DE1134917B

DE1134917B - Elektrische Schaltungsanordnung zur stetigen Fernanzeige und Fernueber-wachung von stroemenden Medien

Info

Publication number: DE1134917B
Application number: DEM34224A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ferdinand V Grundherr
Original assignee: ELEK SCHER MESSGERAETE FAB; Metrawatt AG
Current assignee: ELEK SCHER MESSGERAETE FAB; Metrawatt AG
Priority date: 1957-05-18
Filing date: 1957-05-18
Publication date: 1962-08-16

Description

Elektrische Schaltungsanordnung zur stetigen Fernanzeige und Fernüberwachung von strömenden Medien Der Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung für die Fernmessung, -anzeige bzw. -steuerung von strömenden Medien in Rohrleitungen. Sie kann darüber hinaus aber auch vorteilhaft bei der Überwachung von in sonstigen Verteilungsanlagen bewegten Massen Anwendung finden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe einfachster Bau- und Schaltelemente unter Einsparung von Meßadern eine zuverlässige überwachungs- und Steuerungseinrichtung zu schaffen, die für die verschiedensten Anwendungsgebiete verwendbar ist und die je nach den örtlichen Gegebenheiten beliebig variiert werden kann.
Bei strömenden Medien in Rohrleitungen ist es oft erforderlich, die in die Verteilungsanlagen eingebrachten Massen auf ihrem Weg zu überwachen und die an die verschiedenen Verteilungsplätze beförderten Massen nach Durchlauf irgendeines Bearbeitungs- oder Transportvorganges wieder zu erfassen, um Fehlerquellen feststellen zu können, die beispielsweise durch einen gestörten Transportablauf, durch Transportverluste im allgemeinen oder im besonderen bei Verlusten in schadhaften Rohrleitungen auftreten können. Gleichzeitig soll in einer Zentrale oder Überwachungsstation ständig eine Anzeige über die einwandfreie Funktion der Anlage und in besonderen Fällen eine Warnung erfolgen. Bedarfsweise soll die Überwachungseinrichtung so ausgelegt sein, daß bei einer Störung des Ablaufs automatisch eine Stillsetzung der Anlage oder die Einleitung irgendeines beliebigen Steuerbefehls zum Schutz der Anlage erfolgt.
Die Aufgabe bei einer elektrischen Schaltungsanordnung zur stetigen Fernanzeige und Fernüberwachung von strömenden Medien in weltverzweigten Rohrleitungen durch Vergleich der eingespeisten und entnommenen Mengen wird erfindungsgemäß durch die Anwendung einer Brückenschaltung gelöst, die dann abgeglichen ist, wenn die eingespeisten und entnommenen Mengen gleich groß sind, wobei sämtliche Meßwertgeber der Einspeisungsmeßstellen in dem einen Zweig und sämtliche Meßwertgeber der Entnahmestellen in dem anderen Zweig der Brücke liegen und in die Brückenzweige nur solche gleichartige elektrische Größen eingespeist sind, die in direkter Proportionalität zu den gemessenen physikalischen Größen stehen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann außer zur Überwachung von strömenden Medien in Rohrleitungen auch in Transport- und Verteilungsanlagen von Versandgütern mit Erfolg angewendet werden, wobei die Schaltung dann so ausgelegt ist, daß die in das Transportnetz an beliebigen Stellen hineingegebenen Güter durch an sich bekannte Mittel, etwa eine Fotozellenabtasteinrichtung, gezählt werden und die an den einzelnen Endstellen die Transportanlage verlassenden Stücke ebenfalls erfaßt werden, wobei die beiden Zahlen auf elektrischem Wege verglichen werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die gemessenen physikalischen Größen in bekannter Weise in proportionale Spannungs-, Widerstands-, Frequenz-, Kapazitäts- und/oder Induktivitätswerte umgeformt sind und daß der Differenzwert Null zwischen eingespeisten und entnommenen Mengen das Kriterium für die einwandfreie Funktion der überwachten Anlage ist. Für die Erzeugung dieser elektrischen Größen können z. B. mittels Woltmann-Zählern angetriebene Meßwertgeber benutzt werden, welche Spannungen und/oder Frequenzen abbilden, die den gemessenen physikalischen Größen proportional sind. Dabei ist es möglich, als Meßwertgeber sogenannte Tourendynamos zu verwenden, welche die den Meßgrößen proportionalen elektrischen Größen erzeugen, z. B. proportionale Gleichspannungen, Wechselspannungen oder Frequenzen. Wird zum Vergleich der eingespeisten und entnommenen physikalischen Größen die Umwandlung in proportionale Frequenzen bevorzugt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die von den Meßwertgebern der Einspeisungs- und Entnahmestelle erzeugten Frequenzen ohne Umwandlung in eine elektrische Zwischengröße miteinander verglichen werden, wobei die Frequenzdifferenz bzw. die Schwebungsdifferenz ein Maß für den Zustand der Anlage bildet.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele für das wesentlichste Anwendungsgebiet näher erläutert und in der Zeichnung dargestellt, ohne daß damit die Einsatzmöglichkeit der neuen Schaltung hierauf beschränkt werden soll. Es zeigt Fig. 1 das Grundprinzip einer überwachungseinrichtung nach Art der Widerstandsbrücke, Fig.2 nähere Einzelheiten der in der Brückendiagonale vorgesehenen Anzeige-, Steuer- und Warneinrichtung.
Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Fernüberwachungseinrichtung für die Anzeige- und überwachung von strömenden Medien in Rohrleitungen wird von dem Prinzip des Widerstandsvergleiches mit Hilfe einer Brückenschaltung Gebrauch gemacht. Bei diesem Beispiel werden insgesamt nur drei Meßleitungen benötigt, wodurch sich für gewisse Anwendungsfälle beachtliche Vorteile ergeben. In dem einen Zweig 40 der Brücke sind die veränderlichen Geberwiderstände 41 eingeschaltet, die von den Durchflußmessern der zu speisenden Rohrleitungen beeinflußt werden. Im anderen Brückenzweig 42 liegen die veränderlichen Geberwiderstände 43 der Entnahmemeßstellen, während in der Brückendiagonale 44 das Meßinstrument 7a liegt; das bei einwandfreier Rohrleitungsanlage den Wert Null anzeigen muß. Mit 12 ist die Stromquelle zur Speisung der Brücke und mit 45 sind die beiden Festwiderstände in den anderen Brückenzweigen bezeichnet.
Eine Abwandlung der beschriebenen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Meßwertgeber der Einspeisungs- und Entnahmestellen nicht in je einem Zweig einer Brückenschaltung liegen, sondern daß für die Meßwertgeber aller Speisungs- bzw. aller Entnahmestellen getrennte Brückenschaltungen verwendet werden.
Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf eine Schaltung, die nach dem Prinzip der Spannungs- oder Widerstandsänderung arbeitet, sondern sie kann dahingehend abgewandelt werden, daß an Stelle der in Fig. 1 dargestellten ohmschen Widerstände beispielsweise induktive oder kapazitive Widerstände benutzt werden.
In Fig. 2 ist eine praktisch mögliche Schaltung für die in der Brückendiagonale 44 vorgesehene Anzeige-, Steuer- und Warneinrichtung für ein zu überwachendes Rohrleitungssystem näher dargestellt. Es bedeutet 11 den Geber an einer der Einspeisungsstellen und 11' eine der verschiedenen Entnahmestellen des Wassers. Mit 6 sind die beliebig langen Abschnitte der Fernleitung und mit 7 wiederum das Anzeigegerät bezeichnet, im Beispiel ein Bandschreiber. Durch den Durchflußmesser (beispielsweise Ringwaagen, Verdrängungsmesser) wird am Zufiuß in den einen Brückenzweig (je nach Größe der Zuspeisung) eine Spannung eingebracht, die mit Hilfe einer Konstantstromquelle 10 und eines Widerstandsgebers 11 erzeugt wird. An den Entnahmestellen werden je nach der Größe der Entnahme, Spannungen in den anderen Brückenzweig eingeführt, so däß bei einwandfreier Anlage der Strom in der Diagonale 44 gleich Null ist. Tritt nun an einer beliebigen Stelle des Leitungsnetzes eine Leckstelle oder gar ein Rohrbruch auf, so wird vom entsprechenden Zähler am zugehörigen Meßwertgeber eine zu geringe Gegenspannung erzeugt, so daß eine starke Verstimmung der Brücke eintritt und der Strom im Galvanometerzweig nicht mehr Null ist. Der Strom, der am Meßgerät 7 aufgezeichnet wird, ist dann ein Maß für die Größe des Leckverlustes.
Bei einem Schaden in der Diagonalleitung der elektrischen Brücke würde aber bei einer solchen Überwachungsschaltung, wie sie bisher beschrieben wurde, ein einwandfreier Zustand der Anlage deshalb vorgetäuscht, weil sowohl beim Funktionieren der Schaltung als auch bei Kabelbruch in der Diagonale Stromlosigkeit herrscht. Um diesen Unsicherheitsfaktor auszuschalten, wird eine konstante Überwachungsspannung mit Hilfe der Konstantstromquelle 12 und des Widerstandes 13 in die Brücke eingeführt. Das Meßgerät 7 ist so justiert, daß es bei dieser konstanten Spannung den Wert »Null« anzeigt. Anstatt für die Überwachung der Brücke eine Gleichspannung zu verwenden, kann der Brücke auch in an sich bekannter Weise eine Wechselspannung aufgeprägt werden, die zur Kontrolle an einem Wechselstrommeßgerät zur Anzeige gebracht wird.
Eine andere Möglichkeit zur Überwachung der Brücke besteht darin, in beliebigen Zeitintervallen Spannungsimpulse über die Leitung zu senden, die so kurz sind, daß die Alarmeinrichtung nicht anspricht, oder aber, daß sie durch entsprechende Kompensationsströme oder Überbrückungsschaltungen für die Überwachungsorgane unwirksam gemacht werden. Es kann dann auf dem Schreibstreifen des Meßgerätes 7 durch die etwa mitaufgezeichneten Spannungsspitzen der Prüfimpulse die einwandfreie Funktion der Anlage angezeigt werden. Sofern der Prüfimpuls nicht zustande kommt und infolgedessen mit einem Leitungsbruch zu rechnen ist, wird eine Warnung ausgelöst. In die Diagonale 44 sind zur automatischen Überwachung und Steuerung des Wasserversorgungsnetzes mehrere Relais eingebaut. Das Relais 14 spricht beispielsweise dann an, wenn die Differenz des Stromes der beiden Brückenzweige 42, 40 einen gewissen Minimalbetrag überschreitet, und gibt über den Warnkreis 15, der beispielsweise aus einer Signallampe 16 und einem Horn 17 bestehen kann, eine Vorwarnung. Das Relais 18 ist dagegen unempfindlicher und spricht erst an, wenn der Strom in der Brückendiagonale sehr groß ist und nach aller Wahrscheinlichkeit ein Rohrbruch vorliegt. Die Ansprechempfindlichkeit des Relais 18 ist mit Hilfe des verstellbaren Widerstandes 19 regelbar. Beim Ansprechen des Relais 18 wird über die Steuerleitung 20 der Schnellschlußbefehl an die in dem zu überwachenden Rohrleitungsnetz befindlichen Absperrschieber erteilt, so daß Unterspülungen, die bei der großen Gewalt von strömenden Wassermassen oft beträchtliche Schäden hervorrufen, fast augenblicklich verhindert werden. Um ein unbegründetes Ansprechen des Steuerkreises zu verhindern, beispielsweise wenn Störimpulse auftreten ober wenn vom Normalbetrieb auf Notstromaggregat umgeschaltet wird, arbeitet das Relais 18 mit einer Anzugsverzögerung. Die Relais 14, 18 und 21 tragen eine zweite, der ersten entgegengerichtete Wicklung, die mit Hilfe der Konstantstromquelle 12 und des regelbaren Widerstandes 22 mit einer der Überwachungsspannung entsprechenden Spannung gespeist werden, so daß die Relais 14, 18 und 21 stets in Ruhe sind. Das Relais 21 löst eine andere Warneinrichtung aus, und zwar für den Fall, daß entweder ein Leitungsbruch vorliegt oder daß die Konstantstromquelle 12 nicht in Ordnung ist. In beiden Fällen wird eine der Relaiswicklungen stromlos, so daß die Warneinrichtung anspricht.
Mit Hilfe des Umschalters 23 kann die am Widerstand 13 eingebrachte Überwachungsspannung umgepolt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Rohrbruch vorzutäuschen, um damit die Absperrschieber für den Schnellschluß zu betätigen.
Der Vorteil einer solchen Überwachungsschaltung besteht darin, daß für die sich oft über viele Kilometer erstreckenden Rohrleitungen nur drei Leiter 40, 42, 44 benötigt werden. Ein weiterer Vorteil ist der, daß Kompensationsglieder zur Beseitigung von elektrischen Veränderungen in der Brücke, die durch Temperatureinfluß usw. entstehen, nicht notwendig sind, da die Schaltung nach der Null-Methode arbeitet. Die Diagonale ist praktisch (abgesehen von dem geringen Überwachungsstrom) ständig stromlos.
Falls als Konstantstromquellen 10 keine Batterien, sondern das Hochspannungsnetz verwendet wird, von dem die Geberspannung über Gleichrichter gewonnen wird, können Fehlanzeigen durch möglicherweise unterschiedliche Speisespannungen an den einzelnen Meßteilen praktisch zu Null gemacht werden, da alle Meßstellen von dem gleichen Hochspannungsnetz abhängen. Ein weiterer Vorteil in der hier dargestellten Anordnung liegt darin, daß an jeder Stelle der Diagonale (44) Meßinstrumente eingeschaltet werden können, so daß an jeder Stelle des Versorgungsgebietes eine Überwachung möglich ist.
Zur Kontrolle der Anlage kann an jeder Meßstelle der Schnellschlußbefehl für die Schieber dadurch gegeben werden, daß mit Hilfe des Auslösetasters 26 der im Geberstromkreis liegende Widerstand27 überbrückt wird, wodurch eine ungewöhnlich große Entnahme bzw. ein Rohrbruch vorgetäuscht wird. Selbstverständlich können die in der Überwachungsstation vorgesehenen Warn- und Steuergeräte in gleicher Weise an jeder beliebigen anderen Stelle der Diagonalleitung 44 vorgesehen sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Schaltungsanordnung zur stetigen Fernanzeige und Fernüberwachung von strömenden Medien in weitverzeigten Rohrleitungen durch Vergleich der eingespeisten und entnommenen Mengen, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Brückenschaltung, die dann abgeglichen ist, wenn die eingespeisten und entnommenen Mengen gleich groß sind, wobei sämtliche Meßwert-P 01 ber (41) der Einspeisungsmeßstellen in dem einen Zweig (40) und sämtliche Meßwertgeber (43) der Entnahmestellen in dem anderen Zweig (42) der Brücke liegen und in die Brückenzweige nur solche gleichartige elektrische Größen eingespeist sind, die in direkter Proportionalität zu den gemessenen physikalischen Größen stehen.
2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen physikalischen Größen in bekannter Weise in proportionale Spannungs-, Widerstands-, Frequenz-, Kapazitäts- und!oder Induktivitätswerte umgeformt sind und daß der Differenzwert Null zwischen eingespeisten und entnommenen Mengen das Kriterium für die einwandfreie Funktion der überwachten Anlage ist.
3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brückendiagonale in an sich bekannter Weise Anzeigegeräte (7, 7a) und/oder Steuerglieder (14, 18, 21) geschaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Meßwertgeber aller Speisungs- bzw. aller Entnahmestellen getrennte Brückenschaltungen verwendet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der elektrischen Meßwerte durch mechanische oder elektrische, insbesondere fotoelektrische, induktive, kapazitive oder frequenzabhängige Mittel beeinflußbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte mittels von Woltmann-Zählern angetriebener Meßwertgeber erzeugt sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von Woltmann-Zählern angetriebenen Meßwertgeber den Meßgrößen proportionale Spannungen und/oder Frequenzen erzeugen. B.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem oder beiden Brückenzweigen (40, 42) eine konstante Prüfspannung aufgedrückt ist, deren am überwachungsgerät (7) durch den Wert Null dargestellter Wert die Überwachung der Brücke bildet.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brückendiagonale (44) bei verschiedenen Werten ansprechende Relais (14, 1.8) vorgesehen sind, die Warnsignale in der Überwachungsanlage auslösen.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diagonale (44) ein Relais (21) liegt, das bei Bruch der Leitung eine Warnung auslöst.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais (14, 18, 21) zweite, den ersten entgegenwirkende Wicklungen aufweisen, welche die durch den Überwachungsstrom entstehende Wirkung kompensieren.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Brückenzweig (40, 42) oder dem Galvanometerzweig (44) in an sich bekannter Weise periodisch Spannungsimpulse aufgedrückt sind, deren Ausbleiben eine Warnung und/oder Schutzmaßnahme für die überwachte Anlage auslöst.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Umschalters (23) die Prüfspannung (gemäß Anspruch 12) mit umgekehrtem Vorzeichen in die Schaltung einbringbar ist.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Meßgröße proportionale Geberspannung in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Konstantstromquelle (10) und eines veränderbaren Widerstandes (11) erzeugt ist.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, däß die Spannungen für die Meßwertgeber (11) aus dem Hochspannungsnetz gewonnen sind.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder mehreren Meßwertgebern ein Schalter (26) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die Auslösung der Alarm- und/oder Steuereinrichtung (14, 18, 21) bewirkbar ist.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertgeber Tourendynamos verwendet sind, die eine den Meßgrößen proportionale Gleichspannung, Wechselspannung oder Frequenz erzeugen.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Meßwertgebern der Einspeisungs- und Entnahmestelle erzeugten Frequenzen ohne Umwandlung in eine elektrische Zwischengröße miteinander verglichen sind, wobei die Frequenzdifferenz bzw. die Schwebungsfrequenz ein Maß für den Zustand der Anlage bildet.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Brücke in an sich bekannter Weise eine Wechselspannung aufgeprägt ist, die an einem Wechselstrommeßgerät zur Anzeige gelangt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 871372, 882 205, 734 613, 854 685, 475 071, 579165, 589 392; Prospekt 11410-D 2.04 d. Fa. Paul Firchow Nfg:, Berlin, Frankfurt/Main, »Summen- und Summendifferenz-Zähler«; »AEG-Hilfsbuch für elektrische Licht- und Kraftanlagen«, Verlag W. Girardet, Essen, 1953, S. 144 und 145, Absätze b und c; »Elektrische Meßgeräte und Meßverfahren«, Dr. Ing. P. M. P f 1 i e r, Springer Verlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg, 1957, S.152, Abb.191/192.