zweiten Meßmotor 13, der mit dem
Meßmotor 7 über ein Differentialgetriebe 14 und eine Differentialwelle
15 den Schleifer 10 verstellt. Mit diesem ist der Schleifer 12 eines
weiteren Widerstandes 22 mechanisch verbunden. Außerdem wirkt der Leistungmeßumformer
nur einseitig, d. h., der Meßmotor 7 läuft nicht zurück, wenn die
Maschinenleistung den Betrag von 110% unterschreitet.
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Der Leistungsmeßumformer 16 ist aufgebaut wie der Leistungsmeßumfonner
1 in Fig. 2. Das Leistungsmeßwerk ist mit 17, das Gleichstrommeßwerk
mit 18, der Einstellwiderstand mit 20 und das Kompensationssystem mit
19 bezeichnet. Der zweite Meßmotor 13 hegt an dem Widerstand 21 und
dem Schleifer 12 des Widerstandes 22. Der Widerstand 22 ist mit konstanter Spannung
gespeist, während der Kompensationsstrom am Widerstand 21 eine, proportionale Spannung
hervorruft. Der Spannungsabfall am Widerstand 22 ist so groß wie der am Widerstand
21 bei 10,% Überlast.
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Bei Überschreitung der 110-11/o-Grenze arbeitet der Meßumformer
1 mit dem Integrator 6, genau wie im Falle der Anordnung nach Fig.
2. Nach Erreichen der Überlastzeitkurve wird der Sollwert des Grenzwertreglers durch
den Schleifer 10 über den Widerstand 9
auf 1100le zurückgeführt.
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Im überlastbereich von 100 bis 110% steuert der Meßumformer
16 über den Meßmotor 13 den Grenzwertregler. Bei Überschreitung der
Nennleitung von 10011/o läuft der Meßmotor 13 mit einer der überschreitung
-proportionalen Geschwindigkeit und verstellt dabei die Schleifer 12 und
10. Dadurch entsteht für den Meßmotor 13 am Widerstand 22 eine Gegenspannung.
Der Meßmotor 13 und damit die Schleifer 12 und 10 kommen zur
Ruhe, sobald die Gegenspannung am Widerstand 22 die Spannung am Widerstand 21 kompensiert.
Die Stellungen sind mit dem richtigen Zeitverzug proportional dem überlastbereich
von 100 bis 110,% zugeordnet. Die untere Endstellung des Schleifers 12 entspricht
schließlich einer Dauerleistung von 11011/o. Hier ist auch der Sollwert des Grenzwertreglers
auf 110,%, herabgesetzt; eine weitere Überlastung ist daher nicht möglich. Die Stellgeschwindigkeit
des Meßmotors 13 entspricht etwa der Temperaturzeitkonstante der Maschine.
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Liegt eine Vorbelastung zwischen 100 und 110')/o der Nennleistung
vor, so hat der Schleifer 10 bereits einen Teil des Weges auf der Kontaktbahn
8 zurückgelegt. Überschreitet nunmehr die überlast die 1 10-19/o-Grenze,
so kommt auch der Meßmotor 7 zum Anlauf und führt zusätzlich rasch über das
Differentialgetriebe 14 den Schleifer 10 nach unten, wodurch der Grenzwertregler
auf 1100/9 gestellt wird. Unterschreitet die Leitung die 110-,1/o-Grenze, so führt
der Leistungsmeßumformer 16 über Meßmotor 13 die Schleifer 12 und
10 nach und nach auf einen Punkt zurück, dessen Lage von der zwischen
100 und 110 % betragenden Leistung abhängt. Erst bei 10011/o Leistung
oder weniger und entsprechender Laufzeit wird die Ausgangslage wieder erreicht.
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Statt mit einem Differential-etriebe kann die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe auch mit einem einzigen Meßmotor erfüllt werden,wobei der Zusatzeinfluß
von Meßumformer 1 elektrisch dem Meßmotor 13 überlagert wird. Auch
läßt sich seine Arbeitskurve den tatsächlichen Verhältnissen unter Umständen durch
Quadrierung der Abweichung von der Nennleistung besser annähern. Statt der Quadrierung
kann aber auch eine andere Funktionsbildung erfolgen.