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Elektrische Anlage mit Notstromversorgung Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage mit Notstromversorgung, welche Anlage ein Speisegerät, eine variable Last und einen Notstromakkumulator aufweist, die in Bereitschaftsparallelschaltung geschaltet sind, wobei die Serieschaltung des Akkumulators und eines Widerstandes parallel zur Last an den Ausgang des Speisegerätes geschaltet ist.
Der Anschluss eines Notstromakkumulators an eine elektrische Anlage mit einem Speisegerät und einer variablen Last kann auf verschiedene Arten geschehen; hat der Übergang von Netz- zu Notstrombetrieb unterbruchs- frei zu geschehen, so kommt in erster Linie der sog. Parallelbetrieb in Frage; bei welchem Last, Speisegerät und Akkumulator ständig parallel liegen. Von den unter diesem Begriff zusammengefassten Schaltungen wird dabei in Fernmelde- und Sicherheitsanlagen (z.B. Feuermeldeanlagen) vielfach dem sog. Bereitschaftsparallelbetrieb (VDE-Vorschriften 0510 und 0800) der Vorzug gegeben.
Bei dieser Betriebsart liefert der Akkumulator der Last nur dann einen Strom, wenn das Speisegerät (Gleichstromquelle) ausfällt, oder wenn ausnahmsweise dessen Leistungsfähigkeit überschritten wird. Dadurch, dass der Akkumulator parallel zur Last liegt, ist zugleich dafür gesorgt, dass der Akkumulator im Normalbetrieb ständig auf die Ausgangsspannung des Speisegerätes aufgeladen wird. Zur Vermeidung zu hoher Ladeströme ist normalerweise im Speisegerät eine Strombegrenzung vorgesehen.
Die bisher zur Anwendung gelangenden Akkumulatoren (Bleiakkumulatoren, Stahlakkumulatoren mit offenen Zellen) mussten regelmässig gewartet werden, wobei im besonderen das periodische Ersetzen des elektroly- sierten Wassers und Prüfen der Säure- oder Basenkon- zentration als lästig empfunden wurde.
Die Akkumula- torenhersteller sind deshalb dem Wunsche nach wartungsfreien Akkumulatoren durch die Schaffung von Stahlakkumulatoren mit gasdichten Zellen nachgekommen. Im Unterschied zu den Akkumulatoren der ersten Art, bei welchen zur Aufrechterhaltung der Nennkapazität das ständige Anlegen einer entsprechenden konstanten Spannung genügt, muss den Akkumulatoren mit gasdichten Zellen ständig ein konstanter Ladestrom zugeführt werden, dessen Nennwert vom Hersteller genau spezifiziert ist und nur in engen Grenzen variieren darf. Bei zu kleinem Ladestrom muss mit einem Kapazitätsverlust des Akkumulators gerechnet werden, während zu grosse Ladeströme zur raschen Zerstörung des Akkumulators führen können.
Diese Akkumulatoren mit gasdichten Zellen, von denen im folgenden die Rede sein wird, besitzen ferner einen sehr geringen Innenwiderstand; dies bedeutet, dass, konstante Ausgangsspannung des Speisegerätes vorausgesetzt, kleine Änderungen der Klemmenspannung des Akkumulators grosse Änderungen des Ladestromes zur Folge haben. Die Klemmenspannung ist von der Umgebungstemperatur, aber auch vom Ladezustand abhängig.
Um den Ladestrom des Akkumulators konstant zu halten, könnte bei konstanter Last ein Speisegerät mit konstantem Ausgangsstrom verwendet werden. Soll der Lastwiderstand indessen in grösseren Grenzen variabel sein, so ist diese Methode nicht mehr zulässig, da die Stromdifferenz zwangsläufig durch den Akkumulator fliessen und bei schon kleinen Zunahmen des Lastwiderstandes zu einer Überschreitung des maximal zulässigen Ladestromes führen würde. Umgekehrt würde eine Abnahme des Lastwiderstandes eine ungenügende Ladung des Akkumulators verursachen.
Es ist weiters bekannt, unter Verwendung eines Speisegerätes mit konstanter Ausgangsspannung in Serie zum Akkumulator einen gegenüber dem Innenwiderstand des Akkumulators hoch- ohmigen Widerstand zu schalten, so dass der Ladestrom praktisch durch diesen Widerstand gegeben und begrenzt wäre. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass bei der Notstromversorgung ein beträchtlicher Spannungs- und Leistungsabfall über dem Widerstand in Kauf genommen werden müsste, der bei einer niederohmigen Last, die durchaus in der Grössenordnung des Akkumu- lator-Innenwiderstandes liegen kann, sogar den Hauptanteil ausmachen würde.
Durch Parallelschalten einer Diode über dem Widerstand kann zwar der Leistungsverlust über dem Widerstand vermieden werden, doch würde die Notstrombetriebsspannung immer noch wesentlich unter der Normalbetriebsspannung liegen, womit das einwandfreie Funktionieren der Last vielfach nicht mehr gewährleistet ist.
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Ziel der Erfindung ist deshalb eine elektrische Anlage der eingangs beschriebenen Art, bei welcher der Akkumulatorladestrom, unabhängig von der Impedanz der Last, im Normalbetrieb konstant gehalten wird, und bei welcher die Notstrombetriebsspannung über der Last nur unwesentlich von der Normalbetriebsspannung abweicht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand derart bemessen ist, dass im Normalbetrieb die über diesem Widerstand liegende, durch den Akkumulator-Ladestrom bestimmte Spannung klein gegenüber der Akkumulatorspannung ist, dass das Speisegerät Mittel zur Steuerung seiner Ausgangsspannung aufweist, und dass zur Erzielung eines konstanten Ladestromes der Steuereingang des Speisegerätes mit den Enden des Widerstandes verbunden ist, womit Speisegerät und Widerstand einen geschlossenen Regelkreis bilden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine elektrische Anlage mit Notstromversorgung bekannter Bauart mit konstanter Akkumulator- Ladespannung; Fig. 2 eine elektrische Anlage mit Notstromversorgung gemäss der Erfindung mit konstantem Akkumulator- Ladestrom.
In der den Stand der Technik darstellenden Fig. 1 wird die variable Last 3 durch ein Speisegerät 2 mit konstanter Ausgangsspannung UN gespiesen. Der Akkumulator 1, der aus einem Bleiakkumulator oder entsprechendem Stahlakkumulator mit offenen Zellen besteht, ist parallel zur Last dauernd an den Ausgang des Speisegerätes 2 angeschlossen. Der Akkumulator 1 wird während des Normalbetriebes (Netzbetrieb) dauernd auf die Ausgangsspannung UN des Speisegerätes 2, welche mit Vorteil wenig unter der sog. Gasungsspannung des Akkumulators liegt, aufgeladen.
Bei Netzausfall zieht die Last 3 einen gegenüber dem Normalbetrieb unveränderten Strom aus dem Akkumulator 1; setzt die Netzspannung wieder ein, zieht der inzwischen teilweise entladene Akkumulator 1 aus dem Speisegerät 2 einen Ladestrom, wobei durch Einbau eines Strombegrenzungswiderstandes innerhalb des Speisegerätes zu hohe, schädliche Ladeströme vermieden werden.
Bleiakkumulatoren oder Stahlakkumulatoren mit offenen Zellen müssen regelmässig gewartet werden; das elektrolysierte Wasser muss periodisch ersetzt und die Säure- oder Basenkonzentration geprüft werden. Die in letzter Zeit aufkommenden Stahlakkumulatoren mit gasdichten Zellen vermeiden zwar diesen Nachteil, müssen aber dauernd mit einem konstanten Ladestrom gespiesen werden, was ihren Einsatz in der Bereitschaftsparallelschaltung der Fig. 1 nicht ohne weiteres erlaubt. Da diese Art von Akkumulatoren einen sehr geringen Innenwiderstand aufweisen, hat schon eine geringe Änderung seiner Klemmenspannung, etwa infolge von Schwankungen der Umgebungstemperatur, oder des Ladezustandes, eine grosse Variation des Ladestromes zur Folge.
Der Dauerladestrom darf sich jedoch nur in engen Grenzen ändern, so dass eine Stabilisierung des Ladestromes vorgesehen werden muss. Diese kann nach dem Stand der Technik durch Einfügen eines zum Akkumulator in Serie liegenden Widerstandes geschehen, dessen Widerstandswert wesentlich grösser ist als der Innenwiderstand des Akkumulators. Um bei Notstrombetrieb nicht einen zu grossen Leistungsverlust am Stabilisierungswiderstand entgegennehmen zu müssen, kann zudem Widerstand eine Diode parallelgeschaltet werden, die im Normalbetriebszustand sperrt und erst bei Ausfall des Speisegerätes zu leiten beginnt.
Der Nachteil dieser verbesserten Schaltung besteht jedoch immer noch in der Tatsache, dass die an der variablen Last während der Notstromversorgung liegende Spannung bedeutend kleiner als die Spannung U., im Normalbetrieb ist.
Die Schaltung der Fig. 2 überwindet auch diesen Nachteil und gewährleistet einen konstanten Akkumu- latorladestrom, ohne dass die Spannung über der Last im Notstrombetrieb wesentlich ändert. Der in.
Serie zum Akkumulator 11 mit geschlossenen Zellen liegende Widerstand 13 ist nicht mehr möglichst gross, sondern so klein zu bemessen, dass die im Normalbetrieb über dem Widerstand aufscheinende Spannung, durch den Ladestrom des Akkumulators bedingt, klein gegenüber der Nennspannung des Akkumulators ist. Im Unterschied zum Speisegerät 2 der Fig. 1 besitzt das Speisegerät 12 der Fig. 2 einen Steuereingang; die über den Steuerein- gangsklemmen liegende Spannung UST wird intern mit einer Referenzspannung verglichen, wobei eine eventuelle Spannungsdifferenz eine Änderung der Ausgangsspannung UN des Speisegerätes bewirkt.
Solche steuerbare Speisegeräte sind an sich bekannt und brauchen hier nicht weiter beschrieben zu werden.
Die Anschlüsse des Widerstandes 13 werden nun mit den Steuerklemmen des Speisegerätes 12 verbunden, so dass die über dem Widerstand 13 aufscheinende Spannung zugleich die Steuerspannung UST darstellt. Weicht nun der Akkumulatorladestrom vom Sollwert ab, so entsteht eine Differenz zwischen der Steuerspannung UST und der inneren Referenzspannung, worauf das Speisegerät 12 seine Ausgangsspannung UN solange ändert, bis der Ak- kumulatorstrom seinen Sollwert und die Steuerspannung UST die Referenzspannung wieder erreicht. Das steuerbare Speisegerät 12 und der Widerstand 13 bilden somit einen geschlossenen Regelkreis.
Parallel zum Widerstand 13 befindet sich eine Diode 14, welche so gepolt ist, dass sie im Normalbetriebszu- stand sperrt und nur dann zu leiten beginnt, wenn die Ak- kumulatorspannung grösser als UN wird. Dieser Zustand tritt bei Ausfall der Netzspannung bzw. Defekt des Speisegerätes (Notstrombetrieb) ein; auch können etwaige Belastungsspitzen durch Stromentnahme aus dem Akkumulator 11 über die Diode 14 gedeckt werden. Eine wesentliche Spannungsänderung über der Last wird in diesen Fällen durch die Niederohmigkeit des Widerstandes 13 vermieden.