DE2239268A1 - Vorrichtung zur ueberwachung der von einer energiequelle abgegebenen elektrischen energie - Google Patents

Vorrichtung zur ueberwachung der von einer energiequelle abgegebenen elektrischen energie

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Pierre Lacroix
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S T E E L S TRAVAUX D ELECTRIC
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Description

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Vorrichtiaagr 7jm übojcwachimg dier v<m e-iner quelle
Die Erfindung betrifft Vorricb.tuijgen zux überwachung der elektrischen Energie, die von einer elektrischen: Energies quelle abgegeben wird, und insbesondere überwachungsvorrichtungen, die vorteilhaft in automatischen Stromabschaltkreisen verwendet werden können.»
bestimmten Fallen sind Benutzer, die an eine elektrische Energiequelle angeschlossene Verbraucher habeni verpflichtet» nmr ein© bestirnte Menge elektrische?· Energie pro au verbrauchen« ■
In dlesewt Falle ist es notwendig, daß sie %n bestimmten leitpunkten ihren ElektriisitiitsVerbrauch, kennen« xm ent- «precbend zu handeln« Ψ&ηη a,Β» der Elektr/i*itttt8verbraueh sehr stark gunipmt« können aie bestimmte Gerat© abschalten?
an diese Quelle angeschlossen sind, lsi ist jeöoeh ofdaß bei elektrischen Anlag«»« insbesondere
bestimnite Qeräte leicht abfeechaltet werden während andere unbedingt v/eiter veraorcft werden
Es existieren daher Vorrichtungen« die die dler elektrischen Energie ermöglichen, die von ein»er! Ewerflequelle abgegeben wird* jjedoch bestehen, diese V/©ofrichtungen im allgemeinen aus einem Teil mit mechäni&c&em C?ru-ndaufbau,. der somit infolge dieses A.ufbaus. hat. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine richtung zur überwachung der elektrischen Energie zu $cha,£fenr die von einer elektrischem Energiequelle gegeben wird:. '
Auch ist es Aufgabe, der Erfindung» eine tlberwachung der von, 'ein-er elektrischen gegebenen Leistumg zu s,chaffeia.f, die einfach: ÄUitg«A^.tLt ist.» sicher arbeitet, und nur aus passive» Elemente» besteht..
Weiterhin ist es Aufgabe der Er f inciting,. eine Vjor rieh tun«? zur überwachung der elektrischen Energie su schaffen, die von einer Energiequelle abgegeben wird, die selbst die Reihenfolge angibt, um die Abschaltung oder die Einschaltung bestimmter Verbraucher zu; steuern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen Fühler, der ein elektrisches Signal abgibt, dessen Amplitude proportional der momentanen Leistung ist, die von der Energiequelle abgegeben wird, t-
eine erste Quelle, die ein erstes elektrisches .Bezugssignal abgibt, dessen Amplitude proportional einer bestimmten elektrischen Nennleistung ist,
eine erste Addierschaltung, die das elektrische Signal empfängt, das von dem Fühler abgegeben wird, sowie das erste Bezugssignal, um an ihrem Ausgang ein elektrisches Signal abzugeben, dessen Größe gleich der Differenz der Größen dieser beiden Signale ist,
einen Integrator dieses elektrischen Signals, das gleich der Differenz dieser Signale ist, der ein Integrationssignal abgibt,
Einrichtungen, um den' Integrator auf Null zurückzustellen und
Einrichtungen, um die Größe des Integrationssignals vor der Rückstellung des Integrators auf Null im Vergleich zu einer bestimmten Größe festzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert, die in vereinfachter" Form ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Überwachung der elektrischen Energie zeigt, die von einer elektrischen Energiequelle abgegeben wird.
Die Überwachungsvorrichtung weist einen Fühler 4 auf, der aus einem Spannungstransformator 6 bestehen kann, dessen Primärwicklung mit zwei Leitern 2-und 3 verbunden ist und dessen eincrAnschluß der Sekundärwicklung mit dem Eingang einer llultiplizierschaltung 7 verbunden ist. Der andere Eingang dieser Addierschaltung ist mit einem. Anschluß einer Sekundärwicklung eines St3:omwandlers 8 verbunden, dessen Primärwicklung in Reihe in eine der beiden Leitungen,
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z.B. die Leitung 3 geschaltet ist. Im Beispiel der Figur gibt die Energiequelle 1 die Spannung nur an die beiden !Leitungen 2 und 3 ab, wenn diese Energiequelle dagegen eine dreiphasige Energiequelle wäre, würde es genügen, mehrere stromwandler und Spannungstransformatoren anzuordnen und sie jeweils mit ebenso vielen Multiplizier» schaltungen wie die Multiplizierschaltung 9 zu verbinden»
Di« Ausgänge der verschiedenen Multiplizierschaltungen 7, 9 sind vorzugsweise mit dem Eingang eines Verstärkers IO verbunden, dessen Ausgang den Ausgang 5 des Fühlers 4 ,bildet, ' . ■ .
Der Ausgang 5 des Fühlers 4 1st mit einem ersten Eingang einer Addiercchaltung 11 verbunden. Der zweite Eingang der Addierschaltung 11 ist mit dem Ausgang elller ersten Bezugsquelle 13 verbunden* Diese Bezugsquelle 13 kann z.B. aus einer Spannungsquelle bestehen, die «ine Spannung Vi 'abgibt wd mit parallel geschalteten Kreisen verbunden ist, von denen jeder einen steuerbaren unterbrecher, und ein Potentiometer, wie z.B. die steuerbaren Unterbrecher. 14, und 16 und die Potentiometer 17, 18 und 19 aufweist.
Pie den Läufern dieser Potentiometer entsprechenden Aus* gangsanschlüsse sind vorzugsweise mit einem gemeinsamen Punkt verbunden, der den Ausgang der ersten Bezugsquelle 13 bildet, der mit dem zweiten Eingang 12 der Addierschal*· tung 11 verbunden ist. Die Addierschaltung kann z.B. aus zwei Widerständen 20 und 21 bestehen, die einander entgegengeschaltet sind, wobei der gemeinsame Punkt dieser beiden Widerstände 20 und 21 den Ausgang 22 dieser Addierschaltung 11 bildet.
Der Ausgang 22 der Addierschaltung 11 ist mit einem Integrator 23 verbunden, der z.B. aus einem Funktionsverstärker 24 bestehen kann, der in seiner Gegenkopplungsschleife eine
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Kapazität 25 aufweist. Der Ausgang des Funktionsverstärkers bildet den Ausgang 27 des Integrators 23. Diesem Integrator sind steuerbare Einrichtungen zugeordnet, die es ermöglichen, diesen zu bestimmten Zeitpunkten auf Null zurückzustellen. Diese Einrichtungen zum Zurückstellen auf Null des Integrators bestehen z.B. aus einem steuerbaren Unterbrecher 28 und einem Widerstand 29 geringer Größe, die in Reihe zwischen die beiden Anschlüsse der Kapazität 25 geschaltet sind.
Der Ausgang 27 dieses Integrators ist mit einem ersten Eingang einer zweiten'Addierschaltung 30 verbunden, deren ; zweiter Eingang 31 mit einer zweiten Bezugsquelle 37 verbunden ist,„die z.B. aus einem Potentiometer bestehen kann, das von einer Spannungsquelle V2 versorgt wird, wobei der dem Schieber des Potentiometers entsprechende Ausgangsanschluß den Ausgangsanschluß der zweiten Bezugsquelle bildet. Dieser Anschluß ist mit dem zweiten Eingang der Addierschaltung 30 verbunden. Diese Addierschaltung 30 kann wie die Addierschaltung 11 aus zwei Widerständen 33 und . 34, die einander entgegengeschaltet sind, und vorteilhafterweise aus einem Verstärker 35 bestehen, desseji Eingang mit dem Mittelpunkt der beiden Widerstände 33 und 34 verbunden ist und dessen Ausgang 36 den Ausgang der zweiten Addierschaltung 30 bildet.
Der Ausgang der zweiten Addierschaltung 30.ist mit dem Eingang eines Vergleichsrelais 38 über einen Schutzwiderstand 37 und einem Unterbrecher 39 mit regulierbarer Verzögerung verbunden.
Dieser Unterbrecher mit regulierbarer Verzögerung kann z.B. aus einem steuerbaren Unterbrecher 40 bestehen, dessen Steuereingang mit einer Zeitkonstante 41 verbunden ist, die auü einem Widerstand 42 und einer Kapazität 4 3 besteht und von einer Spannungsquelle V3 versorgt wird.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Um die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu verstehen t ist es notwendig, zu wissen, daß bestimmte Verbraucher elektrischer Energie einen bestimmten Energieverbrauch nicht überschreiten dürfen. Die Messung dieses Verbrauchs erfolgt durch Zeiteinheitsabschnitte, z.B. alle 10 Minuten, und während dieses Zeitabschnittes darf der gesamte Elektrizitätsverbrauch eine bestimmte Schwelle nicht überschritten haben, unabhängig davon, wie die Verteilung in diesem Abschnitt des Verbrauchs ist.
