DE2108307C3 - Schnellumschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schnellumschaiteinrichtung zur bedarfsweisen Umschaltung einer Verbraucheranlage von einer Energieversorgungsquelle auf eine weitere Energieversorgungsquelle.

Schnellumschalteinrichtungcn sichern die Energieversorgung wichtiger Verbraucheranlagen, insbesondere Motoranordnungen. Beispielsweise werden sie in Eigenbedarf-Schaltanlagen von Kraftwerken und für andere wichtige Verbrauchcranlagen eingesetzt, für die fast immer mindestens zwei voneinander möglichst unabhängige Einspeisungen vorgesehen werden. In solchen Eigenbedarf-Schaltanlagen werden von einer Eigenbedarf-Sammelschiene eines Generatorblocks aus alle für den Betrieb benötigten Maschinen und Geräte, wie Pumpen, Saugzüge, Lüfter usw., gespeist. Während des Anfahrens des Generatorblocks muß die für den Eigenbedarf benötigte Energie über einen Anfahrtrafo aus dem Netz

bezogen werden. Erst nach Abschluß des Anfahrvorganges wird der Eigenbedarf aus dem Block selbst bezogen. Dabei muß der Block nicht notwendig dem Netz parallel geschaltet sein, kann also eine Spannungs- und Fiequenzdifferenz gegenüber dem Netz aufweisen.

Für die meisten Verbraucheranlagen, insbesondere die oben geschilderten Verbraucheranlagen, trifft zu, daß wegen ihres Aufbaues aus überwiegend motorischen Verbrauchern die Spannung nicht sofort nach Abschalten der bisher eingeschalteten Energieversorgungsquelle zusammenbricht, sondern in ihrer Amplitude und in ihrer Frequenz mit einer bestimmten Geschwindigkeit abnimmt, die unter anderem von der Belastung sowie der Größe und der Bauart der Motoren abhängig ist.

Es wird grundsätzlich angestrebt, mit einer Schnellumschalteinrichtung im Bedarfsfalle eine möglichst kurze Umschaitzeit für das Umschalten von einer Energieversorgungsquelle auf eine andere Energie-Versorgungsquelle zu et reichen, um ein starkes Abfallen der Drehzahl der Motoren der Verbraucheranlage zu verhindern. Während der Zeit, in der die Verbraucheranlage von jeder Encrgieversorgungsquelle abgeschaltet ist, laufen nämlich die Motoren als Generatoren vorübergehend weiter und werden dabei durch ihre Eigenverhiste und durch ihre Belastung abgebremst. Sowohl die Spannung als auch die Frequenz an einer Sammelschiene der Verbraucheranlage sinken daher je nach Belastung mehr oder weniger schnell ab. Der Spannungsvektor der Sammelschiene beginnt gegenüber dem Spannungsvektor der abgetrennten Energieversorgungsquelle mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit zu rotieren und beschreibt, da seine Länge ebenfalls abnimmt, in bezug auf den Spannungsvektor der abgeschalteten Energieversorgungsquelle eine Spirale, wie sie in der F i g. 1 dargestellt ist. Der Spannungsvektor der zuzuschaltenden Energieversorgungsquelle kann gegebenenfalls mit annähernd konstanter Winkclgcschwindigkeit gegenüber dem Vektor der Spannung der abgeschalteten Energieversorgungsquelle in beliebiger Drehrichtung rotieren.

In der F i g. 1 ist mit U1 die Spannung an der eingeschalteten Energieversorgungsquelle und mit Ur die Spannung an der Sammelschiene der Verbraucheranlage bezeichnet. Wie die F i g. 1 erkennen läßt, stimmen im gekuppelten Zustand der Verbraucheranlage und der Energieversorgungsquelle die Spannungen U i und Ur hinsichtlich Amplitude und Phasenlage überein. Nach dem Abschalten der Energieversorgungsquelle bewegt sich die Spitze der Spannung Ur, die im allgemeinen mit Restspannung bezeichnet wird, auf einer Spirale mit wachsender Winkelgeschwindigkeit und abnehmender Amplitude. Die angegebenen Zeiten sind als Beispiel zur Veranschaulichung der zunehmenden Winkelgeschwindigkeit des Spannungsvektors Ur zu verstehen.

Mittels einer Schnellumschalteinrichtung soll dafür gesorgt werden, daß ein Umschalten von beispielsweise einer gestörten Energieversorgungsquelle auf eine weitere störungsfreie Energieversorgungsquelle ohne mechanische oder elektrische Überlastung der an die Sammelschiene angeschlossenen Motoren der Verbraucheranlagc vorgenommen wird. Diese Förderung ist im Hinblick auf die Auslegung der meisten Motoren dann erfüllt, wenn beim Zuschalten der weiteren Eneigieversorgungsqucllc bzw. im Falle eines Generatorblocks beim Zuschalten der Blockspannung der auftretende Span.iungsspning beispielsweise das l,25fache der Nennspannung nicht überschreitet. Bezeichnet man die Spannung der zuzuschaltenden Eneigicvcrsurgungsqueile bzw. die Blockspannung mit U 2 und die Spannung an der Sammelschiene wiederum mit Ur, dann läßt sich diese Bedingung durch folgende Gleichung (1) ausdrucken:

Ul- Ur\<Lk-U_N
1 ^k^ 1,5,

wobei mit U^₁ die Nennspannung bezeichnet ist.

Die gleiche Bedingung muß eingehalten werden, wenn gegebenenfalls von der weiteren Energieversorgungsquelle mit UI auf die erste Energieversorgungsquelle mit Ul zurückgeschaltet wird, oder wenn — im Falle eines Generatorblocks — von der Blockspannung U 2 auf die Spannung Ul des Anfahrtrafos zurückgeschaltet wird. Diese letztere Umschaltung erfolgt betriebsmäßig beim Abfahren des Gcneratorblocks und muß insbesondere mit großer Sicherheit dann vorgenommen werden, wenn ein Fehler im Generatorblock auftritt. Um die Erläuterung der Erfindung nicht unnötig zu komplizieren, soll im folgenden jedoch nur die Umschaltung vor, einer Energieversorgungsquelle mit t/l auf eine weitere mit Ul bzw. die Umschaltung von einem Anfahrtrafo mit Ul auf die Blockspannung U1 beschrieben werden.

Am einfachsten ließe sich eine Umschaltung dadurch bewirken, daß ein Einschaltkommando für den die weitere Energieversorgung ankuppelnden Schalter durch eine Rückmeldung des die erste Energieversorgungsquelle ankuppelnden Schalters gegeben wird, wenn dieser letztere Schalter sich geöffnet hat. Dies läßt sich jedoch nur dann durchführen, wenn die Spannungen der beiden Energicvcrsoigungsqucllcn nicht nur gekuppelt, also synchron, sondern auch annähernd phasengleich sind. Diese Bedingung ist nicht immer erfüllt, so daß entweder direkt oder über Hilfsgrößen eine Differenzspannung aus der Spannung U 2 an der weiteren Energieversorgungsquelle und der Spannung Ur an der Sammelschiene gemessen und ausgewertet werden muß.

Bei einem in der »Siemens-Zeitschrift« 35 (1961) 3, S. 154 bis 159, beschriebenen Schnellumschaltgerät erfolgt die Auswertung der Differenzspannung durch Messung des Phasenwinkels zwischen der Spannung U1 an der weiteren Energieversorgungsquelle und der Spannung Ur an der Sammelschiene, indem eine Meßschaltung mit einer Kaltkathodenröhre verwendet wird. Die Anodenspannung für die Kaltkathodenröhre wird über einen Gleichrichter aus der Summenspannung aus der Spannung Ul an der weiteren Energieversorgungsquelle und der Spannung Ur an der Sammelschiene gewonnen, während sich die Starterspannung für die Kalikathoden röhre aus einer Zündspannung und aus einer Gegenspannung zusammensetzt; die Zündspannung ist der gleichgerichteten Summenspannung proportional. Die Gegenspannung, die eine in Abhängigkeil vom Phasenwinkel pulsierende Gleichspannung darstellt, wird über parallel geschaltete Gleichrichter gewonnen, die über einen Zwischenwandlcr an die Spannung Ul der weiteren Energieversorgungsquelle und an die Spannung Ur der Sammelschiene angeschlossen sind. Zum Zünden der Kaltkathodenröhre kommt es nur, wenn die Gegenspannung einen Mindestwert unter-

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schreitet und beide Schalter ausgeschaltet sind. Dies einem Bereich um das Minimum der Augenblicks-

wird dadurch festgestellt, daß Kontakte von Melde- werte ist die Phasenverschiebung zwischen beiden

einrichtungen der beiden Schalter geschlossen sind, Spannungen genügend klein, so daß mittels eines

da dadurch erst die Zündspannung an die Kaltkatho- Schmitt-Triggers auf diese Art und Weise der Um-

denröhrc gelegt wird. 5 schaltbcfehl gegeben werden kann.

Bei dem bekannten Schnellumschaltgerät wird für Neben dieser Meßeinrichtung enthält dieses bealle Winkel zwischen der Spannung U 2 an der wei- kannte Schnellumschaltgerät auch eine Frequenzteren Energieversorgungsquelle und der Spannung Ur sperre, in der eine zweite Hüllkurvenspannung eran der Sammelschiene, die kleiner als ein eingcslcll- zeugt wird. Diese Hüllkurvenspannung ist durch Adtcr Grcnzwinkel «„ sind, ein Einschallbefehl zur Vcr- io dition der beiden miteinander zu vergleichenden bindung der weiteren Energieversorgungsquclle mit Spannungen gebildet und weist daher gegenüber der der Verbraucheranlage dann gegeben, wenn das ersten Hüllkurve eine Phasenverschiebung von öffnen des Schalters zwischen der Verbraucheranlage 180° el auf. Die weitere Hüllkurvenspannung wird und der ersten Energieversorgungsquelle gemeldet ist. in der Frequenzsperre differenziert, gleichgerichtet

Dieses bekannte Schnellumschaltgcrät arbeitet zu- 15 und geglättet.

verlässig, verursacht jedoch bei seiner Installation Es ergibt sich dann ein Spannungsmittelwert, der insofern einen besonderen Arbeitsaufwand, als vor der Differenzfrequenz annähernd proportional ist. der Inbetriebnahme zunächst der zulässige Grenz- Durch einen Signalbereichsmelder wird angezeigt, winkel ;\_n ermittelt werden muß. Je nach Art und wann die beiden zu vergleichenden Spannungen eine Größe der Verbrauchcranlage und ihrer jeweiligen 20 zulässige Frequenzdifferenz überschreiten.
Belastung ergeben sich nämlich unterschiedlich große Die Ausgangssignale der Frequenzsperre und der Grenzwinkel. Meßeinrichtung werden bei dem bekannten Schnell-Ähnlich wie das eben behandelte bekannte Schnell- umschaltgerät einem UND-Glied zugeführt, das beim umschaltgerät arbeitet eine in den »BBC-Nachrich- Vorliegen beider Signale einen Umschaltbefehl herten« 45 (1963) 10, S. 475 bis 482, beschriebene »5 ausgibt.

Schnellumschaltung für Eigenbedarfsanlagcn in Kraft- Auch dieses bekannte Schnellumschaltgerät be-

werken, jedoch mit dem Unterschied, daß die Win- rücksichtigi nicht die Schaltereigenzeit und muß da-

kelmessung vor dem Entkuppeln durchgeführt wird. her eingemessen werden.

Bei dieser bekannten Schnellumschaltung erfolgt ein Gemäß der Erfindung wird ein anderer Weg ein-Umschalten von einer Energieversorgungsquelle auf 30 geschlagen, um eine Schnellumschalteinrichtung zur eine weitere Energieversorgungsquelle dann, wenn in bedarfsweisen Umschaltung einer Verbraucheranlage dem Augenblick, in dem die Einschaltspule des Lei- von einer Energieversorgungsquelle auf eine weitere stungsschalters zum Ankuppeln des weiteren Euer- Energieversorgungsquelle mit einer eine Differenzgieversorgungsnetzes Stcuerspannung erhält und da- spannung aus der Spannung der jeweils zuzuschaltenmit auch an die Anode eines Thyratrons Steuerspan- 35 den Energieversorgungsquelle und der Restspannung nung gelangt und die Phasenlage der zu vergleichen- an der Verbraucheranlage auswertenden Schaltungsden Spannungen in diesem Augenblick annähernd anordnung zu schaffen, bei der ein zeit- und kostenübereinstimmt. Es zündet dann sofort das Thyratron, aufwendiges Einmessen der Schnellumschalteinrich- und der Leistungsschalter wird eingeschaltet. tung im Hinblick auf die Ermittlung des jeweils zu-Auch bei dem Schnellumschaltgerät nach den 40 lässigen kleinsten Grenzwinkels hinsichtlich der Pha- »BBC-Nachrichten« wird also der Phasenwinkel zwi- senverschiebung der beiden Spannungen oder der sehen der Spannung an der weiteren Energieversor- kleinsten zulässigen Differenzspannung vermieden ist. gungsquelle und der Spannung an der Sammelschiene Erfindungsgemäß enthält die Schaltungsanordnung im Hinblick auf einen zulässigen Grenzwinkel über- daher eine Meßanordnung, in der eine dem Mittelwacht, wodurch sich bezüglich der Installation dieses 45 wert der Differenzspannung proportionale Hilfsspan-Gerätes die gleichen Schwierigkeiten wie bei dem nung und aus dieser durch mehrmalige Differentia-Schnellumschaltgerät ergeben, das in der »Siemens- tion weitere Hilfsspannungen gebildet werden, so daß Zeitschrift« beschrieben ist. die Hilfsspannungen Einzelglieder euer Reihenent-Bei einem anderen, in den »BBC-Nachrichten« 49 wicklung, vorzugsweise einer Taylorreihe, bilden, in-(1967) 12, S. 651 bis 657, beschriebenen Schnell- 50 dem sie dem Funktionsweri bzw. jeweils dem Produkt umschaltgerät wird in dem Phasenvergleichsgerät die- aus dem Differentialquotienten der jeweiligen Ordses Gerätes zur Winkelmessung das Verfahren der nung und mit einer einen wählbaren Zeitfaktor dar Differenzspannungsbildung angewendet. Durch Sub- stellenden Größe mit entsprechender Potenz propor traktion der Spannung an der Sammelschiene der tional sind; die Schaltungsanordnung weist auch ein< Verbraucheranlage von der Spannung an der weiteren 55 Auswerteschaltung auf, in der die in der Meßanord Energieversorgungsquelle wird eine Schwebungs- nung addierten Hilfsspannungen mit einer vorgegebe spannung gebildet. Die Hüllkurve der Schwebungs- nen Spannung zur Gewinnung eines Schaltbefehl spannung hat eine Frequenz, die der Hälfte der Fre- verglichen werden.

quenzdifferenz der beiden Spannungen entspricht. Der der Erfindung zugrunde liegende wesentlich

während die höherfrequente Spannung eine der hai- 60 Gedanke besteht darin, daß unter Berücksichtigun;

ben Frequenzsumme der beiden Spannungen entspre- der Eigenzeit der verwendeten Schalter der Zeitver

chende Frequenz aufweist. Die höherfrequente Span- lauf der Differenzspannung bis zum Zeitpunkt de

nung wird gleichgerichtet und dann herausgefiltert. Umschaltung vorausberechnet wird. Dabei wird voi

Es bleibt dann die Hüllkurvenspannung übrig, deren der Messung des Betrages der Differenzspannun Augenblickswerte als Maß für die Phasenverschie- 65 u(t) ausgegangen, was sich gleichungsmäßig folgen bung der beiden zu vergleichenden Spannungen an- dermaßen darstellen läßt:
gesehen wird unter Vernachlässigung des Umstandes,

daß die Amplitude der Restspannung abnimmt. In «(/) = |t/„(z) - U_r(l)\. (³)

In dieser Gleichung (3) bedeutet U₂(t) die Spannung an der zuzuschaltenden Energieversorgungsquelle und Uf(t) die Restspannung an der Sammelschiene der Verbraucheranlage.

Ausgehend von der Forderung, daß zu einem Zeitpunkt /₀, in dem der Schalter die weitere Energieversorgungsquelle an die Sammelschiene der Verbraucheranlage angeschlossen haben soll, die Differenzspannung nicht größer als k ■ U_n sein darf, ergibt sich Gleichung (4):

u(t_o)£k-U_N. (4)

Entwickelt man die Funktion u(/₀) beispielsweist in eine Taylorreihe, dann folgt

Man kann nun den Zeitpunkt Z₁ so wählen, daß er genau um die Schaltereigenzeit t_s vor dem Zeitpunkt I₀ liegt, zudem die Umschaltung vollendet sein soll. Es gilt dann

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(6)

Aus den Gleichungen (5) und (6) läßt sich dann die Bedingung aufstellen:

(7)

Dies ist also die Bedingung, die zu einer Umschaltung führt.

Meßtechnisch läßt sich die Gleichung (7) dadurch lösen, daß man zu jedem Zeitpunkt t = I₁ neben der Funktion U(I₁) ihren ersten und zweiten und gegebenenfalls höheren Differentialquotienten bildet, multipliziert mit einer einstellbaren, der Schaltereigenzeit t_s proportionalen Spannung, ihrem Quadrat und höheren Potenzen und dann die Summe der Einzelglieder bildet. Ist der so entstandene Spannungswert kleiner als ein einstellbarer vorgegebener Wert, dann darf der Umschaltbefehl gegeben werden.

Zur Bildung der einzelnen Differentialquotienten der Taylorreihe enthält die Meßanordnung der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung vorteilhafierweise jeweils mindestens einen Operationsverstärker. Dabei ist jedem differenzierenden Operationsverstärker der Meßanordnung zweckmäßigerweise ein invertierender Operationsverstärker nachgeordnet.

Auch zur Addition der HilfsSpannungen wird vorteilhafterweise ein Operationsverstärker verwendet, der als addierender Operationsverstärker geschaltet ist.

Die Auswerteschaltung ist bei der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung vorteilhafterweise mit einer Grenzwertstufe, beispielsweise einem Trigger, versehen, der eingangsseitig Ströme unterschiedlichen Vorzeichens zugeführt werden, wobei der eine Strom der Summe der Hilfsspannungen proportional ist und der andere Strom der vorgegebenen Spannung entspricht. Ist der der Summe der Hilfsspannungen proportionale Strom größer als der der vorgegebenen Spannung entsprechende Strom, dann wird die Grenzwertstufe gesperrt und damit eine Umschaltung unterbunden.

Als vorteilhaft hat es sich bei der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung erwiesen, eine Starteinrichtung mit einem Meßteil zu verwenden, welcher die beim Abschalten der einen Energieversorgungsquelle auftretende Spannungs- und/oder Winkel- änderung an der Verbraucheranlage mit einem Bezugswert vergleicht, und daß dem Meßteil ein Signalgeber nachgeordnet ist, der bei einer den Bezugswert überschreitenden Größe der Spannungs- und/odei Winkeländerung durch Abgabe eines Startsignals an die Schnellumschalteinrichtung die erfolgte Entkupplung der Verbraucheranlage von der Energieversorgungsquelle meldet. Beim Entkuppeln tritt nämlich eine Winkeländerung der Spannung an der Verbraucheranlage und/oder eine Amplitudenänderung ein. was meßtechnisch auf verschiedene Weise zur Gewinnung eines Startsignals ausgewertet werden kann Wesentlich ist im Rahmen der Erfindung die Erkenntnis, daß eine Winkel- und/oder Spannungsänderung zur Erzeugung eines Startsignals herangezogen werden kann.

Vorteilhaft erscheint es, wenn das Meßteil dei Starteinrichtung eine mit einer Zeitsiiufe versehene Logikschaltung aufweist, die eingangsseitig sowohl an die Verbraucheranlage als auch an die mit diesel verbundenen Energieversorgungsquelle angeschlossen ist, und wenn der Logikschaltung eine Grenzwertstufe nachgeordnet ist, die beim Überschreiter einer durch die Zeitstufe vorgegebenen kürzesten Zeitdauer zwischen jeweils zwei Nulldurchgänger der Spannungen an der Verbraucheranlage und an der Energieversorgungsquelle das Startsignal abgibt.

Durch Verwendung einer derartigen Starteinrichtung kann nicht nur auf die fertigungstechnisch und bezüglich der Installation aufwendige Schalter-Rückmeldung verzichtet werden, sondern es läßt sich damit auch die Zahl der möglichen Fehlerquellen verringern. Außerdem ergibt sich gegenüber bekannten Schnellumschalteinrichtungen ei» Gewinn an Sicherheit hinsichtlich des Startes der Umschaltung. Beim Entkuppeln tritt nämlich eine Winkeländerung dei Spannung an der Verbraucheranlage und/oder eine Amplitudenänderung ein, was meßtechnisch auf verschiedene Weise zur Gewinnung eines Startsignals ausgewertet werden kann. Wesentlich ist im Rahmen der Erfindung die Erkenntnis, daß eine Winkel- undy oder Spannungsänderung zur Erzeugung eines Startsignals herangezogen werden kann. Bei der Starteinrichtung der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung wird vorzugsweise der beim Entkuppeln der Verbraucheranlage auftretende Winkelsprung dei Spannung an der Verbraucheranlage zur Gewinnung eines Startimpulses ausgenutzt, was unmittelbar zui Einleitung der Umschaltung führt. Ist der Winkelsprung extrem klein, dann wird abgewartet, bis sich infolge Abnahme der Frequenz der Spannung an dei Verbraucheranlage zwischen den beiden Spannungen eine genügend große Winkeldifferenz ergeben hat.

Vorteilhaft erscheint es, wenn bei der Starteinrichtung die Logikschaltung zwei an die Spannung an der Verbraucheranlage und an die Spannung an dei Energieversorgungsquelle angeschlossene, parallel zueinander angeordnete Gatter enthält, von denen das eine ein NOR-Gatter und das andere ein UND-Gattei

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ist; den beiden Gattern ist vorteilhafterweise ein ODER-Gatter nachgeordnet.

Zweckmäßigerweise ist dem NOR- und dem UND-Gatter ein Eingangsverstärker zur Bildung von Rechteckimpulsen aus den Spannungen an der Verbraucheranlage und an der Energieversorgungsquelle nachgeordnet.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die dem ODER-Gatter nachgeordnete Zeitstufe einen aus einer Hilfsspannungsquelle aufgeladenen Kondensator enthält, dessen Ladungszustand über einen parallelliegenden elektronischen Schalter und das diesem vorgeordnete ODER-Gatter in Abhängigkeit von der Zeitdauer zwischen jeweils zwei Nulldurchgängen der Spannung an der Verbraucheranlage und an der Encrgieversorgungsquelle beeinflußt wird; dabei ist die von der Zeitstufe vorgegebene Zeitdauer vorteilhafterweise durch den Schwellwert eines an den Kondensator angeschlossenen Schaltungselementes mit Schwellwert, vorzugsweise einer Zenerdiode, bestimmt. Der elektronische Schalter kann von einem einzigen Transistor gebildet sein.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer die Differenzspannung aus der Spannung jeweils einer der beiden Energieversorgungsquellen und der Restspannung an der Verbraucheranlage auswertenden Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung gezeigt, und in der F i g. 3 sind zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung mehrere Diagramme dargestellt.

Der in der F i g. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung wird über einen Übertrager U 2 und einen Kontakt K 2 eine Spannung U 2 zugeführt, welche die Spannung an der zuzuschaltenden weiteren Energieversorgungsquelle darstellt. Über einen weiteren Übertrager üi wird der Schaltungsanordnung die Spannung Ur zugeführt, wobei die Spannung Ur die Spannung an der Sammelschiene der Verbraucheranlage bildet. Da mittels der erfindungsgemäßen Schnellumschalteinrichtung sowohl von der einen Energieversorgungsquelle auf die weitere Energieversorgungsquelle umgeschaltet als auch umgekehrt von der weiteren Energieversorgungsquelle auf die eine Encrgieversorgungsquelle zurückgeschaltet werden soll, ist die Schaltungsanordnung eingangsseitig mit einem dritten Übertrager V1 versehen, an den eine Spannung U1 über einen Kontakt K1 angeschlossen ist; die Spannung U1 ist mit der Spannung an der einen Energieversorgungsquelle identisch. Über die Kontakte K1 und K 2 kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Schaltstellung der kuppelnden Leistungsschalter entweder die Spannung U1 oder die Spannung U 2 mit der Schaltungsanordnung verbunden werden.

Einem den Übertragern Ü1 bis U 3 nachgeordneten Briickengleichrichter B wird demzufolge stets eine Differenzspannung zugeführt, und zwar entweder die Spannung \U\ — Ur] oder die Spannung 117 2 — t/H. Die gleichgerichtete Differenzspannung wird mittels eines Siebgliedes mit den Kondensatoren C1 und C sowie mit einer Induktivität L geglättet und dann einem Operationsverstärker Vl zugeführt, über den eine Hilfsspannung u(t) verstärkt ausgekoppelt wird. Diese Hilfsspannung u(t) entspricht dem Betrag bzw. Mittelwert der Differenzspannung \Ul — Ur\ oder !1/2 -Ur]. Die Hilfsspannung «(/) wird über einen Widerstand R 1 einem addierenden Operationsverstärker V 2 zugeführt.

Die Hilfsspannung u(/) liegt ferner an einem weiteren Operationsverstärker V 3, indem mittels eines

Kondensators C 3 und eines Widerstandes R 2 eine Differentiation der Hilfsspannung m(<) erfolgt. Mittels des einstellbaren Widerstandes R 2 wird auch die Bildung des Produktes ΰ(ί) · /_s durchgeführt, wobei der Faktor Λ, der Schaltereigenzeit entspricht. Infolge

ίο der invertierenden Wirkung des differenzierenden Operationsverstärkers V3 entsteht an seinem Ausgang eine Spannung — u(r) · i_s. Nach Inversion und Glättung dieser Spannung in einem nachgeordneten weiteren Operationsverstärker V 4, bei dem es sich

um einen invertierenden Verstärker handelt, entsteht eine weitere Hilfsspannung ii(/) · f_s, die über einen Widerstand R 3 genauso wie die Hilfsspannung κ(ί) dem addierenden Operationsverstärker V 2 zugeführt wird.

ao Die weitere Hilfsspannung ii(/) · t_s steht auch am Eingang eines weiteren differenzierenden Operationsverstärkers V 5 an, in dem mittels eines Kondensators C 4 und eines Widerstandes R 4 eine nochmalige Differentiation der Hilfsspannung i/(r) durchgeführt wird; mittels des Widerstandes R 4 erfolgt eine .ioehmalige Multiplikation mit dem Faktor, der der Schaltereigenzeit /_s entspricht. Am Ausgang des weiteren differenzierenden Verstärkers VS wird demnach eine Spannung — ü(f) · /_s* gebildet. In einem nachgeordneten weiteren invertierenden Operationsverstärker V 6 wird aus dieser Spannung eine weitere Hilfsspannung ü(f) · f_s* gebildet, die dem dritten Glied der Taylorreihe nach Gleichung (7) entspricht. Auch diese Spannung wird über einen Widerstand R 5 dem addierenden Operationsverstärker V 2 zugeführt.

Am Ausgang des addierenden Operationsverstärkers V 2 wird demzufolge eine Spannung

gebildet. Diese Spannung m(i₀) wird einem Trigger mit den Transistoren Π und T 2 zugeführt, an dessen Widerstand R 6 eine Spannung k · U_n einstellbar ist. Ist die Spannung u(r₀) kleiner oder genausc groß wie die Spannung k ■ U_n, dann wird von den; Trigger ein Freigabesignal erzeugt, wie dies aus dei F i g. 3 aus dem Diagramm c ersichtlich ist. Das Diagramm α der F i g. 3 läßt nämlich erkennen, daß be

einem zugelassenen Verhältnis ~ = 1,25 bei einen

Augenblickswert der Spannung u{t — f₅), der ober

halb von 1,25 liegt, ein Sperren des Schaltbefehl:

eintritt, und zwar so lange, bis die Kurve u(t — r_s den Wert 1,25 nach Diagramm α wieder unterschrei tet; mit f_s ist wiederum die Eigenzeit der verwendetet Leistungsschalter bezeichnet. In dem Diagramm a is

neben der Kurve u{t — f_s) auch noch die Kurve u(t dargestellt, die den tatsächlichen Verlauf der Diffe

renzspannung j 17 2 — Uή bzw. |172 — Ur\ aus de

Spannung an der jeweiligen Energieversorgungsquell·

und der Spannung an der Sammelschiene wiedergibi

Man erkennt, daß die Kurve u(t) die Gerade voi

-¹L =1,25 jeweils um die Schaltereigenzeit r_s späte Un
kreuzt als die Kurve u(f — f_s), so daß beim Auswerte;

der Kurve u(t) ein Sperren bzw. ein Freigeben des Schaltbefchls jeweils zu spät eintreten würde (Diagramm b). Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Vorausberechnung der Differenzspannung wird der Zeitpunkt des Sperrens — wie die Diagramme/? und c erkennen lassen — um jeweils die Schaltereigenzcit r₅ vorverlegt, so daß die Umschaltung von einer Encrgieversorgungsquclle auf eine weitere Energicvcrsorgungsquclle im günstigsten Zeitpunkt erfolgen kann. In diesem Zeitpunkt wird nämlich ein Ausgangssignal vom Trigger mit den Transistoren T1 und T 2 abgegeben, das nur dann über eine dem Trigger nachgeordncte Gatterschaltung der Schnellumschalteinrichtung eine Umschaltung veranlassen kann, wenn von einer nicht dargestellten Starteinrichtung

gleichzeitig ein Startbefehl an der Gatterschaltung ansteht.

Durch die Erfindung ist eine Schnellumschalteinrichlung geschaffen, die ohne das bei der Installation sonst erforderliche aufwendige Einmessen der Einrichtung auskommt, indem durch eine Rechenschaltung der Verlauf der Differenzspannung vorausberechnet wird. Es lassen sich dann auch in dem Falle noch Umschaltungen vornehmen, in dem Gerate ohne Vorausberechnung des Diffcrenzspannungs-Verlaufs bereits sperren würden. Sowohl bei beliebiger Ausgangslage der Spannungsvektoren im Zeitpunkt des Entkuppeins als auch bei Schlupf zwischer den beiden Energieversorgungsquellen ist ein< Schncllumschaltung möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schnellumschalteinrichtung zur bedarfsweisen Umschaltung einer Verbraucheranlage von einer Energieversorgungsquelle auf eine weitere Energieversorgungsquelle mit einer eine Differenzspannung aus der Spannung der jeweils zuzuschaltenden Energieversorgungsquelle und der Restspannung an der Verbraucheranlage auswertenden Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine Meßanordnung enthält, in der eine dem Mittelwert der Differenzspannung proportionale Hilfsspannung und aus dieser durch mehrmalige Differentiation weitere Hilfsspannungen gebildet werden, so daß die Hilfsspannungen Einzelglieder einer Reihenentwicklung, vorzugsweise einer Taylorreihe, bilden, indem sie dem Funktionswert bzw. jeweils dem Produkt aus dem Differentialquotienten der jeweiligen Ordnung und einer einen wählbaren Zeitfaktor darstellenden Größe mit entsprechender Potenz proportional sind, und daß die Schaltungsanordnung eine Auswerteschaltung aufweist, in der die in der Meßanordnung addierten Hilfsspannungen mit einer vorgegebenen Spannung zur Gewinnung eines Schaltbcfehls verglichen werden.

2. Schnellumschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wählbare Zeitfaktor der Eigenzeit des oder der die Umschaltung bewirkenden Schalter entspricht.

3. Schnellumschalteinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung jeweils mindestens einen Operationsverstärker zur Erzeugung der Hilfsspannungen enthält.

4. Schnellumschalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem differenzierenden Operationsverstärker der Meßanordnung ein invertierender Operationsverstärker nachgeordnet ist.

5. Schnellumschalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßanordnung zur Addition der Hilfsspannungen ein addierender Operationsverstärker vorhanden ist.

6. Schnellumschalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Grenzwertstufe enthält, der eingangsseitig Ströme unterschiedlichen Vorzeichens zugeführt werden, wobei der eine Strom der Summe der Hilfsspannungen proportional ist und der andere Strom der vorgegebenen Spannung entspricht.

7. Schnellumschaiteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Starteinrichtung für die Schnellumschaiteinrichtung ein Meßteil enthält, welches die beim Abschalten der Energieversorgungsquelle auftretende Spannungs- und/oder 'Winkeländerung an der Verbraucheranlage mit einem Bezugswert vergleicht, und daß dem Meßteil ein Signalgeber nachgeordnet ist, der bei einer den Bezugswert überschreitenden Größe der Spannungs- und/oder Winkeländerung durch Abgabe eines Startsienais an die Schnellumschaiteinrichtung die

erfolgte Entkupplung der Verbraucheranlage von der Energieversorgungsquelle meldet.

8. Schnellumschaiteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil der Staiteinrichtung eine mit einer Zeitstufe %'ersehene Logikschaltung aufweist, die eingangsseitig sowohl an die Verbraucheranlage als auch an die mit dieser verbundenen Energieversorgungsquelle angeschlossen ist, und daß der Logikschaltung eine Grenzwertstufe nachgeordnet ist, die beim Überschreiten einer durch die Zeitstufe vorgegebenen kürzesten Zeitdauer zwischen jeweils zwei Nulldurchgängen der Spannungen an der Verbraucheranlage und an der Energieversorgungsquelle das Startsignal abgibt.

9. Schnellumschaiteinrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung zwei an die Spannung an der Verbraucheranlage und an die Spannung an der Energieversorgungsquelle angeschlossene, parallel zueinander angeordnete Gatter enthält, von denen das eine ein NOR-Gatter und das andere ein UND-Gatter ist, und daß den beiden Gattern ein ODER-Gatter nachgeordnet ist.

10. Schnellumschalteinrichlung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem NOR- und dem UND-Gatter ein Eingangsverstärker zur Bildung von Rechteckimpulsen aus den Spannungen an der Verbraucheranlage und an der Energieversorgungsquelle vorgeordnet ist.

11. Schnellumschaiteinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ODER-Gatter nachgeordnete Zeitstufe einen aus einer Hilfsspannungsquelle aufgeladenen Kondensator enthält, dessen Ladungszustand über einen parallelliegenden elektronischen Schalter und das diesem vorgeordnete ODER-Gatter in Abhängigkeit von der Zeitdauer zwischen jeweils zwei Nulldurchgängen der Spannungen an der Verbrauchcranlage und an der Energieversorgungsquelle beeinflußt wird, wobei die von der Zeitstufe vorgegebene Zeitdauer durch den Schwellwert eines an den Kondensator angeschlossenen Schaltungselementes mit Schwelhvcrt, vorzugsweise einer Zenerdiode, bestimmt ist.