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Verfahren zum unterbrechunsfreien Umschalten eines Gleichstromverbrauchers
auf Batterie-Notstromversorgung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterbrechungsfreien
Umschalten eines Gleichstromverbrauchers auf Batterie-Not stromversorgung mit Hilfe
eines elektromechanischen Entladeschützes bei Stromversorgungsanlagen in Abgrifftechnik
mit einer unterteilten Batterie und einem Hauptgleichrichter zur Normalstromversorgung
des Verbrauchers sowie einem in Reihe mit dem Hauptgleichrichter geschalteten Zusatzgleichrichter
zur Ladungserhaltung der Gesamtbatterie während der Normalstromversorgung, welchem
das Entladeschütz parallelgeschaltet ist.
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Bei Gleichstromversorgungsanlagen in Abgrifftechnik kommt es bei
einem Ausfall der Normalstromversorgung, d. he bei Ausfall des Wechselstromnetzes
oder bei einer Störung der Hauptgleichrichter zu einem kurzen Einbruch der Verbraucherspannung
vom Spannungswert bei Normal stromversorgung auf die Spannung im Abgriffpunkt der
Batterie und anschließend,
nachdem der Verbraucher mit Hilfe des
mechanischen Entladeschützes auf die Gesamtbatterie umgeschaltet worden ist, zu
einem Spannungsanstieg auf die Spannung der gesamten Batterie.
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Der Spannungseinbruch dauert je nach Anlagengröße, bedingt durch die
Schaltzeit des Entladeschützes und der eventuell vorgeschalteten Hilfsschütze sowie
des Spannungsrelais, das Netzausfälle und Gleichrichterstörungen erfaßt, meistens
länger als 100 ms.
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Bei kritischen Verbrauchern wie z. B. elektronischen Einrichtungen
und spannungsgeregelten statischen Wechselrichtern müssen Spannungseinbrüche von
solcher Dauer und Stärke unbedingt vermieden werden. Derartige versorgungsempfcindliche
Verbraucher müssen unabhängig vom öffentlichen Netz mit einer konstanten Gleichspannung
versorgt werden, die nur innerhalb enger Toleranzgrenzen schwanken darf.
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Die Erfindung schlägt ein Umschaltverfahren vor, das mit einfachen
Mitteln durchführbar ist und durch das Spannungseinbrüche praktisch ganz vermieden
werden können.
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Das Verfahren gern. der Erfindung besteht darin, daß bei Ausfall
der Normalstromversorgung der Verbraucher zuerst mit Hilfe eines durch die Spannungsabnahme
des Hauptgleichrichters oder durch andere Kriterien gezündeten und durchgeschalteten
Entladestromthyristors, welcher über einen niederohmigen Widerstand dem elektromechanischen
Entladeschütz parallelgeschaltet ist, auf die Gesamtbatterie umgeschaltet wird und
daß anschließend mit nur geringer Verzögerung auch das elektromechanische Entladeschütz
geschlossen und dadurch der Entladestromthyristor selbstetätig gelöscht wird.
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Zum Zünden des Entladestromthyristors durch Freigabe des Entladestromes
eines Zündkondensators mit Hilfe eines im Kondensator-Entladestromkreis befindlichen
Steuerthyristors bei Ausfall der Normalstromversorgung des Verbrauchers ist gem.
der Erfindung ferner eine Anordnung vorgesehen, die darin besteht, daß im Steuerstromkreis
des Steuerthyristors die Spannungsdifferenz von Gesamtbatterie und Verbraucher sowie
eine dieser Spannungsdifferenz entgegengeschaltete Hilfsgleichspannung eingeprägt
sind, welche einem Wechselstromnetz, aus dem die Normalstromversorgung des Verbrauchers
über Hauptgleichrichter erfolgt, entnommen wird und über einen Kleintransformator
sowie eine Drehstrom-Gleichrichterbrücke an einen Widerstand des Steuerstromkreises
gelegt ist.
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Des weiteren sieht die Erfindung eine Anordnung zum Schließen des
elektromechanischen Entladeschützes vor, welche durch zwei an der Gesamtbatterie
angeschlossene Helais-Erregerstromkreise mit je einer Erregerspule und je einem
Hilfsthyristor gekennzeichnet ist, bei der der Steuerstromkreis für den Hilfsthyristor
des ersten Relais-Erregerstromkreises parallel mit dem des Entladestromthyristors
geschaltet ist, der Steuerstromkreis für den Hilfsthyristor des zweiten Erregerstromkreises
hingegen am niederohmigen Vorwiderstand des Entladethyristors angeschlossen ist.
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Weitere Ausbildungen der Erfindung bezüglich dieser Anordnungen sind
in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 1 und 2 mit einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Gleichstromversorgungsanlage
mit einer Bleibatterie für 60 Volt Fernmeldestromversorgung mit insgesamt 30 Zellen,
die in 26 und 4 Zellen unterteilt ist.
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Fig. 1 zeigt die gesamte Gleichstromversorgungsanlage.
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Fig. 2 zeigt den nach Fig. 1 eingerahmten Teil der Anlage mit der
Anordnung zum Zünden des Entladestromthyristors und der Anordnung zum Schließen
des elektromechanischen Entladeschützes.
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Nach Fig. 1 besteht die Gleichstromversorgungsänlage aus einer 30-zelligen
Blei batterie 1 mit Abgriff an der 26. Zelle, einem oder einer Gruppe von automatischen
Hauptgleichrichtern 2, ferner aus einem mit der Batterie 1 und dem oder den Hauptgleichrichtern
2 in Reihe geschalteten Ladegleichrichter 3, einem zwischen der Verbindung der beiden
Gleichrichter 2 und 3 und dem Abgriff an der 26. Batteriezelle geschalteten Abgriffventil
4 und einem Batterieschaltfeld mit einem elektromechanischen Entladeschütz 5.
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Parallel zum Hauptgleichrichter oder den Hauptgleichrichtern 2 ist
der Verbraucher 8 angeschlossen. Die Gesamtbatterie 1 wird während der Normal stromversorgung
des Verbrauchers 8 aus dem Hauptgleichrichter 2 durch den Ladegleichrichter 3 auf
der Ladeerhaltungsspannung (2,23 Volt pro Zelle) gehalten, so daß die Spannung der
Gesamtbatterie etwa 67 Volt beträgt und an der 26. Zelle etwa 58 Volt anstehen.
Solange die Verbraucherspannung durch die Gleichrichter auf einem höheren Wert gehalten
wird, fließt über das Abgriffventil 4 kein Strom, die Batterie 1 ist vom Verbraucher
8 getrennt. Bei Normalstromversorgung wird die über den Hauptgleichrichter 2 und
dem Verbraucher 8 zugeführte und die über den Ladegleichrichter zur Ladungserhaltung
der Batterie 1 zugeführte Energie einem Wechselstromnetz N entnommen. Bei Netzausfall
sinkt die Verbraucherspannung kurz auf die Spannung der 26. Zelle ab, der volle
Verbraucherstrom fließt über das Abgriffventil 4 bis das elektromechanische Schütz
5 geschlossen wird und die gesamte Batterie 1 an den Verbraucher 8 geschaltet wird.
Die Batterie 1 wird nun bei etwa 2 Volt bis 1,8 Volt/Zelle entladen. Der Spannungseinbruch
auf
die Spannung der 26. Zelle läßt sich praktisch vollkommen vermeiden, wenn nach der
Erfindung der Verbraucher 8 bei Netzausfall zuerst mit Hilfe eines durch die Spannungsabnahme
des Hauptgleichrichters 2 gezündeten und durchgeschalteten Thyristors 6, der hierbei
die Funktion eines Entladeschützes einnimmt und der über einen niederohmigen Widerstand
9 dem mechanischen Entladeschütz 5 parallelgeschaltet ist, auf die Gesamtbatterie
1 umgeschaltet wird und anschließend mit geringer Verzögerung auch das mechanische
Entladeschütz 5 geschlossen wird. Der Widerstand 9 ist so zu bemessen, daß an ihm
unter Nennstrom etwa 4 Volt abfallen, so daß bei Netzausfall die Verbraucherspannung
zuerst um 4 Volt geringer als die Batteriespannung wird und nach dem Schließen des
mechanischen Entladeschützes 5 um diese 4 Volt erhöht wird. Es wird auf diese Weise
der durch die vier Zusatzzellen der Batterie verursachte Spannungssprung von insgesamt
8 Volt in zwei Stufen unterteilt.
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Ferner wird der Kurzschluß des Iiadegleichrichters 3 durch das mechanische
Entladeschütz 5 in vorteilhafter Weise abgedämpft.
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Zum Zünden des Entladestromthyristors 6 ist eine Einrichtung 7 mit
einer Anordnung sowie einer Anordnung zum Betätigen des elektromechanischen Entladeschützes
5 vorgesehen.
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Mit Hilfe der Einrichtung 7 werden dieSpannung des Hauptgleichrichters
2 und des Verbrauchers 8 sowie auch andere Betriebsgrößen der Anlage überwacht und
bei Netzausfall oder bei einer Störung der Anlage ein Zündbefehl Z und ein Schließbefahl
S ausgegeben.
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Im folgenden wird auf die Fig. 2 Bezug genommen. Die Anordnung zum
Zünden des Entlabstronthyristors 6 enthält in bekannter Weise einen aus einem Zündkondensator
61, einem Steuerthyristor 62 und einem Schutzwiderstand 63 bestehenden
Zündstromkreis.
Uber einen Widerstand 64 wird der Kondensator 61 auf die Spannung der Gesamtbatterie
abzüglich der Verbraucherspannung geladen. An dieselbe Differenzspannung ist auch
der Steuerstromkreis des Steuerthyristors 62 angeschlossen. Der Differenzspannung
ist jedoch im Steuerstromkreis eine Hilfsgleichspannung entgegengeschaltet, die
mit einem am Netz N angeschlossenen Dreiphasentransformator 65 in Sternschaltung
und einem Gleichrichter 66 in Drehstrombrückenschaltung erzeugt wird.
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Die Anordnung zum Schließen des mechanischen Entaldeschützes 5 besteht
aus swei Relais-Erregerstromkreisen mit je einer Erregerspule 51 bzw. 56 und je
einem Hilfsthyristor 52 bzw. 57. Ein Schalter 55 ist diesen beiden Erregerstromkreisen
gemeinsam vorangeschaltet. Bei Normalstromversorgung des Verbrauchers 8 ist das
Hilfsschaltschütz 55 geschlossen.
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Im Erregerstromkreis mit der Erregerspule 56 wird der Strom durch
Zünden des Hilfsthyristors 57 gleichzeitig mit dem Zünden des Entladethyristors
6 eingeschaltet. Der Steuerstromkreis des Thyristors 57 ist dem des Entladestromthyristors
6 parallelgeschaltet. Im Erregerstromkreis mit der Erregerspule 51 wird der Strom
durch Zünden des Hilfsthyristors 52 eingeschaltet, wenn mit dem Entladestromthyristor
6 der Verbraucherstrom aus der Gesamtbatterie eingeschaltet ist und über den Widerstand
9 fließt. Der Steuerstromkreis des Hilfsthyristors 52 ist über einen Widerstand
53 am niederohmigen Vorwiderstand 9 des Entladestromthyristors 6 angeschlossen,
um der Spannungsabfall, den der Verbraucherstrom am Vorwiderstand 9 erzeugt, ist
die treibende Spannung dieses Steuerstromkreises.
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Eine Zenerdiode 54 ist dem Steuerstromkreis parallelgeschaltet und
begrenzt die Steuerspannung des Hilfsthyristors 52. Desgleichen ist dem Steuerstromkreis
des Steuerthyristors
62 und dem Zündkondensator 61 je eine Zenerdiode
68 bzw. 69 zur Spannungsbegrenzung parallelgeschaltet.
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Dem Steuerstromkreis des Steuerthyristors 62 ist ferner ein Kondensator
K zur Bedämpfung von Netzüberspannungen oder kurzer Einbrüche in der Verbraucherspannung
parallelgeschaltet.
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Die im Steuerstromkreis des Steuerthyristors 62 eingeprägte Hilfsgleichspannung
des Gleichrichters 66 ist dem Betrage nach größer gewählt als die Spannungsdifferenz
zwischen der Spannung der Gesamtbatterie 1 und der Verbraucherspannung, so daß bei
Normalstromversorgung des Verbrauchers der Steuerthyristor 62 durch die Hilfsgleichspannung
gesperrt wird.
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Fällt nun das Wechselstromnetz, im vorliegenden Falle ein Drehstromnetz,
in allen Netzphasen aus, so verschwindet auch am Widerstand 67 die Hilfsgleichspannung,
dadurch wird der Steuerthyristor 62 gezündet und durchgeschaltet. Fällt nur eine
Netzphase aus, dann wird die Hilfsgleichspannung je einmal in jeder Halbperiode
der Netzspannung Null. In diesem Falle wird der Steuerthyristor 62 durchgeschaltet,
wenn die Hilfsgleichspannung erstmalig gegen Null geht.
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Sobald der Steuerthyristor 62 durchgeschaltet wird, entlädt sich der
Zündekondensator 61 über den Widerstand 63 und die Steuerstrecke des Entladestromthyristors
6, so daß dieser gezündet und durchgeschaltet wird. Dadurch wird der Verbraucher
8 über den Widerstand 9 auf die Gesamtbatterie 1 umgeschaltet. Parallel mit dem
Entladestronthyristor 6 wird der Hilfsthyristor 57 des Erregerstromkreises mit der
Relaisspule 56 durch den Zündkondensator 61 gezündet. Ferner wird, sobald der nun
über den Entladestronthyristor 6 fließende Verbraucherstrom auf Nennstromstärke
angestiegen ist und der Spannungsabfall am Vorwiderstand 9 etwa 4 Volt beträgt,
auch der Hilfsthyristor 52 des Erregerstromkreises mit der Relaisspule 51 gezündet.
Beim Durchschalten der Hilfsthyristoren 52
und 57 wird in den betreffenden
Erregerstromkreisen der Strom eingeschaltet,und die Relaisspulen 51 und 56 werden
erregt. Schon die Erregung einer der beiden Relaisspulen führt zum Schließen des
mechanischen Entladeschützes 5.
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Beim Schließen des elektromechanischen Entladeschützes 5 wird der
Verbraucher direkt an die Gesamtbatterie angeschlossen, so daß der Verbraucherstrom
über das geschlossene elektromechanische Entladeschütz 5 weiterfließt. Dadurch werden
der Entladestromthyristor 6 und der Steuerthyristor 62 selbsttätig gelöscht, und
es ist damit der Umschaltvorgang beendet. Zur Löschung der Hilfsthyristoren 52 und
57 nach beendeter Umschaltung ist ein gemeinsames Quittierrelais mit einem Relaiskontakt
55 vorgesehen, das den beiden Erregerstromkreisen vorgeschaltet ist und das nach
Schließen des elektromechanischen Entladeschützes 5 den Schalter 55 verzögert öffnet.
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Bei geringem Verbraucherstrom wird der Hilfsthyristor 52 nicht durch
den vom Verbraucherstrom, sondern durch den vom Ladestromstoß der am Verbraucherausgang
der Stromversorgungsanlage geschalteten Glättungskondensatoren erzeugten Spannungsabfall
am Widerstand 9 gezündet.
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Bei einem Netzausfall wird der Entladestromthyristor 6, sobald die
Hilfsgleichspannung gegen Null geht, praktisch unverzögert durchgeschaltet. Gleichzeitig
damit wird auch der Hilfsthyristor 57 gezündet und die Relaisspule 56 erregt.
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Anschließend folgt mit einer geringen Verzögerung von beispielsweise
30 ms der Schließzeitpunkt des elektromechanischen Entladeschützes 5. Als ein Störungsfall,
welcher zur Umschaltung des Verbrauchers auf Batteriestromversorgung führt, wird
auch gewertet, wenn bei bestehender ungestörter Netzwechselspannung der Entladestromthyristor
6 infolge Durchlegierens oder Dauerzündung stromleitend wird, da in diesem Falle
der Hilfsthyristor 52 gezündet und die Relaisspule 51 erregt wird.
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Schließlich können auch noch weitere mögliche Störungen aus der Stromversorgungsanlage
zur Auslösung des oben be -schriebenen Umschaltvorganges dem Steuerstromkreis des
Steuerthyristors 62 aufgeschaltet werden, indem z. B. die Phase R des Kleintransformators
65 an eine Uberwachungseinrichtung 7 angeschlossen wird.
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Durch die Erfindung wird gegenüber dem einleitend beschriebenen bekannten
Umschaltverfahren, das nur mit Hilfe eines elektromechanischen Entladeschützes durchgeführt
wird, der Vorteil erzielt, daß die bei Netzausfall übliche lange Ansprechzeit von
etwa 150 ms des elektromechanischen Entladeschützes erheblich verkürzt wird und
daß bei einer Gleichrichterstörung nur die reine Relaisansprechverzögerung besteht.
Wegen der verkürzten Ansprechzeit des elektromechanischen Entladeschützes wird die
Wirkung des unvermeidlichen Spannungseinbruches vor dem Schließen des Entladeschützes
auf die Verbraucherspannung entsprechend vermindert.