DE102013114396A1

DE102013114396A1 - Elektrische Spannungsregelungseinheit

Info

Publication number: DE102013114396A1
Application number: DE102013114396.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hauer
Original assignee: Eaton Industries Austria GmbH
Current assignee: Eaton Industries Austria GmbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18
Also published as: WO2015091848A1; EP3084911A1

Abstract

Bei einer elektrischen Spannungsregelungseinheit (1), mit wenigstens einem ersten Eingang (2) und einem zweiten Eingang (3) zum Anschluss der Zuleitungen (4) eines elektrischen Energieversorgungsnetzes (5), und mit wenigstens einem ersten Ausgang (6) und einem zweiten Ausgang (7) zum Anschluss der Leiter (8) eines Endverteilernetzes (9), wird vorgeschlagen, dass zwischen dem ersten Eingang (2) und dem ersten Ausgang (6) eine vorgebbare Anzahl schaltungstechnisch parallel zueinander angeordneter Kondensatoren (10) angeordnet sind, welche, zur Absenkung einer an den Eingängen (2, 3) anliegenden Eingangsspannung (11) und Ausgabe einer vorgegebenen Ausgangsspannung (12) an den Ausgängen (6, 7), selektiv vor den ersten Ausgang (6) schaltbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Spannungsregelungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die elektrische Spannung die an den Anschlüssen eines elektrischen Energieversorgungsnetzes anliegt differiert teilweise erheblich vom jeweiligen Ort des Anschlusses innerhalb des betreffenden Netzes. Die nominale elektrische Spannung des betreffenden Netzes, wie diese durch eine Norm oder ein Energieversorgungsunternehmen vorgegeben wird, stimmt in aller Regel kaum mit den tatsächlich messbaren Spannungen überein. So weist die tatsächlich an einem Endanschluss des europäischen Stromverbundnetzes messbare Spannung einen Wert zwischen etwa 210 V und 260 V auf. Selbiges trifft mit möglicherweise anderen Spannungsniveaus auch auf die Stromnetze anderer Kontinente zu.
Da elektrische Geräte für den europäischen Markt darauf ausgelegt sind, zumindest ab einer Spannung von 207 V zu funktionieren, führt eine höhere Spannung bei allen Geräten, welche keine konstante Leistung aufnehmen, zu einem Energieverbrauch, welcher höherer ist, als es für den Betrieb des betreffenden Geräts erforderlich wäre. Dies führt nicht nur zu höheren Kosten für den jeweiligen Betreiber ohne, dass diesem dadurch ein zusätzlicher Nutzen entstehen würde, es kommt zudem zu einer höheren Wirkleistungsaufnahme, welche durch das Energieversorgungsunternehmen auch bereit gestellt werden muss. Dies hat in Summe erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, da die betreffende Mehrleistung auch erzeugt werden muss. Zudem muss diese Mehrleistung auch übertragen werden. Neben der Bereitstellung funktional an sich nicht notwendiger Kraftwerkskapazität kommt es zu einer erheblichen Mehrbelastung der Umwelt, da Lastspitzen in der Regel durch Kohlekraftwerke abgedeckt werden, welche ansonsten aufgrund der von diesen ausgehenden Umweltbelastung nicht oder nur im Niederlastbereich betrieben werden. Dadurch verursachen diese geschätzten 5% unnötiger Konsumation elektrischer Energie einen überproportional hohen Anteil der gesamt ausgestoßenen Schadstoffe, insbesondere hinsichtlich der Feinstaubbelastung und dem Kohlendioxid.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine elektrische Spannungsregelungseinheit der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welcher die Leistungsaufnahme eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Haushalts, gesenkt werden kann, und mit welchem der äquivalente CO₂ Ausstoß eines Haushalts gesenkt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
Dadurch kann der Schadstoffausstoß, welchen ein Gebäude bzw. ein Haushalt aufgrund des Verbrauches elektrischer Energie wenigstens mittelbar verursacht, gesenkt werden, ohne funktionelle Einschränkungen für den Endkunden. Dadurch kann die Netzbelastung reduziert werden. Zudem kommt es zu einer Kostenreduktion, da die Spannung auf kapazitivem Weg gesenkt wird, der Energiezähler jedoch nur die Wirkleistungsaufnahme zählt.
Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen eine lediglich bevorzugte Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer gegenständlichen Spannungsregelungseinheit in eine typischen schaltungstechnischen Umgebung; und
2 eine schematische Darstellung einer Energieverbrauchsmesseinheit mit einer Spannungsregelungseinheit gemäß 1.
Die 1 und 2 zeigen jeweils eine elektrische Spannungsregelungseinheit 1, mit wenigstens einem ersten Eingang 2 und einem zweiten Eingang 3 zum Anschluss der Zuleitungen 4 eines elektrischen Energieversorgungsnetzes 5, und mit wenigstens einem ersten Ausgang 6 und einem zweiten Ausgang 7 zum Anschluss der Leiter 8 eines Endverteilernetzes 9, wobei zwischen dem ersten Eingang 2 und dem ersten Ausgang 6 eine vorgebbare Anzahl schaltungstechnisch parallel zueinander angeordneter Kondensatoren 10 angeordnet sind, welche, zur Absenkung einer an den Eingängen 2, 3 anliegenden Eingangsspannung 11 und Ausgabe einer vorgegebenen Ausgangsspannung 12 an den Ausgängen 6, 7, selektiv vor den ersten Ausgang 6 schaltbar sind.
Dadurch kann der Schadstoffausstoß, welchen ein Gebäude bzw. ein Haushalt aufgrund des Verbrauches elektrischer Energie wenigstens mittelbar verursacht, gesenkt werden, ohne funktionelle Einschränkungen für den Endkunden. Dadurch kann die Netzbelastung reduziert werden. Zudem kommt es zu einer Kostenreduktion, da die Spannung auf kapazitivem Weg gesenkt wird, der Energieverbrauchszähler 16 jedoch nur die Wirkleistungsaufnahme zählt.
Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Spannungsregelungseinheit 1, daher eine Vorrichtung zur Regelung bzw. Absenkung einer elektrischen Spannung, von einer Eingangsspannung 11, welche durch ein Energieversorgungsunternehmen über ein Energieverteilungsnetz 5 bereitgestellt wird, auf eine Ausgangsspannung 12, welche an den nachfolgenden Eingängen eines Endverteilernetzes 9, insbesondere ein gebäudeinternes Stromverteilernetz, anliegt. Die durch ein Energieversorgungsunternehmen bereitgestellte elektrische Spannung ist in der Regel hinsichtlich eines gewissen Erwartungswertebereichs bekannt, daher in welchem Bereich eine elektrische Eingangsspannung 11 in der Regel bzw. bei ordnungsgemäßer Funktion des Energieversorgungsnetzes 5 vorlieg.
Die Spannungsregelungseinheit 1 ist bevorzugt für den Einsatz im Niederspannungsbereich vorgesehen. Damit wird in Europa der Spannungsbereich um etwa 230 V zwischen einem Außenleiter und einem Neutralleiter bezeichnet. Die Spannungsregelungseinheit 1 ist vor allem zum Einsatz im Bereich eines Endkunden eines Energieversorgungsunternehmens vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spannungsregelungseinheit 1 einer elektrischen Last 19, 20, 21 bzw. einem Verbraucher als baulich separate Vorrichtung vorgeschaltet ist, jedoch nicht in die Last integriert ist. Die an das Endverteilernetz 9 angeschlossenen Lasten 19, 20, 21 sind daher baulich unverändert, wie diese auch an ein anderes Endverteilernetz 9 angeschlossen werden können.
Die Spannungsregelungseinheit 1 weist zumindest einen ersten Eingang 2 und einen zweiten Eingang 3 auf, sowie zumindest einen ersten Ausgang 6 und einen zweiten Ausgang 7. Ja nach Anzahl der Leiter eines Energieversorgungsnetzes 5 bzw. eines Endverteilernetzes 9 sind vorzugsweise eine entsprechende Anzahl Eingänge 2, 3 und Ausgänge 6, 7 vorgesehen. Die Eingänge 2, 3 und Ausgänge 6, 7 sind bevorzugt als elektrische Anschlussklemmen ausgebildet. Die gegenständliche Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mit lediglich zwei Eingängen 2, 3 und zwei Ausgängen 6, 7 beschrieben.
Es ist vorgesehen, dass an die Eingänge 2, 3 die Zuleitungen 4 eines elektrischen Energieversorgungsnetzes 5 angeschlossen werden. 1 zeigt eine schematische Darstellung des betreffenden Energieversorgungsnetzes 5. Die gestrichelte Linie 24 symbolisiert dabei die Grenze eines Gebäudes. Im Inneren des Gebäudes sind die Zuleitungen 4 des elektrischen Energieversorgungsnetzes 5 an einen Energieverbrauchszähler 16 bzw. dessen Energieverbrauchszählereingänge 22 angeschlossen, welcher Energieverbrauchszähler 16 umgangssprachlich auch als Stromzähler bezeichnet wird. Die Energieverbrauchszählerausgänge 17 des Energieverbrauchszählers 16 sind schaltungstechnisch mit den Eingängen 2, 3 der Spannungsregelungseinheit 1 verbunden.
An die Ausgänge 6, 7 der Spannungsregelungseinheit 1 ist vorzugsweise das gesamte Endverteilernetz 9, welches auch als Hausverteilungsnetz bezeichnet werden kann, angeschlossen, an welchem wiederum die einzelnen Verbraucher des betreffenden Gebäudes als Last angeschlossen sind. In 1 veranschaulicht durch die erste Last 19, die zweite Last 20 und die dritte Last 21, wobei es sich bevorzugt um unveränderte Konsumer-Endgeräte handelt.
Bei der Spannungsregelungseinheit 1 handelt es sich bevorzugt nicht um einen integrierten Teil eines elektrischen Verbrauchers, sondern um eine Vorrichtung, welche einer nachfolgenden Hausinstallationsanordnung vorgeschaltet wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Spannungsregelungseinheit 1 zur Anordnung in einem Verteilerschrank ausgebildet ist, und vorzugsweise eine Rastschienenaufnahme aufweist.
Zwischen dem ersten Eingang 2 und dem ersten Ausgang 6 der Spannungsregelungseinheit 1 sind eine vorgebbare Anzahl schaltungstechnisch parallel zueinander angeordneter Kondensatoren 10 angeordnet. Die betreffende Parallelschaltung besagter Kondensatoren 10 ist als ganzes seriell in der Zuleitung 23 zum ersten Ausgang 6 angeordnet, daher schaltungstechnisch zwischen dem ersten Eingang 2 und dem ersten Ausgang 6. Bei Ausführungen für mehrere Außenleiter ist vorgesehen in jeder der betreffenden, einem Außenleiter zugeordneten Zuleitung 23 eine entsprechende Kondensatoranordnung anzuordnen, sowie vorzugsweise auch die weiters beschriebenen Baugruppen. Seriell zu jedem der Kondensatoren 10 ist jeweils ein Schaltelement 14 angeordnet. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das betreffende Schaltelement 14 als Halbleiterschalter ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen, die Schaltelemente 14 als mechanische Schaltelemente auszubilden. Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass parallel zu den Kondensatoren 10 eine Überbrückungsleitung 15 angeordnet ist, und dass in der Überbrückungsleitung 15 ebenfalls ein Schaltelement 14 angeordnet ist.
Die Spannungsregelungseinheit 1 weist weiters eine Regelungseinheit 13 auf, welche mit den Eingängen 2, 3 und den Ausgängen 6, 7 verbunden ist. Die Regelungseinheit 13 weist dabei ein nicht dargestelltes Spannungsmessgerät auf, zum Messen der Eingangsspannung 11 und der Ausgangsspannung 12. Weiters weist die Regelungseinheit 13 bevorzugt einen Speicher auf, in welchem eine Zielausgangsspannung gespeichert ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Regelungseinheit 13 weiters einen Schnittstelle bzw. ein Bedienelement aufweist, zur vorgebbaren Veränderung der Zielausgangsspannung.
Die Regelungseinheit 13 ist weiters mit den Schaltelemente 14 verbunden. Dabei kann sowohl eine mechanische Verbindung, als auch eine rein schaltungstechnische Verbindung vorgesehen sein. Die betreffende Wirkverbindung ist in 1 durch eine strichpunktierte Linie 25 veranschaulicht.
Die Regelungseinheit 13 ist dazu ausgebildet, bei einer gemessenen Ausgangsspannung 12, welche höher ist, als die vorgegebene bzw. voreingestellte Zielausgangsspannung, von vorzugsweise 216 V, eine vorgebbare Anzahl Schaltelemente 14 zu betätigen und derart eine vorgebbare Anzahl Kondensatoren 10 in die Zuleitung 23 zum ersten Ausgang 6 zu schalten.
Durch schließen einzelner Schaltelemente 14 wird eine unterschiedliche Kapazität in die Zuleitung geschaltet, was zu einem unterschiedlich hohem Absenken der an den Eingängen 2, 3 anliegenden Eingangsspannung 11 und Ausgabe einer vorgegebenen und im Wesentlichen konstanten Ausgangsspannung 12 an den Ausgängen 6, 7 führt.
Die Erfindung betrifft dabei weiters ein Kombigerät, bestehend aus einem Energieverbrauchszähler 16 mit einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse eine gegenständliche elektrische Spannungsregelungseinheit 1 angeordnet ist.

Claims

Elektrische Spannungsregelungseinheit (1), mit wenigstens einem ersten Eingang (2) und einem zweiten Eingang (3) zum Anschluss der Zuleitungen (4) eines elektrischen Energieversorgungsnetzes (5), und mit wenigstens einem ersten Ausgang (6) und einem zweiten Ausgang (7) zum Anschluss der Leiter (8) eines Endverteilernetzes (9), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Eingang (2) und dem ersten Ausgang (6) eine vorgebbare Anzahl schaltungstechnisch parallel zueinander angeordneter Kondensatoren (10) angeordnet sind, welche, zur Absenkung einer an den Eingängen (2, 3) anliegenden Eingangsspannung (11) und Ausgabe einer vorgegebenen Ausgangsspannung (12) an den Ausgängen (6, 7), selektiv vor den ersten Ausgang (6) schaltbar sind.
Elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Regelungseinheit (13) aufweist, welche mit den Eingängen (2, 3) und den Ausgängen (6, 7) verbunden ist, zum Messen der Eingangsspannung (11) und der Ausgangsspannung (12).
Elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem der Kondensatoren (10) jeweils ein Schaltelement (14) seriell angeordnet ist.
Elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Kondensatoren (10) eine Überbrückungsleitung (15) angeordnet ist, und dass in der Überbrückungsleitung (15) ein Schaltelement (14) angeordnet ist.
Elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) zur Betätigung der Schaltelemente (14) mit diesen verbunden ist.
Elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) dazu ausgebildet ist, bei einer gemessenen Ausgangsspannung (12), welche höher ist, als eine vorgegebene Zielausgangsspannung, eine vorgebbare Anzahl Schaltelemente (14) zu betätigen und derart eine vorgebbare Anzahl Kondensatoren (10) in eine Zuleitung (23) zum ersten Ausgang (6) zu schalten.
Elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelungseinheit (1) zur Anordnung in einem Verteilerschrank ausgebildet ist.
System aus einem Energieverbrauchszähler (16) und einer elektrischen Spannungsregelungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Energieverbrauchszählerausgänge (17) des Energieverbrauchszählers (16) mit den Eingängen (2, 3) der elektrischen Spannungsregelungseinheit (1) schaltungstechnisch verbunden sind.
Energieverbrauchszähler (16) mit einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse eine elektrische Spannungsregelungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.