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Vorrichtung zum automatischen Parallelschalten von Wechselstromnetzeu.
Die in zwei Wechselstromnetzen vor der Parallelschaltung sich abspielende Vorgänge wurden schon in verschiedener Weise dazu benutzt, um ein automatisches Parallelschalten im richtigen Zeitpunkt herbeizuführen. Hiezu ist bekanntlich Spannungs-, Frequenz-und Phasengleiehheit erforderlich. Sieht man zunächst, was in vielen Fällen zulässig ist, von der Forderung einer genauen Spannungsgleichheit ab und geht man von der Voraussetzung aus, dass die Frequenz des Netzes 1 grösser sei als die Frequenz des Netzes 2, so spielen sich in der Nähe des Synchronismus die in Fig. dargestellten Vorgänge ab, u. zw. um so langsamer, je mehr die Frequenz des Netzes 1 auf die Frequenz des Netzes 2 vermindert wird. In der Abbildung ist der Abszissenaehse der Zeitmassstab zugeordnet.
Zur Zeit T stimmt die Phase der'beiden Netze überein. Vor diesem Zeitpunkte eilt die Spannung EI des Netzes 1 der Spannung E2 des Netzes 2 nach, wie dies aus den darüber gezeichneten Vektordiagrammen ersichtlich ist. Diese Phasenverschiebung wird, wenn der Vektor EI den Vektor E2 überholt, zunächst immer kleiner, um dann, nachdem die Nullage erreicht war, in eine voreilende Verschiebung überzugehen. Die Kurve 1 stellt die Änderung der Phasenverschiebung mit der Zeit dar. Sie beginnt in dem betrachteten Zeitraum mit einer Nacheilung von 360 und endigt mit einer Voreilung von 360 . Die Phasenverschiebung Null ist also eindeutig dem Zeitpunkt zugeordnet, in welchem Phasengleichheit besteht.
Geht die Überholung des ersten Systems nun sehr langsam vor sich, so herrscht in diesem Zeitpunkt praktisch auch Frequenzgleichheit der beiden Netze.
Dies wurde schon in der Weise zur automatischen Parallelschaltung der beiden Netze ausgenutzt, dass an die beiden Spannungen ein Phasenmesser von genügender Einstellkraft geschaltet wurde, welcher in Verbindung mit einem Verzögerungsrelais nur bei genügender Langsamkeit des Durchganges durch den Nullpunkt die Parallelschaltung der beiden Netze bewirkte. Hiebei wurde also die Phasenlage der beiden Spannungen allein in Verbindung mit einem Zeitelement ausgenutzt.
Weitere Möglichkeiten ergeben sich, wenn statt der Phasenlage die Summen-oder Differenzspannung der beiden Netze verwendet wird. Diese Spannungen, die in der Fig. 1 durch Kurve 2 bzw.
Kurve 3 dargestellt sind, können jedoch, wie dies z. B. bei der bekannten Hell-bzw. Dunkelsehaltung der Fall ist, im allgemeinen nur derart für eine Parallelschaltvorrichtung ausgenutzt werden, dass die Quadrate dieser Spannungen, die durch die Kurven 22 und 32 wiedergegeben sind, ausgenutzt werden.
Wie ersichtlich, ist hier das Maximum der Summenspannung bzw. das Minimum der Differenzspannung eindeutig dem Punkt der Phasengleichheit der beiden Systeme zugeordnet, doch haben die wirksamen Kurven 22 und 32 gerade in diesem Punkt einen sehr flachen Verlauf, so dass nicht mit einer grossen Genauigkeit gerechnet werden kann. Aus diesem Grunde hat man nach andern Möglichkeiten gesucht, die ein genaueres Erfassen des richtigen Einschaltmomentes gewährleisten. Solche ergeben sich allgemein hei Verwendung zweier kombinierter Grössen.
So wurde bereits ein System verwendet, welches auf die Grösse Ji. E2'sin anspricht, worin ; c den Phasenverschiebungswinkel zwischen den beiden Spannungen Ei, und bedeutet. Diese Grösse ist in der Fig. 1 durch die Kurve 5 dargestellt und schneidet in dem Punkt der Phasengleichheit die Abszissenachse. Da dies auch bei Phasenopposition der Fall ist, hat man das Sinussystem ip der Weise
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Eine solche frühzeitige Kontaktga. be ist besonders wichtig, wenn das zuxuschaltende Nctx sogleich nach der Parallelschaltung einen Teil der Belastung des eigenen Netzes übernehmen soll.
Hiebei muss man die Parallelschaltvorrichtung so einrichten, dass die Parallelschaltung nur dann ausgelöst wird, wenn das Netz 2 das Netz 1 mit einer gewissen Relativgeschwindigkeit iiberholt. Zu diesem Zwecke kann man beispielsweise an dem Sinussystem einen Kontakt anbringen und mit den übrigen Kontakten in Reihe schalten, welcher nur dann geschlossen wird, wenn das Sinussystem in der einen Richtung, beispielsweise der positiven aufschlägt, welcher dagegen bei dem umgekehrten Ausschlag geöffnet wird, denn wenn das Netz 2 das Netz j ! überholt, muss, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, vor dem Durchgang der Scheibe des Sinussystems durch die Nullage die Scheibe einen Ausschlag in der positiven Richtung gemacht haben.
Wenn dagegen umgekehrt der Ausschlag der Scheibe vorher negativ war, überholt umgekehrt das Netz 1 das Netz 2. In diesem Falle muss dann der genannte Kontakt geöffnet werden.
Soll die Parallelschaltvorrichtung fernbetätigt werden, so ist noch eine besondere Anzeigevorrichtung an der Betätigungsstelle erforderlich, denn der an dieser Stelle aufgestellte Bedienungsmann muss erkennen können, in welcher Richtung er die Maschine zu regulieren hat, und er muss auch wissen, ob die beiden Netze mehr oder weniger vom Synchronismus und der Phasengleichheit entfernt sind. Um dies zu erreichen, können entsprechend der Ausführung nach Fig. 4 die Spulen zweier Relais 26 und 27 verwendet werden, welche von der Summenspannung erregt und in Abhängigkeit von der Drehrichtung
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geschaltet werden.
Hiebei werden die Kontakte durch die Scheibe beispielsweise derart gesteuert, dass ein kleiner Bremsmagnet 22 an den Hebelarm 23 derart in der Nähe der Scheibe des Sinussystems anangeordnet ist, dass der Magnet die Scheibe noch genügend beeinflusst (s. Fig. 5). Zu beiden Seiten des Hebelarmes sind die zu den beiden Relais 26 und 27 gehörenden Einschaltkontakte 24 und 25 vorgesehen, u. zw. so, dass der Hebelarm selbst nicht zur Stromleitung benutzt wird, sondern den einen als Feder ausgebildeten Kontakt gegen einen zweiten festen Kontakt drücken kann. Die beiden Relaiswicklungen liegen in der gezeichneten Weise unter Vorschaltung je eines Widerstandes 28, 29 an den Klemmen 30, an welche die Summenspannung (EI + E2) angeschlossen ist.
Bei Bewegung der Scheibe übt der Magnet 22 eine geringe Bremskraft auf dieselbe aus und sucht sie in ihren Bewegungen zu hemmen. Hiedurch wird umgekehrt die gleiche Kraft von der Scheibe auf den Magneten ausgeübt, u. zw. ist diese Kraft um so grösser, je rascher die Bewegung der Scheibe erfolgt. Die Bewegung der Scheibe ist nun, wenn das Netz 1 das Netz 2 überholt, zu der Zeit, wo die Summenspannung ihr Maximum hat, beispielsweise von links
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geschaltet wird. Beim Zurückschwingen der Scheibe sinkt die Summenspannung, so dass, obwohl der Magnet nun den linken Kontakt 24 schliesst, die Erregung des Relais 27 nicht ausreicht, um seine Kontakte zu schliessen.
Ist also die Frequenz des ersten Netzes dauernd zu hoch, so wird immer nur das erste Relais 26 betätigt, u. zw. in bestimmten Abständen, die um so geringer werden, je grösser die Abweichung vom Synchronismus ist. Nähern sich dagegen die beiden Frequenzen, so werden die vom Relais betätigten Kontakte in um so grösseren Zeiträumen geschlossen und nähern sich schliesslich die beiden Systeme dem synchronen und phasengleichen Zustand, so bewegt sich die Scheibe des Sinussystems nur noch so langsam, dass auf den Bremsmagneten 22 keine genügende Kraft mehr ausgeübt wird, um den einen oder andern Kontakt zu schliessen. Es ist daher auch ausgeschlossen, dass der Bremsmagnet den eigentlichen Parallelsehaltvorgang, der durch die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnung ausgelöst wird, schädlich beeinflusst.
Ist dagegen die Frequenz des ersten Netzes von vornherein kleiner als die des zweiten, so dass das Netz 2 das. Netz 1 überholt, so spielt sich, wie aus der Fig. l hervorgeht, der umgekehrte Vorgang ab, dann unter dieser Voraussetzung wird zu der Zeit, wo die Summenspannung ihren maximalen Wert hat, die Scheibe in der Richtung von rechts nach links schwingen, infolgedessen kann nur das Relais 27 ansprechen. Man kann auch auf Relais verzichten und dieselben durch zwei Glühlampen von verschiedener Farbe ersetzen.
Statt der bisher beschriebenen Verbindung des Sinussystems mit dem Kosinussystem kann man auch beliebige andere Verbindungen verwenden. Beispielsweise kann man sowohl das Sinussystem als auch das Kosinussystem wenig dämpfen und dauernd an Spannung legen, so dass beide im Sinne der Kurven 4 und 5 der Fig. 1 hin und her schwingen. Bringt man nun an dem Sinussystem einen Kontakt an, welcher in dem Zeitpunkt, wo das schwingende System durch die Nullage hindurchgeht, geschlossen wird, und schaltet man in Reihe mit diesem einen weiteren Kontakt, der an dem Kosinussystem angebracht ist und nur dann geschlossen wird, wenn dieses einen positiven Ausschlag besitzt, so wird ebenfalls eine einwandfreie Parallelschaltung dadurch erzielt, dass sobald beide Kontakte geschlossen sind, ein Schalter, der mit einer gewissen Zeitverzögerung arbeitet, eingeschaltet wird.
Bei dieser Einrichtung können auch die beiden Anzeigerelais oder Glühlampen ohne Verwendung der Summenspannung in der Weise geschaltet werden, dass in Reihe mit den von dem Bremsmagneten betätigten Kontakten ein weiterer Kontakt gelegt wird, welcher nur bei positivem Ausschlag des Kosinussystems geschlossen wird.
Die besondere Zeitverzögerung für die Parallelschaltung kann auch fortfallen, wenn man zu beiden Seiten des von dem Bremsmagneten gesteuerten Hebelarms zwei weitere Kontakte anbringt, welche
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geöffnet werden, sobald der Bremsmagnet der Bewegung der Scheibe entsprechend nach der einen oder andern Seite bewegt wird. Diese Kontakte liegen in Reihe mit dem Kontakt, den die Scheiben des Sinussystems bei ihrem Durchgang durch die Nullage schliessen, und weiterhin in Reihe mit dem durch das Kosinussystem bei positivem Ausschlag geschlossenen Kontakt oder mit einem durch die Summenspannung betätigten Kontakt.
Hiebei tritt folgendes ein : Solange die Scheibe des Sinussystems noch mit einer gewissen Geschwindigkeit durch die Nullage geht, wird einer der beiden von dem Bremsmagneten betätigten Kontakte
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genügende Kraft mehr auf den Bremsmagneten ausgeübt wird, bleiben dessen Kontakte geschlossen und die Parallelschaltung erfolgt nunmehr bei demjenigen Durchgang des Sinussystems durch die Nulllage, welchem das maximale Drehmoment des Kosinussystems oder das Maximum der Summenspannung zugeordnet ist, also genau im Zeitpunkt des Synchronismus und der Phasengleichheit der beiden Wechselstromnetz.
Der schwenkbare Bremsmagnet mit der eben beschriebenen Kontaktanordnung kann natürlich auch in Verbindung mit einem gewöhnlichen Phasenmesser zur automatischen Parallelschaltung verwendet werden, u. zw. derart, dass die von dem Bremsmagnet betätigten Kontakte die Parallelschaltung durch den Phasenmesser nur dann zulassen, wenn der Phasenmesser mit genügender Langsamkeit durch die Nullage hindurchgeht..
Falls für die Parallelschaltung ausser der Frequenz-und Phasengleichheit auch genaue Spannungs-
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gleichheit die Parallelschaltung verhindert und, falls erforderlich, eine entsprechende Anzeigevorrichtung steuert. Ein derartiges Relais ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Auf die Scheibe dieses Relais wirken zwei Ferraristriebsysteme 31 und 32 ein, welche zweckmässig an die gleichen Spannungswandler 3 und 4 angeschlossen werden, wie die Spulen nach Fig. 2. Diese Triebsysteme besitzen an sich bekannte Kurzschlussvomchtungen 34, welche in Verbindung mit der Spannungsspule ein Drehmoment hervorrufen.
Diese Kupferringe sind entgegengesetzt angeordnet derart, dass die Drehmomente der beiden Systeme 31 und 32 einander entgegenwirken und infolgedessen bei Spannungsgleichheit die Scheibe in der in Fig. 7 dargestellten Nullage stillsteht. Hiebei hat der auf der Scheibe angebrachte Stift 35 eine solche Lage, dass er die zu beiden Seiten desselben angeordneten Kontakte geöffnet lässt. Von diesen Kontakten schliessen die Kontakte 36, 38 und 37,39 die Spule 9 des Kosinussystems etwa in der Weise kurz, wie dies in Fig. 3 durch die Kontakte 16 geschieht. Die Kontakte 40, 42 und 41, 43 steuern zwei Anzeigevorrichtungen, die anzeigen, ob die einzuregulierende Spannung zu hoch oder zu niedrig ist oder ob Spannungsgleichheit besteht.
Zweckmässig wird man die für die Anzeige der Frequenzdifferenz dienenden Vorrichtungen 26,27 in Fig. 4 gleichzeitig zur Anzeige der Spannungsdifferenz benutzen, indem man die Kontakte 40, 42 und 41, 43 mit den Spulen 26,27 derart verbindet, dass bei geschlossenen Kontakten diese Spulen an eine der zu vergleichenden Spannungen angeschlossen sind.
Bei Spannungsgleichheit wird an der Betätigungsstelle jeweils das eine der beiden Signale dauernd ansprechen und den Bedienungsmann veranlassen, die Spannung seiner Maschine entsprechend ein- zuregulieren. Sind die Spannungen genügend gleich, so wird die in Fig. 6 und 7 dargestellte Scheibe stillstehen, so dass die sämtlichen in Fig. 7 dargestellten Kontakte geöffnet sind. Dadurch wird die eigentliche Parallelschaltvorrichtung nach Fig. 2 und 3 und die zugehörigen Anzeigevorrichtungen nach Fig. 4 freigegeben. Durch die Kontakte 24, 25 wird entweder die Vorrichtung 26 oder die Vorrichtung 27 in bestimmten Zeitabschnitten betätigt und angezeigt, dass die Frequenz in entsprechender Weise ein- zuregtilieren ist.
Erfolgen diese Signale zunächst in immer langsamerem Tempo, um alsdann vollständig aufzuhören, so ist dies ein Zeichen dafür, dass der richtige Zeitpunkt zur automatischen Parallelschaltung bald eintritt. Die ausgelöste Parallelschaltung kann dann etwa daran erkannt werden, dass eine weitere Frequenzregulierung zu einer Verschiebung der Wattbelastung oder eine weitere Spannungsregulierung zu einer Verschiebung der Blindbelastung führt. Durch Anbringen eines Kontaktes am Hauptsehalter und eines hiedurch betätigteR Relais kann man auch die erfolgte Parallelschaltung direkt zurückmelden.
Für die Ferneinschaltung und Zurückmeldung der automatischen Parallelschaltvorrichtung eignen sich in hervorragender Weise Hochfrequenzstrome, die längs der Kraftleitung übertragen werden.
Zu diesem Zwecke wäre etwa ein Zweiwellenverkehr einzurichten, wobei die eine Welle für die Betätigung der Parallelschaltvorrichtung von der Betätigungsstelle aus dient, während die zweite Welle für die Rückmeldung vorzusehen ist.
Da bei der erläuterten Rückmeldung zwei verschiedene Signale in Frage kommen, ist es zwecks Ersparnis an Apparaten vorteilhaft, hiebei mit modulierten Trägerwellen zu arbeiten, wobei den beiden.
Signalen zwei verschiedene Modulationsfreqnenzen zuzuordnen sind, die an der Betätigungsstelle die beiden entsprechenden Signale auslösen. Ausserdem ist der Betrieb mit modulierten Trägerwellen bekanntlich aus dem Grunde vorteilhaft, da hiebei eine grössere Störungsfreiheit gegenüber äusseren Einflüssen
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