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Vorrichtung zur ferngesteuerten In- und Ausserbetriebsetzung von einzelnen oder zu Sehaltgruppen vereinigten, ganz oder zum Teil in Serie geschalteten Stromverbrauchseinrichtungen, Apparaten u. dgl.
Zur ferngesteuerten Ein-und Ausschaltung von Stromverbrauehseinrichtungen, Apparaten u. dgl., beispielsweise von Glühlampen einer Strassenbeleuchtung, die kein eigenes Stromversorgungsnetz haben, sondern von einem fremden Verteilungsnetz an örtlich getrennten Anschlussstellen gespeist werden, sind im allgemeinen besondere Steuerleitungen notwendig, um die Impulse zur Fernsteuerung der Schalteinrichtungen an den Anschlussstellen zu übertragen. Man ist vielfach bestrebt, diese für den Betrieb, abgesehen von den Schaltveränderungen, überflüssigen Steuerleitungen zu ersparen und durch andere Hilfsmittel und Schaltungen zu ersetzen.
Im Patent Nr. 148380 ist eine Schaltung geschützt, die es ermöglicht, ohne zusätzliche Steuerleitungen lediglich unter Verwendung der Speiseleitungen der : u Sehaltgruppen vereinigten Stromverbrauehseinrichtungen usw., die mit Hilfe geeigneter Organe gekoppelt werden, den oben angeführten Zweck zu erfüllen, und die darin besteht, dass von den steuernden Schaltgruppen zu den gesteuerten, mit auf Spannung ansprechenden Schaltvorrichtungen versehenen, mit den ersten gekoppelten Schaltgruppen zwecks Einschaltung Spannungsimpulse über die gekoppelten Leitungen übertragen werden und zwecks Ausschaltung der gesteuerten Schaltgruppen in deren Leitungen eine Stromveränderung, die auf stromabhängige Schaltvorrichtungen wirkt, herangezogen wird.
Bei der Schaltung nach dem genannten Patente sind die S'romverbrauchseinriehtungen, wie meist üblich, in Parallelschaltung an ihre Speiseleitungen angeschlossen.
Die Erfindung betrifft nun die Anwendung der geschützten Schaltung auf Anlagen, bei denen, wie es manchmal für Sonderzwecke vorkommt, die Stromverbrauchseinrichtungen im wesentlichen in Serie geschaltet sind. Zur Kopplung von Schalt gruppen von hauptsächlich in Serie geschalteten Stromverbrauchseinrichtungen sind jedoch erfindungsgemäss grundsätzlich andere Kopplungsorgane wie bei parallel geschalteten Verbrauchern notwendig, auch sprechen die stromabhängigen Schaltvorrichtungen auf eine Stromverminderung an.
Erfindungsgemäss stellen die Kopplungsorgane beim Einsehaltvorgang in den Leitungen der steuernden Schaltgruppe, beim Ausschaltvorgang in den Leitungen der abzusehaltenden Gruppen einen bestimmten oder von der Spannung oder von der Zeit oder von beiden abhängigen reellen oder komplexen Widerstand dar, wodurch sie befähigt sind, im ersten Fall als Spannungsüberträger auf die spannungsabhängigen, im andern Fall als Stromverminderer auf die stromabhängigen Schaltvorrichtungen zu wirken, wogegen die Kopplungsorgane während des normalen Betriebes sich selbsttätig so verhalten, dass sie sowohl in den Leitungen der steuernden als auch in jenen der gesteuerten Schaltgruppen entweder praktisch wirkungslos sind oder auf Einhaltung des bestimmten Stromverhältnisses in den gekoppelten Leitungen einwirken.
In Fig. 1 sind mit den Ziffern 1 bis 4 Anschlussstellen bezeichnet, an denen die Stromverbrauchseinrichtungen Apparate u. dgl. an ein nicht gezeichnetes Stromversorgungsnetz angeschlossen werden sollen. Die ganz oder zum Teil in Serie geschalteten Stromverbrauchseinrich1 ungen werden von Leitungen gespeist, die z. B. strahlenförmig von den Anschlussstellen ausgehen. Solche Leitungen verschiedener benachbarter Anschlussstellen, die hauptsächlich in Serie geschaltete Stromverbrauchseinrichtungen speisen und die sich an beliebigen Stellen treffen oder kreuzen, werden zur Fernsteuerung herangezogen. indem sie an diesen Stellen über eine Kopplungseinrichtung verbunden sind. Solche Kopplungsstellen sind in Fig. 1 mit den Buchstaben A, B, C bezeichnet.
Die betreffenden gekoppelten Leitungen sind
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schlussstellen beziehen.
In den gekoppelten Leitungen fliessen beim normalen Betriebe Ströme, die in einem bestimmten
Verhältnis zueinander stehen, beispielsweise sich wie 1 : 1 verhalten.
Wenn zunächst alle Leitungen stromlos sind und beispielsweise die Anschlussstelle 1 von Hand aus, mittels einer Schaltuhr, mit Hilfe einer Fernsteuerung oder sonst auf irgendeine Weise an das
Stromversorgungsnetz angeschaltet wird, so werden alle von dieser Anschlussstelle abgehenden Leitungen unter Spannung gesetzt und somit auch die Leitung l,. An der Kopplungsstelle A (Fig. 2) ist als Kopplung- organ beispielsweise ein Transformator so eingebaut, dass die eine Wicklung in die Leitung 1"dite andere Wicklung in die Leitung l2 eingeschaltet ist.
Die Spannung der Leitung Z1 wird daher auf die Leitung L und eine auf Spannung ansprechende Schalteinrichtung der Anschlussstelle 2, beispielsweise ein Schütz, übertragen, das direkt oder über eine Spannungsrelais betätigt wird und die Leitungen der Anschlussstelle 2 an das zugehörige Stromversorgungsnetz anschaltet. Die Leitungen Z2 werden in der Anschlussstelle 2 so an das Stromversorgungsnetz angeschlossen, dass der Betriebsstrom phasengleich mit dem Betriebsstrom in der Leitung l1 ist. Die Wicklungen des Kopplungstransformators sind so geschaltet, dass sieh die Amperewindungen aufheben. Die Betriebsströme der Leitungen ! i und "4. erzeugen daher im Transformator kein Feld. Er arbeitet ähnlich einem Stromwandler.
Von der Anschlussstelle 1 oder 2 können weitere Anschlussstellen auf dieselbe Weise zur Anschaltung an ihre zugehörigen Stromversorgungsnetze fernbetätigt werden. Und zwar kann die Ankopplung von andern Leitungen der Anschlussstellen 1 oder 2 erfolgen oder aber auch von den zur Fernschaltung benutzten Leitungen ! i oder l2 (Mehrfachkopplung). Auf die gleiche Art können beliebig viele Anschlussstellen ihre btromverbrauchseinriehtungen, Apparate u. dgl. einschalten.
Wird nun die Anschlussstelle 1 vom Stromversorgungsnetz abgeschaltet, so werden alle von ihr ausgehenden Leitungen, somit auch die Leitung stromlos. Dadurch wird das magnetische Gleich- gewicht des Kopplungstransformators in. A gestört. Die Wicklung auf der Seite der Leitung wirkt als Drossel und vermindert den Strom in der Leitung L, u. zw. im allgemeinen auf einen Betrag, der höchstens dem des Magnetisierungsstromes bei der Betriebspannung von l2 entspricht, sofern nicht noch andere parallel angeschlossene Stromverbrauchseinrichtungen an die Leitung l2 angeschlossen sind.
Wird in die Leitung l2 an der Anschlussstelle 2 eine stromabhängige Vorrichtung eingebaut, so veranlasst diese durch die Stromverminderung die Abschaltung aller Leitungen der Anschlussstelle 2 vom Stromversorgungsnetz, wodurch die Stromverbrauchseinrichtungen stromlos werden. Beispiels- weise kann ein Stromrelais den Spannungspfad des oben beschriebenen Einschaltschützes unter- brechen, welches somit die Abschaltung der Stromverbrauchseinrichtungen der Anschlussstelle 2 durchführt.
Auf die gleiche Weise werden alle mit der Anschlussstelle 1 oder 2 mittel-oder unmittelbar ge- koppelten Anschlussstellen, insgesamt beliebig viele, fernabgeschaltet.
Im abgeschalteten Zustand der Anschlussstelle 2 muss der Spannungspfad der spannungsabhängigen Vorrichtung, z. B. des Schützes, wieder für eine neuerliche Betätigung zur Einschaltung geschlossen sein. Das heisst der Spannungspfad soll im allgemeinen nur verhältnismässig kurze Zeit zur Einleitung des Abschaltvorganges unterbrochen werden. Dies kann auf verschiedene Art erreicht werden, beispielsweise mit Hilfskontakten am Schütz, mit Hilfe weiterer Relais oder dadurch, dass der Kontakt an der stromabhängigen Vorrichtung, also beispielsweise am Stromrelais, nur bei der
Stromverminderung, u. zw. mindestens so lange unterbrochen wird, als zur Abschaltung der spannungabhängigen Vorrichtung Zeit nötig ist. Dieser Fall wurde im Schaltbild gemäss Fig. 2 eingezeichnet.
Beide Schaltkontakte (t und b, die zusammen einen Umschalter bilden, sind so ausgebildet, dass sie beim Einschaltvorgang gleichzeitig betätigt werden, beim Ausschaltvorgang jedoch zuerst a. öffnet, während Kontakt b verzögert schliesst.
Die Spannung, mit der die spannungsabhängige Vorrichtung an der Anschlussstelle 2, beispielsweise das Schütz, beim Einsehaltvorgang beeinflusst wird, kann bei einem andern Stromverhältnis in den Leitungen ! i und l2 und demnach anderm Übersetzungsverhältnis des Kopplungstransformators als 1 : 1 oder bei Mehrfaehkopplungen auch bei dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 einen andern Wert aufweisen, als den der Betriebspannung des Spannungspfades, oder es kann vorteilhaft sein. das Ansprechen mit einer andern Spannung vornehmen zu lassen. Mit Hilfe des Umschalters, den die Kontakte a und b bilden, können gleichzeitig die verschiedenen Spannungsbereiche der spannungsabhängigen Vorrichtung umgeschaltet werden.
In dem Schaltbild der Fig. 2 ist dies beispielsweise dadurch angedeutet, dass in der Leitung des Kontaktes b ein Widerstand eingebaut ist.
Es kann weiters vorteilhaft sein, den Ein-oder den Aussehaltvorgang oder beide verzögert auszuführen. Im Schaltbild gemäss Fig. 2 ist dies jedoch nicht berücksichtigt.
Das Kopplungsorgan wirkt beim Einschaltvorgang wie ein Spannungsüberträger ; während des normalen Betriebes wird es nicht benötigt und soll sich selbsttätig möglichst wirkungslos umstellen und beim Aussehaltvorgang wirkt es als Widerstand. Wenn die Ströme in den gekoppelten Leitungen infolge Änderung der Speisespannung an den zugehörigen Anschlussstellen nicht in dem vorbestimmten Verhältnis stehen, z. B. bei dem Verhältnis 1 : 1 nicht ganz gleich sind, so wird das Kopplungsorgan
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vermöge seiner Arbeitsweise bestrebt sein, das Stromverhältnis auszugleichen. In dem Stromkreise mit zu grossem Strom wird eine Gegenspannung entstehen, wodurch diesem Stromkreis etwas Energie entzogen und auf den Stromkreis mit zu kleinem Strom übertragen wird, u. zw. dadurch, dass eine entsprechende Zusatzspannung aufgedrückt wird.
Das Kopplungsorgan stellt, wenn es zum Zwecke der Schaltungsänderung oder im Falle einer Betriebstörung nur einseitig an Spannung liegt, wie schon erwähnt, einen reellen oder komplexen Widerstand dar. Dieser Widerstand muss in einer bestimmten Abhängigkeit von dem Werte der aufgedrückten Spannung stehen, wie an Hand einer Schaltung gemäss Fig. 3 erläutert werden soll. Diese Schaltung ist aus den vielen möglichen Kombinationen von Mehrfachkopplungen herausgegriffen.
Gemäss Fig. 3 steuert eine Anschlussstelle 1 mit ihrer Leitung 11 über das Kopplungsorgan 1, das beispielsweise ein Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis l : l sein soll, und der gekoppelten Leitung 12 eine Anschlussstelle 2. Mit der Leitung 12 ist über den Transformator B ebenfalls mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 als Kopplungsorgan eine Leitung 13 gekoppelt, wodurch eine dritte An- schlussstelle 3 von der Anschlussstelle j ! in einer Art Kaskade ferngesteuert wird.
Der Einschaltvorgang vollzieht sich folgendermassen : Die Anschlussstelle 1 wird eingeschaltet und überträgt über l1, A auf 12 die Betriebsspannung. In der Leitung 12 sind ihre Stromverbraucher, der Transformator B und die auf Spannung ansprechende Einschaltvorrichtung der Anschlussstelle 2 in Serie geschaltet. Damit diese Vorrichtung einen zum Ansprechen genügend grossen Anteil der übertragenen Spannung erhält, müssen die andern Widerstände, insbesondere der des Transformators B, klein gegenüber dem Widerstand der spannungsabhängigen Vorrichtung (Schütz) sein. Wenn die Anschlussstelle 2 nunmehr selbsttätig an das Netz angeschaltet wird, erhält die Leitung 12 sowohl vom
Transformator A als auch von der Anschlussstelle 2 Spannung.
Beide Spannungen addieren sieh gleich- sinnig und werden zum Teil dem Transformator B aufgedrückt, der sie zur spannungsabhängigen
Vorrichtung der Anschlussstelle 3 durch die Leitung ls überträgt und somit die Anschlussstelle 3 an das Netz anschaltet.
Die Abschaltung der Anschlussstellen 2 und 3 wird durch Abschaltung der Stelle 1 eingeleitet.
Dadurch wird die Leitung stromlos und der Kopplungstransformator A soll in der Leitung L als möglichst grosse Impedanz wirken. In der Leitung sind aber im Zustande der Ausschaltung abermals zwei gleichsinnige Spannungen vorhanden, u. zw. die Speisung durch die zugehörige Anschlussstelle 2 und die Übertragung der Spannung der Anschlussstelle 3 über den Kopplungstransformator B. Die
Impedanz des Transformators A muss also für diese erhöhte Spannung so gross sein, dass eine für den Abschaltvorgang der Anschlussstelle 2 genügende Stromverminderung in der Leitung eintritt.
Um beispielsweise mit einer Type von Kopplungstransformatoren das Auslangen zu finden, können an dieser Kopplungsstelle zwei Kopplungstransformatoren primär und sekundär in Serie geschaltet werden.
Hat auch die Anschlussstelle 2 abgeschaltet, dann ist stromlos, wodurch sich die Abschaltung der
Stelle 3 in der schon mehrmals beschriebenen Art vollzieht. Jedenfalls muss zu diesem Zwecke der Transformator B eine verhältnismässig grosse Impedanz (kleinen Leerlaufstrom) bei der entsprechenden Betriebspannung aufweisen.
Sollte aus irgendeinem Grunde beim Einschaltvorgang durch eine Störung die Anschlussstelle 3 nicht an das Netz angeschaltet werden, so muss der Kopplungstransformator B folgende Bedingung erfüllen, damit die eingeschaltete Anschlussstelle 2 auch wieder abschaltet, wenn sie hiezu durch die Fernsteuerung von der Anschlussstelle 1 aus veranlasst wird. Die betriebssichere Ausschaltung kann unter Umständen von wesentlicher Bedeutung sein. Die Abschaltung der Anschlussstelle 2 erfolgt nämlich nur dann, wenn die stromabhängige Vorrichtung infolge Stromverminderung in der Leitung anspricht. Sie muss daher beim Anschalten durch einen Strom, der dem Betriebsstrom nahekommt, in die vorbereitete Stellung gebracht werden.
Wenn die Anschlussstelle 3 jedoch infolge eines Fehlers nicht einschaltet, fliesst in der Leitung nicht der Betriebsstrom. In dem Stromkreise sind, wie schon erwähnt, zwei sieh addierende Spannungen vorhanden, die auf den Transformator B mit den Ver- brauchseinrichtungen in Serie einwirken. Die Impedanz des Transformators B muss für diesen Fall und für die auf ihn entfallende Spannung so klein sein, dass ein solcher Strom fliessen kann, der die stromabhängige Vorrichtung der Anschlussstelle 2 in die Vorbereitungsstellung bringt.
Wie man also sieht, muss die Leerlaufsimpedanz des Transformators B oder, allgemein ausgedrückt, der reelle oder komplexe Widerstand des Kopplungsorganes in einer ganz bestimmten, den Erfordernissen entsprechenden Weise von der jeweils aufgedrückten Spannung abhängig sein.
Für die Fernsteuerung ist bisher Wechsel-oder Drehstrombetrieb vorausgesetzt worden, wofür sie in erster Linie Verwendung finden soll. Sie ist jedoch auch für Gleichstrom geeignet. Als Kopplungsorgane müssen solche Apparate benutzt werden, die den Bedingungen, die das Kopplungsorgan zu erfüllen hat, entsprechen.
Als Beispiel soll eine rotierende Einankerrraschine nach dem Schaltbild gemäss Fig. 4 und ihre Arbeitsweise näher beschrieben werden. Das gemeinsame magnetische Feld der Maschine wird von Stromspulen, die von den Strömen der zu koppelnden Leitungen 1, und 1, durchflossen werden, erzeugt.
Sie können gegebenenfalls mit Nebenschlusserregerspulen kombiniert sein, wie in Fig. 4 angedeutet ist. Die Stromspulen sind so geschaltet, dass sieh während des normalen Betriebes der elektrischen
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Anlage ihre Einzelfelder gegenseitig aufheben. Auf dem gemeinsamen Anker sind zwei Wicklungen vorhanden, die ebenfalls von den Strömen der durch die Maschine zu koppelnden Leitungen und l2 durchflossen werden. Die Wicklungen sind so auszuführen und zu schalten, dass sich die auf den Anker wirkenden Drehmomente beim Vorhandensein eines magnetischen Feldes gegenseitig aufheben.
Beim Einschalten der Anschlussstelle 1 wird jene Hälfte der Maschine, die von der Leitung
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Anschlussstelle 2 übertragen wird. Dort wird die auf Spannung ansprechende Vorrichtung betätigt und damit die Anschaltung der Anschlussstelle 2 an das Netz, wie beschrieben, besorgt. Die Leitung l2 wird nunmehr in Betrieb gesetzt, wodurch die Maschine sich abbremst und selbsttätig ausser Betrieb setzt. In den Stromkreisen li und befinden sich lediglich die klein zu haltenden Ohmschen Widerstände der Wicklungen.
Wird zwecks Ausserbetriebsetzung die Anschlussstelle 1 vom Netz abgeschaltet, so werden auch die Leitungen li stromlos und damit die in diesem Stromkreis geschaltete Hälfte der Maschine. Die Maschine wird nunmehr von dem Stromkreis l2 der Anschlussstelle 2 allein gespeist, dadurch abermals vorübergehend als Motor anlaufen und eine Gegenspannung erzeugen, die den Strom in diesem Stromkreis vermindert, wodurch in schon bekannter Weise die Abschaltung der Anschlussstelle 2 veranlasst wird. In dieser Schaltphase arbeitet die Maschine wie ein zeitlich zunehmender Widerstand.
Es wäre auch denkbar, Gleich-und Wechselstromanlagen zu koppeln, wenn zu diesem Zwecke das Kopplungsorgan auch eine gleichrichtende oder umformende Wirkung ausüben würde. Das Kopplungsorgan kann, um die verschiedenen Wirkungen hervorzurufen, aus einem Gerät oder aus einem Aggregat mehrerer Geräte bestehen.