Einrichtung zum Schutze von Wasserkraftanlagen vor Beschädigungen bei Brüehen von zur Wasserführung dienenden Teilen der Anlage. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutze von Wasserkraftanlagen vor Beschädigungen bei Brüchen von zur Wasser führung dienenden Teilen derselben.
Es ist bereits bekannt, Druckrohrleitun gen von Wasserkraftanlagen mit Schnell schlussvorrichtungen zu versehen, um Was serschäden beim Auftreten von Rissen, Brü chen und dergleichen zu verhindern. Die Be tätigung solcher Schnellschlussvorrichtungen beruht auf der Verwendung von Staurändern oder ähnlichen Einrichtungen, die wirksam werden, sobald die Wassergeschwindigkeit in der Rohrleitung ' oder die durchfliessende Wassermenge eine zulässige Grösse über schreitet.
Die Unzuverlässigkeiten solcher Auslöseorgane können jedoch leicht zu un vorhergesehenem Schnellschluss führen und den Betrieb empfindlich stören, weshalb sie in der Praxis häufig entweder ganz abge schaltet oder so hoch eingestellt werden, dass sie im Ernstfalle nicht oder nur verspätet zur Wirkung kommen.
Zum Zwecke, unerwünschte Betriebszu stände in Druckrohrleitungen bereits im Ent stehen zu erfassen und zu verhüten, ist daher weiter vorgeschlagen worden, an zwei örtlich getrennten Stellen, von Druckrohrleitungen Einzelmessvorrichtungen für die durchflie ssende Wassermenge einzubauen und deren Zeigerstand auf einen Differentialzeiger der art einwirken zu lassen, dass dessen Aus schlag über ein willkürlich feststellbares Mass hinaus ein in die Druckrohrleitung ein gebautes Absperrglied auslöst.
Eine solche Einrichtung weist jedoch noch den Nachteil auf, dass sie nicht in der Lage ist zu wirken, wenn zum Beispiel Brüche hinter der Druck rohrleitung, also zum Beispiel in den von dieser abzweigenden Verteilleitungen der Wasserkraftanlage oder am Gehäuse der hy draulischen Maschinen eintreten.
Zweck vorliegender Erfindung ist nun, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche auch den letztgenannten Übelstand zu beheben gestattet. Zu diesem Behufe weist die Einrichtung gemäss der Er- findung mindestens einen Zähler auf, der dauernd die Differenz zwischen einer am einen Ende einer Wasserführung. der An lage zugeführten bezw. dort abströmenden hydraulischen Energie und einer elektrischen Energie, welche in der Anlage aus der zuge führten hydraulischen Energie erzeugt bezw. in hydraulische Energie umgewandelt wird;
misst, und der, falls die Differenz der von demselben gemessenen Werte ein vorge schriebenes Mass überschreitet, nach einer willkürlich festlegbaren Zeit die Betätigung einer Vorrichtung bewirkt, welche den Zu fluss des Wassers zur Bruchstelle der Was serführung absperrt.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist in vereinfachter Darstellungsweise eine bei spielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes gezeigt.
Die in der Figur nur zum Teil gezeigte Wasserkraftanlage weist drei Rohrstränge R,, R2, R3 auf, denen drei nicht gezeichnete, aus Turbine und Pumpe bestehende hydrau lische Maschinensätze zugeordnet sind. Zum Zusammenarbeiten mit den hydraulischen Maschinen sind drei elektrische Maschinen G, bezw. G2, G3 vorgesehen, die beim Tur binenbetrieb als Generator und beim Pum penbetrieb als Motor arbeiten können.
Dort wo" hydraulische Energie beim Turbinenbe trieb in die Rohrstränge R,, R2, R3 eintritt bezw. beim Pumpenbetrieb aus denselben austritt, ist in jedem dieser Stränge eine um eine Axe x, bezw. x2, x3 drehbare Klappe K1 bezw. g2, g3 eingebaut.
Diese Klappen drehen sich im Betrieb um einen Winkel, welcher jeweils zu der den zugeordneten Rohrstrang gerade durchströmenden Was sermenge in einem gewissen Verhältnis steht. Jede der durch die zugeordnete Rohrwan dung hindurch gehenden Axen x,, x2, x3 be tätigt in nicht gezeichneter Weise den Kon taktarm a, bezw. a2, a3 eines ausserhalb des betreffenden Rohrstranges liegenden, als Spannungsteiler ausgebildeten Widerstandes 111,
bezw. 1y12, M3, deren Enden in allen drei Fällen mit den Bezugszeichen 1, 2 belegt sind. Diese Enden 1, 2 sind an eine gemein same kleine Akkumulatorenbatterie B von konstanter Spannung angeschlossen.
An einen ungefähr in der Mitte eines jeden Spannungsteilers Ml bezw. M2, M3 gelegenen Punkt 3, sowie an den Punkt 4 einer Kon taktschiene dieser Teiler ist ein kleiner Be lastungswiderstand<I>N,</I> bezw. N2, N3 (alle für eine sehr kleine Leistung bemessen) ange schlossen.
Diesen Belastungswiderständen wird eine umso grössere Spannung erteilt, je grösser der Verstellwinkel der zugeordneten Klappe K,, bezw. K2, g3 ist, das heisst je grösser die durch den Rohrstrang R, bezw. R2, Rs strömende Wassermenge ist. Der zum Beispiel den Belastungswiderstand Nl durch fliessende Strom geht auch durch die feste Spule des Gleichstromsystems Cl eines Lei stungszählers Z,.
Es ist ohne weiteres er sichtlich, dass zufolge der besonders gewähl ten Art des Anschlusses am Spannungsteiler M, dieser Strom seinen Richtungssinn wech selt, sobald die Klappe K,, im Rohrstrang R, ihre Nullage (Punkt 3) im einen oder an dern Sinn durchläuft. Der die feste Spule des Gleichstromsystems C, des Leistungs zählers Z, durchfliessende Strom ändert also seinen Richtungssinn, sobald der Strömungs sinn im Rohrstrang R, wechselt, also sobald vom Turbinenbetrieb auf den Pumpen betrieb übergegangen wird, und umgekehrt.
Der Anker des Gleichstromsystems C, des Leistungszählers Z, ist über einen kleinen Widerstand N., ebenfalls an die Akkumula- torenbatterie B von konstanter,Spannung an geschlossen. Der letztgenannte Widerstand kann, will man auch Änderungen des Was sergefälles der Anlage Rechnung tragen, vom jeweiligen Gefälle zum Beispiel mit Hilfe eines Manometers J abhängig gemacht werden.
Die Polarität der zum Anker des Gleichstromsystems C, führenden Spannung ist unveränderlich. Es stellt also die dem Gleichstromsystem C, . des Leistungszählers Z, zugeführte elektrische Energie ein Mass dar für die durch den Rohrstrang R, strö mende hydraulische Energie. Dies gilt für beide Strömungsrichtungen. Der Zähler Z, versucht also mit einem dieser Energie pro portionalen Drehmoment zu drehen. Auf die gleiche Zäbleraxe wird nun noch ein zweites Drehmoment von entgegengesetz tem Drehsinn ausgeübt, welches von einem Drehstromsystem Dl des Leistungszählers Z, erzeugt wird.
Dieses Drehstromsystem D, ist in normaler Weise an die stets vorhandenen Strom- und Spannungswandler St bezw. Sp der elektrischen Maschine G, angeschlossen. Das von diesem System auf die Zähleraxe ausgeübte Drehmoment ist also proportional der Leistungsabgabe bezw. Lei stungsaufnahme der elektrischen Maschine G,. Das resultierende Drehmoment, welches die Zähleraxe zu vermitteln vermag, ent spricht also lediglich der Verlustenergie des Maschinenaggregates.
Dieses Drehmoment lässt sich noch durch geeignete Einstellung des Widerstandes Yl derart einregulieren, dass der Zähler Z, bei normalen Betriebsver hältnissen nicht anlaufen kann.
Bei einem Bruch an irgend einer Stelle der zur Wasserführung dienenden Teile wird das Gleichgewicht des Zählers Z, gestört. Besteht Generatorbetrieb, so nimmt zufolge der grösser werdenden Wassermenge, welche durch den Rohrstrang R, fliesst, das vom Gleichstromsystem Cl auf die Zähleraxe aus geübte Drehmoment zu, anderseits nimmt die von der elektrischen Maschine G,, die jetzt also als Generator arbeitet, abgegebene Leistung des verloren gehenden Wassers wegen ab und damit auch das vom Dreh stromsystem D, auf die Axe des Zählers Z, ausgeübte Gegendrehmoment.
Der Zähler 7., beginnt in der Folge zu drehen und wickelt dabei eine Kontaktplatte P hoch (ähnlich wie bei einer gewöhnlichen Überstromzeitaus- lösung). In der obern Endlage angelangt, schliesst die Kontaktplatte P bei den Punk ten 5 und 6 den Stromkreis eines Zeitschal ters U,, dessen Ablaufzeit willkürlich ein gestellt werden kann. Dieser Zeitschalter U, ist in den Stromkreis einer nicht gezeichne ten Vorrichtung eingeschaltet, welche in ebenfalls nicht gezeichneter Weise ein Ab sperrorgan des Rohrstranges R, betätigen kann.
Verstreicht die Zeitspanne, für welche der Zeitschalter U, eingestellt worden ist, ohne dass die Störung behoben werden konnte, so schliesst das genannte Absperr organ des Rohrstranges R,. selbsttätig.
Beim Pumpenbetrieb wirkt das vom Drehstromsystem D, auf die Axe des Zählers Z1 ausgeübte Drehmoment im umgekehrten Sinn als beim Turbinenbetrieb, aber auch das vom Gleichstromsystem C, des Zählers Z, erzeugte Drehmoment hat dann zufolge Wechselns der Wasserströmungsrichtung und dem damit verbundenen Richtungswechsel des zur festen Spule des Gleichstromsystems Cl des Leistungszählers Z, führenden Stro mes seinen Sinn gewechselt,
so dass wiederum ein Drehen der Axe des Zählers Z, bei nor malen Verhältnissen nicht eintritt. Ein Riss in einer der Rohrleitungen oder ein Bruch in dem Gehäuse einer der hydraulischen Ma schinen würde dagegen wiederum eine Gleichgewichtsstörung zur Folge haben und in der bereits beschriebenen Weise das Ab sperrorgan zum Ansprechen bringen.
Entsprechend wirkende Gleichstromsy steme C2 C3, sowie Drehstromsysteme DZ, D3 der Leistungszähler Z2, Z3 und Zeitschalter U2, U3 sind auch in Verbindung mit den Rohrsträngen R2 bezw. R3 und den diesen zugeordneten, elektrischen Maschinen G2, G3 vorgesehen.
Dabei ist der Widerstand N4 den drei Gleichstromsystemen C,, CZ, C3 ge meinsam vorgeschaltet.
Besondere Erwähnung verdient der Fall, in welchem beim Pumpenbetrieb die Beschä digung eines Rohrstranges derart gross ist, dass sowohl von der als Pumpe arbeitenden hydraulischen Maschine, als auch von einem Staubecken her Wasser zur Bruchstelle ge langt. In diesem Falle wirken die Dreh momente beider Zählersysteme (Drehstrom D, und Gleichstrom C,) in demselben Sinne, so dass das Ansprechen der Schutzvorrich tung in beschleunigtem Masse erfolgt.
Die beschriebene Einrichtung wirkt auch beim Durchbrennen eines Maschinensatzes. Ist die Wasserkraftanlage mit einem Druckregler ausgestattet, der bei einem plötzlichen' Schliessen der Leitvorrichtung der hydraulischen Maschine ein unmittel bares Abfliessen von Wasser aus der Druck leitung durch eine Öffnung ins Freie ge stattet, so können die Zeitrelais UI, U=, Ü3 so beeinflusst werden, dass die beschriebene Schutzeinrichtung erst zur Wirkung kommt, nachdem die Zeit,
welche dem Druckregler für dessen Wirkungsweise zugemessen wor den ist, ganz oder wenigstens zum Teil ver strichen ist. Auf diese Weise lässt sich in einfacher Weise verhindern, dass die be- schriebeneSchutzeinrichtung ungewollt wirkt. das heisst bevor andere, den Betriebszustand der Anlage in weniger einschneidender Weise beeinflussende Sicherheitsvorrichtungen Ge legenheit gehabt haben, in Tätigkeit zu treten.