DE232697C - - Google Patents
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KAISEREMPEROR
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PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
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RICHARD RINKEL in CÖLN.RICHARD RINKEL in COLOGNE.
gegen Überlastung.against overload.
Elektrische Kraftwerke, die mit stark sehwankender Belastung arbeiten, bedürfen einer sorgfältigen Regelung der Spannung der abgehenden Leitungen. Insbesondere ist das der Fall, wenn die elektrische Energie auf große Entfernungen übertragen wird, wodurch ein mit der Belastung sich ändernder erheblicher Spannungsabfall in der Fernleitung auftritt.Electric power plants that work with heavily fluctuating loads require careful attention Regulation of the voltage of the outgoing lines. In particular, this is the case when The electrical energy is transmitted over long distances, thereby reducing the burden there is a significant change in voltage drop in the pipeline.
Will man an dem fern gelegenen Verbrauchspunkt, z. B. einer großen Transformatorstation, von der Belastung unabhängige konstante Spannung haben, so muß die Spannung im Kraftwerk mit der Belastung steigen und fallen. In der Regel wird diese Veränderung durch eine von Hand bewirkte Einstellung der magnetischen Erregung der Dynamomaschinen bewirkt. Der Nachteil liegt dabei in der Notwendigkeit, daß ein Mann fortgesetzt die Belastung durch das Hauptamperemeter kontrollieren und die Spannung danach einstellen muß, wobei er auch den Einfluß der veränderlichen Phasenverschiebung zwischen Strom und , Spannung auf den Spannungsabfall nicht berücksichtigen kann. Außerdem kommt diese Art der Regelung immer etwas zu spät, besonders dann, wenn Hitzdrahtinstrumente verwendet werden, wie es meistens der Fall ist. Diese Instrumente stellen sich selbst erst allmählich auf den Endzustand ein.If you want to go to the distant point of consumption, e.g. B. a large transformer station, have constant voltage independent of the load, the voltage in the power station must rise and fall with the load. Usually this change is caused by a caused by hand adjustment of the magnetic excitation of the dynamo machines. The disadvantage of this is the need for a man to continue the exposure control through the main ammeter and then adjust the voltage, taking into account the influence of the variable Do not take into account the phase shift between current and voltage on the voltage drop can. In addition, this type of regulation always comes a little too late, especially when using hot-wire instruments as it is mostly the case. These instruments are only gradually introducing themselves on the final state.
30' Es ist nicht zweckmäßig, die Erregung z. B. bei steigender Belastung schneller steigern zu wollen, als die Kraftmaschine zu folgen vermag, weil dadurch Schwankungen in der Geschwindigkeit erzeugt werden, die die elektrische Regulierung zum Teil· unwirksam machen; die Maschine läuft zunächst langsamer, so daß der Maschinist die Erregung weiter glaubt steigern ·' zu müssen, und wenn der mechanische Regulator dann nachkommt und die Geschwindigkeit wieder steigert, wird die Spannung zu hoch. Ganz entsprechend liegen die Verhältnisse bei sinkender Belastung. Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen die Handregelung durch eine selbsttätige, unmittelbar von der Belastung und der Phasenverschiebung abhängige Regelung ersetzt ist, die ebenso schnell wirkt, als die mechanischen Regulatoren der antreibenden Kraftmaschinen die Kraftzufuhr beeinflussen können.30 'It is not appropriate to reduce the excitement z. B. wanting to increase faster with increasing load than the engine is able to follow, because it creates fluctuations in the speed that the electric Partial · make regulation ineffective; the machine runs slower at first, so that the The machinist thinks he must increase the excitement further, and if the mechanical regulator then follows and the speed increases again, the tension becomes too high. Correspondingly, the situation is when the load falls. There are institutions too known, in which the manual control by an automatic, directly from the Load and phase shift dependent regulation is replaced that just as quickly acts as the mechanical regulators of the prime movers supplying power can influence.
