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Anordnung zur Überwachung eines Netzes Die Erfindung bezieht sich
auf eine Anordnung zur Überwachung eines Netzes, an welchem selbsterregte oder fremderregte
Synchronmaschinen arbeiten, insbesondere bei Betrieb von Sofortbereitschaftsanlagen
mit Energiespeichern.
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Bei Sofortbereitschaftsanlagen, die in bekannter Weise mit Energiespeicher
- z. B. Schwungrad mit Verbrennungskraftmaschine, Speicherbatterie mit Gleichstrommaschine
od. ä. - und Umkehrmaschine (Motorgenerator) arbeiten, ist ein schnelles Erkennen
eines Netzausfalles unbedingt erforderlich, da sonst die zwischen Netztrennstelle
und Netzeinspeisung liegenden Netzverbraucher während des Netzausfalles durch den
Energiespeicher mitversorgt werden.
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Der Netzausfall wird üblicherweise mittels eines Leistungsrichtungsrelais
an der Umkehrmaschine erkannt. Befindet sich die Anlage zum Zeitpunkt des Netzausfalles
im Leerlauf oder annähernd im Leerlauf (d. h. Notstromverbraucherlast etwa 0) und
sind außerdem zwischen Netztrennstelle und Netzeinspeisung keine Verbraucher angeschlossen,
so spricht das Leistungsrichtungsrelais nicht an. Bei kleineren Lasten können sogenannte
Verzugszeiten des Leistungsrichtungsrelais entstehen, so daß bei kurzzeitigem Netzausfall
(kleiner als 5 Sekunden) der Netzschalter nicht ausschaltet und ein Wiederaufschalten
der Netzspannung auf eine bereits um einen gewissen Polradwinkel gegenüber der Netzspannung
geschlüpfte Umkehrmaschine erfolgen kann. Die hierbei entstehenden Stromstöße können
die Anlage gefährden.
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Da die Umkehrmaschine sofort vom motorischen in den generatorischen
Betrieb übergeht, ist die Spannung bis zur Netzunterbrechungsstelle nur wenig verändert;
sie entspricht sogar völlig dem vorherigen Zustand, wenn zwischen Netztrennstelle
und Netzschalter keine Verbraucher angeschlossen sind. Somit ist eine Spannungsüberwachung
ausgeschlossen.
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Eine ohmsche Vorlast auf der Netzseite anzubringen, empfiehlt sich
wegen der erheblichen Baugröße und der anfallenden Leistungsverluste ebenfalls nicht.
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Eine weitere Möglichkeit der Erkennung eines Netzausfalles besteht
darin, eine einphasige induktive Verbraucherlast in der Netzeinspeisung anzuordnen.
Ein Phasensymmetrierelais, das zwischen Umkehrmaschine und Netzeinspeisung eingebaut
ist, registriert bei Netzausfall die durch die Umkehrmaschine gespeiste einphasige
Blindlast und schaltet den Netzschalter aus. Eine derartige Anordnung arbeitet nur
dann zufriedenstellend, wenn in den übrigen Phasen zwischen Netztrennstelle und
Netzeinspeisung keine einphasigen Netzverbraucher ähnlicher Größenordnung eingeschaltet
sind. Außerdem ist auch der Aufwand der anzuordnenden Blindlast nicht unerheblich.
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Es ist bereits eine Anordnung zur Überwachung von Drehstromverbrauchern
beliebiger Art bekannt, bei der in die Mittelleiterverbindung zwischen Sternpunkt
des Drehstromverbrauchers und Netz-Mp ein Überwachungsgerät eingebaut ist. Der bekannte
Vorschlag geht von der Überlegung aus, daß durch Phasenausfall, Überlastung oder
Erdschluß eine Beeinflussung der Spannung zwischen Sternpunkt des Drehstromverbrauchers
und Netz-Mp (Netzmittelpunkt) auftritt, die als Fehlerkriterium verwendet werden
kann. Da die schaltungsgemäße Ausnutzung dieser Sternpunktspannung recht schwierig
ist, ist es zur eindeutigen Fixierung eines Signals notwendig, beispielsweise eine
Drossel zwecks Kompensierung von Phasendrehung der Sternpunktspannung vorzusehen,
und außerdem wird eine konstante Vergleichsspannung beliebig veränderlicher Größe
benötigt.
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Durch die Erfindung wird es möglich, die Zuhilfenahme zusätzlicher
Vergleichsspannungen zu vermeiden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer
Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß zwischen dem Sternpunkt einer
Drehstromsynchronmaschine und dem Netznulleiter (Mp) ein Netzüberwachungsgerät mit
Nullpunktdrossel eingebaut ist und daß die bei Normalbetrieb an dieser abfallende
Oberwellenspannung ein den Netzschalter beeinflussendes Unterspannungsrelais oder
die Nullspannungsspule des Schalters steuert. Zur eindeutigen Auslösung des Signals
wird daher die in der Phasenspannung einer selbsterregten oder fremderregten Synchronmaschine
durch den nichtsinusförmigen Flußverlauf induzierte Oberwellenspannung herangezogen.
Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann zwischen der Nullpunktdrossel und dem
Unterspannungsrelais bzw. der Nullspannungsspule ein nichtlineares Schaltglied,
beispielsweise ein Gleichrichter. angeordnet sein. Die an der Nullpunktdrossel abfallende
Oberwellenspannung steuert dann dieses Unterspannungsrelais bzw. die Nullspannungsspule.
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Die Erfindung läßt sich ferner dadurch weiter ausgestalten, daß die
Nullpunktdrossel mit einem Luftspalt und Wicklungsanzapfungen und gegebenenfalls
außer mit einem Luftspalt noch mit einer Sekundärwicklung mit Wicklungsanzapfungen
versehen wird.
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Die Öffnung des Netzschalters erfolgt bei einer Anordnung gemäß der
Erfindung unabhängig von der Höhe, der Art und der Anordnung sowohl der Notstromverbraucherlast
als auch der Netzverbraucherlast praktisch unverzögert.
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F i g. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Hier ist
1 ein Hochspannungsnetztrafo, 2 die Netztrennstelle, 3 die Netzverbraucher, 4 die
Netzeinspeisung. 5 der Netzschalter, 6 der sogenannte Umgehungsschalter (Speisung
der Notstromverbraucher bei Störung der Umkehrmaschine direkt vom Netz), 7 der Notstromverbraucherschalter,
8 die Notstromverbraucher, 9 die Umkehrmaschine und 10 ein Netzüberwachungsgerät.
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F i g. 2 zeigt den Aufbau des Netzüberwachungsgerätes 10, bestehend
aus der Nullpunktdrossel 11
mit Primärwicklung 11 a und Sekundärwicklung
11 b,
dem nichtlinearen Schaltglied 12 (im allgemeinen ein Gleichrichter)
und dem Unterspannungsrelais 13.
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Üblicherweise sind Notstromversorgungsanlagen mit Mittelpunktleiter
ausgestattet; des weiteren werden Generatoren, von Sonderfällen abgesehen, mit einer
Sehnung > 2l3 ausgeführt, so daß im Netzbetrieb einer Synchronmaschine immer ein
Ausgleichsstrom höherer Ordnung auftritt, der dominierend von der dritten Harmonischen
(Spannungsoberwelle) herrührt. Erfindungsgemäß wird dieser Ausgleichsstrom dem Netzüberwachungsgerät
10 über die Nullpunktdrossel 11 zugeführt. Die Nullpunktdrossel 11 erhält entweder
eine angezapfte Primärwicklung 11 a oder eine Sekundärwicklung 11
b, ebenfalls mit Anzapfungen, so daß in Verbindung mit dem einstellbaren
Luftspalt sowohl die Höhe des Ausgleichsstromes selbst als auch die dem nichtlinearen
Glied 12 zugeführte Steuerspannung eingestellt werden kann. y Bei ungestörtem Netzbetrieb
fließt nun ein Ausgleichsstrom, vorwiegend der dritten Harmonischen über die Nullpunktdrossel
11; der an der Nullpunktdrossel entstehende Spannungsabfall wird dem nichtlinearen
Schaltglied 1.2 zugeführt, welches seinerseits die Nullspannungsspule unter Spannung
hält. Erfolgt ein Netzausfall, so wird der Strom der dritten Harmonischen = 0 und
somit auch die an der Nullpunktdrossel n durch ihn erzeugte Spannung. Ströme kleiner
einphasiger Netzverbraucher, die eventuell sogenannte Verzugszeiten in dem in der
Anlage befindlichen nicht dargestellten Leistungsrichtungsrelais erzeugen können.
treten wegen der Beziehung 2.7" f L (;" = Ordnungsziffer der Harmonischen)
nicht in Erscheinung. Hierfür sorgt vor allen Dingen das nichtlineare Schaltglied
1.2, mit dem auch der Einfluß des sogenannten Halteverhältnisses der Nullspannungsspule
bzw. des Unterspannungsrelais verringert wird.
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Bei größeren einphasigen Verbraucherlasten zwischen Netztrennstelle
2 und Netzeinspeisung 4 spricht das Leistungsrichtungsrelais so schnell an, daß
eine praktisch unverzögerte Abtrennung der Anlage vom Netz erzielt wird.
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Die hier beschriebene Anordnung kann auch zur Netzüberwachung in einfachen
Notstromanlagen eingesetzt werden.