Strom- und Spannungsmessung bei Synchrongeneratoren

Präzise Messwertübertragungen in Erregersystemen

Wärme- und Wasserkraftwerke leisten einen signifikanten Beitrag den weltweiten Energiehunger zu stillen. Eine wesentliche Komponente dieser Anlagen bildet der Synchrongenerator, der für Stabilität in unseren Stromnetzen sorgen. Kein einfaches Unterfangen, denn im Netz auftretende Frequenz- und Spannungsschwankungen erfordern dynamische Erregersysteme auf Erzeugerseite, die umgehend auf Leistungsänderungen reagieren müssen. Gelingt dies nicht, birgt das erhebliche Risiken für den Kraftwerksbetrieb – von schweren Schäden an Generatoren bis hin zum kompletten Ausfall der Anlage.

Hohe Anforderungen an heutige Erregersysteme

Erregersysteme bewältigen in Synchronmaschinen anspruchsvollste Aufgaben, um einerseits die Generatorleistung zu optimieren und andererseits Schäden oder Ausfälle abzuwenden: Sie versorgen die Läuferwicklungen moderner Generatoren mit Gleichströmen bis 10.000 A. Angesichts derartig großer Ströme erfordern Erregersysteme eine ausreichende Isolation nach IEEE 421. Des Weiteren weisen sie eine hohe Regeldynamik auf, um abrupte Lastwechsel durch die Zu- und Abschaltung großer Verbraucher in kürzester Zeit kompensieren zu können. Damit eine präzise und reaktionsschnelle Steuerung der Synchronmaschine gelingt, überwachen Erregersysteme zudem alle relevanten Größen – wie beispielsweise Erregerströme und Generatorklemmenspannungen.

Warum Knick?

Why Knick ?
Die Hochspannungs-Messumformer der P40000-Familie bewähren sich seit vielen Jahren bei der Strom- und Spannungsmessung. Ihre Basisisolierung hält Dauerspannungen bis 3.600 V DC stand, sowie transienten Überspannungen bis zu 20.000 V. Zudem sind präzise Messungen bis 20.000 A möglich. Die Produktfamilie verfügt über eine außergewöhnlich hohe MTBF von 2.700 Jahren – basierend auf unabhängig ermittelten Felddaten. Abseits der herausragenden technischen Daten eignen sich P41000 sowie P42000 zur Montage auf Tragschienen – und sind dank einer Breite von nur 45 mm bzw. 22,5 mm äußerst platzsparend.

Langzeitstabile Lösungen für eine unterbrechungsfreie Stromproduktion

Zur Überwachung der Erregerströme bieten sich Messumformer der Serie P41000 an. Die Strommessung erfolgt hierbei über den Spannungsabfall am Shunt-Widerstand, dessen Anschlussleitungen permanent auf potenzielle Leiterbrüche überprüft werden. Ein Verstärkungsfehler von < 0,1 % des Messwerts sowie eine T₉₀-Ansprechzeit von < 110 μs stellen eine genaue und nahezu verzögerungsfreie Übertragung des ausgehenden Normsignals sicher. Das ermöglicht der Erregerfeld-Regelung schnell auf mögliche Laständerungen zu reagieren und den Generator optimal anzusteuern.

Die Messung der Generatorklemmenspannung erfolgt durch Hochspannungs-Messumformer der Serie P42000. Der Trennverstärker ermittelt die Ausgangsspannung des Generators und überträgt anschließend ein Normsignal verzerrungsfrei an das Regelsystem – mit einem Verstärkungsfehler von < 0,3 % sowie einer T₉₀-Ansprechzeit von < 110 μs. Die Erregerfeld-Regelung ist dadurch in der Lage, Messwertabweichungen über die Spannung an den Läuferwicklungen zu korrigieren und die Ausgangsspannung der Synchronmaschine konstant zu halten.