Bei den Regelungseinrichtungen der letzten Art wird nach der Erfindung eine neue Sicherung elektrischer Kraftwerke mit parallel arbeitenden Generatoren gegen zu hohe Ströme, z. B. Kurzschlüsse, angeordnet. Die jetzt übliche Sicherung benutzt selbsttätige Ausschalter, die die Fernleitung bei zu hoher Stromstärke von der Zentrale abschalten. Mit steigender Größe der Kraftwerke und der verwendeten Spannungen wird dieses Verfahren immer gefährlicher für Leitung und Kraftwerk, da in der Leitung elektrische Schwingungen und Überspannungen auftreten, während im Kraftwerk die Maschinen der Gefahr des Durchgehens und bei Wechselstrom des Außertrittfallens ausgesetzt sind. Bei Wasserkraftzentralen können sehr gefährliche Über-In the case of the regulating devices of the last Art is according to the invention a new backup electrical power plants with working in parallel Generators against excessively high currents, e.g. B. short circuits arranged. The usual one now Fuse uses automatic circuit breakers that cut the long-distance line when the current is too high switch off from the control center. With increasing size of the power plants and those used Voltage, this process is becoming more and more dangerous for the line and power station, because electrical oscillations and overvoltages occur in the line while In the power station the machines run the risk of runaway and with alternating current the Are exposed to stepping out. In hydropower plants, very dangerous over-
drücke in der Wasserzuleitung auftreten infolge der plötzlichen Absperrung der in Bewegung befindlichen Wassermassen.Pressures in the water supply occur as a result of the sudden shut-off of the movement located water masses.
Aus diesen Gründen muß es überhaupt als in vielen Fällen nicht zweckmäßig bezeichnet werden, große elektrische Energiemengen plötzlich ausschalten zu wollen, um so mehr, als bei . maximalem Strom auch die maximale Spannung vorhanden sein wird.For these reasons it has to be called in many cases inappropriate at all suddenly wanting to switch off large amounts of electrical energy, even more so than with . maximum current also the maximum voltage will be present.
ίο Die nachstehend beschriebene Einrichtung benutzt zur Erzielung der erforderlichen Regulierbewegungen Druckluft als ein schnell wirkendes elastisches Kraftmittel von genügender Stärke. Die Druckluft wird elektrisch gesteuert. Die Gesamteinrichtung zeigt Fig. 1. In dem Behälter 1 wird Druckluft angesammelt, die von einem Elektrokompressor erzeugt wird. Durch einen selbsttätigen Druckluftapparat wird die Pumpe bei entsprechenden Drücken in bekannter Weise ein- und ausgeschaltet, so daß der Druck im Behälter nur innerhalb vorgeschriebener Grenzen schwanken kann. Die aus dem Behälter kommende Druckluft durchläuft den Absperrhahn 2, das Regelventil 3, das Einlaßventil 4, das Sicherheitsventil oder Überlastungsventil 5 und tritt in den Arbeitszylinder 6 ein, schiebt hier den Kolben mit Zahnstange 7 vorwärts, wodurch die Nebenschlußregler der gerade im Betrieb befindlichen Erregermaschinen oder bei Gleichstrom eventuell der Hauptmaschinen verstellt werden im Sinne einer Spannungssteigerung. Durch eine einfache Kupplung können nach . Wunsch die Nebenschlußregler einzelner oder mehrerer der parallel arbeitenden Generatoren in und außer Verbindung mit der Zahnstange gebracht werden, je nachdem die zugehörige Maschine oder Maschinen im· Betrieb sind oder nicht. Auch kann jeder einzelne Regler zunächst für sich von Hand in gewünschte Stellung gebracht und erst darauf mit der Zahnstange gekuppelt werden, wodurch man die Belastung der einzelnen Erregermaschinen nach Wunsch einstellen kann.ίο The setup described below used to achieve the necessary regulating movements Compressed air as a fast-acting elastic force means of sufficient strength. The compressed air becomes electrical controlled. The entire device is shown in Fig. 1. Compressed air is collected in the container 1, generated by an electric compressor. By an automatic compressed air device the pump is switched on and off in a known manner at the corresponding pressures, so that the pressure in the container can only fluctuate within prescribed limits. The compressed air coming out of the container passes through the shut-off valve 2, the control valve 3, the inlet valve 4, the safety valve or overload valve 5 and enters the working cylinder 6, here pushes the piston with rack 7 forward, making the shunt regulator of the currently in operation Exciter machines or, in the case of direct current, possibly the main machines can be adjusted in the sense of an increase in voltage. With a simple coupling you can after. Desire the shunt regulator single or several of the generators working in parallel in and out of connection with the rack depending on whether the associated machine or machines are in operation or not. Each individual controller can also initially be set to the desired position by hand brought and only then coupled with the rack, whereby the load on the individual exciter machines Wish can adjust.
Beim Vorwärtsgang des Kolbens wird die im Zylinder 6 enthaltene Feder zusammengepreßt und ist nun imstande, sobald der Druck hinter dem Kolben kleiner wird, die rückläufige Bewegung der Zahnstange zu bewirken im Sinne einer Erniedrigung der Spannung. Der Luftauslaß aus dem Zylinder 6 findet durch das Ventil 8 statt.When the piston moves forward, the spring contained in the cylinder 6 is compressed and is now able to decrease as soon as the pressure behind the piston decreases To bring about movement of the rack in the sense of lowering the tension. The air outlet from the cylinder 6 takes place through the valve 8 instead.
Das Überlastungsventil 5 ist während des normalen Betriebes, solange also die zulässige Belastung nicht überschritten wird, andauernd in einer solchen Stellung, daß die Druckluft durch dasselbe freien Durchgang zum Arbeitszylinder hat. Es beteiligt sich also zunächst nicht an der Steuerung der Luft. Diese Steuerung wird während des normalen Betriebes lediglich durch das Einlaßventil 4 und das Auslaßventil 8 in folgender Weise bewirkt. Der Hebel 9 (Eig. 1 und 2) bleibt in Ruhe, solange die mechanischen Kräfte, die am Hebel angreifen, d. i. die Feder 10 und die auf den Hebel wirkenden Gewichte im Gleichgewicht mit den magnetischen Kräften der beiden Spulen 11 und 12 sich befinden. Spule 11 wird von der zu regelnden Spannung, Spule 12 von der Stromstärke des Kraftwerks beeinflußt, entweder durch Meßtransformatoren bei Wechselströmen oder durch Nebenschlüsse und Vorschaltwiderstände bei Gleichstrom oder durch irgendeine der sonst bekannten Methoden. In Fig. 1 ist ein Strom- und ein Spannungstransformator gezeichnet.The overload valve 5 is during normal operation, so as long as the permissible load is not exceeded, continuously in such a position that the compressed air through has the same free passage to the working cylinder. So it does not participate initially the control of the air. This control is only carried out during normal operation the inlet valve 4 and the outlet valve 8 are effected in the following manner. The lever 9 (Fig. 1 and 2) remains at rest as long as the mechanical forces acting on the lever, i.e. i. the feather 10 and the weights acting on the lever in equilibrium with the magnetic forces the two coils 11 and 12 are located. Coil 11 is controlled by the voltage to be regulated, Coil 12 influenced by the current of the power plant, either by measuring transformers with alternating currents or through shunts and series resistors with direct current or by any of the otherwise known methods. In Fig. 1 is a current and drawn a voltage transformer.
In Fig. 2 ist die Steuerung in größerem Maßstabe wiedergegeben. Sind Strom und Spannung des Kraftwerks Null, so bewirken der Zug der Feder 10 und die am Hebel 9 angreifenden Gewichte ein Senken des Hebels, der dabei das Ventil 4 öffnet unter Überwindung der Kraft der zugehörigen Ventilfeder. Sobald der Absperrhahn 2 (Fig. 1) am Luftbehälter geöffnet wird, kann nun die Druckluft durch das Ventil 4 hindurchströmen nach dem Überlastungsventil 5 hin, und da dieses durch den Druck seiner Feder 15 (Fig. 3) offen gehalten wird, tritt die Luft in den Arbeitszylinder ein und steigert nun die Erregung und damit die Geiieratorspannung E. Jetzt tritt ein Strom in die Spannungsspule 11 (Fig. 2), wodurch allmählich der Kern 13 angehoben wird, bis die Kraft genügt, den Hebel 9 in die horizontale, der. Ruhelage entsprechende Lage zu bringen. Alsdann schließt sich das Einlaßventil 4 unter dem Druck seiner Feder, und der Kolben im Arbeitszylinder kommt zur Ruhe. Wird nun Strom ins Netz geschickt, so durchfließt ein ihm proportionaler Teilstrom die Spule 12 (Fig. 2), diese zieht daher den Kern 13 nach unten, Öffnet das Einlaßventil 4 wieder, und es kann weitere Spannungssteigerung eintreten, bis die dadurch ebenfalls gestiegene Kraft der Spule 11 den Hebel 9 wieder in die Ruhelage gehoben hat. Sinkt nun die Belastung des Kraftwerks, so wird die Kraft der Spannungsspule 11 den Hebel 9 über die horizontale Lage hinausheben, dadurch das Auslaßventil 8 öffnen, so daß jetzt Luft ins Freie austreten und die Feder im Arbeitszylinder 6 die Rückstellung der Regulierung so lange bewirken kann, bis die Spannung und damit die Kraft der Spule 11 so weit gesunken ist, daß das Auslaßventil 8 schließen kann.In Fig. 2, the control is shown on a larger scale. If the current and voltage of the power station are zero, the tension of the spring 10 and the weights acting on the lever 9 lower the lever, which opens the valve 4 while overcoming the force of the associated valve spring. As soon as the shut-off valve 2 (Fig. 1) on the air tank is opened, the compressed air can now flow through the valve 4 to the overload valve 5, and since this is kept open by the pressure of its spring 15 (Fig. 3), the air emerges in the working cylinder and now increases the excitation and thus the Geiieratorsspannung E. Now a current enters the voltage coil 11 (Fig. 2), whereby the core 13 is gradually raised until the force is sufficient to move the lever 9 into the horizontal position . Bring rest position appropriate position. Then the inlet valve 4 closes under the pressure of its spring, and the piston in the working cylinder comes to rest. If current is now sent into the network, a partial current proportional to it flows through the coil 12 (FIG. 2), which therefore pulls the core 13 downwards, opens the inlet valve 4 again, and further voltage increases can occur until the force also increased as a result the coil 11 has lifted the lever 9 back into the rest position. If the load on the power plant now falls, the force of the tension coil 11 will lift the lever 9 beyond the horizontal position, thereby opening the outlet valve 8, so that air can now escape into the open and the spring in the working cylinder 6 can reset the regulation for so long until the voltage and thus the force of the coil 11 has decreased so far that the outlet valve 8 can close.
Das System wird durch passende. Spannung der Feder 10 und Bemessung der Gewichte des Hebels mit anhängendem Magnetkern sowie des verstellbaren Kastens mit Schrotkörnern 14 so eingestellt, daß bei der gewünschten Spannung E im Leerlauf, also wenn /= 0 ist, der iao Hebel sich in Ruhelage befindet.' Dabei ist die Spannung in ziemlich weiten Grenzen beliebigThe system is matched by. The tension of the spring 10 and the dimensioning of the weights of the lever with attached magnetic core and the adjustable box with pellets 14 are set so that at the desired tension E in idle mode, i.e. when / = 0, the general lever is in the rest position. ' The voltage is arbitrary within fairly wide limits
einstellbar. Die Kraft der Stromspule wird durch veränderliche Vorschaltwiderstände oder Nebenschlüsse oder Änderung der Windungszahl nach Belieben eingestellt, so daß beliebige Spannungssteigerungen angeordnet werden können; es kann die Einstellung auch auf konstante Spannung erfolgen. Selbstverständlich kann in derselben Weise auch die Spannungsspule in ihrer Kraft verändert werden. Der adjustable. The force of the current coil is controlled by variable series resistors or Shunts or changing the number of turns set at will, so that any Voltage increases can be arranged; it can also set the setting to constant Tension take place. Of course, the power of the voltage coil can also be changed in the same way. Of the
ίο Magnetkern braucht nur eine minimale Bewegung zu machen, um die nötigen Ventilöffnungen zu bewirken, und indem er je nach den Strom- und Spannungsänderungen mehr oder weniger öffnet, erfolgen die Bewegungen des Arbeitskolbens in der richtigen Weise schneller oder langsamer. Diese Geschwindigkeit kann auch durch das Regelventil 3 (Fig. 1) und die verstellbaren Auslaßöffnungen am Ventil 8 (Fig. 2) nach Wunsch eingeregelt werden, indem der Durchgangsquerschnitt entsprechend . verändert wird.ίο Magnetic core only needs minimal movement to make the necessary valve openings, and depending on the current and voltage changes, more or opens less, the working piston moves faster in the right way or slower. This speed can also through the control valve 3 (Fig. 1) and the adjustable outlet openings on the valve 8 (Fig. 2) can be adjusted as desired by the passage cross-section accordingly. is changed.
Die Anordnung der Spulen um denselben Magnetkern 13 (Fig. 2) bewirkt, daß bei einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung der Gesamteinfluß der Magnetisierung kleiner wird als ohne eine solche, so daß nun die Feder 10 schon eher eine Öffnung des Einlaßventils 4 erzielen und damit die Spannung steigern kann. Bekanntlich ist der Spannungsabfall in Wechselstrommaschinen bei Phasenverschiebung größer als ohne diese.The arrangement of the coils around the same magnetic core 13 (Fig. 2) causes that in a Phase shift between current and voltage is the overall influence of magnetization becomes smaller than without such, so that now the spring 10 is more likely to open the inlet valve 4 and thus increase the tension. As is well known, the voltage drop in AC machines with a phase shift greater than without it.
Das nach der Erfindung mit dieser selbsttätigen Regelungsvorrichtung zusammen arbeitende Sicherheits- oder Überlastungsventil 5 arbeitet in folgender Weise: Wie bemerkt, steht der Durchgang für die Druckluft in der Regel offen (Fig. 3, gestrichelter Pfeil), indem die Feder 15 das Ventil bis in eine durch Stellschraube bestimmte Lage herunterdrückt.The working together with this automatic control device according to the invention Safety or overload valve 5 works in the following way: As noted, the passage for the compressed air is usually open (Fig. 3, dashed arrow) by the spring 15 presses the valve down into a position determined by the adjusting screw.
Gleichzeitig wird das kleine, für den Austritt der Luft ins Freie bestimmte Ventil 16 auf seinen Sitz gepreßt, entweder nur durch den Druck der Luft oder noch durch eine (nicht gezeichnete) kleine Feder. Überschreitet die Belastung einen bestimmten Wert, so zieht die von einem der Belastung proportionalen Strom durchflossene Spule 17 den Kern mit dem Ventil 5 an, schließt dabei zunächst den Durchgang der von der selbsttätigen Regelungsvorrichtung 4 in den Arbeitszylinder tretenden Luft ab und öffnet im letzten Augenblick das kleine Ventil 16, das mittels der am Ventil 5 angebrachten Klauen gehoben wird. Die Zeitdifferenz zwischen dem Anheben von Ventil 5 und Ventil 16 kann man nach Wunsch in einfacher Weise durch Veränderung des Abstandes der Klauen vom Ventilkopf regeln. Durch Ventil 16 bläst nun die Luft aus dem Arbeitszylinder 6 ab, und die Spannung wird durch die Rückstellung der Regulatoren, die die Arbeitsfeder im Zylinder bewirkt, so lange herabgesetzt, bis die Stromstärke auf ein Maß gesunken ist, bei dem die Feder 15 (Fig. 3) die Öffnung des Ventils 5 bewirkt und dadurch von neuem Luft vom Ventil 4 durch das Ventil 5 in den Arbeitszylinder treten läßt, so daß von diesem Augenblick an die selbsttätige Regelungsvorrichtung 4, 8 die Regelung der ' Erregung der Generatoren wieder übernimmt. Besteht dann eventuell ein Kurzschluß noch weiter, so kann die Spannung doch nur so weit gesteigert werden, bis die zulässige maximale Stromstärke wieder eben überschritten wird, weil dann sofort Ventil 5 wieder schließt und Ventil 16 abbläst. Eine Öffnung und Wiedereinschaltung des Stromkreises findet also nicht statt, es werden somit· alle hieraus sich ergebenden bekannten großen Nachteile vermieden. At the same time, the small valve 16 intended for the air to escape into the open air is opened its seat pressed, either only by the pressure of the air or by a (not drawn) small pen. If the load exceeds a certain value, it pulls the coil 17 through which a current proportional to the load flows with the core the valve 5, initially closes the passage of the automatic control device 4 exiting air into the working cylinder and opens at the last moment the small valve 16, which by means of the am Valve 5 attached claws is lifted. The time difference between raising Valve 5 and valve 16 can be easily changed as desired by changing the Regulate the distance between the claws and the valve head. The air now blows out of the valve 16 Working cylinder 6 from, and the tension is achieved by resetting the regulators that the working spring in the cylinder causes it to be reduced until the current strength is reduced to a level has decreased, in which the spring 15 (Fig. 3) causes the opening of the valve 5 and thereby again lets air from valve 4 pass through valve 5 into the working cylinder, so that from this moment on the automatic control device 4, 8 the control of the ' Excitation of the generators takes over again. If so, there may still be a short circuit further, the tension can only be increased until the maximum permissible Amperage is again just exceeded because valve 5 then closes again immediately and Valve 16 blows off. There is no opening and reconnection of the circuit instead, all known major disadvantages resulting therefrom are thus avoided.
Während des Überlastungsvorganges bleiben zwar die Steuerventile 4 und 8 andauernd in einer solchen Stellung, daß das Ventil 4 öffnet, da ja der starke Strom jetzt das Übergewicht über die Spannungsspule hat, so daß also nach Aufhören des Überlastungszustandes die selbsttätige Regelung 4, 8 sofort wieder in Tätigkeit tritt, aber an der Regelung innerhalb des Bereiches der Überlastung nehmen sie nicht teil, da einerseits der Durchfluß vom Ventil 4 zum Arbeitszylinder 6 durch das Ventil 5 abgesperrt ist, und andererseits das Ventil 8 nur bei zu hoher Spannung abbläst. Innerhalb des Bereiches der Überlastung wird die Regelung der Erregung somit vom Überlastungsventil allein bewirkt.During the overload process, the control valves 4 and 8 remain in continuously such a position that the valve 4 opens, since the strong current is now the overweight has over the voltage coil, so that after the overload state has ceased, the automatic Regulation 4, 8 comes into operation again immediately, but at the regulation within the area the overload they do not participate, as on the one hand the flow from valve 4 to Working cylinder 6 is shut off by the valve 5, and on the other hand the valve 8 only when closed high voltage. Within the range of the overload, the regulation the excitation thus caused by the overload valve alone.
Die zulässige Maximalstromstärke kann man durch Gewichtsbelastung des Überlastungsventils einstellen; in Fig. 3 ist dafür ein Schrotkasten 18 gezeichnet.The maximum permissible amperage can be determined by loading the overload valve to adjust; In Fig. 3, a shot box 18 is drawn for this.
Die Stromspulen 12 und 17 wird man im allgemeinen in Reihe schalten und das Regulieren der Kraft dieser- Spulen durch Nebenschlüsse und Abschalten von Windungen an jeder Spule für sich vornehmen. Es steht aber auch nichts im Wege, beide Spulen parallel zu schalten.The current coils 12 and 17 will generally be connected in series and the regulation the power of these coils by shunting and switching off turns make each coil for yourself. But nothing stands in the way of having both coils in parallel switch.
Die konstruktive Ausgestaltung der Einrichtung kann nach jeder Richtung hin beliebig sein, insbesonder was die Ventile und die Einstellbarkeit der Luftdurchlässe und der Federkräfte betrifft. Die Erfindung betrifft lediglich die beschriebene elektrische Regelungseinrichtung für Zentralen, wobei man mit Vorteil von den beschriebenen, elektrisch gesteuerten Luftventilen zur Bedienung eines Arbeitszylinders, der die Erregung der Dynamomaschinen durch Druckluft einstellt, Gebrauch machen kann.The structural design of the device can be in any direction be, in particular what the valves and the adjustability of the air outlets and the Concerns spring forces. The invention relates only to the electrical control device described for control centers, with the advantage of the described, electrically controlled air valves for operating a Working cylinder, which adjusts the excitation of the dynamo machines by compressed air, is used can make.
Claims (3)
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