DE4101821A1 - Einrichtung zum synchronisieren von generatoren auf ein netz stark schwankender frequenz - Google Patents
Einrichtung zum synchronisieren von generatoren auf ein netz stark schwankender frequenzInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
Description
Seit etwa 100 Jahren, seitdem Synchrongeneratoren in technischem
Maßstab zur Erzeugung elektrischer Energie angewendet werden,
stellt sich das Problem, Generatoren zum Netz zuzuschalten, ohne
dieses im Betrieb zu stören.
Dazu ist es erforderlich, den neu zuzuschaltenden Generator zu
"synchronisieren", d. h. seine Klemmenspannung muß zu jedem
Zeitpunkt gleich der Netzspannung sein. Im einzelnen gelten für
das störungsfreie Zuschalten des Generators folgende
Bedingungen:
- - Gleiche Phasenfolge (Anschlußreihenfolge der Zuleitungen bzw. Drehrichtung des Antriebsmotors),
- - Gleiche Frequenz (wird über die Antriebsdrehzahl eingestellt),
- - Gleiche Phasenlage (abwarten bei kleiner Differenzdrehzahl),
- - Gleiche Spannung (wird über Erregerstrom eingestellt),
- - Gleiche Spannungskurvenform (von Wicklung bestimmt).
Wenn alle diese Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, dann
fließt beim Schließen des Generatorschalters kein Strom, d. h. es
finden keinerlei Ausgleichsvorgänge statt.
Das apparatetechnisch einfachste Synchronisieren wird von Hand
durchgeführt. Hierzu sind parallel zu jedem Kontakt des Gene
ratorschalters Lampen angebracht. Sind alle drei Lampen gleich
zeitig dunkel, dann ist die Spannung über den Kontakten
näherungsweise Null, der Schalter kann ohne Ausgleichsvorgang
geschlossen werden.
Ein erfahrener Betriebsingenieur kann mit einer solchen Einrich
tung unter normalen Umständen einwandfrei synchronisieren.
Bei einer Fehlbedienung können jedoch große Schäden entstehen.
Beim Schalten in Phasenopposition auf ein starres Netz wie etwa
den europäischen Verbund, treten Stoßkurzschlußströme vom
doppelten des generatortypischen Wertes auf. Durch die damit
verbundenen Stromkräfte sind die Generatorwicklungen unmittelbar
gefährdet, die Schaltgeräte werden extrem beansprucht.
Beim Schalten bei ca. 120° Phasenversatz treten die größten
Drehmomente auf, und zwar mit Frequenzen, die zu
Drehschwingungen anregen und zum Kupplungsbruch führen können.
Die Gefahr von Fehlsynchronisierungen steigt, wenn das Personal
nicht qualifiziert ist oder häufig wechselt, wie dies auf
Schiffen oft der Fall ist.
Zur Abhilfe gibt es Synchronisiersperren, die den Generator
schalter erst freigeben, wenn zumindest annähernd die oben
erwähnten Synchronisierbedingungen gegeben sind.
Allgemein gilt es als verträglich, bei Phasendifferenzen von
etwa 30° den Generatorschalter noch zu schließen. Die dabei ab
laufenden Ausgleichsvorgänge sind beherrschbar und der Generator
fällt mit Sicherheit in Tritt. Die Forderung nach Phasengleich
heit ist also insoweit abgeschwächt worden, daß Abweichungen um
16% des maximal möglichen als tragbar gelten.
Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung des Synchronisier
vorganges ist die sog. Grobsynchronisierung:
Hierbei werden die Generatoren zunächst über Schütze auf eine Synchronisierschiene geschaltet, an der immer nur ein Generator zur Zeit angeschlossen sein darf. Diese Schiene ist über eine Drossel an die Hauptsammelschiene angeschlossen. Diese Drossel ist so bemessen, daß der Strom beim Zuschalten eines Generators unter keinen Umständen unzulässige Werte erreicht. Das eigent liche "Synchronisieren" überläßt man damit der Zeit. Irgendwann ist der Generator in Tritt gefallen, der Generatorschalter kann geschlossen werden. Auch hier muß aber überwacht werden, daß der Generatorschalter nicht vor dem Abklingen der Ausgleichsvorgänge geschlossen wird. Außerdem müssen die Schütze und Drosseln der Synchronisierschiene durch Sicherungstrenner abschaltbar gemacht werden, damit Fehler in diesem Bereich nicht das gesamte Kraft werk außer Betrieb setzen.
Hierbei werden die Generatoren zunächst über Schütze auf eine Synchronisierschiene geschaltet, an der immer nur ein Generator zur Zeit angeschlossen sein darf. Diese Schiene ist über eine Drossel an die Hauptsammelschiene angeschlossen. Diese Drossel ist so bemessen, daß der Strom beim Zuschalten eines Generators unter keinen Umständen unzulässige Werte erreicht. Das eigent liche "Synchronisieren" überläßt man damit der Zeit. Irgendwann ist der Generator in Tritt gefallen, der Generatorschalter kann geschlossen werden. Auch hier muß aber überwacht werden, daß der Generatorschalter nicht vor dem Abklingen der Ausgleichsvorgänge geschlossen wird. Außerdem müssen die Schütze und Drosseln der Synchronisierschiene durch Sicherungstrenner abschaltbar gemacht werden, damit Fehler in diesem Bereich nicht das gesamte Kraft werk außer Betrieb setzen.
Wenn eine Automation existiert, die überwacht, ob der Generator
schalter geschlossen werden darf, dann kann liegt es nahe, sie
auch den Befehl dazu geben zu lassen. Diese Anlagen zum auto
matischen Synchronisieren müssen dann natürlich durch redundante
Ausführung sicher gemacht werden.
Wird die Automation mit Hilfe eines Rechners durchgeführt, ist
eine Plausibilitätsüberprüfung der Signale möglich und not
wendig.
All dies ist seit langem Stand der Technik.
Seit etwa 1920 gibt es Drehstromanlagen auf Schiffen, die
zunächst zum Antrieb dienten. Seit 1955 wird auf Handelsschiffen
Drehstrom zur Versorgung der elektrischen Verbraucher verwendet.
Die Generatoren wurden durch Compounderregergeräte in Harz′scher
Schaltung erregt, bei denen eine Einstellung der Spannung nicht
möglich ist. Nach der Forderung auf exakt gleiche Phasenlage
wird nun als zweite Synchronisierbedingung die Forderung nach
genauer Spannungsgleichheit aufgegeben.
Allgemein werden heute Spannungsdifferenzen von ± 10% für
verträglich gehalten.
Damit findet auch beim Schließen des Generatorschalters bei
Phasengleicheit ein Ausgleichsvorgang statt, der fast nur
elektrischer Natur ist, und kaum Momentenschwankungen an der
Welle zur Folge hat.
Bei den Generatoren mit Erregung durch Harz′sche Schaltung wurde
der Parallellauf, d. h. die Blindleistungsverteilung im statio
nären Betrieb, durch das Parallelschalten aller Erregerwicklun
gen mittels der sog. Ausgleichsleitung erzwungen.
Mit der Weiterentwicklung des Elektromaschinenbaus entstanden
bürstenlose Generatoren, deren Erregung aus Kostengründen
mittels elektronischer Schaltung geregelt wird. Die Elektronik
ist heute mit ausreichend driftfreien Bauteilen in der Lage,
eine stabile Betriebskennlinie zu erzeugen, mit der ein
Parallelbetrieb sowohl zu anderen Generatoren gleicher Größen
ordnung, wie auch zu starren Netzen möglich ist.
Generatoren mit solchen Erregereinrichtungen sind einsetzbar in
lokalen Strahlennetzen, z. B. auf Schiffen und in Notstromanlagen
von Einkaufzentren, Flughäfen und Kraftwerken. In ausgedehnten
Maschennetzen sind solch unflexible Erregergeräte nicht einsetz
bar, da der Erregungszustand der Generatoren und damit die
Blindleistungsabgabe genutzt wird, um die Lastaufteilung auf
einzelne Maschen des Netzes optimal einzustellen.
An der Synchronisierbedingung gleicher Frequenz von Generator
und Netz hat sich bisher nichts geändert.
In letzter Zeit sind neue Anforderungen an automatische Synchro
nisiereinrichtungen formuliert worden
- 1) Auf Schiffen werden Synchronwellengeneratoren eingesetzt, die einerseits direkt das Bordnetz speisen und andererseits über ein Getriebe starrer Übersetzung vom Propellerwellenstrang angetrieben werden. Unter Seebedingungen wird die Drehzahl dieses Generators bestimmt vom Zusammenwirken von Haupt maschine, deren Regler, dem Propeller und den Seegangsein flüssen. Die elektrische Last liegt im Bereich einiger Prozent der Hauptmaschinenleistung und hat daher keinen Einfluß auf die Drehzahl. Die Drehzahl schwankt jedoch bei schlechtem Wetter oder Zündaussetzern u. U. erheblich.
- 2) In allen Inselnetzen besteht die Forderung, nach einem Netzausfall so schnell wie möglich wieder so viele Genera toren wie möglich auf′s Netz zu bekommen.
Beide Forderungen laufen darauf hinaus, bei veränderlichen
Frequenzen eine Synchronisierung herbeizuführen.
An Bord von Schiffen hat man sich bisher meist dadurch geholfen,
daß bei der Übergabe vom frequenzvariablen Wellengenerator auf
die Hilfsdiesel diese zunächst hochgefahren, das Schiff in den
Wind gedreht wurde, und dann das Umschalten über einen kurzen
Blackout erfolgte. Konnte dieser nicht in Kauf genommen werden,
mußte rechtzeitig vor einer Wetterverschlechterung die Last mit
Hilfe konventioneller Synchronisiergeräte auf die Hilfsdiesel
übergeben werden.
Auf großen, modernen Schiffen, speziell auf Schiffen mit
Kühlanlagen sind die Wellengeneratoren meist für die volle
Bordnetzleistung bemessen, die alternativ auch von zwei oder
drei Hilfsdieseln aufgebracht werden kann. Bei solchen Schiffen
muß das Synchronisieren ohne Schiffsmanöver, ohne Blackout und
trotz schwankender Drehzahl möglich sein. Drehzahlschwankungen
von ± 3 % sollten dabei beherrschbar sein.
Ein Sonderaufwand bei der Drehzahlregelung der Hauptmaschine
sollte hier vermieden werden, weil dies zu hohen Investitions
kosten, erhöhtem Treibstoffverbrauch und Verschleiß der Maschine
führt.
Es ist also Zeit, wieder eine der liebgewordenen Synchronisier
bedingungen aufzugeben, nämlich die Forderung nach gleicher
Frequenz.
Entsprechendes folgt auch aus den bisherigen Ansätzen zur
Erhöhung der Netzverfügbarkeit in Inselnetzen. Um nach einem
Netzausfall möglichst schnell wieder die wichtigen Verbraucher
versorgen zu können, wurden drei Konzepte verfolgt:
- - der kleinste Generator kann alle wichtigen Verbraucher ver sorgen. Nach einem Netzzusammenbruch werden alle Stand-By Aggregate angefahren, der Generator, der zuerst ausreichende Spannung abgibt, übernimmt die wichtigen Verbraucher allein. Dieses Verfahren birgt große Unwägbarkeiten und führt im Betrieb nicht immer zu den gewünschten Ergebnissen.
- - In Notstromversorgungen von Kernkraftwerken werden alle betriebsfähigen Generatoren entregt, die Generator schalter geschlossen und die Generatoren werden gleichzeitig erregt. Man hofft dann, daß die Maschinen sich schon irgendwie sortieren werden, was aber zu unübersichtlichen Ausgleichs vorgängen mit u. U. negativen Erregerströmen führen kann. Besonders schwierige Verhältnisse mit langdauernden Aus gleichsvorgängen finden statt, wenn sich die Polräder in Phasenopposition befinden.
- - redundante Ausführung aller wichtigen Verbraucher, mit völliger, auch räumlicher Trennung der Energieversorgung. Dieses Verfahren ist sicher, aufwendig und teuer und findet deshalb nur bei Kriegsschiffen Anwendung.
Mit einer neuen Philosophie läßt sich auch hier ein einfacherer
Ansatz finden: Die Generatoren werden schon im Hochlauf erregt
und zu passender Zeit synchronisiert, so daß bei Erreichen von
ca. 60% Drehzahl, und damit 60% Spannung, mehrere Generatoren
parallel zur Verfügung stehen. Dies ist nur möglich, wenn es
gelingt, bei sich ändernden Frequenzen zu synchronisieren.
Als Ansatz möchte ich die Frage stellen, bis zu welcher Dreh
zahldifferenz es möglich ist, zwei Generatoren zu synchroni
sieren. Es soll dabei zunächst vorausgesetzt werden, daß eine
Einrichtung zur Verfügung steht, die bei Erkennung gleicher
Phasenlage unverzüglich den Generator mit dem Netz verbindet.
Ob und wie das möglich ist, soll später noch betrachtet werden.
Da eine solche Einrichtung noch nicht existiert, waren uns
Messungen nicht möglich. Daher wurden Simulationsrechnungen
durchgeführt, deren Ziel nicht die möglichst genaue Beschreibung
einer konkreten Anlage war, sondern die für eine möglichst
ungünstige Konstellation allgemeingültige Ergebnisse liefern
sollte.
Vorausgesetzt wurden:
- - starres Netz,
- - Generator mit Synchronerregermaschine; auf Leerlauf erregt, kein Einfluß eines Spannungsreglers,
- - Generatordatensatz einer typischen Bordnetzmaschine. Eine Variation des Datensatzes ermöglicht die Untersuchung des Einflusses verschiedener Generatortypen
- - kein Einfluß des Drehzahlreglers. Es wurden Kontrollrechnungen mit idealisierten Reglern und einer realistischen Begrenzung des Drehmomentes durchgeführt.
Ein starres Netz, d. h. feste Spannung, Frequenz und Phasenlage
hinter dem Generatorschalter stellt die ungünstigste Kon
stellation von Bedingungen dar. Sie ermöglicht gleichzeitig, die
Synchronmaschine in Park′scher Transformation zu rechnen.
Die Erregermaschine wird als Spannungsquelle mit induktivem
Innenwiderstand nachgebildet, da bei Ausgleichsvorgängen die
magnetischen Vorgänge wesentlich mehr eingehen, als z. B. die
Erregerspannung.
Unter diesen worst-case-Bedingungen wurden für folgende Fälle
Rechnungen durchgeführt:
Hierbei ergeben sich Ausgleichsvorgänge mit einem Verlauf wie
beim Kurzschluß, die Ströme sind entsprechend der Spannungs
differenz kleiner.
Die Ausgleichsvorgänge haben etwa die gleiche Amplitude wie
bei einer Spannungsabweichung um 50%! Bei normaler Hand
synchronisierung wäre solch ein Phasenfehler gerade erkenn
bar, d. h. die Synchronisierleuchten würden gerade noch bzw.
wieder glimmen. Üblicherweise hält man einen Stromscheitel
wert vom dreifachen des Scheitelwertes im Nennbetrieb für
erträglich: Das wäre in diesem Falle noch gegeben. Im Luftspalt
greift in diesem Falle etwa das dreifache Nennmoment
an.
Bei starrer Kupplung teilen sich die Drehmomente auf Gene
rator und Motor auf wie die Massenträgheitsmomente. Die
Kupplung muß also nur einen Teil des Luftspaltmomentes
übernehmen. Bei elastischen Kupplungen ist eine Dreh
schwingungsrechnung erforderlich.
Die hierbei auftretenden Ströme und Momente sind geringer,
als diejenigen beim Synchronisieren mit Phasendifferenz. Die
sehr große Drehzahldifferenz hat keine unzulässigen Ströme
oder Momente zur Folge! Die Schwierigkeit in diesem Betriebs
zustand liegt darin, daß mit der Differenzfrequenz von
10%, also mit 6 Hz, Phasenopposition und Phasenwinkel Null
miteinander abwechseln. Entsprechend schnell und genau müssen
die Automation und die Schaltorgane der Synchronisiereinrich
tung arbeiten.
Wenn die Synchronisierung bei Drehzahldifferenz und
zusätzlich nicht genauer Phasengleichheit erfolgt, dann
überlagern sich die dazugehörigen Ausgleichsvorgänge fast
ungestört. Die Ströme und Drehmomente reichen hier an die
allgemein anerkannten Belastungsgrenzen heran. Eine Ver
ringerung der Drehzahlabweichung bringt jedoch nur eine
geringe Reduzierung der Momente und Ströme.
Im folgenden soll untersucht werden, unter welchen Vorausset
zungen und Randbedingungen es möglich ist, bei Drehzahldifferenz
zu synchronisieren.
Ich möchte hier als Bedingungen für das erfolgreiche Synchroni
sieren folgende Verhältnisse ansetzen:
- - Ein in-Tritt-Fallen des Generators scheint bei einer sehr hohen Drehzahldifferenz von 10% problemlos gewährleistet, auch wenn
- - die Phasendifferenz bis zu 30° beträgt.
Das bedeutet, daß für die Entscheidung, ob die Synchronisier
bedingungen erfüllt sind, oder nicht, 60 Grad elektrischer
Winkel zur Verfügung stehen. Diese 60 Grad werden bei 10%
Drehzahldifferenz in knapp 28 msec durchlaufen.
Dabei sollte die Synchronisiergenauigkeit, also die von der
Automation benötigte Toleranz der Phasenabweichung so klein wie
möglich sein, weil aus großen Phasenwinkeln große Belastungen
folgen.
Die Phasenwinkelmessung wird zu einem echten Problem:
in vorhandenen Synchronisiereinrichtungen werden meist die Synchronisierlampen elektronisch nachgebildet:
Die Spannungen über den Schalterkontakten werden durch Subtrak tion der Spannungen vor und hinter dem Schalter ermittelt, und gleichgerichtet. Üblicherweise muß dieses Signal noch gefiltert werden und gibt damit nicht mehr verzögerungsfrei den Verlauf des Betrages der Differenzspannung wieder. Trotzdem sollte sich aus dem Verlauf dieser gleichgerichteten Spannung auch bei 10% Drehzahldifferenz der Zeitpunkt für Phasenwinkel Null erkennen lassen. Dies gilt jedenfalls für konstante Frequenzen von Netz und Generator, dann besteht hinreichend Zeit, den Signalverlauf zu analysieren und das Auftreten des nächsten Nullpunktes vor herzusagen.
in vorhandenen Synchronisiereinrichtungen werden meist die Synchronisierlampen elektronisch nachgebildet:
Die Spannungen über den Schalterkontakten werden durch Subtrak tion der Spannungen vor und hinter dem Schalter ermittelt, und gleichgerichtet. Üblicherweise muß dieses Signal noch gefiltert werden und gibt damit nicht mehr verzögerungsfrei den Verlauf des Betrages der Differenzspannung wieder. Trotzdem sollte sich aus dem Verlauf dieser gleichgerichteten Spannung auch bei 10% Drehzahldifferenz der Zeitpunkt für Phasenwinkel Null erkennen lassen. Dies gilt jedenfalls für konstante Frequenzen von Netz und Generator, dann besteht hinreichend Zeit, den Signalverlauf zu analysieren und das Auftreten des nächsten Nullpunktes vor herzusagen.
Schwieriger wird die Aufgabe schon, wenn man die Kennlinien
der üblichen Erregergeräte zugrunde legt: Bei konstantem
Verhältnis U/f bedeuten 10% Drehzahldifferenz auch 10% Span
nungsdifferenz, und damit hat die Gleichspannung am Ausgang der
Phasenwinkelerkennung keine Nullberührungen mehr. Die Entschei
dung, wann der optimale Zeitpunkt zum Zuschalten erreicht ist,
erfordert dann wesentlich ausgefeiltere Kriterien.
Endgültig scheitern dürfte dieses Verfahren, wenn eine der
beiden Drehzahlen schnelle Änderungen durchmacht, wie dies z. B.
bei Wellengeneratoranlagen bei Schlechtwetter vorkommt. Der
Zeitpunkt der Phasengleichheit kann dann nicht mehr aus der
Vergangenheit für die Zukunft prognostiziert werden, sondern muß
unmittelbar erkannt werden.
Eine recht elegante Schaltung zur Feinmessung des Phasenwinkels
läßt sich unter Verwendung von drei Multiplizierern aufbauen:
Man multipliziert jeweils zwei um neunzig Grad phasenverschobene
Signale miteinander. z. B.
F = UR,Netz * UST,Gen + US,Netz * UTR,Gen + UT,Netz * URS,Gen.
Ist die Summe dieser beiden Produkte Null, kann zugeschaltet
werden. Dieses Signal bedarf keiner Glättung und ist unabhängig
von der Spannungsamplitude bei Phasengleichheit genau Null.
Damit besteht die Möglichkeit zu einer ausreichend genauen
Erkennung.
Selbstverständlich müßte eine solche Schaltung überwacht werden,
um Fehler durch Phasenausfall, Ausfall eines Multiplizierers
oder andere Defekte zu erkennen. Dies ist z. B. mit Hilfe der
althergebrachten Schaltungen möglich, die vor dem Zuschalt
befehl eine Plausibilitätsprüfung durchführen und im Fehlerfalle
die Befehlsweitergabe blockieren.
Eine weitere Komponente der Synchronisiereinrichtung ist der
eigentliche Schalter. Üblicherweise handelt es sich hier um
motorbetriebene Leistungsschalter, die typisch etwa 80 msec vom
elektrischen Einschaltbefehl bis zum Schließen der Kontakte
benötigen.
In dem hier gezeigten Beispiel müßte der Einschaltbefehl also
bei Phasenopposition gegeben werden, eine Reaktion auf Drehzahl
änderungen bleibt danach völlig ausgeschlossen. Außerdem vari
iert die zum Einschalten benötigte Zeit eines Leistungsschalters
je nach Alter, Temperatur, Erschütterungen und Netzspannung um
schätzungsweise ± 20 msec. Damit ist ein Synchronisieren nur bis
etwa 3 Hz Differenzfrequenz theoretisch überhaupt möglich.
Strebt man größere Drehzahldifferenzen bzw. kleinere Differenz
winkel an, sind schnellere bzw. weniger streuende Schalter
erforderlich. Hier bieten sich z. B. Schütze an. Ein mittelgroßer
Leistungsschütz hat nach unseren Messungen eine typische
Anzugszeit von 20 msec. Diese Anzugszeit wird stark beeinflußt
vom Phasenwinkel der Versorgungsspannung im Einschaltaugen
blick, und vom Betrag der Netzspannung.
Der Streubereich der Anzugszeit allein aufgrund dieser Parameter
liegt, wie hier zu sehen ist, bei etwa ± 6 msec, unter Berück
sichtigung weiterer Einflußgrößen wird man mit ± 10 msec rechnen
müssen. Damit ist unter den oben gemachten Voraussetzungen ein
Synchronisieren möglich, wenn der Nulldurchgang des Phasen
winkels um 20 msec vorhergesagt werden kann und ein Aufschalten
bei ± 30° zugelassen wird.
Zur Schonung der Maschine, bzw. um die Sicherheit zu erhöhen,
ist eine Schaltung anzustreben, die vom Prinzip her keinen
Phasenfehler einkalkuliert. Dafür werden Schalter benötigt, die
ohne Streuung in der Einschaltverzögerung und am besten völlig
ohne Einschaltverzögerung auskommen. Für die hier betrachteten
Zeiten und Ströme kann man handelsübliche Leistungsthyristoren
als solch ideale Schalter betrachten.
Wegen des Aufwandes sowohl für die Bauelemente, wie auch für die
Auslöse-Elektronik empfiehlt sich eine Schaltung wie sie auf
dem Bild gezeigt wird:
Diese Schaltung geht in ihren Ansätzen auf eine Patentanmeldung von Thamm von der Universität Rostock zurück.
Diese Schaltung geht in ihren Ansätzen auf eine Patentanmeldung von Thamm von der Universität Rostock zurück.
Erfindungsmäßig wird folgende Anordnung vorgeschlagen:
Mittels Schützen wird die zu synchronisierende Maschine auf die
Synchronisierschiene geschaltet. Als schneller Schalter dient
hier eine Schaltung aus drei Thyristoren und drei Dioden. Die
drei Dioden sperren den Strom solange, bis die Thyristoren
gezündet werden. Nach der Zündung ist zu jedem Zeitpunkt von
jedem der drei Paare ein Ventil leitend. Die Zeit, die ein
gewöhnlicher Netzthyristor zum Zünden braucht, kann für die hier
betrachteten Vorgänge vernachlässigt werden.
Die Thyristoren sind mit Drosselspulen in Reihe geschaltet, die
den Strom unter worst-case-Bedingungen so begrenzen, daß die
Thyristoren unbeschädigt bleiben. Die Thyristoren sollten dabei
so dimensioniert sein, daß sie etwa den dreifachen Maschinen
nennstrom für mindestens 100 msec führen können. Der Nennstrom
dieser Thyristoren müßte also in der Größenordnung des Nenn
stromes des größten Generators liegen. Die Drosseln sollten dann
eine Reaktanz etwa 5 *xd′′ des Generators haben. Die im Bild
eingezeichneten Sicherungen sind nur als Trennstellen für eine
Abschaltung im Falle eines Fehlers in der Anlage zu verstehen.
Da die Teile dieser Schaltung nur vom Synchronisierbefehl bis
zum Einschalten der Leistungsschalter Strom führen (maximal
100 msec), können sie sehr klein dimensioniert werden. Sollte
das Schließen des Leistungsschalters fehlschlagen, können
unschädlich die Zündimpulse nach 100 msec gesperrt werden, so daß
die Anlage in keinem Falle überlastet wird.
Gleichzeitig mit dem Zündimpuls für die Thyristoren muß dann der
Leistungsschalter seinen Steuerbefehl erhalten, so daß die
Thyristoren möglichst bald überbrückt werden.
Kombiniert man die oben beschriebene Multiplizierer-Schaltung
mit der schnellen Schaltfähigkeit von Halbleiterschaltern, so
scheint ein Zuschalten bei mehr als 10% Drehzahldifferenz
möglich, mit einer sogar geringeren Belastung des Generators
gegenüber dem Fall, daß bei gleicher Frequenz um 30° "daneben
synchronisiert" wird.
Damit ist es durchaus realistisch, z. B. bei Ausfall der Haupt
maschine den Wellengenerator bei sinkender Drehzahl des Propel
lers einige Sekunden weiterzubetreiben, und die Bordnetzlast vom
ersten hochlaufenden Diesel übernehmen zu lassen.
Das Übergeben von Last vom durch Seegangseinflüsse drehzahl
veränderlichen Wellengenerator auf die Hilfsdiesel ist für diese
Einrichtung kein Problem.
Claims (3)
1. Einrichtung zum Synchronisieren von Generatoren auf ein Netz
stark schwankender Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder einzelne Generator parallel zu seinem Leistungs
schalter und der Sammelschiene über ein Schaltschütz oder
ein Schaltgerät vergleichbarer Konstruktion mit einer
Hilfsschiene verbunden ist, wobei die Schaltschütze so
gegeneinander verriegelt sind, daß nur jeweils ein Generator
auf die Hilfsschiene schaltbar ist und daß zwischen der
Hilfsschiene und der Sammelschiene die Serienschaltung aus
einer Drosselspule und aus einer Stromrichterschaltung
angeordnet ist, wobei die Stromrichterschaltung vorzugsweise
aus einer dreisträngigen Antiparallelschaltung von
Thyristoren oder einer dreistängigen Antiparallelschaltung
von drei Thyristoren und Dioden besteht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Zündeinrichtung für die Thyristoren vorgesehen ist, die auf
die Thyristoren gleichzeitig im Sinne des Einschaltens
wirkt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reaktanz der Drosselspule so bemessen ist, daß sie
Kurzschlußströme in der Anordnung nach Anspruch 1 durch
innere und äußere Fehler auf Werte begrenzt, die durch die
Schaltschützen oder durch Sicherungen abgeschaltet werden
können und daß ihre Strombelastbarkeit so bemessen ist, daß
sie den dreifachen Nennstrom für 0,1 s führen können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914101821 DE4101821A1 (de) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Einrichtung zum synchronisieren von generatoren auf ein netz stark schwankender frequenz |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914101821 DE4101821A1 (de) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Einrichtung zum synchronisieren von generatoren auf ein netz stark schwankender frequenz |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4101821A1 true DE4101821A1 (de) | 1992-07-30 |
Family
ID=6423494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914101821 Withdrawn DE4101821A1 (de) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Einrichtung zum synchronisieren von generatoren auf ein netz stark schwankender frequenz |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4101821A1 (de) |
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WO2004073137A1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-26 | Scania Cv Ab (Publ) | Device and method for generating electric current |
RU2459338C1 (ru) * | 2011-07-15 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Реле разности амплитуд подключаемых на параллельную работу генераторов |
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-
1991
- 1991-01-23 DE DE19914101821 patent/DE4101821A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |