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Schaltgerät für Wassermangelsicherung oder Wasserstandsregelung in Kesseltrommeln mit Steuerelektroden
Kesselanlagen mit vollautomatischen Feuerungen erfordern sehr betriebszuverlässige, möglichst wartungsfreie Schaltgeräte, die bei Wassermangel in der Kesseltrommel die Brennstoffzufuhr sofort unter- brechen oder zuverlässig in gewünschten Grenzen den Wasserstand durch entsprechende Ein- und Aus- schaltung der Speisepumpe regeln. Gegenüber den langjährig bekannten Schaltgeräten, deren Schaltvor- gänge durch Schwimmer eingeleitet werden, haben sich unmittelbar in die Kesseltrommel senkrecht einge- baute Elektroden als Kontaktgeber unter Ausnutzung der stets vorhandenen elektrischen Leitfähigkeit von
Kesselwasser bewährt.
Sie haben den Vorteil, dass sie durch die im Betrieb stets vorhandenen Wallungen des Kesselwassers ständig an den Kontaktflächen gespült werden und somit-im Gegensatz zu ausserhalb der Kesseltrommel in kommunizierenden Gehäusen liegenden Schaltorganen-nicht verschmutzen.
Bisher sind für Elektrodenschaltungen zwei Stromarten für die Betätigung der Schaltrelais, nämlich Wechselstrom oder Gleichstrom, in folgenden Anwendungsarten benutzt worden : Wechselstrom in der für
Kesseltrommeln zulässigen Höchstspannung (etwa 30 V) wurde über Elektroden oder in das Kesselwasser eingetauchte Masse und Elektroden als Kontaktgeber eines Wechselstromkreises verwendet und damit unmittelbar ein geeignetes Wechselstromrelais zur Kontaktgabe für den Steuerkreis der Wassermangelsicherung oder Wasserstandsregelung benutzt.
Diese reine Wechselstromschaltung hat den Vorteil, dass elektrolytische Zerstörungen der Elektroden oder der Masse ausgeschlossen sind. Die Anwendbarkeit ist jedoch beschränkt auf Kesselwasser, das durch entsprechende Aufbereitung ausreichend Salzgehalt hat, um den elektrischen Übergangswiderstand des
Kesselwassers zwischen den Elektroden so klein zu halten, dass die Wechselstromrelais beim Eintauchen der Elektroden sicher einschalten.
In der Praxis gibt es jedoch Kesselwasser, dessen elektrische Leitfähigkeit zu gering ist, um mit einer zulässig niedrigen Wechselstromspannung noch ein sicheres Ansprechen der Wechselstromrelais zu erreichen. Diesen ungünstigen Verhältnissen in der elektrischen Leitfähigkeit des Kesselwassers hat man Rechnung getragen teils durch Anwendung hoher Wechselstromspannungen über das aus Sicherheitsgründen zulässige Mass hinaus oder auch durch Verstärkung der sehr geringen Stromstärke des Wechselstromes zwischen den Elektroden durch Anwendung von Vakuum-Verstärkerröhren oder Transistorschaltungen. Diese Anwendungsarten sind sehr empfindlich und kompliziert und haben sich aus diesem Grunde im Kesselbetrieb nicht voll bewährt.
Angewendet wurde auch Gleichstrom niedriger Spannung für die Betätigung der Schaltrelais. Auf Gleichstrom-Schaltrelais mit hohen ohmschen Widerständen haben die Übergangswiderstände des Kesselwassers zwischen den Elektroden nur einen geringen Einfluss, sie schalten sicher auch bei den in der Praxis vorkommenden geringen elektrischen Leitfähigkeiten mancher Kesselwässer.
Die Nachteile der reinen Gleichstromschaltung liegen in der Empfindlichkeit gegen die unvermeidlichen Kriechströme zwischen den Elektroden, bedingt durch die Feuchtigkeit der Isolationsdurchführung der Elektroden und der damit gegebenen Gefahr, dass die Gleichstromrelais trotz Austauchen der Elektroden aus dem Kesselwasser nicht abschalten, weil die Kriechströme ausreichen, um die Magnetspule in Anzug zu halten.
Ein weiterer erheblicher Nachteil der Anwendung von Gleichstrom im Elektrodenstromkreis ist die elektrolytische Zerstörung des Elektrodenmaterials, das sich nur unterbinden liesse, wenn an Stelle von Metallelektroden solche aus Kohle oder Graphit verwendet würden, die jedoch im Kesselbetrieb nicht brauchbar sind.
Um die Nachteile der bekannten Einrichtungen zu vermeiden und die Vorteile des Wechselstromes und des Gleichstromes in einem Schaltgerät zu vereinigen, wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, zwei durch einen Trenntrafo voneinander elektrisch getrennte Steuerkreise vorzusehen, von denen der Elektrodensteuerkreis mit elektrolytische Zerstörungen verhinderndem Wechselstrom zulässig niedriger Spannung versorgt ist, während für den Zu- und Abschaltvorgang ein hochempfindliches Gleichstromrelais mit Gleichrichter vorgesehen ist. Zur Anwendung kommt hiebei ein niedrig gespannter Wechselstrom von höchstens
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30 V, um einen Stromkreis von dieser Stromquelle von 30 V über eine Elektrode, durch das Kesselwasser zur zweiten Elektrode und schliesslich über einen Sperrtrafo von 30/30 V zurück zur Stromquelle zu führen.
Hiemit ist gewährleistet, dass keine elektrolytischen Zerstörungen an den kontaktgebenden Elektroden auftreten können. In dem Sperrtrafo wird ein der Stromstärke und Spannung des Elektrodenstromkreises entsprechender zweiter Wechselstromkreis induziert, der galvanisch vom ersteren völlig getrennt ist. Der zweite Wechselstromkreis ist in sich geschlossen über einen Gleichrichter, der einen Gleichstrom erzeugt, der ein hochempfindliches Gleichstromrelais versorgt, das sich bei den in der Praxis vorkommenden Kesselwässern geringster elektrischer Leitfähigkeit sicher ein- und ausschaltet.
Durch diese für Wassermangelsicherungen und Wasserstandsregler neuartige Kombination von einem Wechselstromkreis als ausschliesslichen Kontaktgeber mit einem über Induzierung und Gleichrichter erzeugten Gleichstromkreis für die ausschliessliche Schaltung der in Frage kommenden Relais ist sichergestellt, dass keine elektrolytischen Zerstörungen auftreten, dass infolge der primären Anwendung des Wechselstromes an den Elektroden Kriechströme unwirksam bleiben und dass das Gesamtgerät bei jeder mehr oder
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und ausschaltet.
Auf der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 zwei Schaltbilder für das Schaltgerät gemäss der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Schaltgerät, das sowohl für die Schaltung einer Wassermangelsicherung als auch für die Schaltung einer Speisepumpe für die Wasserstandsregelung geeignet ist.
Ein Netztrafo A, z. B. von 220/30 V, ist an die Klemmen 1 und 2 angeschlossen. Der Sekundärteil dieses Trafos bildet mit den in den Kessel 12 eingebauten Elektroden E1 und E2, wovon eine auch die Masse des Kessels bzw. die umgebende Tauchhülle 13 sein kann, und dem Primärteil des Sperrtrafos B einen ge- schlossenen Stromkreis.
Der in diesem Stromkreis fliessende Strom induziert einen zweiten, galvanisch völlig getrennten und geschlossenen Wechselstromkreis, der vom Sekundärteil des Sperrtrafos B über den Gleichrichter F verläuft und hier einen Gleichstrom mit entsprechender Spannung und Stromstärke erzeugt, der die Spule eines Gleichstromrelais G erregt und den Ruhekontakt 9 nach 7 öffnet. Dadurch wird entweder die Brennstoffzufuhr zum Kessel freigegeben oder mit Hilfe zusätzlicher Relaisschaltung die Kesselspeisepumpe aus-und eingeschaltet.
In Fig. 2 ist eine Kombination einer Schaltung für eine Wassermangelsicherung und einer Schaltung für die Speisepumpe zur Wasserstandsregelung ersichtlich. Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist völlig gleich.
Hinsichtlich der Sicherung gegen Wassermangel ist die Schaltung mit den Elektroden Ei und E2, sowie Sperrtrafo B, Gleichrichter F und Gleichstromrelais G identisch mit Fig. 1. Die zusätzliche Schaltung für die Wasserstandsregelung ist nachstehend beschrieben.
Die Elektrode Ei oder gegebenenfalls die Masse oder Tauchhülle 13 des Kessels 12 stellt den ersten Teil der Kontaktelemente dar. Die zusätzlich eingebauten Elektroden E3 und E4 und die zusätzlichen Trenntrafos C und D erzeugen ebenfalls sekundäre Wechselstromkreise, die über den Gleichrichter H die Spule des Gleichstromrelais Z erregen und den Kontakt 10 nach 8 öffnen oder bei Austauchen beider Elektroden B3 und E4 schliessen. Der Kontakt 11 ist ein sogenannter Haltekontakt, der mit Hilfe der Elektrode Eg und des Sperrtrafos C das bei Eintauchen der Elektrode E4 erregte Gleichstromrelais so lange eingeschaltet lässt, bis bei Unterschreiten des niedrigsten Betriebswasserstandes die Elektrode E3 ebenfalls aus dem Kesselwasser austaucht.
Das jetzt nicht erregte Gleichstromrelais J schliesst den Ruhekontakt 10 und setzt die Pumpe so lange in Tätigkeit, bis die Elektrode B4 durch Eintauchen Kontakt gibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltgerät für Wassermangelsicherung oder Wasserstandsregelung für Kesseltrommeln mit senkrecht eingebauten Steuerelektroden, die in verschiedener Höhe zum Wasserstand einstellbar sind, gekennzeichnet durch zwei durch einen Trenntrafo (B) voneinander elektrisch getrennte Steuerkreise, von denen der Elektrodensteuerkreis mit elektrolytische Zerstörungen verhinderndem Wechselstrom zulässig niedriger Spannung versorgt ist, während für den Zu-und Abschaltvorgang ein hochempfindliches Gleichstromrelais (G) mit Gleichrichter (F) vorgesehen ist.