„Statische Erregereinrichtung“ – Versionsunterschied

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[[Datei:Amsteg-laeuferversorgung.jpg|miniatur|right|Schleifringe und Kohlebürsten eines Synchrongenerators im [[Kraftwerk Amsteg]]]]
Zur [[Erregerwicklung|Erregung]] von [[Synchronmaschine]]n ist es notwendig, den dafür benötigten Gleichstrom [[Erregerstrom|(Erregerstrom)]] auf die Läuferwicklung [[Erregerwicklung|(Erregerwicklung)]] zu übertragen. Eine Möglichkeit zur Erregung ist die statische Erregereinrichtung. Die Bezeichnung [[Statik|''statisch'']] bezieht sich darauf, dass die Einrichtung aus feststehenden Teilen besteht.
Die '''statische Erregereinrichtung''' ist ein [[Erregersysteme für Synchronmaschinen|Erregersystem für Synchronmaschinen]] und dient der Bereitstellung und Regelung der notwendigen Erregerenergie. Die Bezeichnung [[Statik (Physik)|''statisch'']] bezieht sich darauf, dass die Einrichtung aus feststehenden Komponenten, wie z. B. dem Erregertransformator, besteht. Die Erregerenergie wird vollständig dem elektrischen Netz entnommen.

Neben der statischen Erregung findet man auch ein dynamisches Erregersystem: die bürstenlose [[Erregermaschine]] (Aussenpol-Synchrongenerator, mit rotierenden Gleichrichtern).


== Aufbau ==
== Aufbau ==
[[Datei:Statische Erregereinrichtung.svg|thumb|upright=2|Die Abbildung zeigt den Drehstrom-Synchrongenerator (SG), den Erregertransformator (ET), das Thyristorstellglied (V1) und den Errgerstrom I<sub>E</sub>.]]
[[Datei:Statische Erregereinrichtung.svg|mini|'''SG''': Drehstrom-Synchrongenerator; '''ET''': Erregertransformator; '''V1''': Thyristorstellglied; '''I<sub>E</sub>''': Erregerstrom.]]
Die statische Erregereinrichtung benötigt anders als die [[Bürstenlose Erregereinrichtung|bürstenlose Errergereinrichtung]], keine mitrotierenden [[Erregermaschine]]n, sondern verfügt über einen Erregertransformator, der aus dem Ständerkreis des [[Synchronmaschine|Drehstrom-Synchrongenerators]] oder einem [[Eigenbedarf (Kraftwerk)|Eigenbedarfsnetz]] gespeist wird. Der Erregertransformator transformiert die angelegte Spannung aus Ständerkreis oder Eigenbedarfsnetz auf die nötige Erregerspannung und speist die Erregerwicklung des Drehstrom-Synchrongenerators über ein netzgeführtes Thyristorstellglied. Die Übertragung auf die Erregerwicklung erfolgt mit [[Kohlebürste]]n und [[Schleifring]]en. Bei [[Turbogenerator|Großgeneratoren]] werden wegen der großen [[Erregerstrom|Erregerströme]] viele Kohlebürsten parallel geschaltet und die Schleifringe müssen sehr breit ausgeführt werden. Im Erregerkreis kann eine [[Entregungsschaltung]] realisiert werden, was im Fall eines inneren Maschinenfehlers vorteilhaft ist.
Die statische Erregereinrichtung besteht aus einem Erregertransformator, der üblicherweise aus dem [[Eigenbedarf (Kraftwerk)|Eigenbedarfsnetz]] gespeist wird. Der Erregertransformator transformiert die angelegte Spannung auf die nötige Erregerspannung, die zum Spannungsregler (häufig ein netzgeführtes Thyristorstellglied) zugeführt wird. Dort wird der erforderliche Erreger-Gleichstrom geregelt und der Maschine mittels Schleifring-Bürstenapparat (2 [[Schleifring]]e für plus und minus und zugehörige [[Kohlebürste|Kohle-Bürstensätze]]) der Rotor(Erreger)wicklung zugeführt. Wegen der großen [[Erregerstrom|Erregerströme]] werden mehrere Kabel parallel verlegt und auf mehrere Kohlebürsten verteilt. Im Erregerkreis befindet sich eine [[Entregungsschaltung]], die beim Ausschalten der Maschine oder im Fehlerfall wirkt.


== Vor- und Nachteile ==
== Vor- und Nachteile ==
=== Vorteile ===
=== Vorteile ===
*Da die Erregerleistung direkt über das Thyristorstellglied geregelt wird und nicht etwa wie bei der bürstenlosen Erregung indirekt über die Hilfserregerleistung der Erregermaschine, ist die statische Erregung [[Regelungstechnik|regelungstechnisch]] die vorteilhafteste Methode. Sie bietet eine hohe Regeldynamik.
* Da die Erregerleistung direkt über das Thyristorstellglied geregelt wird und nicht etwa wie bei der bürstenlosen Erregung indirekt über die Hilfserregerleistung der Erregermaschine, bietet die statische Erregung eine sehr hohe Regeldynamik.
*Wartung der Schleifringe und Kohlebürsten im Betrieb möglich
* Wartung der Schleifringe und Kohlebürsten im Betrieb möglich
*[[Entregungsschaltung|Schnellentregung]] möglich
* [[Entregungsschaltung|Schnellentregung]] möglich
* Bürstenapparat wird zum Anfahren des Turbosatzes (Generator wird als Motor betrieben) durch den Anfahrumrichter (SFC-Static Frequency Converter) mittels Frequenz/Spannungsregelung genutzt


=== Nachteile ===
=== Nachteile ===
*Verluste durch Bürsten und Schleifringe und Verschleiß der Bürsten
* Reibungs- und Stromverluste durch Bürsten und Schleifringe
* Bürstenverschleiß ggfs. [[Bürstenfeuer]]
*[[Bürstenfeuer]] und hoher Bürstenverschleiß können auftreten, wenn die Stromverteilung der parallel geschalteten Bürsten gestört ist. Dies kann sowohl durch die falsche Anzahl von Bürsten, als auch durch klimatische Bedingungen verursacht werden.<ref>http://books.google.de/books?id=FGaEKQEEVbEC&pg=PA245&dq=Schleifring+B%C3%BCrstenfeuer&hl=de&ei=tjpoTJTOBYOR4Abp1JyZBA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CEEQ6AEwAg#v=onepage&q=B%C3%BCrstenfeuer&f=false</ref>
*kein Einsatz in [[Explosionsschutz|Ex-geschützten]] Bereichen
* kein Einsatz in [[Explosionsschutz|Ex-geschützten]] Bereichen
* sehr großer Generator-Spannungsreglerschrank
* aufwändige Verkabelung


== Siehe auch ==
== Geltende Normen ==
* DIN EN IEC 60034-3 - Drehende elektrische Maschinen - Teil 3: Besondere Anforderungen an Synchrongeneratoren, angetrieben durch Dampfturbinen oder Gasturbinen, und an synchrone Phasenschieber (Vorsichtsmaßnahmen für den drehenden Teil der Erregereinrichtung bei wasserstoffgekühlten Generatoren)
*[[Bürstenlose Erregereinrichtung]]
* DIN EN 60034-16-1 – Drehende elektrische Maschinen – Teil 16-1: Erregersysteme für Synchronmaschinen – Begriffe
* E DIN IEC/TS 60034-16-2 - Drehende elektrische Maschinen - Teil 16-2: Erregersysteme für Synchronmaschinen – Modelle für Untersuchungen des Energieversorgungsnetzes
* Normenreihe [[IEEE 421]]


== Literatur ==
== Literatur ==
* Prof. Dr.-Ing. Rolf Fischer: ''Elektrische Maschinen.'' 14., aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2007, ISBN 978-3-446-41754-0.
* Rolf Fischer: ''Elektrische Maschinen.'' 14., aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2007, ISBN 978-3-446-41754-0.
* Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. mult. Adolf J. Schwab: ''Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie'' 2., aktualisierte Auflage. Springer Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.
* Adolf J. Schwab: ''Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie'' 2., aktualisierte Auflage. Springer Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.
* Christof Lechner und Jörg Seume: ''Handbuch Stationäre Gasturbinen (VDI-Buch)'' 1. Auflage, Springer Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-42831-2

== Einzelnachweise ==
<references />


[[Kategorie:Generator]]
[[Kategorie:Bauteil (Elektromaschine)]]
[[Kategorie:Elektromotor]]
[[Kategorie:Kraftwerkskomponente]]
[[Kategorie:Kraftwerkskomponente]]

Aktuelle Version vom 1. Dezember 2022, 19:45 Uhr

Schleifringe und Kohlebürsten eines Synchrongenerators im Kraftwerk Amsteg

Die statische Erregereinrichtung ist ein Erregersystem für Synchronmaschinen und dient der Bereitstellung und Regelung der notwendigen Erregerenergie. Die Bezeichnung statisch bezieht sich darauf, dass die Einrichtung aus feststehenden Komponenten, wie z. B. dem Erregertransformator, besteht. Die Erregerenergie wird vollständig dem elektrischen Netz entnommen.

Neben der statischen Erregung findet man auch ein dynamisches Erregersystem: die bürstenlose Erregermaschine (Aussenpol-Synchrongenerator, mit rotierenden Gleichrichtern).

Aufbau

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SG: Drehstrom-Synchrongenerator; ET: Erregertransformator; V1: Thyristorstellglied; IE: Erregerstrom.

Die statische Erregereinrichtung besteht aus einem Erregertransformator, der üblicherweise aus dem Eigenbedarfsnetz gespeist wird. Der Erregertransformator transformiert die angelegte Spannung auf die nötige Erregerspannung, die zum Spannungsregler (häufig ein netzgeführtes Thyristorstellglied) zugeführt wird. Dort wird der erforderliche Erreger-Gleichstrom geregelt und der Maschine mittels Schleifring-Bürstenapparat (2 Schleifringe für plus und minus und zugehörige Kohle-Bürstensätze) der Rotor(Erreger)wicklung zugeführt. Wegen der großen Erregerströme werden mehrere Kabel parallel verlegt und auf mehrere Kohlebürsten verteilt. Im Erregerkreis befindet sich eine Entregungsschaltung, die beim Ausschalten der Maschine oder im Fehlerfall wirkt.

Vor- und Nachteile

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Vorteile

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  • Da die Erregerleistung direkt über das Thyristorstellglied geregelt wird und nicht etwa wie bei der bürstenlosen Erregung indirekt über die Hilfserregerleistung der Erregermaschine, bietet die statische Erregung eine sehr hohe Regeldynamik.
  • Wartung der Schleifringe und Kohlebürsten im Betrieb möglich
  • Schnellentregung möglich
  • Bürstenapparat wird zum Anfahren des Turbosatzes (Generator wird als Motor betrieben) durch den Anfahrumrichter (SFC-Static Frequency Converter) mittels Frequenz/Spannungsregelung genutzt

Nachteile

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  • Reibungs- und Stromverluste durch Bürsten und Schleifringe
  • Bürstenverschleiß ggfs. Bürstenfeuer
  • kein Einsatz in Ex-geschützten Bereichen
  • sehr großer Generator-Spannungsreglerschrank
  • aufwändige Verkabelung

Geltende Normen

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  • DIN EN IEC 60034-3 - Drehende elektrische Maschinen - Teil 3: Besondere Anforderungen an Synchrongeneratoren, angetrieben durch Dampfturbinen oder Gasturbinen, und an synchrone Phasenschieber (Vorsichtsmaßnahmen für den drehenden Teil der Erregereinrichtung bei wasserstoffgekühlten Generatoren)
  • DIN EN 60034-16-1 – Drehende elektrische Maschinen – Teil 16-1: Erregersysteme für Synchronmaschinen – Begriffe
  • E DIN IEC/TS 60034-16-2 - Drehende elektrische Maschinen - Teil 16-2: Erregersysteme für Synchronmaschinen – Modelle für Untersuchungen des Energieversorgungsnetzes
  • Normenreihe IEEE 421

Literatur

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  • Rolf Fischer: Elektrische Maschinen. 14., aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2007, ISBN 978-3-446-41754-0.
  • Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie 2., aktualisierte Auflage. Springer Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.
  • Christof Lechner und Jörg Seume: Handbuch Stationäre Gasturbinen (VDI-Buch) 1. Auflage, Springer Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-42831-2
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