DE19737578A1 - Electrical earthing device e.g. for rotatable electrical conductor of generator - Google Patents
Electrical earthing device e.g. for rotatable electrical conductor of generatorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Erdungsvorrichtung zur Erdung eines drehbaren elektrischen Leiters sowie ein Verfahren zur Erdung des Rotors eines Turbogenerators.The invention relates to an electrical grounding device for grounding a rotatable electrical conductor as well as a Method of grounding the rotor of a turbogenerator.
In der EP 0 271 678 A1 ist beschrieben, daß insbesondere in dem Rotor eines Turbogenerators auftretende Wellenspannungen eine potentielle Gefahr für zahlreiche Komponenten des Gene rators darstellen. Die Bildung unkontrollierter Stromkreise kann zur Schädigung von in diesen Stromkreis eingeschlossenen Bauteilen durch Stromeinwirkung und Funkenerosion führen. Dem wird dadurch entgegengewirkt, daß einerseits Isolierstrecken eingeführt werden und andererseits der Rotor geerdet wird. Bei Generatoren mit einem statischen Erregungssystem kommt es durch Spannungsspitzen in diesem Erregungssystem zu einer ka pazitiven Einkopplung von Wellenströmen und Spannungen. Es wird darauf abgezielt, solche kapazitiv eingekoppelten Wel lenspannungen und Ströme auf einen ungefährlichen Wert zu re duzieren.EP 0 271 678 A1 describes that in particular in shaft voltages occurring in the rotor of a turbogenerator a potential threat to numerous components of the gene represent rators. The formation of uncontrolled circuits can damage included in this circuit Guide components through the effects of electricity and spark erosion. The is counteracted by the fact that on the one hand insulating sections be introduced and on the other hand the rotor is grounded. It happens with generators with a static excitation system by voltage peaks in this excitation system to a ka capacitive coupling of wave currents and voltages. It is aimed at such capacitively coupled wel lens voltages and currents to a safe value reduce.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Erdungsvorrichtung zur Er dung eines drehbaren elektrischen Leiters anzugeben. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Er dung des Rotors eines Turbogenerators.The object of the invention is to provide a grounding device for He specify a rotatable electrical conductor. Further The object of the invention is to provide a method for He the rotor of a turbogenerator.
Erfindungsgemäß wird die auf die Angabe einer Erdungsvorrich tung gerichtete Aufgabe gelöst durch eine elektrische Er dungsvorrichtung zur Erdung eines ersten, drehbaren elektri schen Leiters, an dem über einen Schleifkontakt ein zweiter, geerdeter elektrischer Leiter anliegt, wobei eine Stromquelle sowohl mit dem ersten elektrischen Leiter als auch mit dem zweiten elektrischen Leiter so verbunden ist, daß über die Stromquelle ein elektrischer Strom durch den Schleifkontakt speisbar ist. Die Verbindung zwischen dem zweiten elektri schen Leiter und der Stromquelle muß nicht notwendigerweise ein Kabel oder ein separater elektrischer Leiter sein, sie kann auch durch eine gemeinsame Erdung des zweiten elektri schen Leiters und der Stromquelle gegeben sein.According to the invention is based on the specification of a grounding device tion directed task solved by an electrical Er dungsvorrichtung for grounding a first rotatable electri conductor, on which a second grounded electrical conductor is present, with a power source with both the first electrical conductor and the second electrical conductor is connected so that the Power source is an electrical current through the sliding contact is feedable. The connection between the second electri The conductor and the power source do not necessarily have to be a cable or a separate electrical conductor, they can also be done by common grounding of the second electri between the conductor and the power source.
Durch eine solche Erdungsvorrichtung wird erreicht, daß ein kontinuierlicher Strom durch den Schleifkontakt aufrechter halten werden kann. Ein solcher kontinuierlicher Strom ver bessert erheblich eine dauerhafte und sichere Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter. Dies hat wiederum eine verbesserte und dauerhaft absicherbare Er dung des ersten elektrischen Leiters zur Folge.Such an earthing device ensures that a continuous current through the sliding contact can be held. Such a continuous stream ver significantly improves long-term and secure contacting between the first and second electrical conductors. This in turn has an improved and permanently secure Er of the first electrical conductor.
Bevorzugt stellt die Stromquelle einen Gleichstrom bereit.The current source preferably provides a direct current.
Bevorzugtermaßen ist der erste elektrische Leiter mit einer konstanten Drehfrequenz drehbar, wobei die Stromquelle einen Wechselstrom mit einer von der Drehfrequenz verschiedenen Frequenz bereitstellt, insbesondere mit einer Frequenz, die nicht ein Vielfaches der Drehfrequenz ist. Mit der Bereit stellung einer solchen Erdungsvorrichtung ist gewährleistet, daß der über den Schleifkontakt fließende Strom in keinem ganzzahligen Verhältnis zur Drehfrequenz steht. Dies führt vorteilhafterweise insbesondere dazu, daß es nicht zu einem periodischen Abheben des zweiten elektrischen Leiters vom er sten elektrischen Leiter durch Unregelmäßigkeiten auf den Um fang des ersten elektrischen Leiters kommt. Ein solches Abhe ben könnte dann Auftreten, wenn durch den Strom, welcher durch den Schleifkontakt fließt, hervorgerufene Kräfte in ei ner geeigneten, festen Phasenbeziehung zu solchen Unregelmä ßigkeiten stehen würden. Eine solche feste Phasenbeziehung tritt dadurch nicht auf, daß die Frequenz und die Drehfre quenz in keinem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Durch die Vermeidung eines solchen Abhebens wird insbesondere einer Beschädigung der Oberfläche des ersten elektrischen Leiters z. B. durch Funkenerosion entgegengewirkt.The first electrical conductor is preferably with a constant rotational frequency rotatable, the power source one AC with a different from the rotational frequency Provides frequency, especially at a frequency that is not a multiple of the rotational frequency. With the ready Position of such an earthing device is guaranteed that the current flowing through the sliding contact in none integer ratio to the rotational frequency. this leads to advantageously in particular that it does not become a periodically lifting the second electrical conductor from the he most electrical conductors due to irregularities on the order the first electrical conductor comes. Such a move ben could occur if by the current which forces caused by the sliding contact in egg A suitable, fixed phase relationship to such irregularities liquid would stand. Such a fixed phase relationship does not occur because the frequency and the rotational frequency quence have no integer relationship to each other. Avoiding such a lift will in particular damage to the surface of the first electrical Head z. B. counteracted by spark erosion.
Weiter bevorzugt ist der erste elektrische Leiter ein Rotor eines Generators, insbesondere eines Turbogenerators mit ei ner Leistung größer als 10 MVA. Gerade in einem Turbogenera tor großer Leistung ist die Erdung des Rotors des Generators, bzw. bei einem in einem Turbosatz angeordneten, also mit ei ner Turbine verbundenen Generator die Erdung der Welle des Turbosatzes, eine wichtige Eigenschaft, um möglichen Schäden durch auftretende Wellenspannungen und Ströme entgegenzuwir ken. Z. B. müssen elektrostatische Aufladungen oder kapazitiv eingekoppelte elektrische Ströme und Spannungen sicher über eine ausreichende Erdung abfließen können. Ein unkontrollier tes Abfließen solcher Wellenströme kann zu Schäden z. B. an Lagern oder Pumpen führen. Die hohen Drehzahlen des Rotors und hohe auftretende Wellenströme bzw. Wellenspannungen stel len einen hohen Anspruch an eine gute Erdung dar. Die Einfüh rung einer Kontaktierungsverbesserung des Schleifkontaktes durch einen konstant über die Erdungskontakte fließenden elektrischen Strom ergibt somit eine erhebliche Verbesserung der Betriebssicherheit des Turbogenerators.The first electrical conductor is further preferably a rotor a generator, in particular a turbogenerator with egg power greater than 10 MVA. Especially in a turbogenera Great power is the grounding of the rotor of the generator, or in an arranged in a turbo set, ie with egg ner turbine connected generator grounding the shaft of the Turboset, an important property to avoid possible damage counteracting by occurring wave voltages and currents ken. For example, electrostatic charges or capacitive coupled electrical currents and voltages safely over sufficient grounding can drain off. An uncontrolled The outflow of such wave currents can damage z. B. on Bear or pump. The high speeds of the rotor and high occurring shaft currents or shaft voltages high demands on good earthing improvement of the contacting of the sliding contact through a constant flow through the earth contacts electrical current thus results in a significant improvement the operational safety of the turbogenerator.
