DE647043C

DE647043C - Device for voltage regulation of power generators

Info

Publication number: DE647043C
Application number: DES109441D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Oskar Schmutz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-05-21
Filing date: 1933-05-21
Publication date: 1937-06-26

Description

Einrichtung zur Spannungsregelung von Stromerzeugern Es sind Schutzvorrichtungen gegen überströme in einem elektrischen Netz bekannt, bei denen beim Auftreten eines Fehlers im Netz die Spannung des Generators herabgesetzt wird. Die Anordnung wird dabei zweckmäßig so ausgebildet, daß unabhängig davon, ob ein ein-, zwei- oder dreiphasiger Fehler aufgetreten ist, der Strom immer auf denselben Wert begrenzt wird, so daß die selektiven Schutzeinrichtungen im Netz mit Sicherheit ansprechen. Der Spannungsregler wird im allgemeinen beim Ansprechen der überstromrelais außer Betrieb gesetzt, indem beispielsweise seine Spannungsspule oder der vom Spannungsregler -gesteuerte Widerstand im Erregerkreis kurzgeschlossen wird, oder es wird auch beispielsweise der Spannungsregler beim Unterschreiten einer bestimmten Spannung und bei Auftreten von Überstrom umgeschaltet, so daß seine Spannungsspule jetzt vom Strom in der Leitung erregt wird und durch Einstellung des Erregerwiderstandes diesen Strom begrenzt.Device for voltage regulation of power generators There are protective devices known against overcurrents in an electrical network, in which when a Error in the network the voltage of the generator is reduced. The arrangement will suitably designed so that regardless of whether a one, two or three-phase Error has occurred, the current is always limited to the same value, so that the selective protection devices in the network respond with certainty. The voltage regulator is generally put out of operation when the overcurrent relay responds by for example its voltage coil or the resistor controlled by the voltage regulator is short-circuited in the excitation circuit, or it is also, for example, the voltage regulator switched over when falling below a certain voltage and when an overcurrent occurs, so that his voltage coil is now excited by the current in the line and through Setting the excitation resistance limits this current.

Bei diesen bekannten Anordnungen tritt jedoch nach Abschalten eines Fehlers ein zu großes Überschwingen der Spannung über den normalen Wert auf. Um dies zu vermeiden, hat man bereits Mittel vorgesehen, um den Spannungsanstieg zu begrenzen, und zwar bat man diese Mittel von der Spannung oder dem Strom des Generators abhängig gemacht. Dadurch. wird zwar ein übersc4.wirigen der Spannung verhindert. Es muß jedoch in Kauf genommen werden, daß bei langsamem Anstieg der Netzspannung zusätzlich eine weitere Abflachung des Anstiegs hervorgerufen wird.In these known arrangements, however, occurs after switching off a Error shows that the voltage overshoots the normal value too much. Around To avoid this, means have already been provided to reduce the voltage rise limit, namely one asked these means of the voltage or the current of the generator made dependent. Through this. an excessive tension is prevented. However, it must be accepted that with a slow rise in the mains voltage in addition, a further flattening of the rise is caused.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Mittel zur Biegrenzung des Spannungsanstiegs in Abhängigkeit vorn der Steilheit des Netzspannungs-oder des Erregerstromanstiegs zur Wirkung gebracht werden. Vorteilhaft ist es, das Wirksamwerden der Mittel nicht nur vom Anstieg der Netzspannung bzw. des Erregerstromes, sondern außerdem von der Netzspannung selbst abhängig zu machen. Das bietet den Vorteil, daß gerade in dem Bereich, in dem die Spannung schon nahe an ihnen Normalwert herankommt, der Regler am empfindlichsten ist.According to the invention, this disadvantage is avoided in that the Means for limiting the bending of the increase in stress as a function of the steepness the increase in the line voltage or the excitation current can be brought into effect. Advantageous is to ensure that the means not only come into effect from the rise in the mains voltage or of the excitation current, but also to make it dependent on the mains voltage itself. This has the advantage that precisely in the area where the tension is already close when they approach normal value, the controller is the most sensitive.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

In Fig. i ist. der Generator, welcher das Netz a speist, mit i bezeichnet, Die Erregermaschine für den Generator trägt das Bezugszeichen 3. Im Stromkreis der Erregermaschine liegt ein Widerstand q., der vom Spannungsregler 5 eingestellt wird. Der Spannungsregler besteht aus der Spule welche von der Netzspannung erregt wird, dem Kern 6, welcher mit dem beweglichen Kontakt 8, durch welchen der Widerstand q. eingestellt wird, verbunden ist. Der Kern 6 ist über eine Feder 9 mit dem Dämpfungskolben i o, der sich in dem Zylinder i i he-: wiegt, verbunden. Bei plötzlicher Erhöhung der Netzspannung U infolge einer Belastungsverminderung des Netzes wird der Kern des Spannungsreglers unter gleichzeitiger Anspannung der zwischen Reglerkern und Dämpfungskolben liegenden Feder um einen Betrag gehoben und bleibt dann praktisch in der neuen Lage, da die Spannung U in demselben Maße auf den Nennwert zurückgeht, wie die Federspannung infolge des Nachschleichers des Dämpfungskolbens nachläßt.In Fig. I is. the generator that feeds the network a is denoted by i, The exciter for the generator bears the reference number 3. In the circuit of The exciter has a resistance q., Which is set by the voltage regulator 5. The voltage regulator consists of the coil which is excited by the mains voltage, the core 6, which with the movable Contact 8 through which the resistance q. is set, is connected. The core 6 is over a spring 9 with the damping piston i o, which is weighed in the cylinder i i he-: connected. In the event of a sudden increase in the mains voltage U as a result of a reduction in the load of the network becomes the core of the voltage regulator with simultaneous tensioning of the between the regulator core and the damping piston is raised by an amount and then practically remains in the new position, since the voltage U is the same goes back to the nominal value, as the spring tension as a result of the creeping up of the Damping piston wears off.

Bei einem Netzkurzschluß wird der Spannungsregler außer Betrieb gesetzt, indem beispielsweise der Erregerwiderstand q. kurzgeschlossen wird, und an die Stelle des Spannungsreglers tritt ein Stromregler, der in der Figur nicht dargestellt ist. Durch den Stromregler werden beispielsweise Widerstände im Erregerkreis der Erregermaschine eingeschaltet, durch welche der Strom auf einen bestimmten Wert abgesenkt wird. Dadurch liegt die Generator- bzw. Sammelschienenspannung meist weit unter der Nennspannung. Der Kern des Spannungsreglers und der Dämpfungskolben sinken während der Kurzschlußdauer meist bis zu ihren unteren Anschlägen. Nach dem Abschalten des Kurzschlusses besitzt also der vom Spannungsregler gesteuerte Widerstand 4. im Erregerkreis der Erregermaschine seinen kleinsten Wert, und die Netzspannung steigt infolgedessen sehr rasch an. Der Spannungsregler bewegt sich jedoch erst dann, wenn die Netzspannung ihren Normalwert erreicht hat. Bei der nun erfolgenden Bewegung des Spannungsreglers bleibt jedoch die Spannung der Erregermaschine noch mehrere Sekunden über dem sich erst später einstellenden stationären Wert, so daß die Spannung U beträchtlich über den Nennwert ansteigt.In the event of a mains short circuit, the voltage regulator is put out of operation, by, for example, the excitation resistance q. is shorted, and in place the voltage regulator is followed by a current regulator, which is not shown in the figure. The current regulator creates, for example, resistances in the exciter circuit of the exciter switched on, through which the current is reduced to a certain value. As a result, the generator or busbar voltage is usually far below the nominal voltage. The core of the voltage regulator and the damping piston sink during the short circuit duration mostly up to their lower stops. After the short circuit has been switched off so the resistance controlled by the voltage regulator 4. in the exciter circuit of the exciter its smallest value, and the mains voltage rises very quickly as a result. However, the voltage regulator only moves when the line voltage is at its normal value has reached. However, with the movement of the voltage regulator that now takes place the voltage of the exciter for several seconds above that only later adjusting steady-state value so that the voltage U is considerably above the nominal value increases.

In Fig.2 ist dieser Spannungsanstieg in Abhängigkeit von der Zeit t durch die Kurve ,a dargestellt. Dieser Spannungsanstieg ist insbesondere dann sehr groß, wenn die Netzspannung längere Zeit unter die Nennspannung sinkt, da hierbei nicht nur der schnell folgende Reglerkern, sondern auch der Dämpfungskolben ihre unteren Anschläge erreichen und beim nachfolgenden Hochgehen der Netzspannung schon bei geringem Anhub des Reglerkerns die Feder des Dämpfungskolbens in entgegengesetzter Richtung zieht.In FIG. 2, this voltage rise is a function of time t represented by the curve, a. This voltage rise is particularly then very large if the mains voltage drops below the nominal voltage for a long time, as this is the case not only the fast following regulator core, but also the damping piston hers Reach the lower stops and when the mains voltage subsequently rises with a slight lift of the regulator core, the spring of the damping piston moves in the opposite direction Direction pulls.

Gemäß der Erfindung werden nun, wie erwähnt, Mittel vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Steilheit des Netzspannungsanstiegs oder des Erregerstromes den Spannungsanstieg begrenzen. Zu diesem Zweck kann man in an sich bekannter Weise zusätzliche Widerstände oder Gegenspannungen in den Erregerkreis einschalten oder den '..Spannungsregler auf eine kleinere Spannung kegeln lassen.According to the invention, as mentioned, means are now provided which depending on the steepness of the line voltage rise or the excitation current limit the voltage rise. For this purpose one can use in a manner known per se switch on additional resistors or counter voltages in the excitation circuit or let the '..voltage regulator cone to a lower voltage.

". Im Ausführungsbeispiel nach Fig. i wird die Empfindlichkeit des Spannungsreglers erhöht. Zu diesem Zweck ist ein Relais 12 vorgesehen, welches beim Schließen, seines Kontaktes einen Widerstand 13 kurzschließt, welcher in Serie mit der Spannungsspule 7 des Reglers liegt. Das Relais wird von der zeitlichen Änderung der Spannung des Generators beeinflußt. Zu diesem Zweck ist eine Gleichrichteranordnung 15 vorgesehen, die von der Generatorspannung erregt wird und an deren Gleichstromseite die Serienschaltung aus einem Kondensator 16 und der Erregerwicklung des Relais 12 geschaltet ist. Da der Ladestrom des Kondensators, welcher durch das Relais fließt, dem Differentialquotienten der Spannung des Generators proportional ist, wird demnach das Relais in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Generatorspannung betätigt. Parallel zu den Gleichstrompolen der Gleichrichteranordnung liegt noch ein hoher Widerstand 18, damit sich der Kondensator wieder entladeh kann. Parallel zum Relais kann man noch einen kleinen Kondensator 17 legen, um die Oberwellen zu unterdrücken.". In the embodiment according to FIG Voltage regulator increased. For this purpose, a relay 12 is provided, which when Close, its contact short-circuits a resistor 13, which is in series with the voltage coil 7 of the regulator is located. The relay is affected by the change over time affects the voltage of the generator. For this purpose there is a rectifier arrangement 15 is provided, which is excited by the generator voltage and on its DC side the series connection of a capacitor 16 and the excitation winding of the relay 12 is switched. Since the charging current of the capacitor, which flows through the relay, is proportional to the differential quotient of the voltage of the generator, is accordingly the relay is actuated depending on the time change in the generator voltage. There is also a higher one parallel to the DC poles of the rectifier arrangement Resistor 18 so that the capacitor can discharge again. In parallel with the relay you can put a small capacitor 17 to suppress the harmonics.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sinkt infolge eines Kurzschlusses die Netzspannung, so sinkt, wie bereits erwähnt, der Kern des Spannungsreglers meist bis zu seinem unteren Anschlag. Wird nun der Kurzschluß abgeschaltet, so versucht die Netzspannung sehr steil in die Höhe zu schießen. Dadurch wird aber ein großer Ladestrom im Kondensator erzeugt, das Relais 12 spricht an und schließt den Widerstand 13 kurz. Dadurch wird der Spannungsregler z. B. so eingestellt, daß er bereits auf 8o ojö der Netzspannung zu regeln sucht. Der Anstieg der Netzspannung wird also abgeflacht, so daß beispielsweise bei 95% der Netzspannung das Relais 12 seinen Kontakt wieder öffnet. Durch Öffnen dieses Kontaktes wird die normale Empfindlichkeit des Spannungsreglers wiederhergestellt, und da inzwischen der Erregerstrom der Erregermaschine stark vermindert wurde, ist das überschwingen der Spannung nur noch gering. Der Anstieg der Spannung erfolgt ungefähr nach der Kurve b. ' Besonders günstig ist es, das Relais 12 von der Summe aus Generatorspannung und zeitlicher Änderung der Generatorspannung abhängig zu' machen. Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt die Fig.3. Soweit die Teile mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen gewählt. Bei der Anordnung nach Fig. 3 liegt noch parallel zum Kondensator ein Widerstand i 9. Dadurch wird erreicht, daß auf das Relais 12 die Summe aus zwei Größen einwirkt, von denen. die eine proportional der Netzspannung (Strom durch den Widerstand i9), die andere proportional der Änderung der Netzspannung nach der Zeit ist (Ladestrom des Kondensators). Das Relais spricht also nur dann an, wenn die Summe aus Netzspannung und zeitlicher Änderung einen bestimmten Betrag überschreitet, d. h. je größer die Netzspannung, um so kleiner braucht die zeitliche Änderung der Netzspannung zu sein, um das Relais zum Ansprechen zu bringen. Man kann daher die Anordnung so einrichten, daß zunächst die Spannung sehr schnell hochschießt, dann aber, sobald die Netzspannung einen bestimmten Betrag erreicht, sofort die Empfindlichkeit des Relais 7 -erhöht wird. Dadurch wird der Spannungsanstieg abgeflacht und ein großes übewschwingen der Spannung über den Normalwert vermieden.The mode of operation of the arrangement is as follows: Sinks as a result of a Short circuit in the mains voltage, as already mentioned, the core of the voltage regulator drops mostly up to its lower stop. If the short circuit is now switched off, an attempt is made to shoot up the line voltage very steeply. But this becomes a big one Charging current generated in the capacitor, the relay 12 responds and closes the resistor 13 short. This makes the voltage regulator z. B. set so that it is already on 8o ojö who seeks to regulate the mains voltage. So the increase in line voltage will be flattened so that, for example, at 95% of the mains voltage, the relay 12 is Contact opens again. Opening this contact reverts to normal sensitivity of the voltage regulator restored, and there meanwhile the excitation current of the exciter has been greatly reduced, the voltage overshoot is only slight. Of the The voltage rises approximately according to curve b. 'Is particularly cheap it, the relay 12 from the sum of the generator voltage and the change over time To make generator voltage dependent '. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. So much for the parts with those of Fig. i are the same Reference symbol chosen. In the arrangement of Fig. 3 is still parallel to the capacitor a resistor i 9. This ensures that the relay 12 is the sum of two Sizes acts of which. one proportional to the mains voltage (current through the resistor i9), the other proportional to the change in the mains voltage after the Time is (charging current of the capacitor). The relay only responds when the sum of the mains voltage and the change over time exceeds a certain amount, d. H. the greater the line voltage, the smaller the change in the time required Mains voltage to make the relay respond. One can therefore use the Set up the arrangement so that first the tension shoots up very quickly, then but as soon as the mains voltage reaches a certain amount, the sensitivity immediately of relay 7 is increased. This will flatten the voltage rise and become a large overshoots of the voltage above the normal value are avoided.

