Ursachen und Auswirkungen von Windungs- und Phasenschlüssen im Stator großer Synchronmaschinen

Die Auswirkungen von inneren Fehlern im Stator einer Synchronmaschine sind verglichen mit den äußeren elektrischen Fehlern, wie z. B. den Klemmenkurzschlüssen, der Fehlsynchronisation und den Kurzschlüssen im Netz, weiterhin unzureichend erforscht. Häufige Folge von inneren Fehlern ist der Totalschaden der beteiligten Wicklung, des Blechpakets, der Lager und der angekoppelten Antriebe bzw. Lasten. Dass Windungsschlüsse auch im Fall von großen Synchrongeneratoren wieder ein aktuelles Thema darstellen, zeigt sich daran, dass in den letzten Jahren ein häufigeres Auftreten bei Turbogeneratoren in einer Leistungsklasse von 20 bis 40 MVA beobachtet werden konnte. Neue und leistungsfähige Feldberechnungsprogramme, begleitet von verbesserten analytischen Methoden, ermöglichen einen tieferen Einblick in die physikalischen Vorgänge mit innerer Unsymmetrie, der bisher nur unter vereinfachenden Annahmen möglich war. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Berechnung der Ströme und Momente in unsymmetrischen Maschinen vorgestellt, welches sich eines mathematischen Modells mit nicht transformierten Stranggrößen bedient. Für die Stränge, die sich in Folge eines inneren Fehlers ergeben, werden die Parameter in Form von Selbst‐ und Gegeninduktivitäten mit Hilfe der magnetostatischen Feldberechnung ermittelt und als Funktion der Rotorposition und des Stromes im Modell verwendet. Bei der Herleitung des Modells zeigt sich auf elementarer Ebene, wie die Spulengruppen in Teilstränge zerfallen und dadurch die Wicklungssymmetrie aufgehoben wird. Zudem wird eine Erweiterung des Gleichungssystems um die Abhängigkeit der Induktivitäten von den Strömen abgeleitet.