DE1465306A1 - Verfahren zur Schnellumschaltung von Wechselstrommaschinen von einem Netz auf ein anderes - Google Patents

Description

• Verfahren zur Schnellumschaltung von Wechselsteommaschinen von einem Netz auf ein anderes In Industrieanlagen, vorzugsweise Kraftwerksanlagen, arbeitet eine Vielzahl von Antreibemaschinen, insbesondere Drehstrommaschinen, deren Ausfall zu kostspieligen Betriebsunterbrechuhgen führen würde. In vielen Fällen wUrden Betriebsunterbrechungen nicht nur zu Produktionsausfällen, sondern auch zur Zerstörung von Anlagen führen, beispielsweise bei der Wasserversorgung von Dampfkesseln, in'der chemischen Industrie, in der Erdölindustrie usw.. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, bei Ausfall des Versorgungsnetzes der Antriebsmaschinen diese sofort auf ein bereit st ehendes Hilfsnetz umzuschalten. Die Umschaltung ist nicht ohne weiteres möglich. Es ist bekannt, daß verschiedene Kriteriei4 wie Querspannung, Phasenlage, Frequenzunterschied, bei der Umscbaltung beachtet werden müssen, weil bei Zuschaltung unter ungünstigen Verhältnissen sonst Schäden an den Maschinen infolge zu hoher Stromstöße auftreten können.
• Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Spannung des Hilfenetzes und die Restspannung der vom Hauptnetz abgetrennten Maschinen in einer Meßeinrichtung über Zwischenwandler zu erfassen und die gleichge.tichtete geometrische Summe beider Spannungen als Kriterium für die Zuschaltbarkeit der Maschinen auf das Hilfsnetz heranzuziehen. Der beim Zuschalten der Maschinen auftretende Stromstoß hängt aber nicht von der gleichge chteten geometrischen Summe beider Spannungen ab. Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes Kriterium für die Zuschaltbarkeit der Maschinen anzugeben. Es ist auch schon bekannt geworden, dauernd die beiden zu vergleichenden Spannungen einem Phasenvergleichsgerät zuzuführen und die Umschaltung nur dann herb eizuführen, wenn Phasengleichheit vorliegt. Es gibt aber Zustandsbereiche d er zuzuschaltenden Maschinen, in denen die Phasenlagen nicht übereinstimmen und trotzdem die Maschinen zugeschaltet werden können, ohne Schaden zu nehmen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellumschaltung von Wechselstrommaschinen von einem Netz auf ein anderes. Sie hat sich zur Aufgabe gesetzt, das Verfahren so zu gestalten, daß die Zuschaltung nur dann, aber auch immer dann zugelassen wird, wenn dies ohne Schädigung der Maschine möglich ist. Sie...besteht in der Erkenntnis, daß die Zuschaltung der Maschine dann und nur dann verhindert werden muß, wenn die vektorielle Differenz der Spannungen der Maschine und des Netzes, auf das die Maschine geschaltet werden soll, einen bestimmten Betrag überschreitet. . Dieser Betrag hängt von den Konstruktionsmerkmalen der Maschine ab. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der in der ,easchine auftretende Stromstoß lediglich von der vektoriellen Differenz der Spannungen im Moment des Zuschaltens abhängt. Diese Erkenntnis #st zwar an#sich nicht neu. Jedoch ist bisher nicht erkannt worden, daß man zur Schnellumschaltung allein dieses Kriterium heranziehen kann und muß, wenn man optimale Bedingungen erreichen will. Sämtliche bekannten Verfahren arbeiten'mit anderen Kritdrien und schließen dadurch Betriebszustände für die Zuschaltung aus, in denen eigentlich noch zugeschaltet werden könnte. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Erteilung des-Zui schaltbefähle außerdem verhindert, wenn der Differentialquotient der Hüllkurve der Differenzspanhung einen bestimmten Wart üb.e,r-, schreitet. Dieses zusätzliche Kriterium dient der Berücksichtigung der Zeit, welche zur Ausführung der Schalthandlung benötigt wird. Würde die Schalthandlung in unendlich kurzer Zeit erfolgen können, so würde es genügen, als Zuschaltkriterium allein die vektorielle Differenz der Spannungen heranzuziehen. Die zur Zeit üblicherweiae verwendeten Schalter haben jedoch Einschaltzeiten in der Größenordnung von äa; 50 - 100 msek. In dieser Zeit ändert sich die vektorielle Meferenz der Spannungen. Deshalb muß vor Einleitung der Schalthandlung die Änderungegeschwindigkeit dieser Differenz, mit anderen Worten der Differentialquotient der Hüllkurve der Differenzepannung ermittelt und als weiteres Kriterium für die Zuschaltbarkeit herangezogen werden. Der zulässige Wert wird je nach Schaltereigenzeit eingestellt. Im Falle der Unwirksamkeit des Zuschaltbefehls infolge zu großer Differenzspannung und/oder zu großer Steigung der Hüllkurve wird der Zuschaltbefehl in an sich bekannter Weise erst dann wieder freigegeben, wenn die Spannung der Maschinen einen bestimmten Wert, z.B. 20 % der Nennspannung unterschreitet. Erfinduhgegemäß wird das Verfahren mit einer Vorrichtung ausgeübt, die gekennzeichnet ist durch einen Gleichrichter, vorzugsweise einen dreiphasigen Vollweggleichrichter, der eigangeseitig, gegebenenfalle.unter Zwischenschaltung eines Trenntransformators, direkt einerseits an die Sammelschiene, die die Maschinen speist, andererseits an das- Netz, auf das die Maschinen geschaltet werden sollen, angeschlossen ist und dessen Aus'gähgespannung z.B. in einem Signalbereichemelder, d.h. einem Schaltelement mit zwei stabilen Schaltzuständen, mit einer'Spannung verglichen wird, die der höchstzulässigen Differenzspannung zwisehen Maschinen und Netz entspricht,* Die Vorrichtung muß so aufgebaut sein, daß bei fehlender Vergleichespannung die Erteilung des Zuschaltbefehls in jedem Falle verhindert ist, so daß auch bei Störungen in der Vorrichtung keine unzulässigen Schalthandlungen ausgelöst werden können.

  .In weiterer Ausbildung der Erfindung sind am Ausgang,dea Gleich-

  erichters Glättungsmittel vorgesehen,.die so bemessen sind, daß

  än ihrem Ausgang die Hüllkurve der Differenzspannung'auftritt.

  Dadurch wird einerseits erreicht, daß der Signalbereio4ä*elder

  nicht dauernd mit Arbeitsfre4ue'n'z 'schaltet, sondern erst dann

  anap3vichtg wenn da&-erfindungegemäße Verfahrenskriterium eintritt*

  Andererseits 'kam"dm;isohrieben#. die Hüllkurve unmi ttglbar

  zur Ermittlung des- 7e"#=ferentialquotienten herangezogen -werden.

  Erfindungsgemäß enthält diq__VQrrichtung.weiterhin ein Sehaltgliedt

  vorzugsweise einen Difgere4eet-e'd tärker, an dessen Eingang die

  Hüllkurvenopannung.geführ.t-i'st und an dessen Ausgang die diffe-

  renzierte'RüllkurvenBpannung auftritt. Die differenzierte Hüll-

  kurvenapannung wird dem Dingang eines Bauelementog z3. einem

  Kondensator mit Spitzenaufladungg zugdführtg das den Höchstwert

  der differenzierten güllkurvenspannung speichert und dessen Aus-

  gangeap nnunß&.s.-B. ih einem Signalbereichamelder, mit einer

  ßpannii Lg verij M% wird, die dem höchBtzuläseigen Wert des

  Differentialquot;414e*nten der Differenz8pannung entspricht. Auch in

  dies Pall muß-die Erteilung des Zusohaltbefehle verhindert

  #eiin wenn die Vergleichsspannung infolge einer.Störung nicht

  anstehe.

  In weiterer Ausbildung der Erfindung enthält die Vorrichtung ein

  S cha 1 telexe `ht, vorzugsweise einen Und-Inverter, auf den die

  Signale der beiden Signalbereichemelder.oowie gegebenenfalls

  der Zuschaltbefehl und weitere Signale derart geschaltet sind,

  daß die Zuschaltung der Maschinen auf das Netz dann und nur dann

  stattfindet, wenn alle Signale gleichzeitig anstehen. Der Zu-

  sahaltbetehl wird in bekannter Weiseg entweder willkürlich von

  Nand oder durch ein Schutzrelaie gegeben, welches z.B. die Ver-

  sorgtmgeripannung-für die Maschinen überwacht. Zue'ätzlich zum

  Zuschaltbefehl muß also nun der kiüioche Wert der vektoriellen

  Differenz der Spannungen unterschritten-und durch den betreffen-

  den Bereichemelder gemeldet sowie auch der kritische Wert des Differentialquotienten der Hüllkurve der Differenzspannung unterschritten und durch den betreffenden Bereichemelder"gemeldet sein, damit der nachgeschaltete Und-Inverter den Zuschaltbefehl tatsächlich d urchläßt und damit die Zuschaltung der Maschinen ausgelöst wird. Die erfindungegemäße-Vorrichtung enthält einen weiteren Signalbereichemelder, der anspricht, wenn die Spannung der Maschinen einen bestimmten Wert unterschreitet und dessen Signal gemeinsam mit dem Signal des Und-Inverters einem Oder-Inverter zugefülart ist. Der Oder-Inverter arbeitet so, daß an seinem Ausgang dann und nur dann ein Signal ateht, wenn an seinem Eingang eines der Signale oder beide anstehen. Das heißt, daß der vom Und-Inverter kommende Zuschaltbefehl den Oder-Inverter auf alle Fälle passiert. Wenn aber dieser Zuschaltbefehl vom Und-Inverter nicht durchgelassen wird, weil die für die Zuschaltung erforderlichen Bedingungen sich kurz nach.Ausfall des Netzes nicht eingestellt haben, dann sollen die Maschinen erst wieder zugeschaltet werden, wenn ihre Spannung auf einen unschädlichen Wert abgeklungen ist. Dies wird durch das zweite dem Oder-Inverter zugeführte Signal bewirkt, welches diesen als Zuschaltbefehl ebenfalls auf alle Pälle passiert. Sofern die Energie des Ausgangesignals des Oder-Inverters nicht ausreicht, um den die Zuschaltung der Maschinen bewirkenden, Schalte'r zu steuern, wird in bekannter Weise ein Zwischenverstärker eingeschaltet. In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausübuhg des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Mie elektrische Maschine 1 ist an den Klemmen UVW in nicht dargestellter Weise Über einen Schalter mit einem Versorgung>i3netz verbunden. Bei Störuüg,* z.B. Ausfall des nicht dargestellten Nötzoo., wird die Maschine 1 von diesem abgetrennt und gleichze:Ltiä#der 'Zuschaltbefehl an die Klemme 2 gegeben. Damit ist die erste Be-.dingung für die Zuschaltung der Maschine auf das Heservenetz 3. .mit den Phasen RST vorhanden. Die Zuschaltung wird, durch den Schalter 4 bewirkt, wenn außerdem die im Folgenden näher zu beschreibenden Bedingungen vorliegen. An das Reservenetz 3 einer' seits und die Maschine 1 andererseits ist ein Trenntransformator 5 angeschlossen, dem der Vollweggleichrichter 6 nachgeschaltet ist. An dem Gleichrichter 6 tritt damit eine Gleichspannung auf, deren Betrag der vektoriellen Differenz der Spannungen der Maschine 1 und des Reservenetzes 3 proportional ist. Diese Spannung wird durch den Widerstand 7 und den Kondensator 8 geglättet und anschließend dem Bereichsmelder 9 zugeführt. In dem Bereichsmelder 9 wird die geglättete Spannung des Gleichrichters 6 mit einer nicht dargestellten festen Spannung verglichen, derart daß am Ausgang des Bereichsmelders 9 eine Signalspannung nur dann auftritt, wenn die am Eingang stehende Gleichspannung die Vergleichospannung unterschreitet. Die nicht dargestellte Vergleichsspannung ist je nach Konstruktion der Maschine einstell' bar und entspricht der höchstzulässigen vektoriellen Differenz der Spannungen zwischen Maschinö 1 und Reservenetz 3, die im Moment des Zuschaltens anstehen darf. Das Signal des Bereichsmelders 9 wird dem Und-Inverter 10 zuge-> führt, dem ebenso über den Anschluß 2 der Zuschaltbefehl zugeführt ist. Nur wenn beide Signale gleichzeitig anstehen, passiert der Zuschaltbefehl den Und-Inverter-10, passiert einen nachgeschalteten Oder-Inverter 11, dessen Funktion weiter unten zu e rklären ist, wird in dem Verstärker 12 verstärkt und in der durch eine gestrichelte Funktionslinie angedeuteten Weise zur Betätigung des Schalters 4 verwendet. Damit wird die Maschine auf das Reservenetz 3 zugeschaltet.
• Die bisher beschriebene Anordnung würde ausreichen, wenn die Schaltereigenzeit des Schalters 4 für das Einschalten vernachlässigt werden könnte. Da dies nicht der Fall ist, muß berücksichtigt werden, daß während der Zeit# die der Schalter 4 zur Ausführung des Sohaltbefehle benötigt, die Maschine in ihrer Drehzahl und Spannung weiter zurückgeht. Aus diesem Grunde wird die geglättete AusgeAtospannung dee Gleichrfchters 6, d.h. die Hüllkurvenspannung dem Differenzierverstärker 13 zugeführt't in diesem differenziert, über den Gleichrichter 14 dem Kondensator 15 zugefUhrt und dort jeweils für die Dauer einer Schwebungeperiode geapelchert.'Diese Speicherung der differenzierten Hüllkurvenspannung dient dem Zweckg das Maxit= des Differentialquotienten-fe-etzuhalten, das von Bedeutung ist, weil dieser-Maximalwert des Differentialquotienten ein Maß für den Frequenzunterschied zwischen Maschinenspannung unj Netzepannung sowie für das Abklingen der Motorenrestspannung ist. Die jew'eilige Größe dieses Maximalwertes steht somit - wie weiter unten erläutert - auch in unmittelbarer Beziehung zu der während der Einschaltseit*des Leistungeschaltere 4 zu erwartenden Änderung des Betrages der DiffeFenzspannung, Die Frequenz der Schwebungen, die zwischen der Spannung des Reservenetzeo 3 unä der Maschine 1 auftrittl ist proportional der Differenz der Frequenzen dieser beiden Spannungen. Um die Frequenz der Schwebung zu erhöhen und damit die Zeitkonetante des Kondensatoro 15 mit dem ihm parallel geschalteten Widerstand 16 verkleinern zu können, kann es zweckmäßig sein, den Trenntraneforinator 5 mit nachgeechaltetem Gleichrichter» 6 und so fort, mehrfach vorzusehen (nicht dargestellt) und derart zu schalteng daß an den-Ausgängen des 'een'ntransformators 5 Spannungen verschiedener Phaaenlage auftreten, indem z.B. ein Trenntransformator 5 sekundärseitig im ätern, ein anderer im Dreieck geschaltet ist oder indem die Primärwicklungen phasenvertaUscht angeschlossen werden. Die so gewonnenen phasenverschobenen HüllkurvenE(pannungen werden sekundärBeitig zusammengeführt (nicht dargestellt) und gemeinsam dem Differenzierverstärker 13 zugeführt.