Weiter bevorzugt weist der zweite elektrische Leiter eine Kohlebürste auf, wobei der von der Stromquelle lieferbare Strom zu einer Stromdichte zwischen 5 A/cm2 und 12 A/cm2 an der Kohlebürste führt. Kohlebürsten bieten geeignete Schleif kontakte für die Erdung des ersten elektrischen Leiters. In dem ein konstanter elektrischer Strom geeigneter Stärke durch die Kohlebürsten geführt wird, steigt deren Temperatur. Dies hat wiederum einen verringerten Übergangswiderstand für den Schleifkontakt und damit eine verbesserte Erdung zur Folge.The second electrical conductor further preferably has a carbon brush, the current that can be supplied by the current source leading to a current density of between 5 A / cm 2 and 12 A / cm 2 on the carbon brush. Carbon brushes offer suitable sliding contacts for earthing the first electrical conductor. The temperature increases as a constant electric current of suitable strength is passed through the carbon brushes. This in turn results in a reduced contact resistance for the sliding contact and thus an improved grounding.
Bevorzugtermaßen liegen am ersten elektrischen Leiter minde stens zwei der zweiten elektrischen Leiter an, die jeweils mit einer Stromquelle verbunden sind. Dabei können die minde stens zwei zweiten elektrischen Leiter jeweils mit einer ei genen Stromquelle oder an einer gemeinsamen Stromquelle ange schlossen sein. Mit dieser Ausführungsform wird erreicht, daß der Erdungskontakt für den ersten elektrischen Leiter gleich mäßig über den Umfang des ersten elektrischen Leiters auf mehrere Schleifkontakte verteilt wird. Dies hat wiederum ei nen verbesserten Erdungskontakt zur Folge. Zudem bietet eine Ausführungsform mit mehr als einem solchen Stromkreis eine erhöhte Betriebssicherheit.It is preferable that there is at least one electrical conductor least two of the second electrical conductors, each are connected to a power source. The minde at least two second electrical conductors, each with an egg gene current source or a common power source be closed. With this embodiment it is achieved that the ground contact for the first electrical conductor is the same moderately over the circumference of the first electrical conductor several sliding contacts is distributed. This in turn has improved ground contact. In addition, one offers Embodiment with more than one such a circuit increased operational safety.
Die auf Angabe eines Verfahrens gerichtete Aufgabe wird er findungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erdung des Ro tors eines Turbogenerators, insbesondere eines Turbogenera tors mit einer Leistung größer als 10 MVA, wobei sich der Ro tor mit einer konstanten Drehfrequenz dreht und wobei am Ro tor ein geerdeter, elektrischer Leiter an einem Schleifkon takt schleift, während von einer Stromquelle ein elektrischer Strom über den Schleifkontakt fließt.He is given the task of specifying a procedure solved according to the invention by a method for grounding the Ro tors of a turbogenerator, in particular a turbogenera tors with a power greater than 10 MVA, whereby the Ro gate rotates at a constant rotational frequency and with the Ro gate a grounded electrical conductor on a sliding con clock grinds while an electrical power source Current flows through the sliding contact.
Die Vorteile eines solchen Verfahrens ergeben sich entspre chend den obigen Ausführungen zu den Vorteilen der Erdungs vorrichtung.The advantages of such a method arise accordingly According to the above explanations about the advantages of earthing contraption.
Bevorzugtermaßen liefert die Stromquelle einen Gleichstrom.The current source preferably supplies a direct current.
Bevorzugt liefert die Stromquelle einen Wechselstrom mit ei ner von der Drehfrequenz verschiedenen Frequenz, insbesondere mit einer Frequenz die kein Vielfaches der Drehfrequenz ist.The current source preferably supplies an alternating current with egg ner frequency different from the rotational frequency, in particular with a frequency that is not a multiple of the rotational frequency.
Weiter bevorzugt wird die Größe des von der Stromquelle ge speisten Stromes gemessen, um die Güte des Schleifkontaktes und damit die Güte der Erdung zu überwachen. Ein solches Ver fahren bietet den Vorteil, mit Hilfe des den Schleifkontakt verbessernden, konstant fließenden elektrischen Stromes die Güte der Erdung in einfacher Weise zu überwachen. Sollte die Güte des Schleifkontaktes, z. B. durch eine Abnutzung einer Kohlebürste, mit der Zeit schlechter werden, so erhöht sich der Übergangswiderstand für den durch den Schleifkontakt fließenden elektrischen Strom. Indem die Amplitude des elek trischen Stromes überwacht wird, kann auf einen solchen er höhten Übergangswiderstand und damit auf einen verschlechter ten Schleifkontakt geschlossen werden.The size of the current source is further preferred fed current measured to the quality of the sliding contact and thus monitor the quality of the grounding. Such a ver driving has the advantage of using the sliding contact improving, constantly flowing electrical current Easily monitor the quality of the grounding. Should the Quality of the sliding contact, e.g. B. by wear and tear Carbon brush, which gets worse over time, increases the contact resistance for that caused by the sliding contact flowing electrical current. By the amplitude of the elec trical current is monitored, he can increased contact resistance and thus to a worse the sliding contact must be closed.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich nung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is based on the drawing tion explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Turbogenerator und Fig. 1 shows a turbogenerator and
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Erdungsvorrichtung. Fig. 2 is a schematic representation of an earthing device.
Gleiche Bezugszeichen haben in den beiden Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference numerals have the same in the two figures Meaning.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Turbogenerator 4. Dieser ist auf einer Turbinenseite TS mit einer Turbine 6 und auf einer Erregerseite ES mit einer statischen Erregereinrichtung 5 verbunden. Der Turbogenerator 4 weist einen Stator 4A mit ei ner elektrischen Statorwicklung 4B auf. Im Stator 4A ist ein Rotor 2 angeordnet. Der Rotor 2 trägt eine elektrische Wick lung 2A. Der Rotor 2 ist auf der Turbinenseite TS über eine Kupplung 23 mit einer Turbinenwelle 6A der Turbine 6 verbun den. Auf der Erregerseite ES sind auf dem Rotor 2 Schleif ringe 5B angeordnet, die mit der elektrischen Wicklung 2A verbunden sind. An den Schleifringen 5B ist jeweils eine Koh lebürste 22 angeordnet, von welcher jeweils eine elektrische Leitung 22A zur Erregereinrichtung 5 führt. Der Rotor 2 ist auf der Erregerseite ES in einem Lager 9ES gelagert, welches durch eine Isolierstrecke 8 gegen den Boden isoliert ist. Die Turbinenwelle 6A ist auf ihrer dem Generator zugewandten Seite in einem Lager 9TS und auf der anderen Seite der Tur bine 6 in einem Lager 9T gelagert. Der Rotor 2 ist durch eine Erdungsvorrichtung 1 geerdet, wobei eine Kohlebürste 21 an dem Rotor 2 schleift. Von der Kohlebürste 21 führt eine Lei tung 21A zum Turbinenfundament 15. Fig. 1 shows schematically a turbo-generator 4. This is connected to a turbine 6 on a turbine side TS and to a static excitation device 5 on an exciter side ES. The turbogenerator 4 has a stator 4 A with egg ner electrical stator winding 4 B. In the stator, a rotor 4 A 2 is arranged. The rotor 2 carries an electrical winding 2 A. The rotor 2 is connected on the turbine side TS via a coupling 23 to a turbine shaft 6 A of the turbine 6 . Of the pathogens ES 2 sanding 5 B are arranged on the rotor rings, which are connected to the electrical winding 2 A. On the slip rings 5 B a Koh brush 22 is arranged, each of which an electrical line 22 A leads to the excitation device 5 . The rotor 2 is mounted on the exciter side ES in a bearing 9 ES, which is insulated from the ground by an insulating section 8 . The turbine shaft 6 A is on its side facing the generator in a bearing 9 TS and on the other side of the turbine 6 in a bearing 9 T. The rotor 2 is grounded by a grounding device 1 , a carbon brush 21 grinding on the rotor 2 . From the carbon brush 21 , a line 21 A leads to the turbine foundation 15 .
Die Turbine 6 versetzt den Rotor 2 in eine Rotation mit einer Drehfrequenz DF. In der elektrischen Wicklung 2A wird über die Erregereinrichtung 5 ein elektrischer Strom geführt. Die ser elektrische Strom ruft ein Magnetfeld hervor, welches durch die Rotationsbewegung des Rotors 2 in der Statorwick lung 4B des Stators 4A eine Spannung induziert. Die so indu zierte Spannung kann in ein Stromnetz eingespeist werden.The turbine 6 sets the rotor 2 in rotation with a rotational frequency DF. An electrical current is conducted in the electrical winding 2 A via the excitation device 5 . This water electric current creates a magnetic field, which induces a voltage through the rotational movement of the rotor 2 in the stator winding 4 B of the stator 4 A. The voltage induced in this way can be fed into a power grid.
Der Rotor 2 ist durch eine Erdungsvorrichtung 1 auf der Tur binenseite TS des Generators 4 geerdet, was im folgenden an hand von Fig. 2 näher beschrieben ist.The rotor 2 is grounded by a grounding device 1 on the door bin side TS of the generator 4 , which is described in more detail below with reference to FIG. 2.
Fig. 2 zeigt eine an einem Rotor 2 eines nicht dargestellten Turbogenerators 4 angeordnete elektrische Erdungsvorrichtung 1. Diese besteht aus zwei zweiten elektrischen Leitern 31, die über Kohlebürsten 21 in einem Schleifkontakt 30 am ersten elektrischen Leiter 2, dem Rotor 2, anliegen. Die zwei zwei ten elektrischen Leiter 31 sind einander gegenüberliegend am Umfang des Rotors 2 angeordnet. Entlang des Umfanges des Ro tors 2, zwischen den zwei zweiten Leitern 31, sind zwei ein ander gegenüberliegende, dritte elektrische Leiter 34 ange ordnet. Diese dritten elektrischen Leiter 34 bilden ebenfalls einen Schleifkontakt 30 über Kohlebürsten 21 mit dem Rotor 2. Die zwei zweiten elektrischen Leiter 31 sind am Turbinenfun dament 15 über einen Erdungsleiter 36 geerdet. Eine Strom quelle 32, die eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle sein kann, ist mit den zwei zweiten elektrischen Leitern 31 sowie mit den dritten elektrischen Leitern 34 so verbunden, daß je weils über einen zweiten elektrischen Leiter 31 und einen dritten elektrischen Leiter 34 mit der Stromquelle 32 ein ge schlossener Stromkreis gebildet ist. An dem Erdungsleiter 36 ist eine Strommeßvorrichtung 33A angeordnet, welche mit ei ner Überwachungsvorrichtung 33 verbunden ist. Fig. 2 shows a arranged on a rotor 2 of a turbo-generator 4 is not shown electrical grounding device 1. This consists of two second electrical conductors 31 , which abut carbon brushes 21 in a sliding contact 30 on the first electrical conductor 2 , the rotor 2 . The two two th electrical conductors 31 are arranged opposite one another on the circumference of the rotor 2 . Along the circumference of the ro tor 2 , between the two second conductors 31 , two opposite third electrical conductors 34 are arranged. These third electrical conductors 34 also form a sliding contact 30 via carbon brushes 21 with the rotor 2 . The two second electrical conductors 31 are earthed at Turbinenfun dam 15 via an earth conductor 36 . A current source 32 , which may be an alternating current or direct current source, is connected to the two second electrical conductors 31 and to the third electrical conductors 34 in such a way that each has a second electrical conductor 31 and a third electrical conductor 34 with the current source 32 a ge closed circuit is formed. To the grounding conductor 36 a current measuring device 33 is arranged A, which is connected to ei ner monitoring device 33rd
