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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.
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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.
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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.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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". 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.
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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.
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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.
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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.
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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.