Wie erwähnt, kann man auch das Relais in Abhängigkeit vom Anstieg des Erregerstromes und gegebenenfalls von der Netzspannung abhängig machen. Im Ausführungsbeispiel wurde die Empfindlichkeit des Reglers erhöht. Man kann aber auch beispielsweise die Anordnung so treffen, daß die Vormagnetisierung einer Drosselspule verändert wird, die in Reihe mit der Spule des Spannungsreglers liegt. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß erst nachdem der Fehler beseitigt ist, also die überstromrelais nicht mehr ansprechen, die bereits erwähnten Widerstände oder Gegenspannungen eingeschaltet werden, damit sich die Stromregelung und die Spannungsregelung nicht gegenseitig stören und damit ein Arbeiten mit Stoßerregung zur Stabilitätserhöhung beim Auftreten eines Kurzschlusses nicht verhindert wird.As mentioned, you can also switch the relay depending on the increase of the excitation current and, if necessary, of the mains voltage. In the exemplary embodiment the sensitivity of the controller has been increased. But you can also for example make the arrangement so that the bias of a choke coil changes which is in series with the coil of the voltage regulator. The arrangement can can also be made so that only after the error has been eliminated, i.e. the overcurrent relay no longer respond, the aforementioned resistors or counter voltages switched on so that the current regulation and the voltage regulation are not mutually exclusive interfere and thus working with shock excitation to increase stability when it occurs a short circuit is not prevented.

Die Erfindung ist auch an`vendbar, wenn statt des beschriebenen Spannungsreglers ein auf dem Tirrill-Prinzip beruhender Regler tritt oder wenn ein Spannungsregler verwendet wird, der bei Über- oder Unterschreiten der Normalspannung nach der einen oder anderen Seite Kontakt macht uad dadurch einen Motor zum Rechts- oder Linkslauf bringt, welcher den Widerstand im Stromkreis der Erregermaschine verändert.The invention can also be used if instead of the voltage regulator described a regulator based on the Tirrill principle occurs or if a voltage regulator is used, which when the normal voltage is exceeded or not reached according to the one or other side contact makes a motor to run clockwise or counterclockwise brings, which changes the resistance in the circuit of the exciter.

Die Erfindung kann auch angewendet werden, wenn kein Stromregler vorgesehen ist, da es auch in diesem Fall vorkommen kann, daß die Netzspannung sehr stark bei einem Fehler absinkt und dann nach Aufheben des Fehlers ein zu starker Spannungsanstieg hervorgerufen würde.The invention can also be used when no current regulator is provided is, because it can also happen in this case that the mains voltage is very high at drops after an error and then, after the error has been resolved, an excessive voltage increase would be caused.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for voltage regulation of power generators in electrical distribution networks, in which means are provided, which after elimination a network fault that caused a voltage drop, the voltage rise limit, especially for voltage regulation of power generators, where the If such a fault occurs, the current is limited by means of special devices is, characterized in that the means for limiting the voltage rise as a function of the steepness of the line voltage rise or the rise in the Excitation current can be made effective.

2. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that the effectiveness of these funds depends on the total the steepness of the line voltage or excitation current rise and the line voltage.

3. Arrangement according to claim i, characterized in that depending on the The steepness of the rise in the mains voltage or the excitation current and, if applicable also temporarily additional from the mains voltage in a manner known per se Resistances or counter voltages are switched on in the excitation circuit or the Voltage regulator is set to a lower response voltage. q .. arrangement according to claim 3, characterized in that in series with the coil of the voltage regulator there is a choke coil, the bias of which is changed.