Die Stromquelle 32 liefert einen Wechselstrom I mit der Fre quenz F. Dieser Wechselstrom I fließt über einen dritten elektrischen Leiter 34 zu dessen Kohlebürste 21 und über den durch die Kohlebürste hergestellten Schleifkontakt 30 in den Rotor 2. Vom Rotor 2 fließt der elektrische Strom I über die zwei zweiten elektrischen Leiter 31 zur Stromquelle 32 zu rück, welche durch den Erdungsleiter 36 am Turbinenfundament 15 geerdet ist. Der so kontinuierlich fließende Strom I ver bessert die Erdungskontaktierung dadurch, daß sich entlang des Umfangs des Rotors 2 eine gute Partina bildet und dadurch daß sich über den elektrischen Strom I eine Erwärmung der Kohlebürsten 21 ergibt, welche damit einen geringeren Übergangswiderstand aufweisen. Einer der beiden durch jeweils ei nen zweiten und dritten Leiter 31, 34 gebildeten Stromkreise ist im Prinzip redundant und dient insbesondere einer höheren Betriebssicherheit. Mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung 33 kann der Strom I überwacht werden, so daß aus einem Absinken der Amplitude des Stromes I auf einen erhöhten Widerstand im Schleifkontakt 30 geschlossen werden kann. Ein solch erhöhter Widerstand kann z. B. durch eine Abnutzung der Kohlebürsten 21 hervorgerufen werden. Er bedeutet eine Verschlechterung der Erdung. Bei Unterschreiten eines Grenzwertes für die Ampli tude des Stromes I kann von der Überwachungsvorrichtung ein Warnsignal übermittelt werden. Die Frequenz F des Stromes I ist so gewählt, daß sie kein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz DF des Rotors 2 ist. Damit kommt es nicht zu ei nem rhythmischen Abheben der Kohlebürsten 21 vom Rotor 2. Dies unterbindet eine Beschädigung der Oberfläche des Rotors 2, z. B. durch Funkenerosion. Weiterhin ist durch die Wahl der Frequenz F als nichtganzzahliges Vielfaches der Drehfre quenz DF der Strom I leichter von eventuell auftretenden, in duzierten Wellenströmen zu unterscheiden. Dies erleichtert die Überwachung des Stromes I.The current source 32 supplies an alternating current I with the frequency F. This alternating current I flows via a third electrical conductor 34 to its carbon brush 21 and via the sliding contact 30 produced by the carbon brush into the rotor 2 . The electrical current I flows back from the rotor 2 via the two second electrical conductors 31 to the current source 32 , which is grounded on the turbine foundation 15 by the grounding conductor 36 . The current I flowing continuously improves the grounding contact in that a good partina forms along the circumference of the rotor 2 and in that the electric current I heats up the carbon brushes 21 , which thus have a lower contact resistance. One of the two circuits formed by egg n second and third conductors 31 , 34 is in principle redundant and is used in particular for greater operational reliability. With the aid of the monitoring device 33 , the current I can be monitored, so that an increase in resistance in the sliding contact 30 can be inferred from a decrease in the amplitude of the current I. Such increased resistance can e.g. B. caused by wear of the carbon brushes 21 . It means a deterioration in the earthing. If the limit for the amplitude of the current I is undershot, the monitoring device can transmit a warning signal. The frequency F of the current I is chosen so that it is not an integral multiple of the rotational frequency DF of the rotor 2 . This does not result in a rhythmic lifting of the carbon brushes 21 from the rotor 2 . This prevents damage to the surface of the rotor 2 , e.g. B. by spark erosion. Furthermore, the choice of the frequency F as a non-integer multiple of the rotational frequency DF makes it easier to distinguish the current I from any wave currents that may occur. This makes it easier to monitor current I.
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| DE19737578A DE19737578A1 (en) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | Electrical earthing device e.g. for rotatable electrical conductor of generator |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |