DE561635C - Schutzanordnung fuer Ljungstroem-Generatoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AKT 20. OKTOBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Oktober 1930 ab

Generatoren, welche beiderseitig, d. h. auf der Antriebsseite und auf der Seite der Leistungsabgabe parallel geschaltet sind, müssen sich stets in gleichem Betriebszustand befinden. Sonst tritt eine Energieübertragung von dem einen Generator auf den anderen Generator ein. Durch eine für den Schutz von Ljungström-Generatoren bereits vorgeschlagene Differentialschaltung kann man den Ausgleichstrom, der zwischen den beiden Maschinen bei ungleichem Betriebszustand auftritt, erfassen.

Wenn beide Maschinen in vollem Betrieb sind, deutet das Auftreten eines Ausgleichsstromes darauf hin, daß in einer Maschine ein Fehler entstanden ist. Durch den Ausgleichsstrom kann man also unter Verwendung von Relais, welche auf den Differenzstrom zwischen entsprechend gleichen Phasen der Generatoren ansprechen, eine Abschaltung des ganzen Aggregates und/oder eine Signalisierung bewirken.

Eine besondere Art von solchen Generatoren stellen die Ljungström-Generatoren dar, welche zwar beiderseitig parallel geschaltet sind, bei denen aber die Parallelschaltung auf der Antriebsseite derart gestaltet ist, daß die Maschinen nicht starr miteinander gekuppelt sind, so daß sie also nicht zwangsläufig durch die Antriebsmaschine in Synchronismus gehalten werden. Namentlich beim Anlassen treten Ausgleichströme zwischen beiden Generatoren auf, die ihre Ursache darin haben, daß die Maschinen nicht vollkommen synchron anlaufen, sondern erst von einer gewissen Höhe ihrer Geschwindigkeit an sich selbst durch die synchronisierende Kraft ihrer Ankerströme und Felder in Synchronismus bringen und halten. Die Folge dieser Eigentümlichkeit ist, daß man Vorkehrungen treffen muß, welche ein Ansprechen des Differentialschutzes während der Anlaßzeit der Maschinen verhüten. Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, die Differentialrelais abzuschalten und beispielsweise erst durch einen Hilfskontakt am Leistungsschalter, welcher das Aggregat mit dem Netz verbindet, zugleich wieder arbeitsfähig zu machen. Erfindungsgemäß wird ein anderer Weg beschritten, um das Ansprechen des Differentialschutzes während der Anlaßzeit auszuschließen, und zwar wird als Differentialrelais ein wattmetrisches Relais verwendet, dessen eine Spule von dem Differenzstrom erregt wird, während die zweite Spule, deren Feld zur Bildung eines Drehmomentes notwendig ist, von einer beiden Generatoren gemeinsamen Wechselstromgröße erregt wird, beispielsweise von dem von beiden Generatoren gemeinsam aufgebrachten Strom oder von der gemeinsamen Klemmenspannung der Maschinen. Solange Strom bzw. Spannung noch keine erhebliche Höhe erreicht haben, sind die wattmetrischen Relais sehr unemp-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Neugebauer in Berlin-Spandau.

findlich. Außerdem treten dann während der Dauer der Energiependelungen im Relais Drehmomente wechselnder Richtung auf, deren Frequenz gleich der Frequenz der Ausgleichströme ist. Bei Verwendung bei stark gedämpften Relais ergeben sich dann Bewegungen des Relaissystems um die Nullage herum. Dagegen ist es nicht möglich, daß sich die Drehmomentimpulse, welche von den ίο einzelnen Halbwellen des Ausgleichsstromes auf das Relaissystem ausgeübt werden, addieren, so daß sie allmählich doch einen Kontaktschluß des Relais zuwege bringen, wie dies bei einem gewöhnlichen nichtwattmetrisehen Differentialrelais eintreten kann. Wenn dagegen in einer der beiden Maschinen ein Fehler entsteht, wird das wattmetrische Relais durch die stets von der gesunden Maschine an die kranke Maschine abgegebene Leistung zu einem nach der einen oder anderen Seite beständigen Ausschlagen gebracht, so daß aus der Ausschlagsrichtung auch erkennbar wird, welche Maschine fehlerhaft ist. In den beiliegenden Fig. 1 und 2 ist die Schaltung gemäß der Erfindung erläutert. Mit A und B sind die beiden pritnärseitig und sekundärseitig parallel geschalteten Generatoren, z. B. die Generatoren eines Ljungström-Aggregates, bezeichnet. Die Klemmen der" Maschinen A und B sind durch Leitungen ι und 2 untereinander verbunden, von welchen die gemeinsame Leitung 3 abgeht, über welche die Maschinen auf das Leitungsnetz arbeiten. In den Leitungen 3 liegt ein Leistungsschalter 4, der durch eine Auslösespule 5 im Fehlerfalle geöffnet werden kann. In der Sternpunktseite der Wicklungen der Generatoren A und B ist jede Phase mit einem Stromwandler ausgerüstet. Die Schaltung dieser Stromwandler ist nur für das Stromwandlerpaar 6 und 7 ausgeführt. Die Stromwandler 6 und 7 sind gegeneinandergeschaltet durch die Leitungen 8 und 9. In der Leitung 8 liegt die Primärwicklung eines Zwischenwandlers 10, von dessen Mittelpunkt eine Leitung 11 ausgeht. Die Leitung 11 ist an die eine Klemme eines Strjomwandlers 12 angeschlossen, der in der Sammelleitung 3 der entsprechenden Phase liegt. Das andere Ende der Sekundärwicklung des Stromwandlers 12 ist über eine Leitung 13 mit der Leitung 9 verbunden. An die Klemme des Stromwandlers 12 ist ein Differentialrelais 14 angeschlossen. Dieses Differentialrelais gehört zu einem Differentialschutz, durch welchen der Generatorstrom in der gemeinsamen Leitung-3 mit der Summe der Generatorströme in den beiden entsprechend gleichen Phasenwicklungen der Generatoren A und B verglichen wird. Im Zuge der Leitung 11 liegt die Stromspule eines wattmetrischen Differentialrelais 15. Die zweite Spule des Differentialrelais ist an die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers 10 angeschlossen. Wenn infolge eines Fehlers in einem der beiden Generatoren A und B bzw. in den Zuleitungen ι und 2 die Leistungen der beiden Generatoren ungleich werden, wird die Sekundärwicklung des Zwischenwandlers 10 erregt. Die von dem Aggregat insgesamt abgegebene Stromstärke durchfließt den Leiter 11 und infolgedessen auch die andere Wicklung des wattmetrischen Relais 15. Dadurch kommt der Kontakt 16 dieses Relais zum Ausschlag, wobei die Ausschlagsrichtung davon abhängt, welche Maschine die größere Leistung abgibt. Kontakt 16 arbeitet mit zwei Kontakten zusammen und betätigt durch diese einerseits die Abschaltung des Generators vom Netz, andererseits eine Signalvorlichtung, z. B. Fallklapepn, so daß sofort erkennbar ist, welcher Generator die größere Leistung führt, d. h. welcher Generator Leistung an den anderen, den fehlerhaften Generator abgegeben hat.

In Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche Anordnung der Generatoren A und B wiedergegeben wie in Fig. 1. Ein Zwischenwandler 17 wird von der Differenz der Ströme in den Generatoren A und B erregt. An seine Sekundärwicklung ist die eine Spule des wattmetrischen Relais 15 angeschlossen. Die zweite Spule des wattmetrischen Relais 15 wird nicht vom Strom, sondern von der Span-· nung der Generatoren A und B erregt. Auf diese Weise läßt sich erzielen, daß beim Anlassen der Generatoren die hin und her flutenden Ausgleichströme abwechselnd entgegengesetzt gerichtete Drehmomente im Relais 15 auslösen, so daß dieses bei ausreichender i°c Dämpfung nicht zu einem Ausschlag und zur Betätigung der Kontakte kommt.

Verwendet man als wattmetrisches Relais ein Ferrarisrelais, so gewinnt man den Vorteil, daß der Differentialschutz während der Anlaufzeit besonders unempfindlich ist, weil das Drehmoment ein Ferrarissystem bei niedriger Frequenz ebenfalls klein ist. Es ist möglich, die Anordnung so zu wählen, daß ein nennenswertes Drehmoment im Ferraris- no relais erst dann erreicht wird, wenn die Frequenz der Ströme nahezu die Betriebsfrequenz erreicht, d. h. also, wenn Ausgleich- ströme entstehen, welche nicht Schwebungsfrequenz, sondern Betriebsfrequenz besitzen. In der gleichen Weise wirkt auch der Zwischenwandler 10 bzw. 17, dessen Übersetzungsverhältnis ebenfalls frequenzabhängig ist.

Die Schaltung nach Fig. 1 besitzt den besonderen Vorteil, daß die Empfindlichkeit des Differentialrelais 15 mit der Belastung der

Maschine wächst. Dies ist insofern günstig, als bei schwacher Belastung des Aggregats eine gewisse Mehrbelastung der einen Maschine gegenüber der anderen noch keine Gefahr bedeutet. Bei starker Belastung des Aggregates dagegen muß auf die gleichmäßige Verteilung der Gesamtlast größter Wert gelegt werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 weist im verstärkten Maße die Eigenschaft auf, daß sie während der Anlaßzeit unempfindlich ist. Dies wirkt dahin, daß das Drehmoment im wattmetrischen Relais 15 erst mit wachsender Spannung hervortreten kann. Gemeinsam ist bei den Anordnungen, daß keinerlei Umschaltungen erforderlich sind,. um die Empfindlichkeit des Schutzes während der Anlaßzeit gering und während der Betriebszeit wesentlich höher einzustellen. Statt für jede Phase ein besonderes wattmetrisches Relais anzuordnen, kann man auch für alle Phasen ein gemeinsames Relais vorsehen. Statt der elektrischen Differenzbildung, ζ. Β. mittels Zwischenwandler, kann auch eine mechanische Differenzbildung angewendet werden, indem mehrere Meßgeräte mechanisch miteinander gekuppelt werden. Die Abschaltung und Aberregung der Generatoren wird zweckmäßig nicht unmittelbar durch die Differentialrelais ausgelöst, sondern durch Zeitrelais, welche von den Differentialrelais zum Ablauf gebracht werden.

Wie vorhin erläutert, ist es sehr günstig, das wattmetrische Differentialrelais vom Belastungsstrom zu erregen; dadurch erreicht »nan, daß die Empfindlichkeit des Schutzes mit der Belastung wächst. Bei dieser Anordnung ist aber nachteilig, daß im Leerlauf das Schutzrelais nicht arbeiten kann. Daher ist als weitere Ausführungsform bereits eine Relaisanordnung beschrieben worden, bei der die Erregung der einen Wattmeterspule des Differentialrelais von einer Spannung der Maschine ausgeht. Diese Anordnung macht den Schutz auch bei vollkommenem Leerlauf der Maschine arbeitsfähig, ist dagegen der vorhin erwähnten Ausführungsform, bei welcher die eine Wattmeterspule vom Belastungsstrom erregt wird, dadurch unterlegen, daß ihre Empfindlichkeit von der Belastung vollkommen unabhängig ist. Durch Vereinigung der beiden Prinzipien erhält man ein Relais, welches einerseits bereits bei Leerlauf betriebsfähig ist und andererseits eine mit dem Belastungsstrom wachsende Empfindlichkeit besitzt. Bei einem solchen Relais wird beispielsweise das Feld des wattmetrischen Gerätes von Strom und Spannung gemeinsam aufgebaut, beispielsweise durch Phasenstrom und Phasenspannung, während das bewegliche System durch den Ausgleichstrom erregt wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schutzanordnung für Ljungström-Generatoren mittels einer Relaiseinrichtung, welche die Energieübergabe von einem Generator an den anderen überwacht, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Signal- oder Abschalteinrichtungen betätigenden wattmetrischen Überwachungsrelais, dessen Empfindlichkeit von einem während der Anlaufzeit des Aggregates noch nicht in voller Stärke auftretenden, der Generatorspannung oder dem gemeinsamen Belastungsstrom des Aggregates entsprechenden Strom abhängig ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsumme und die Stromdifferenz gleicher Phasen beider Generatoren je eine Spule eines wattmetrischen Relaissystems erregen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdifferenz gleicher Phasen beider Generatoren die eine Wicklung und die Spannung des Aggregates die andere Wicklung je eines go wattmetrischen Relaissystems erregen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß wattmetrische Relais zur Anwendung kommen, die auf dem Induktionsprinzip beruhen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Generatoren Relais dienen, in denen die Differenz der Belastungen der _1Oo beiden Generatoren für jede Phase einzeln oder insgesamt mechanisch gebildet wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die wattmetrischen Relais bei ihrem Ansprechen je nach ihrer Ausschlagsrichtung verschiedene Signaleinrichtungen auslösen, durch welche erkennbar gemacht wird, in welchem Generator der Fehler entstanden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Feld der wattmetrischen Spule von der Stromsumme und der Spannung der Maschinen gemeinsam hervorgerufen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen