Verfahren zur Berechnung der Auswirkungen innerer Fehler in Turbogeneratoren unter Berücksichtigung des Sättigungseinflusses

In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Strom- und Momentenverläufe in Folge innerer Fehler entwickelt. Basierend auf den Differenzialgleichungen der Maschine wird ein Gleichungssystem erstellt, welches sich mit numerischen Verfahren lösen lässt. Die Parameterbestimmung erfolgt mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wodurch eine hohe Genauigkeit erreicht wird. Ein wichtiger Bestandteil ist die Beschreibung der elektromagnetischen Kopplung mit Hilfe der Koenergie, wodurch sich der Sättigungszustand der Maschine abbilden lässt. Die allgemeine Formulierung ermöglicht die systematische Untersuchung aller in Frage kommenden Fehlerkonfigurationen. Die Untersuchung der Abhängigkeiten vom Fehlerort und -zeitpunkt sowie dem aktuellen Betriebspunkt für einen exemplarischen Generator gibt Aufschluss über die Auswirkungen und generellen Zusammenhänge bei Fehlern in der Ständerwicklung großer Synchronmaschinen. Die Bewertung der gängigen Schutzsysteme anhand der berechneten Strom- und Spannungsverläufe zeigt die Schwierigkeiten bei der Erkennung innerer Fehler.

Ein Vergleich der Ergebnisse des neuen Verfahrens mit denen der Finite-Elemente-Methode zeigt gute Übereinstimmungen. Bemerkenswert ist der große Einfluss der Wickelkopfinduktivitäten, welche in der vorliegenden Arbeit erstmals in Form analytisch berechneter Induktivitätsmatrizen berücksichtigt wurden. Verglichen mit ähnlichen, älteren Verfahren ist zu erkennen, dass die Berücksichtigung der Sättigung von herausragender Bedeutung ist. Mit den berechneten maximalen Strömen in Höhe des 55-fachen Nennstromes und daraus resultierenden Momenten bis zum 16-fachen Nennmoment lässt sich erahnen, welche zerstörerische Wirkung derartige Fehler entfalten können und wie wichtig deren Untersuchung ist.