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Anordnung zur Speisung von Sammelschienen Uni bei großen Kraftwerken
die gewaltigen Kurzschlußleistungen der großen Generatoreinheiten bewältigen zu
können, hat man vorgeschlagen, die Generatoren mit in mehrere Teile gespaltenen
Wicklungen auszuführen und diese Wicklungen voneinander getrennt zu den Sammelschienen
zu führen. Es erhält dann jeder zu den Sammelschienen führende Zweig seine besonderen
Ölschalter und Trennschalter und seine Drosselspulen zur Kurzschlußbegrenzung. Wenn
sich auch die Zahl dieser Apparate gegenüber der für Generatoren mit nur einer Wicklung
notwendigen Zahl etwas vergrößert hat, so fallen doch die Abmessungen dieser Apparate
erheblich kleiner aus. Die in der üblichen Weise eingebauten Drosselspulen haben
jedoch den Nachteil, daß durch sie die synchronisierende Kraft zwischen den parallel
arbeitenden Maschinen beeinflußt wird und Pendelungen oder Außertrittfallen bei
Netzschäden verursacht werden können. Außerdem ergeben solche Drosselspulen unter
normalenBetriebsverhältnissen einen unerwünscht hohen Spannungsabfall.
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Diese Nachteile sind erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß zwischen
Generator einerseits und verschiedenen Sammelschienenabschnitten andererseits differential
geschaltete Drosselspulen eingeschaltet sind Die Teilwicklungen dieser Drosselspulen
sind zw eckmäßigerweise derart geschaltet, daß sie bei einem bestimmten Verhältnis
der Ströme in diesen beiden Wicklungen nur eine sehr kleine Impedanz besitzen, und
daß sich bei Abweichungen von diesem Stromverhältnis die Impedanzen ihrer Teilwicklungen
im entgegengesetzten Sinne verändern. Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf die,
Speisung von Sammelschienen innerhalb eines Kraftwerkes, sondern es sind unter dem
Ausdruck Sammelschienenabschnitt auchNetzabschnitte zu verstehen.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Abb. z bedeutet z einenTeil der Sammelschiene eines Kraftwerkes. Der Einfachheit
halber sind hierbei die Sammelschienen jeweils nur einphasig dargestellt. Die Sammelschiene
z umfaßt eine Reihe Sammelschienenabschnitte a, 3, 4, 5 und 6. 7, 8 und g sind Speiseleitungen,
die zu den Abnehmern führen. 1o sind Schalter, die unter normalen Verhältnissen
offen sind. z r sind differential geschaltete Drossel-
| spulen, die mit ihren Teilwicklungen 12- und |
| 13 zwischen die Sammelschienenabschnitte 2 |
| und 3, 3 und 4, 4 und 5 und 5 und 6 ge-- |
| schaltet sind: - @ Unter normalen Betriebsv#; |
| hältnissen fließen in den Teilwicklungez;i": |
| und 13 gleiche Ströme, deren Amper |
| dungen sich gegenseitig aufheben. D-° |
Drosselspulen können einen geschlossenen Eisenkern besitzen, oder es können auch
Luftdrosseln oder Eisendrosseln mit Luftspalt verwendet werden.
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14 ist ein Mehrwicklungsgenerator, der in dem Ausführungsbeispiel
zwei vollkommen voneinander getrennte Stromkreise 15 und 16 besitzt. Jeder dieser
Stromkreise ist zu einer Drosselspule i i geführt. 17 ist die Erregerwicklung des
Generators, die von einer Batterie 18 gespeist wird. i9 sind Ölschalter, die sich
zwischen den einzelnen Teilwicklungen der Drosselspule und den Sammelschienenabschnitten
befinden und die bei einem Fehler oder Kurzschluß ihren Stromkreis unterbrechen.
Durch die in Abb. i dargestellte Drosselspulenanordnung wird bei gleicher Stromverteilung
in beiden Teilwicklungen. dieDrosselspulenreaktanz vollkommen aufgehoben, während
für einen Strom, der infolge eines Fehlers von einem Sammelschienenabschnitt zu
einem anderen fließt, die beiden Teilwicklungen i2 und 13 hintereinandergescha.ltet
sind, so daß sich hierfür die volle Drosselspulenreaktanz ergibt. Die unmittelbare
Einschaltung der Drosselspulen in die Sammelschienen würde die Energieversorgung
schwierig gestalten, wenn z. B. einer der Generatoren ausgeschaltet wäre. Durch
den Schalter io ist es jedoch: möglich, die Drosselspulen zu überbrücken, und durch
die Schalter ig können die Drosselspulen und der Generator im Falle einer Störung
in der Drosselspule oder dem Generator abgeschaltet werden.
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In Abb.2 ist die Speisung einer Ringsammelschiene durch eine größere
Zahl von Mehrwicklungsgeneratoren dargestellt. Die Ringsammelschiene ist aufgeteilt
in die Saminelsehienenabschnitte 2o, 21 . . .27, Zwischen je zwei Sammelschienenabschnitten
liegt je eine differential geschaltete Drosselspule 28, 29...35. Für die Drosselspulen
sind noch, ähnlich wie in Abb. i, Ölschalter i9 und Überbrückungsschalter io vorgesehen,
die jedoch der Einfachheit .halber nur bei der Drosselspule 28 dargestellt sind.
36,37 ... ¢3 sind die zu den Verbrauchern führenden Speiseleitungen, die
an die. Sammelschienenabschnitte 20, 21 ... 27 angeschlossen sind. Die voneinander
getrennten Wicklungen der Mehrwicklungsgeneratoren sind zu verschiedenen und entfernt
voneinander liegenden Differentialdrosselspulen geführt. So ist z. B. die Wicklung
45 des Generators 44 zu dem elektrischen Mittelpunkt der Drosselspule 28
geführt, und speist auf diese Weise die Sammelschienenabschnitte 2o und 21. Die
andere G,eneratorwicklung 46 ist zu dem elektrischen #Xittelpunkt der Drosselspule
31 geführt und speist die Sammelschienenabschnitte 23 und 24. Der Sammelschienenabschnitt
23 ist von dein von dem gleichen Generator gespeisten Saminelschienrnabschnitt 2i.
durch die Drosselspulen 29 und 3o getrennt. In ähnlicher Weise sind die Wicklungen
5o und 51, 55 und 56 und 6o und 61 der Generatoren 49, 54 und 59 angeschlossen.
47, 5:2, 57 und 62 sind die Erregerwicklungen der Generatoren, die von den
Batterien 48, 53, 58 und 63 gespeist werden.
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Durch die in Abb.2 dargestellte Anordnung wird eine sehr, große Zahl
von Speisepunkten und Drosselspulen. in der Ringsammelschiene erhalten. Unter normalen
Betriebsverhältnissen haben diese Drosselspulen für die von den Generatoren nach
den Speiseleitungen fließenden Ströme einen sehr kleinen induktiven Spannungsabfall,
während durch-einen Fehlerstrom, der in den Sammelschienen fließt, in den Drosseln
ein sehr großer induktiver Spannungsabfall erzeugt wird.
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In den Abb. 3 und 4 sind die differential geschalteten Drosselspulen
derart angeordnet, daß hierdurch die getrennten Generatorstromkreise miteinander
verkettet werden. In Abb.3 stellt 71 wieder eine Sammelschiene dar, die in die Abschnitte
72, 73 und 74 aufgeteilt ist. 75, 76 und 77 sind die abgehenden Speiseleitungen.
78a und 78b sind normalerweise offene Schalter, die nur im Notfalle zur Verbindung
der Sammelschienenabschnitte dienen. 79a und 79b sind zwei Mehrwicklungsgeneratoren,
deren voneinander getrennte Wicklungen Boa und 8ia bzw. Bob und 8,b über die Teilwicklungen
86a und 87a bzw. 86b und 87b der Drosselspulen 88a und 88b zu den einzelnen Sammelschienenabschnitten
geführt sind. 82a und 82b sind die Erregerwicklungen, die von den Batterien 83a
und 83b gespeist werden. Die Schalter 84a, 85a und .84b und 85b dienen zur Abschaltung
der Generatoren und Drosselspulen.
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Die Teilwicklungen 86a und 87a bzw. 86b und 87b der beiden
Drosselspulen 88a bzw. 88b sind derart geschaltet und gewickelt, daß für ein bestimmtes
Verhältnis der Ströme in beiden Wicklungen 'die magnetomotorischen Kräfte beider
Spulen entgegengesetzt gleich sind. Der Spannungsabfall an den Drosselspulen ist
infolgedessen unter normalen Verhältnissen sehr klein. Durch die Drosselspulen sind
die getrennten Stromkreise jedes Generators induktiv miteinander verkettet,
so
daß beim Auftreten eines Kurzschlusses oder bei einer großen Verschiedenheit der
in den beiden Stromkreisen fließenden Ströme eine sehr hohe Impedanz in demjenigen
Stromkreis wirksam ist, der den größeren Strom führt, während gleichzeitig in dem
anderen Stromkreis eine Spannungskomponente auftritt, die die Spannung in diesem
Stromkreis aufrechtzuerhalten sucht. Entsteht beispielsweise in dem Sammelschienenabschnitt
73 ein Kurzschluß, so ergibt sich für den hierdurch verursachten Fehlerstrom eine
sehr große Impedanz der Wicklung 87a, da die Wicklung 86a nur eine sehr kleine gegenmagnetomotorische
Kraft erzeugt. Da der induktive Spannungsabfall in der Spule 877
der Spannung
in der Generatorwicklung 8,a entgegengerichtet ist, muß die entsprechende Spannungskomponente
in der Spule 86a derart gerichtet sein, daß sie sich zu der Spannung, der Generatorwicklung
Boa addiert. Auf diese Weise wird die Spannung der nicht von dem Kurzschluß betroffenen
Generatorwicklung im wesentlichen auf ihrem normalen Wert aufrechterhalten. In der
gleichen Weise tritt eine ausgleichende Wirkung der Drosselspulen ein, wenn die
Ströme, ohne daß ein Kurzschluß auftritt, in beiden Generatorw icklungen sehr verschieden
sind. Ist z. B. die Belastung der Wicklung Boa größer als diejenige der Wicklung
81a, so wird durch die Wicklung 86a die Spannung der Wicklung Boa herabgesetzt,
so daß sich dadurch die Leistung dieses Wicklungszweiges verkleinert, während die
Spannung des anderen Wicklungszweiges heraufgesetzt wird und infolgedessen dem Verbraucher
ein größerer Strom zugeführt wird.
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Wird für die Drosselspulen ein Eisenkern verwendet, so ist es zweckmäßig,
die gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Spulen niedrig zu halten, z. B. etwa
3o°/0, damit bei einem Kurzschluß die Spannung in dem nicht kurzgeschlossenen Wicklungszweig
nicht allzusehr ansteigt. Der Spannungsanstieg kann auch durch entsprechende Sättigung
des Eisenkernes begrenzt werden. Mit Differentialdrosselspulen von etwa 3o°/, gegenseitiger
Kopplung ist es möglich, im ersten Augenblick eines Kurzschlusses die Spannung in
dem nicht kurzgeschlossenen Sammelschienenabschnitt auf annähernd ioo°/a zu halten.
Sobald sich die Ankerrückwirkung des Generators bemerkbar macht, sinkt die Spannung
dann etwa auf 7504 der normalen Spannung.
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In Abb. q. ist eine Anordnung dargestellt, in der noch Transformatoren
vor die Sammelschienen geschaltet sind. Gleiche Teile wie in Abb. 3 sind mit gleichen
Zahlen bezeichnet. 89a ist ein Transformator mit den Primärwicklungen goa und giä
und den Sekundärwicklungen 92a und 93a, der zur Hinauftransformierung der Generatorspannung
dient. gq.a und 95a sind die Hochspannungssammelschienenabschnitte, über welche
die Speiseleitungen 96a und 97a gespeist werden. 98a und gga sind Ölschalter. In
derselben Weise ist der Generator Bob angeschlossen. Die zu dieser Anordnung gehörenden
Apparate sind mit den gleichen Zahlen und dem Buchstaben b bezeichnet. Die Sekundärwicklungen
gza und 93a des Transformators Sga sind hinsichtlich der Primärwicklungen joa und
gia derart angeordnet, daß die Streuung zwischen einer Sekundärwicklung und der
zugehörigen Primärwicklung hoch ist, wenn die sekundären Belastungen nicht ausgeglichen
sind. Sind jedoch die Sekundärwicklungen gleichmäßig belastet, so ist die gegenseitige
Streuung nur gering. Die Transformatoren unterstützen infolgedessen die Wirkungsweise
der differential geschalteten Drosselspulen. Es sei noch erwähnt, daß die in den
Ausführungsbeispielen für Zweiwicklungsgeneratoren angegebenen Anordnungen in entsprechender
Weise auch für Generatoren mit mehr als zwei Wicklungen verwendet werden können.
Es kann außerdem vorkommen, daß in alten Kraftwerken neue Mehrwicklungsgeneratoren
neben Maschinen mit nur einer Wicklung aufgestellt werden sollen. Man kann dann
entsprechende Differentialdrosselspulen auch für die Einwicklungsgeneratoren anwenden.
Es würden dann beispielsweise die Generatorwicklungen Boa und 8,a in den Abb. 3
und q. verschiedenen Maschinen angehören.