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Anordnung zum Zusammenschalten zweier Netze in Abhängigkeit von der
gegenseitigen Phasenlage beider Netzspannungen Es ist ein Gerät zur Zusammenschaltung
zweier Netze in Abhängigkeit von der augenblicklichen gegenseitigen Phasenlage der
beiden Netzspannungen bereits bekannt. Dazu werden negative und positive Impulse
endlicher Breite erzeugt, deren Lage in eindeutiger Weise mit dem Phasenwinkel der
Wechselspannungen verknüpft ist. Die Impulse werden in einer Koinzidenzschaltung
überlagert und bei gleichzeitigem Auftreten an ein Speicherglied weitergegeben.
Dieses leitet nach erfolgter Speicherung die Zusammenschaltung beider Netze ein.
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Für dieses bekannte Gerät ist zur Berücksichtigung der Schalteigenzeit
des Kupplungsschalters bei der Parallelschaltung von Netzen mit relativ großen Frequenzdifferenzen
eine Zusatzeinrichtung vorgesehen, welche die Phasenlage der Impulse gegenüber dem
Normalzustand derart verschiebt, daß die durch das Netz höherer Frequenz erzeugten
Impulse vorverlegt und die durch das Netz niedrigerer Frequenz erzeugten Impulse
nachverlegt werden. Es wird dadurch erreicht, daß die Impulse gleichzeitig auftreten,
kurz bevor die Phasenübereinstimmung gegeben ist.
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Diese Einrichtung bedingt einen erheblichen zusätzlichen Aufwand sowohl
für die Herstellung als auch für die Justierung. Die Verschiebung der Impulse muß
so vorgenommen werden, daß bis zur Phasenübereinstimmung gerade die Schalteigenzeit
des Kupplungsschalters verstrichen ist. Die Einhaltung dieser Forderung bereitet
Schwierigkeiten, da die Schalteigenzeit konstant, jedoch die Zeit, die bei gegebener
Vorverlegung eines Impulses bis zur darauffolgenden Phasenübereinstimmung verstreicht,
abhängig ist von dem Frequenzunterschied der Netzspannungen.
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Gegenstand der Erfindung ist nunmehr eine Anordnung, welche die Zusammenschaltung
zweier Netze in Abhängigkeit von der gegenseitigen Phasenlage beider Netzspannungen
vornimmt unter genauer Berücksichtigung der Schalteigenzeit ohne Verwendung zusätzlicher
Vorrichtungen, welche die Phasenlage der Impulse beeinflussen und auf die Einschaltzeit
des Kupplungsschalters abstimmen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß bei
jedem zweiten Nulldurchgang jeder Spannung Impulse erzeugt werden, von denen der
eine Impuls wesentlich breiter als der andere Impuls ist, der seinerseits so verzögert
wird, daß er bei Phasengleichheit beider Spannungen in der Mitte des ersten Impulses
liegt.
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Mit dieser Einrichtung kann das Vor- und Nacheilen der Spannung eines
Netzes auf einfache Weise erfaßt werden. Außerdem brauchen die Impulse in ihrer
Phasenlage nicht verschiebbar zu sein. Die Mittel zur Erzeugung und Verzögerung
derartiger Impulse sind an sich bekannt, so daß auf sie nicht näher eingegangen
zu werden braucht. Sie enthalten Verzögerungsglieder bzw. Verstärker und Begrenzerschaltungen
und können z. B. gesättigte Wandler enthalten, die über Diodenausgänge auf eine
Impulsvergleichseinrichtung arbeiten. Letztere läßt ein Ausgangssignal nur dann
zu, wenn Koinzidenz beider Impulse besteht. Die Ausgangssignale werden einem Zeitmeßglied
zugeführt, das bei Auftreten einer bestimmten Zahl von Ausgangssignalen innerhalb
einer bestimmten Mindestzeit anspricht und ein Auslöseorgan des Kuppelschalters
betätigt. Wenn die Zahl der Auslösesignale nicht die vorbestimmte Anzahl innerhalb
der Mindestzeit erreicht, dann bedeutet dies, daß die Phasenabweichung bzw. ihre
Zunahme zu groß ist für ein gefahrloses Zusammenschalten beider Netze. Die Länge
des breiteren Impulses wird dabei entsprechend der für die Zusammenschaltung größtzulässigen
Phasenabweichung beider Netze so gewählt, daß die Zahl der Ausgangssignale, geteilt
durch die Netzfrequenz, gleich oder größer als die Einschaltzeit des Kuppelschalters
ist.
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In F i g. 1 sollen z. B. die beiden Netze Ni und N2 durch einen Kuppelschalter
S miteinander verbunden werden. Dies ist nur bei ausreichender Phasenübereinstimmung
der beiden Netzspannungen U1 und U2 möglich. Zur Erfassung der Phasenlage wird gemäß
F i g. 2 bei jedem zweiten Nulldurchgang beider Spannungen ein Impuls J1 bzw. J2
abgeleitet, von denen der Impuls f1 rechteckförmig ist und mit dem Nulldurchgang
beginnt, während der Impuls J2 sehr schmal ist und so verzögert wird, daß er bei
Phasengleichheit beider Spannungen in der Mitte des Impulses f1 liegt. Wird z. B.
ein Phasenwinkel
von ± 60° C zum Zusammenschalten beider Netze noch
zugelassen werden, dann wird der breitere Impuls J1 eine Länge von 60° erhalten.
Der schmale Impuls J.2 liegt in diesem Fall um 30' verschoben in der Mitte des breiteren
Impulses J1. Es kann also eine Vor- oder Nacheilung der Spannung Uz gegen die Spannung
U1 bis zu 30° vorliegen, innerhalb der noch eine Koinzidenz beider Impulse gegeben
ist; dies ist in F i g. 3 gezeigt.
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Wenn z. B. fünf Ausgangssignale J3 gezählt werden, dann bedeutet das,
daß innerhalb von fünf Perioden (100 Millisekunden) eine Phasenabweichung von 30°
eingetreten ist. Bei Verwendung des Kuppelschalters mit einer eigenen Einschaltzeit
von 100 Millisekunden ergibt sich nach Auslösung des Schalters eine weitere Phasenverschiebung
um 30°, so daß am Ende des Schaltvorganges 60° Phasenverschiebung vorliegen, die
noch zugelassen sind.
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Bei Verwendung von Schaltern mit größerer Einschaltzeit muß daher
eine entsprechend größere Anzahl von Ausgangssignalen auftreten, um noch eine einwandfreie
Zusammenschaltung zu ermöglichen. Bei Verwendung von Schaltern mit kleiner Eigeneinschaltzeit
genügt dagegen eine geringere Anzahl von Ausgangssignalen, d. h. also, bei schnelleren
Schaltern darf die Zunahme der Phasenabweichung größer sein als bei langsameren
Schaltern. Die Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse gelingt durch entsprechende
Veränderung der Länge des Impulses J1 bzw. durch Verstellung des Zeitgliedes.
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In F i g. 4 ist schematisch eine solche Anordnung gezeigt. Die Spannungen
U1 und U, werden Impulssätzen JU, bzw. JU, zugeführt, die die Impulse J1
und JE in der vorgenannten Form und Zeitabhängigkeit erzeugen und einem Impulsvergleichsorgan
JV zuführen, das bei Koinzidenz beider Impulse ein Ausgangssignal Js zuläßt. Die
einzelnen Ausgangssignale J3 werden einem Zeitmeßglied JZ zugeführt, dessen Ausgangsgröße
einem Auslöseorgan JS des Kuppelschalters zur überwachung des Schaltbefehls zugeführt
wird. Die genannte Ausgangsgröße tritt nur auf, wenn innerhalb einer eingestellten
Zeit eine bestimmte Mindestzahl von Ausgangssignalen Js erscheint.
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Die Maßnahme nach der Erfindung kann auch bei der Kurzschlußfortschaltung
mit Vorteil verwendet werden.
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Bei Kurzschlüssen in Netzteilen werden diese Netzteile bekanntlich
selektiv durch den üblichen Netzschutz mit Kurzschlußfortschaltung vorübergehend
vom übrigen Netz getrennt. Die Spannung der Generatoren in den abgetrennten Netzen
kann dabei gegen die Spannung des übrigen Netzes asynchron werden. Bei einer Kurzunterbrechung
kann es daher vorkommen, daß die Netzteile im asynchronen Zustand wieder zusammengeschaltet
werden, was zu hohen Stromstößen oder gar zur Beschädigung der Generatoren im Netz
führen kann. Es ist deshalb bisher nur in vermaschten Netzen eine Kurzunterbrechung
praktisch verwirklicht worden, da nur bei solchen Netzen eine ausreichende Stabilisierung
der getrennten Netzteile gegeben ist. Dagegen ist es bisher nicht möglich gewesen,
Leitungsstrecken mit einem oder mehreren einspeisenden Generatoren nach erfolgter
Unterbrechung ausreichend schnell zusammenzuschalten, so daß die Spannungen noch
keinen allzu großen Phasenwinkel haben.
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Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, die Kurzunterbrechung
bei allen Leitungen anzuwenden, insbesondere auch bei solchen Netzen, bei denen
ein Auseinanderlaufen der Spannungen einzelner Netznachteile nach deren Trennung
zu befürchten ist. Die Wiedereinschaltung eines bei Kurzschluß mittels Kurzunterbrechung
vom Netz getrennten Teilers in Abhängigkeit von der Phasenlage der Teilnetzspannung
gegen die übrigen Spannungen wird durch Freigabe der Wiedereinschaltung durch die
Anordnung nach der Erfindung ermöglicht, wenn die Phasenlage beider Netzspannungen
dies erlaubt; andernfalls wird die Wiedereinschaltung selbsttätig gesperrt. Es können
daher insbesondere Leitungsstrecken mit mehreren einspeisenden Generatoren schnell
und sicher zusammengeschaltet werden.