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Schaltung für die Generatoren und Transformatoren elektrischer Drehstromkraftwerke
Es ist bekannt, die Stromerzeuger in. Kraftwerken mit den Transformatoren derart
zusammenzuschalten, daß zu jedem Generator nur ein bestimmter Transformator gehört,
und dabei Generator und Transformator unmittelbar miteinander zu verbinden, ohne
daß zwischen diesen Schalter, Sammelschienen oder Leitungsabzweige liegen. Die Leitungsschalter,
Sammelschienen und die Verteilungsanlage liegen dann ausschließlich auf der Oberspannungsseite
der Transformatoren. Wenn es sich um Drehstromanlagen handelt, so wird hierbei in
der Regel für die Generatoren die Sternschaltung, für die Transformatoren auf der
Unterspannungsseite die Dreieck-, auf der Oberspannungsseite die Sternschaltung
vorgesehen. Die Generatorspannung ist bei dieser Art der Schaltung von der Sammelschienen-
und Netzspannung vollständig unabhängig und kann so gewählt werden, wie dies für
den Entwurf von Generatoren und Transformatoren am zweckmäßigsten ist.
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Geht man in. dieser gebräuchlichen Weise vor, so ergeben sich bei
Drehstromkraftwerken größerer Leistung häufig sehr große Nennströme, deren Bewältigung
Schwierigkeiten und zum mindesten einen erheblichen Aufwand mit sich bringt. So
werden z. B. bei der üblichen und für Generatoren
in der Regel,
günstigen -Spannung von 6,3 kV bei. einer Leistung - von 55 ooo kVA bereits Ströme
von 5ooo A erreicht. Man kann diese Ströme natürlich verringern, wenn man. die Generatorspannung
höher, z. B. ro oder -T5 kV; wählt. Dabei wird jedoch in der Regel wegen des zunehmenden
Platzbedarfes für die Isolierung der Leiter im Generator die Ausnützung des Generators
ungünstiger und die Maschine daher größer und teuerer als bei 6,3 kV. Bei Generatoren
mit Nennströmen von einigen tausend Ampere müssen in. der Regel schön aus wickeltechnischen
Gründen die einzelnen Phasen der Wicklung in. mehrere zueinander parallele Zweige
aufgeteilt werden. Der Nachteil dieser Parallelenschaltung besteht darin> , daß
man die beiden Enden jeder Teilwicklung, also 2X6 Enden, mit Klemmen aus der Maschine
herausführen muß, um die nötigen Stromwandler--für die Schutzeinrichtung in die.
Wicklung einschalten zu können. Diese große Zahl von Klemmen. und Stromwandlern
erfordert bei den großen Stromstärken und Leiterquerschnitten einen erheblichen
Materialaufwand und ist nicht leicht unterzubringen. .
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Diese Schwierigkeit wird nach der Erfindung dadurch vermieden, daß
dieMittelpunkte derWicklungsphasen miteinander verbunden, die Phasen des Generators
und des Transformators aber in unverketteter Schaltung zusammengeschlossen werden.
Die der Erfindung entsprechende Schaltung geht aus der Abbildung hervor.
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Hierin bedeuten A, B, C die drei Wicklungsphasen des ,Generators,
D, E, F die drei Phasen der Unterspannungsseite des Transformators. Jede
Generatorphase ist mit der zugehörigen Transformatorphase unverkettet durch die
entsprechenden Leitungen verbunden. Außerdem sind jeweils die Mittelpunkte der Generatorphasen
miteinander durch eine Potentialverbindung zusammengeschlossen, so daß das Potential
der drei Phasen gegenseitig festliegt. Die Spannungen und Ströme verhalten sich
dabei wie folgt: Wenn z. B. eine verkettete Spannung von 6,3 kV für die Auslegung
des Generators sich als günstig erwiesen hat und die Generatorwicklung zur Beherrschung
der großen Stromstärke in 2 Stromzweige aufgeteilt werden würde, so hat jede Teilwicklung
eine Spannung kV. Wenn diese beiden Wicklungsteile
entsprechend der Erfindung hintereinander geschaltet werden (A1 und A2 der Abbildung),
dann entsteht eine Gesamtspannung von 7,28 kV an der Wicklung A. Der Strom in den
Verbindungsleitungen zwischen Generator und Transformator und in der Transformatorphase
beträgt: 3 . # 2$ , wenn 1V die Leistung des Stromerzeugers ist. Es sind also zwischen
Generator und Transformator zwei Leitungen für jede Phase für diese Stromstärke
zu verlegen. Der gesamte Querschnitt und damit der Aufwand für diese Verbindungsleitungen
ist der gleiche, wie, wenn die beiden Wicklungshälften Ai und A2 miteinander parallel
und die- Generatorphasen in Stern geschaltet worden wären: Hinsichtlich der Verbindungsleitungen
tritt also durch die unverkettete Schaltung kein Nachteil gegenüber der üblichen
verketteten Schaltung ein. Die Isolierung, mit der die Leiter der Maschine -zu-
versehen- sind, richtet sich nach der Spannung, die im Erdschlußfall höchstens auf-_treten
kann. Die größte Spannung, die das Ende einer Phase gegen. Erde erreicht, entsteht
in der vorliegenden Schaltung dann, wenn das andere Ende dieser Phase Erdschluß
hat. Sie beträgt bei dem vorstehend behandelten Beispiel 7,28 kV. Die, Isolation
ist also gegenüber der zum Vergleich herangezogenen Betriebsspannung von 6,3 kV
etwas zu verstärken. Der wesentliche Vorteil der vorgeschlagenen Schaltung besteht
aber darin, daß nunmehr eine Phase des Generators nur noch mit zwei stromstarken
Klemmen versehen werden muß und nicht mehr mit vier wie bei zwei parallelen Stromzweigen,
und daß die Potentialverbindung zwischen den Mittelpunkten der drei Phasen nur für
ganz geringe Stromstärken ausgeführt werden muß. Trotzdem läßt sich in. der vorgeschlagenen
Schaltung ein -vollwertiger Schutz für die Maschine gegen Wicklungsschäden erzielen.
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Zu diesem Zweck können in die Potentialverbindung die zwei Stromwandler
S1 und S2 eingefügt werden. Ein Punkt der Potentialverbindung, z. B: der Mittelpunkt
G, kann herausgeführt und in der üblichen Weise über einen Schutzwiderstand H und
die geeigneten Schutzeinrichtungen J geerdet werden. Sobald in der Generatorwicklung,
in der Unterspannungsseite des Transformators- oder in den Verbindungsleitungen
ein Erdschluß auftritt, wird das Gerät J ansprechen. Aus der Anzeige bzw. dem Verhalten
der Geräte oder Schutzrelais, die an die Stromwandler S, und S2 angeschlossen sind,
ist ohne weiteres zu ersehen, an, welcher Wicklungsphase der Fehler liegt. Tritt
ein Kurzschluß zwischen zwei Wicklungsphasen ein, so wird sich der Strom über einen
der beiden. Stromwandler S1 und S2 oder über beide schließen; so daß auch diese
Fehlerart angezeigt -und erfaßt werden kann. Ein Windungsschlußschutz wird durch
einen Symmetrievergleich der verschiedenen Spannungen zu erreichen sein.
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Es ist hieraus ersichtlich, daß Stromwandler für große Nennströme
bei dieser Schaltungsart für den Generatorschutz nicht erforderlich sind und daß
die für den Generatorschutz notwendigen Wandler nur in stromschwachen Verbindungen
liegen, die nicht vom Betriebsstrom durchflossen werden. Der Schutz kann daher ohne
Schwierigkeiten empfindlich und genau ausgebildet werden.
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Die Potentialverbindung zwischenden drei Phasen kann statt in den
Generator auch in den Transformator verlegt werden, so da,ß sie die drei Mittelpunkte
der Unterspannungsphasen des Transformators miteinander verbindet. Zur Einschaltung
der Stromwandler S1 und S2 können die drei Anschlüsse der Wicklungsmittelpunkte
aus dem Transformatorkessel einzeln herausgeführt werden. Es ist aber auch möglich,
die Stromwandler S1 und S2 innerhalb, des Transformatorkessels unterzubringen,
so
daß die Herausführung der Hochspannungswicklung aus dem T'ransformatorkessel an
dieser Stelle überhaupt vermieden wird und nur die Unterspannungsanschlüsse der
Stromwandler zum Anschluß der Schutzgeräte an -Niederspannungsklemmen herausgeführt
zu werden brauchen.