DE1438690C - Sofortreserveanlage für elektrisches Leitungsnetz - Google Patents

Description

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schlagungszeit der Wasserturbine bis zur Vollast er- in den mit diesem ständig umlaufenden Massen geheblich verlängern. Demgegenüber kann eine Druck- speicherte Energie verhindert dabei ein zu schnelles gasquelle schneller zur Wirkung kommen, so daß Absinken der Spannung im Verbrauchernetz,
nach kurzer Zeit der Vollastpunkt der Turbine er- Sobald die Spannung am Drehstrommotor ausreicht ist. 5 bleibt, ergeht das Startkommando sowohl für die Um die Sofortreserveanlage nach kurzer Zeit wie- Beaufschlagung der mit dem Stromerzeuger ständig der einsatzfähig zu haben, ist es zweckdienlich, daß in umlaufenden Wasserturbine als auch für die Zweibekannter Weise eine selbsttätig wirkende Vorrich- wellengasturbine. Bedingt durch die Trägheit der tung zur Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft dieses Kommando weitergebenden Schalteinrichtunder Vorratsbehälter für die Wasserturbine vorgesehen io gen verzögert sich der eigentliche Start beider Maschiist. nen bis zum Zeitpunkt t«. Ab diesem Zeitpunkt ver-

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla- mag die Wasserturbine schon ein Drehmoment gen, daß der Vorratsbehälter vollständig mit Flüssig- abzugeben, das bei /3, d. h. schon nach sehr kurzer keit gefüllt ist und über eine durch ein sich bei Über- Zeit, das von den Verbrauchern abverlangte Drehgang auf Reservebetrieb schnell öffnendes Ventil 15 moment erreicht. Das Drehmoment der Wasserturbine beherrschte, angeschlossene Leitung mit einer Druck- steigt dann noch etwas weiter an, da die während der gasquelle in Verbindung steht. Die Unterteilung in Zeitspanne i_:> minus J₁ den rotierenden Massen enteinen drucklosen, vollständig gefüllten Flüssigkeits- zogene Energie dem System zwecks Erreichung der behälter und einen unter Druck stehenden Gasbehäl- Betriebsdrehzahl wieder zugeführt werden muß. Letzter hat weiterhin den Vorteil, daß nunmehr den An- 20 tere sowie auch Spannung, Strom und Frequenz im forderungen der beiden Behälter entsprechende unter- Verbrauchernetz haben zum Zeitpunkt /₄ ihre SoIlschiedliche Werkstoffe verwendet werden können. So werte wieder erreicht. Das der Wasserturbine entnomist beispielsweise für den Flüssigkeitsbehälter ein mene Drehmoment sinkt bis zum Zeitpunkt t.\ auf den besonders korrosionsfester Werkstoff von Vorteil, für die Versorgung der Verbraucher erforderlichen während für den Gasbehälter ein beliebiger Werkstoff 25 Wert ab. Um den Spannungseinbruch bei der Ummit hoher Zugfestigkeit ausreicht. schaltung nach Größe und Dauer möglichst klein zu

Der Vorratsbehälter kann in bekannter Weise über halten, empfiehlt es sich offenbar, die Zeitspannen f,> eine Leitung an eine Hochdruckwasserpumpe ange- minus f_t und t_A minus t> möglichst klein zu halten,
schlossen werden, wobei die Hochdruckwasserpumpe Zum Zeitpunkt h begann auch der Start der Gasdurch Auffüllen des Vorratsbehälters das Druckgas 30 turbine, deren Gaserzeuger, bestehend aus Verdichaus diesem verdrängt und dadurch gleichzeitig den ter, Brennkammer und Verdichterantriebsturbine, Druck in der Druckgasquelle wieder herstellt. Da- zum Zeitpunkt t₅ die Arbeitsturbine schon so stark durch wird weiterhin vermieden, daß sich das Druck- beschleunigt hat, daß diese mit der Stromerzeugergas in einem sonst erforderlichen Kompressor stark drehzahl umläuft. Sie nimmt den Stromerzeuger über erhitzt. 35 die Kupplung mit und gibt in steigendem Ausmaß

Außerdem besteht die Möglichkeit, daß bei Über- nach der Kurve c Leistung ab. Die Regelung erfolgt

gang von Netzbetrieb auf Reservebetrieb der erforder- so, daß die Leistung der Wasserturbine im gleichen

liehe Druck auf das Wasser durch Abbrennen eines Maße nach der Kurve d abnimmt. Zum Zeitpunkt t_K

Raketensatzes in den Vorratsbehälter hinein erzeugt ist die Wasserturbine vollständig abgelöst durch die

wird. 40 Gasturbine. Sinngemäß den gleichen Verlauf nimmt

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Anlage der Umschaltvorgang auch bei Kraftmaschinen ande-

beispielsweise schematisch dargestellt. rer Art, beispielsweise bei Brennkraftkolben-

Abb. 1 zeigt ein der Erläuterung der Wirkungs- maschinen.

weise der erfindungsgemäßen Anlage dienendes Die in "Abb. 2 dargestellte Sofortreserveanlage be-

Schaulinienbild; 45 steht im wesentlichen aus einer Zweiwellengasturbine,

A b b. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer erfin- die nach Ausfall der Netzspannung \iber eine Über-

dungsgemäßen Sofortreserveanlage großer Leistung holkupplung 1 einen auch bei Netzbetrieb ständig mit

mit einer Zweiwellengasturbine als Antriebsmaschine seiner Betriebsdrehzahl umlaufenden Stromerzeuger 2

für den Stromerzeuger; die antreibt. Die Gasturbine besteht aus dem den Ver-

A b b. 3 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit 50 dichter 3, die Brennkammer 4 und die Verdichterfür die Druckerzeugung in diesem Behälter. antriebsturbine S umfassenden Gaserzeuger und aus

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage der Arbeitsturbine 6. Mit dem Stromerzeuger 2 fest

ist nachstehend an Hand des Schaulinienbilds der gekuppelt ist eine Wasserturbine 7, die bei Ausbleiben

Abb. 1 und der in Abb. 2 dargestellten Sofort- der Netzspannung aus einem Wasservorratsbehälter 8

reserveanlage für ein Drehstromnetz beschrieben. 55 beaufschlagt wird. Der zur Förderung des Wassers

Veranschaulicht in dem Schaulinienbild sind der Ver- erforderliche Druck wird mittels Preßluft erzielt, die

lauf des in den Stromerzeuger einzuleitenden, durch zur gegebenen Zeit aus Vorratsbehältern 9, 10 und 11

die Verbraucher bestimmten Drehmoments Md und durch eine durch ein Ventil 12 beherrschte Leitung

die Drehzahl des Stromerzeugers η in Abhängigkeit 13 in den Wasservorratsbehälter 8 strömt. Die vom

von der Zeit t. Angenommen, es wird bei Netzbetrieb" 60 Behälter 8 zur Wasserturbine 7 führende Leitung 14

die Stromzufuhr zu dem den Stromerzeuger antreiben- ist unten am Behälter angeschlossen. Außerdem ist

den Drehstrommotor zum Zeitpunkt i₍ plötzlich un- der Behälter 8 so angeordnet, daß die Düse der Was-

terbrochen, so sinkt die Drehzahl des Stromerzeugers serturbine 7 und der Wasserspiegel im Behälter etwa

ab. Damit aber sinkt auch die Spannung im Ver- in gleicher Höhe liegen, so daß der Beschleunigungs-

brauchernetz. Die von den Verbrauchern aufgenom- 65 weg für das bei Ausbleiben der Netzspannung aus

mene Leistung nimmt ebenfalls ab, so daß letzten dem Behälter 8 verdrängte Wasser sehr kurz ist. Der

Endes auch das vom Stromerzeuger geforderte Dreh- Wasservorrat sowie Druck und Druckluftvorrat in

moment abnimmt. Die im Stromerzeugermotor und den Behältern 9, 10 und 11 sind so bemessen, daß die

Wasserturbine 7 bei Übergang von Netzbetrieb auf Reservebetrieb sofort voll beaufschlagt wird und so lange genügend Leistung abgibt, bis die Arbeitsturbine 6, die nach Erreichen der Drehzahl von Stromerzeuger 2 und Wasserturbine 7 mit der Leistungsabgabe an den Stromerzeuger 2 beginnt, die ganze von letzterem geforderte Leistung zu übernehmen vermag. Zur Steuerung der Beaufschlagung der Wasserturbine 7 und zur Konstanthaltung der Drehzahl dient ein Steuergerät 15, dem über die Leitung 16 die den jeweiligen Zustand der Versorgung der Verbraucher durch das Netz kennzeichnenden Werte und über die Leitung 17 die jeweilige Drehzahl von Stromerzeuger 2 und Wasserturbine 7 vermittelt werden und von dem aus das Druckluftventil 12 in der Leitung 13 gesteuert wird.

Gemäß Abb. 3 ist an den an sich geschlossenen Vorratsbehälter 24 eine Patrone 25 angeschlossen, die einen Raketenbrennsatz enthält, der bei geöffnetem Ventil 26 gezündet wird, das in der Beaufschlagungsleitung zur nicht gezeichneten Wasserturbine angeordnet ist. Unter dem sich hierbei im Behälter entwickelnden Druck strömt das Wasser der Turbine zu.

Es empfiehlt sich in jedem Fall, bei der erfindungsgemäßen Sofortreserveanlage mit der· Wiederherstellung der Bereitschaft für die Beaufschlagung der Wasserturbine bei Übergang von Netz- auf Reservebetrieb sofort nach Umstellung auf Reservebetrieb zu beginnen und erst wieder auf Netzbetrieb überzugehen, wenn die Betriebsbereitschaft voll wieder hergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Überbrückungsmaschine eingesetzt, der außerhalb Patentansprüche: seineur, Einsatzzeit über eine Bypaßleitung kurz- r geschlossen wird, um die Leerlaufverluste zu verrin gern. Diese Verluste liegen aber so lange in einer

1. Sofortreserveanlage für ein elektrisches Lei- 5 ähnlichen Größenordnung, wie beispielsweise die tungsnetz, bei der bei Ausbleiben der Netzspan- Leerlaufverluste von in Luft rotierenden Laufrädern nung oder unzulässig starkem Absinken derselben von Gasturbinen, als der Hydraulikmotor unbelastet die Speisung der Verbraucher von einer bei Netz- im gleichen Arbeitsmedium läuft wie bei Belastung, betrieb stillstehenden Kraftmaschine und einem Da der Wechsel zu einem Arbeitsmedium wesentlich auch bei Netzbetrieb auf synchroner Drehzahl io geringerer Dichte bei einem Hydraulikmotor problegehaltenen Stromerzeuger übernommen wird, wo- matisch ist und erhebliche Zeitverluste mit sich bringt, bei dieser Stromerzeuger fest mit einer mit Flüs- ist nach dem bekannten Vorschlag eine Bypaßleitung sigkeit betriebenen Kraftmaschine gekuppelt ist, vorgesehen. Die Reibungsverluste haben ferner eine die bei Übergang von Netzbetrieb auf Reserve- Temperaturerhöhung des umlaufenden Druckmittels betrieb den Stromerzeuger aus einem Vorrats- 15 zur Folge, wodurch Schäden am Hydraulikmotor aufbehälter so lange mit unter Druck stehender treten können, die die Betriebssicherheit der Anlage Flüssigkeit antreibt, bis die Hauptantriebs- herabsetzen. Außerdem sind Hydraulikmotoren wegen maschine zur Übernahme der Last bereit ist, da- einer Leistungsgrenze von etwa 1000 PS für höhere durch gekennzeichnet, daß die Kraft- Leistung nicht geeignet.

maschine eine außerhalb ihrer Einsatzzeit trocken 20 Weiterhin ist es bekannt (Zeitschrift »Die Wasserlaufende Turbine (7) ist und ihr Vorratsbehäl- wirtschaft« [43] 1952/53, Seite 181 ff.), bei einem ter (8, 24) ein durch eine besondere Druckgas- Pumpspeichersatz, bestehend aus den Elementen quelle bei Übergang von Netzbetrieb auf Pumpe, Turbine und Motorgenerator, eine mit der Reservebetrieb schlagartig unter Druck gesetzter, Pumpe dauernd verbundene Anwurfturbine anzuordin Höhe des Maschinensatzes angeordneter Behäl- 35 nen. Während des Betriebs des Pumpspeichersatzes ter ist, wobei die Eintrittsdüse oder die Eintritts- als Pumpe läuft sowohl die Hauptturbine wie die Andüsen der Turbine so weit oberhalb des Flüssig- wurfturbine trocken mit. Die Anwurfturbine wird nur keitsspiegels des Behälters liegen, daß trotz zum Anfahren der Pumpe und so lange mit Betriebsungedrosselter Verbindung zwischen Düse und wasser aus der Druckrohrleitung der Wasserkraft-Behälter bei trockenlaufender Turbine keine 30 anlage beaufschlagt, bis die Pumpe die Drehzahl des Flüssigkeit aus der Düse austritt. Generators erreicht hat.

