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Einrichtung zum Parallelschalten von Wechselstromnetzen Es ist bereits
eine Parallelschalteinrichtung für Wechselstromnetze bekannt, bei welcher der Schaltbefehl
vom gleichzeitigen Ansprechen zweier Organe abhängt. Das eine Organ spricht beim
Unterschreiten eines bestimmten Mittelwertes der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit
der gleichgerichteten Differenzspannung, die zwischen den zu kuppelnden Netzen herrscht,
an. Das zweite Organ spricht an, wenn ein bestimmter Augenblickswert der erwähnten
Differenzspannung unterschritten ist. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, zwischen
der Gleichrichteranordnung, die von der Differenzspannung gespeist wird, und der
zur Gewinnung der ersten Ableitung ihrer Hüllkurve dienenden Vorrichtung Widerstandskreise
zum Aussieben der Netzfrequenz anzuordnen.
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Die Erfindung betrifft gleichfalls eine Einrichtung zum Parallelschalten
von Wechselstromnetzen, bei welcher der Schaltbefehl von dem gleichzeitigen Ansprechen
zweier Organe abhängt, von denen das eine beim Unterschreiten eines bestimmten Mittelwertes
der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit der gleichgerichteten Differenzspannung
der beiden zu kuppelnden Netze, das andere beim Unterschreiten eines bestimmten
Augenblickswertes der Differenzspannung anspricht und ein vom Schlupf
beider
Netzfrequenzen abhängiges Organ den Parallelschaltbefehl so gibt, daß seine Ausführung
im Nulldurchgang der Differenzspannung stattfindet. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung
so getroffen, daß die Stellung des Gegenkontaktes an dem die Differenzspannung messenden
Relais und damit der Kontaktweg dieses Relais durch ein nur von der Schlupffrequenz
abhängiges Organ so gesteuert wird, daß zwischen einer Kontaktgabe und dem Nulldurchgang
der gleichgerichteten Differenzspannung bei jedem Schlupfwert die gleiche Zeitspanne
liegt. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß sie nicht an einen bestimmten Schlupf
gebunden ist, bei dem die Zuschaltung erfolgen muß. Vielmehr wird erreicht, daß
zwischen der Kontaktgabe und dem Nulldurchgang bei jedem Schlupfwert die gleiche
Zeitspanne liegt, so daß damit die Parallelschalteinrichtung unter stets gleichbleibenden
Bedingungen arbeitet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. i ist das Relais, das von einer
der zeitlichen Änderung der gleichgerichteten Differenzspannung proportionalen Spannung
beeinflußt wird, mit i bezeichnet. Es wird über einen Gleichrichter 18 gespeist,
der von der Differenzspannung der beiden Netze erregt wird. Auf dessen Gleichstromseite
tritt die in Fig. 2 a mit U bezeichnete Spannung auf, die durch die Siebkette mit
den Widerstandselementen 13 bis 17 von den 5operiodigen Schwingungen gereinigt wird.
Am Ausgang der Siebkette tritt die Hüllkurve der gleichgerichteten Differenzspannung
Usl auf. Diese Spannung erzeugt in dem Kondensator 12 einen Strom i, der in dem
Widerstand i i einen Spannungsabfall e hervorruft. Die Gleichrichtung dieses Spannungsabfalles
ergibt die Spannung egl, die der Änderungsgeschwindigkeit der Differenzspannung
entspricht. Der Maximalwert dieser Spannung tritt dann auf, wenn die Spannung Ugl
(JU) gerade ihren Nullwert erreicht.
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Die der Änderungsgeschwindigkeit der Differenzspannung proportionale
Spannung egl lädt über einen Widerstand 9 einen Kondensator 8 auf. Ein Widerstand
io dient der Vorbelastung des Gleichrichters 7, ebenso wie ein Widerstand 17' zur
Vorbelastung des Gleichrichters 18 vorgesehen ist.
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Der Kondensator 8 speist nunmehr das Relais i mit einem Strom, der
bei ausreichender Größe des Kondensators praktisch wellenfrei gemacht werden kann
und dessen Größe der Änderungsgeschwindigkeit der Differenzspannung proportional
ist. Das Relais i spricht demnach an und öffnet seinen Kontakt 2, wenn der Schlupf
zwischen den Netzfrequenzen, der im folgenden kurz Schlupf genannt wird, eine bestimmte
zulässige Größe erreicht. Durch das Öffnen des Koiitakbes 2 wird ein Relais 3 stromlos
gemacht, so daß dessen Kontakt geschlossen wird.
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Die Betätigung des Schalters 6, der die Netze kuppelt, ist jedoch
von einem weiteren Relais 5 abhängig, das durch die Kontakte .4 eines Relais 22
gesteuert wird. Dieses Relais ist unmittelbar an die Differenzspannung angeschlossen.
Sein Ausschlag ist demgemäß dem jeweiligen Augenblickswert der Differenzspannung
J U bzw. deren Effektivwert proportional. Es zeigt an, wie sich der Effektivwert
der 5operiodigen Schwingung ändert, und diese Änderung entspricht ja der Schwebung.
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Das Relais kann auch über einen Gleichrichter gespeist werden, wenn
man es als Gleichstromgerät ausführen. will. Man kann es in diesem Falle unmittelbar
an die Klemmen a, b anschließen, so daß es von der Spannung Ug1, also der
Hüllkurve der gleichgerichteten Differenzspannung, erregt wird. Sprechen beide Relais
i und 2 gleichzeitig an, dann wird der Parallelschaltbefehl gegeben. Dies bedeutet,
daß zum ersten Male die Spannung d U
der Fig.2b bei einem Schlupf s unterschritten
worden ist, der unmittelbar vorher den Kontakt 2 geöffnet hat. Der Schaltbefehl
soll nun erfindungsgemäß gerade in einem solchen Augenblick erfolgen, daß nach Verstreichen
der Schaltereigenzeit die tatsächliche Parallelschaltung im Nulldurchgang der Differenzspannung
stattfindet. Der Kontakt muß demnach eine Stellung einnehmen, die den durch die
Lage des Kontaktes 2 vorbestimmten Schlupf entsprechend festlegt. Durch diesen Zusammenhang
ist ein Vorgabewinkel bestimmt, der bei einem festgelegten Schlupf zur Schaltung
im Augenblick der Vektorenübereinstimmung der zu synchronisierenden Spannung führt.
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Um nicht an einen vorbestimmten Schlupf gebunden zu sein, bei dem
die Zuschaltung erfolgen muß, kann man die Lage des Kontaktes 4. und damit den Kontaktweg
nach Maßgabe des jeweiligen Schlupfes verstellen. Man erreicht dadurch, daß zwischen
einer Kontaktbetätigung und dem Nulldurchgang der gleichgerichteten Differenzspannung,
der ja die Vektorenübereinstimmung bedeutet, bei jedem Schlupfwert die gleiche Zeitspanne
liegt. Die Verstellung des Gegenkontaktes 4 des Relais 22 besorgt ein Gerät i9,
dessen Zeiger mit dem Kontakt 4 über eine geeignete, in der Zeichnung nur schematisch
dargestellte Vorrichtung 2o gekuppelt ist. Je größer der Schlupf ist, desto größer
muß der Ausschlag des Gerätes i9 werden; es wird demnach zweckmäßig von der gleichen
Spannung e9.1 bzw. dem Strom i erregt wie das Relais i. Die Widerstände 21 und 23
gestatten dabei, die Empfindlichkeit der beiden Geräte i9 und i unabhängig voneinander
einzustellen.
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Der Kontakt :2 wird also geöffnet, wenn der zulässige Schlupf unterschritten
wird. Der Kontakt 4 wird geöffnet, wenn der Spannungswert d' U gerade unterschritten
wird, der dem jeweiligen Schlupf s unter Berücksichtigung der Schaltereigenzeit
proportional ist. Öffnet der Kontakt 4 vor Erreichung des zulässigen Schlupfes,
so hat Kontakt 2 noch nicht geöffnet, so daß der Kontakt 5, nicht aber der Kontakt
3 geschlossen ist und keine Schaltung zustande kommt. Ist jedoch der Kontakt :2
geöffnet, der Schlupf also hinreichend gering, so erfolgt die Zusammenschaltung
bei der erstmaligen Öffnung des Kontaktes 4 zu einem Zeitpunkt, der bis zur
Ausführung
des Schaltkommandos immer die gleiche Zeit verstreichen läßt, da die Lage des Kontaktes
.4 von der jeweiligen Größe des Schlupfes abhängig ist, je nach der Schlupffrequenz
aber ein anderer Punkt der Schlupfkurven im gleichen zeitlichen Abstand vom Nullpunkt
liegt.
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Die Bedingungen für das Ansprechen des Relais 22 sind jedoch nicht
nur dann gegeben, wenn die Schlupfkurve ihrem Nullpunkt sich nähert, sondern auch
im aufsteigenden Ast, wenn die Schlupfkurve ihrem Maximum zustrebt. Natürlich darf
in diesem Augenblick nicht geschaltet werden. Dies wäre möglich, wenn das Relais
i seinen Kontakt 2 öffnet, also der Strom itnstr zu einem Zeitpunkt hinreichend
abgesunken ist, in dem sich die Spannung AU im ansteigenden Ast befindet, aber noch
hinreichend klein ist, um den Kontakt 4 freizugeben, also zu öffnen.
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Um dies zu vermeiden, wird an ein Ende des Widerstandes i i ein Einweggleichrichter
25 gelegt, der so geschaltet ist, daß die auf den ansteigenden Ast der AU-Kurve
entfallenden Halbwellen der s-Kurve durchgelassen werden, so daß ein über diesen
Gleichrichter 25 gespeistes Sperrelais 26 seinen Arbeitskontakt 27 schließt. Dieser
Kontakt ist so geschaltet, daß der Strom über das Relais 5 aufrechterhalten bleibt,
selbst wenn der Kontakt-4 öffnen sollte. Das Relais 26 ist demnach so geschaltet,
daß die der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit der gleichgerichteten Differenzspannung
proportionale Spannung e nur bei positivem Wert die Auslösung sperrt. Es könnte
natürlich auch so ausgebildet sein, daß es eine Freigabe der Auslösung bewirkt,
wenn die Spannung e negativ ist. Die erste Anordnung ist jedoch deswegen vorzuziehen,
weil zu Beginn der Halbwelle von e sofort der volle Betätigungsstrom zur Verfügung
steht und daher ohne jegliche Ansprechverzögerung mit sehr kräftigem Impuls seine
Kontakte 27 jeweils schließt.
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Die Verstellung des Kontaktes 4, die zu einer Kontaktgabe führt, wenn
die Gleichheit einer der Größe
proportionalen Größe sowie einer dem Augenblickswert der Differenzspannung
d U proportionalen Größe eintritt, kann statt mechanisch über ein besonderes
Gerät ig auch rein elektrisch erreicht werden. Zu diesem Zweck wird ein Relais 24
an Stelle der Relais ig und 22 vorgesehen, dessen Wicklungen gegensinnig geschaltet
sind. Erreicht im Anschluß der rechten Wicklung an die Punkte a und b das
Anzugsmoment im abnehmenden Sinne, also im Winkelbereich i8o bis 36o° der Fig. 2b,
den Wert des Anzugsmoments der linken Wicklung, das i;"t, entspricht, so schließt
der Kontakt 5 zu einem Zeitpunkt vor dem Synchronismus, der durch die konstante
Schaltereigenzeit und mithin den schlupfabhängigen Vorgabewinkel gegeben ist, Die
Zusammenhänge sind aus Fig.2b deutlich zu ersehen, in der für verschiedene Werte
von egi die Auslösebedingungen, d. h. die Schnittpunkte der egi-Kurve mit der d
U-Kurve dargestellt sind, die jeweils bei verschiedenen Winkeln ü" bis -0"3 herrschen.
Der Kontakt 5 schließt also, sobald der Wert const - d U c-o const - Ugi
die Parallele zur Abszisse iinstr = const -
unterschreitet.
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Wird der Vergleich der beiden Meßgrößen durch die Geräte ig und 22
vorgenommen, dann muß das Gerät ig eine hohe Richtkraft besitzen, damit die Stellung
des Kontaktes 4 durch Berührung mit dem Zeiger des Relais 22 nicht verändert wird,
Die Bemessung kann jedoch auch umgekehrt erfolgen, d. h. die hohe Richtkraft kann
dem Relais 22 erteilt werden, die geringe Richtkraft dem Gerät ig; dann nimmt das
Relais 22 den Kontakt 4 mit in denj enigen Bereich, in dem dieser geschlossen sein
soll. Die Unterbrechung erfolgt, sobald der Ausdruck const - d,
U < const -
. Zur Gewährleistung einer sicheren Kontaktgabe muß die Eigenfrequenz des Gerätes
ig größer sein als die des Relais 22.
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Um die Glättungswirkung des Kondensators 8, durch die eine Abweichung
des Ausschlages des Gerätes 19 von dem dem augenblicklichen Wert des Schlupfes
entsprechenden Ausschlag auftreten kann, auszuschalten, kann die linke Wicklung
des Relais 24 oder das Gerät ig auch an die Gleichstromseite des Gleichrichters
7 bei c, d angeschlossen werden. Es fließt mithin durch die rechte Wicklung
des Relais 24 oder durch das Relais 22 ein Strom proportional JU, durch die
linke Wicklung des Relais 24 ein Strom proportional egi cv
Ist der Schlupf gleich Null, so schließt der Kontakt 5 bei d U = 0 (0,o),
da
= 0. Bei endlichem Schlupf wächst der Vorgabewinkel mit dem Schlupf, da nunmehr
gemäß Fig. 2b um so früher ein Schnittpunkt zwischen der e,1-Kurve und der JU-Kurve
eintritt, je höher die Frequenz liegt (vgl. iü,,1 bis e"3). Relais 26 verhütet auch
hier eine Schaltung im ansteigenden Ast der d U-Kurve.
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Weiterhin kann man die linke Spule des Relais 24 oder das Gerät ig
an einen Teilwert des Widerstandes i i anschließen und die Schaltung so treffen,
daß im Bereich von 0 = o bis 18o° der Strom in der linken Spule des Relais 24 im
gleichen Sinne wie in der rechten Spule fließt, so daß in diesem Winkelbereich keine
Kontaktgabe erfolgen kann, selbst wenn in diesem Bereich der zulässige Schlupf erstmalig
erreicht wird und Kontakt 2 öffnet. Erst im Bereich von 4 = i8o bis 36o° wirken
die beiden Spulen einander entgegen, so daß das Relais 24 bei einem dem Schlupf
proportionalen ü"-Wert Kontakt gibt. Sinngemäß schlägt das Gerät ig im Bereich Ü
= o bis i8o° im Sinne einer Schließung des Kontaktes 4 aus, d. h., es legt sich
gegen den mit hoher Richtkraft ausgestatteten Zeiger des Relais 22. Man könnte für
das Gerät ig durch einen entsprechend geschalteten Einweggleichrichter 28 die den
negativen Ausschlag bedingende Halbwelle von e sperren, da auch die Nullage des
Kontaktes 4 erst in der Nullage des Relais 22 eine Unterbrechung gestattet. Das
Relais 26 wird bei dieser Schaltung überflüssig.
Je nachdem, ob
die Annäherung an den Synchronismus aus dem übersynchronen oder untersynchronen
Bereich erfolgt, d. h., ob in den Kurvenbildern die abnehmende Schlupfrichtung nach
rechts oder- nach links gerichtet ist, müssen die linke Wicklung des Relais 24 bzw.
das Gerät zg und der Gleichrichter 28 durch ein Frequenzvergleichsrelais umgepolt
werden.
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Der das Relais i durchfließende Strom kann als Maß für die erforderliche
Verstellung der Treibmittelzufuhr der zu synchronisierenden Maschine benutzt werden.
Da der Ausschlag des Relais i durch den Kontakt 2 begrenzt ist, kann an einem zweiten,
in Reihe geschalteten Gerät 29, dessen Ausschlag nicht begrenzt ist, der Schlupf
s unmittelbar abgelesen werden. An einem nicht dargestellten Frequenzvergleichsrelais
(Zungenfrequenzmesser oder Zeiger-Synchronoskop) kann festgestellt werden, ob es
sich um einen über- oder untersynchronen Schlupf handelt.