  Die Spannung des Kondensators 15 wird dem Signalbereich.amel-

  der 1 17 zugeleitetg der das Signal nur durchläßtl wenn die Span-

  4ung kleiner ist als eine nicht'dargeAtellte feste Vergleichs-

  apannung, die entsprechend der Eigenzeit des S chalteiB4 einzu-

  stellen ist. Das Signal des Bereichsi#elders 17 wird dem Und-

  Inverler 10 als weitere Bedingung zugeführt, so daß nunmehr der

  Zusch ltb2fehl 2 den Und-Inverter 10 nur passieren kann, wenn

  auße e 6 gna2.e der Bereichemelder-9 und 17 am Und-Inver-

  ter stehen.

  Je rößer der jeweilige Betr#ß'des Diffe*rentialquotienten der

  Hül kurvenspannung im Moment der Erteilung de.a 2U;"«E;chaltbefehls

  ist um so stärk6r wirkt'sich die konstante Einschaltzeit des

  Schklters 4 aus. Dies bedeutet, daß in dem Zeitraum von Ertei-

  lun,g bis vollendeter Ausführung des Zuschaltbefehls die vekto-

  rie#le Differenz der Spannungen der Maschine 1 und des Reserve-

  nettzes 3 sich um so' stärker geändert hat, je größer der jeweili-

  ge ;Betrag des Differentialquotienten war. Die im Augenblick der

  Erteilung des Zuschaltbefehls zulässiges Höhe der vektoriellen

  Differenz der Spannungen von Maschine 1 und Hilfsnetz 3 hängt

  a1.so wegen der Eigenzeit däs Schalters 4 noch von der jeweiligen

  Grö'ße des Differentialquotienten ab. Um diesen Effekt zu berück-

  sichtigen und die Zuschaltbedingungen damit noch weiter zu op-

  timieren, sind die Eingänge der Signalbereichsmelder 9 und 17

  über den Widerstand 18 miteinander gekoppelt. Dadurch wird be-

  wirkt, daß zur Ausl'öaung des Signalbereichsmelders 9 eine um so

  größere Spannung des Gleichrichters 6 führt." je kleiner der

  Differentialquotiegt der Hüllkurvensp annung ist.

  Der Trenntransformator 19 mit den nachgeschalteten Gleichrich-

  -tern 209 Widerständen 21 und Kondensator 22 nebst Einstellpo-

  tentiometer 23 dient der Ermittlung des Zustandes der Maschine 1,

  .in dem deren Spannung soweit zurückgegangen ist, daß eine Zu-

  schaltung auf das Reservenetz 3 unabhängig von der Phasenlage

  ia

  Wa'ßi dieser Grenzwert der Spannung der Maschine 1

  erreiolit intg schaltet der Signalbereichsmelder 24 durch. Dessen Ausgangeaignal ist beispielsweise zusammen mit dem Auagangesignal des Und-Invertero 10 dem Oder-Inverter 11 zugeführt. Es kann auch getrennt herausgeführt sein und getrennte Schalthandlungen auslösen.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Schnellumschaltung von Wechselstrommaschinen von einem Netz auf ein anderes, dadurch gekennzeichnet, daß' die Erteilungdes Zuschaltbefehls verhindert wird, wenn die vektorielle Differenz der Spannungen der Maschine und des .Netzes, auf das die Maschine geschaltet werden soll, einen bestimmten Betrag überschreitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Erteilung des Zuschaltbefehle außerdem verhindert wird, wenn der Differentialquotient der Hüllkurve der Differenzspannung einen bestimmten Wert überschreitet. 3. Verfahren nach-Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Palle der Unwirksamkeit des Zuschaltbefehls infolge zu großer Differenzspänhung und/oder zu großer Steigung deren Hüllkurve der Zuschaltbefehl wieder freigegeben wird,.sobald die Spannung der Maschine einen bestimmten Wert, zum Beispiel 20 % der Nennspannung, unterschreitet. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter, vorzugsweise einen. dreiphasigen Vollweggleichrichter, der eingangsseitig, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Trenntransformators, direkt einerseits an die Maschine, andererseits an das Netz, auf das die Maschine geschaltet werden soll, angeschlossen ist und dessen Ausgangsspannung zum Beispiel in einem Signalbereichemelder, das heißt einem Schaltelement mit zwei stabilen Schaltzuständen, mit einer Spannung verglichen wird, die der höchstzulr sigen Differenzspannung zwischen Maschine und Netz entspricht. 5 Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet', daß am Ausgang des Gleichrichters Glättungsmittel vorgesehen sind, die so bemessen Bindg daß an ihrem Ausgang die Hüllkurve 'der Differenzspannung auftritt. 6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2 und .Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Schaltglied, Vorzugsweise einen Differenzierverstärker, an dessen Eingang die Hüllkurvenspannung geführt ist und an dessen Ausgang die differenzierte Hüllkurvenspannung auftritt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierte Hüllkurvenspannung dem EIngang eines Bauelementes, zum Beispiel einem Kondensator mit Spitzenaufladungg zugeführt wird, das den Höchstwert der differenzierten Hüllkurvenspannung speichert und dessen Ausgangsspannung, zum Beispiel in einem Signalbereichemelder mit einer Spannung verglichen wird, die dem höchatzuläseigen Wert des Differentialquotienten der Differenzepannung entspricht. 8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 7, gekennzeichnet durch ein Schaltelementg vorzugsweise durch einen Und-Inverter, auf den die Signale der beiden SignalbereichBmelder Bowie'gegebenenfalls der Zuechaltbefehl und weitere Signale derart geschaltet sind, daß die Zuschaltung der Maschine auf das Netz stattfindet, wenn alle Signale gleichzeitig anstehen. 9. Vorrichtung ' zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 3 und Vorrichtung nach einem der vorhergehenden AnsprUche, gekenn- zeichnet durch einen Signalbereichsmelder, der anspricht,' wenn die Spannung der Maschine einen bestimmten Wert unterschreitet, und dessen Signal gemeinsam mit dem Signal des Und-Inverters einem Oder-Inverter zugeführt ist. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ' , daß die Ansprechschwelle des SignalbereIchsmelders für die Differenzspannung durch den Differentialquotienten der Differenzspannung beeinflußt wird, vorzugewAise derart, daß Differenzspannung und Differentialquotient d.er. Differenzspannung an den Eingängen der Signalbereichsmelder über einen Widerstand miteinander verbunden sind.