2. Sofortreserveanlage nach Anspruch 1, da- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (8) Sofortreserveanlage der eingangs genannten Art so zu vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist und über verbessern, daß höhere Leistungen als bisher erzieleine durch ein sich bei Übergang auf Reserve- 35 bar sind und die Verluste während des Netz- und betrieb schnell öffnendes Ventil (12) beherrschte, Reservebetriebes geringer gehalten werden können,
angeschlossene Leitung (13) mit einer Druckgas- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gequelle (9, 10, 11) in Verbindung steht (Abb. 2). löst, daß die Kraftmaschine eine außerhalb ihrer Εϊη-

3. Sofortreserveanlage nach Anspruch 1, da- satzzeit trocken laufende Turbine ist und ihr Vorratsdurch gekennzeichnet, daß der erforderliche 40 behälter ein durch eine besondere Druckgasquelle bei Druck auf die Flüssigkeit im Vorratsbehälter (24) Übergang von Netzbetrieb auf Reservebetrieb schlagbei Übergang von Netzbetrieb auf Reservebetrieb artig unter Druck gesetzter, in Höhe des Maschinendurch Abbrennen eines Raketensatzes (25) in den satzes angeordneter Behälter ist, wobei die Eintritts-Behälter hinein erzeugt wird (A b b. 3). düse oder die Eintrittsdüsen der Turbine so weit ober-

45 halb des Flüssigkeitsspiegels des Behälters liegen, daß trotz ungedrosselter Verbindung zwischen Düse und Behälter bei trockenlaufender Turbine keine Flüssig-

keit aus der Düse austritt.

Die Verwendung einer Wasserturbine als Über-50 brückungsmaschine ermöglicht es, mit einfachen, betriebssicheren Mitteln größte Leistungen zu installieren. Zugleich nimmt die Turbine infolge des Trocken-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sofortreserve- laufs beim Netz- und Reservebetrieb nur eine geringe anlage für ein elektrisches Leitungsnetz, bei der bei Verlustleistung auf. Durch die kurze erforderliche Ausbleiben der Netzspannung oder unzulässig star- 55 Verbindungsleitung zwischen Vorratsbehälter und kern Absinken derselben die Speisung der Verbrau- Maschinensatz ist die vor Beaufschlagung der Wascher von einer bei Netzbetrieb stillstehenden Kraft- serturbine zu beschleunigende Wassermenge in der maschine und einem auch bei Netzbetrieb auf syn- Zuflußleitung gering, so daß die Turbine in sehr kurchroner Drehzahl gehaltenen Stromerzeuger über- zer Zeit von der Belastung Null auf ihre Vollast nommen wird, wobei dieser Stromerzeuger fest mit 60 gebracht werden kann. Weiterhin ist zur Erzielung einer mit Flüssigkeit betriebenen Kraftmaschine ge- einer kurzen Beaufschlagungszeit wichtig, daß auf kuppelt ist, die bei Übergang von Netzbetrieb auf Grund der besonderen Druckgasquelle und der etwa Reservebetrieb den Stromerzeuger aus einem Vor- gleichen Höhe von Eintrittsdüse und Wasserspiegel ratsbehälter so lange mit unter Druck stehender Flüs- in der Zuflußleitung zwischen Vorratsbehälter und sigkeit antreibt, bis die Hauptantriebsmaschine zv.r 65 Wasserturbine kein Wasserabsperrorgan erforderlich Übernahme der Last bereit ist. ist; denn ein solches würde — bedingt durch seine

Bei einer bekannten Anlage (britische Patentschrift langsamere Öffnungsgeschwindigkeit und den erfor-270) ist ein sogenannter Hydraulikmotor als derlichen großen Öffnungsquerschnitt — die Beauf-