Daher ist die Arbeitsweise wie folgt:
Der Spannungstransformator 6 und der Stromwandler 8 geben an ihren Ausgängen elektrische Signale abf die der ,Spannung der Quelle bzw. dem Strom, der von dieser Quelle geliefert wird, proportional sind.
Diese beiden elektrischen Informationen werden auf die beiden Eingänge der Multiplizierschaltung gegeben, die an ihrem Ausgang ein Signal abgibt, das dem Produkt der beiden elektrischen Signale proportional ist, die von dem Stromwandler bzw. dem Spannungstransformator geliefert werden. Dadurch erhält man am Ausgang des Integrators bzw. ggf. nach Verstärkung, d.h. am Ausgang 5 des Fühlers 4 eine Information in Form eines elektrischen Signals, dessen Größe proportional der momentanen Leistung ist, die von der Energiequelle 1 abgegeben wird.
Dieses elektrische Signal, das von dem Fühler 4 geliefert wird, wird in der Addierschaltung 11 verglichen, die eine Subtraktion zwischen einer Bezugsspannung, die von der Bezugsquelle 13 geliefert wird, und dem von dem Fühler 4 abgegebenen Signal durchführt. Die von der Bezugsquelle gelieferte Spannung stellt die mittlere Größe der maximalen Leistung dar, die der Energieverbrauch nicht überschreiten
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darf. Selbstverständlich können die zugelassenen verbrauch·" baren Leistungen entsprechend den Stunden bzw, Perioden des Tages und des Jahres verschieden sein. Es ist daher vorgesehen* daß diese Bezugsquelle elektrische Signale in Abhängigkeit von diesen verschiedenen Perioden liefern können muß« Hierfür genügt. esr den Unterbrecher zu, steuern, um an einem der Potentiometerausgänge die bestimmte Span~ nung abzugeben*
Somit wird das elektrische Signal* das an. dem Ausgang der Addierschaltung 11 erhalten wird« in dem Integrator 13 während einer bestimmten Zeit integriert,., die Verzugs*" weise dem oben bestimmten: Zeitabschnitt gleich ist, Diese Integration beginnt nach jeder Rückstellung auf- Nu;!! des Integrators, die mittels des Unterbrechers 28 und ^©s Widerstandes 29 durchgeführt wird, d,h, dadurch* daß man die Kapazität über diesen Widerstand 29 entlädt.
Das Integrationssignal wird an dem Ausgang 27 erhalten und in der Addierschaltung 30 mit einer zweiten Spannung verglichen, die eine Bezugsspannung, genannt Alarmspannung, abgibt« Die Addierschaltung 30 führt auch eiiie Subtraktion zwischen der Spannung bzw, dem elektrischen Signal , das an dem Ausgang des Integrators erhalten wird, und dem von der zweiten Alarmspannungsquelle.32 abgegebenen Signal durch. In Abhängigkeit von dem an dem Ausgang dieser Addierschaltung 30 erhaltenen Signal, je nachdem, ob die Größe des Integratiorissignals größer oder kleiner als die des von der zweiten Bezugsquelle 32 ge^- , lieferten Signals ist, wird das Relais 38 gesteuert, um 2.B* ein Sicht- oder Tonalarmsignal abzugeben oder um die Versorgung bestimmter Verbraucher zu unterbrechen, die ohne Nachteil abgeschaltet werden können.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die von der Bezugsquelle 13 abgegebene Spannung die über die Zeit verteilte Momentangröße der maximal verbrauchbaren Leistung
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darstellt, und die am Ausgang 12 erhaltene Spannung wird von der von dem Fühler 4 abgegebenen subtrahiert und die Differenz dieser beiden Signale wird dann in dem Integrator 23 integriert. Das Integrationssignal wird mit einer zweiten Bezugsspannung verglichen, die am Ausgang der zweiten Quelle 32 erhalten wird, und das Subtraktionssignal dieser beiden Spannungen wird am Ausgang der Addierschaltung 30 erhalten. Es ist daher ersichtlich, daß je größer der Elektrizitätsverbrauch ist, desto größer das Signal am Ausgang des Fühlers 4 und desto kleiner die an dem Ausgang der Addierschaltung 11 erhaltene Differenz ist und ebenso ist das an dem Ausgang des Integrators erhaltene Signal umso kleiner, d.h. je mehr der Energieverbrauch zunimmt, desto mehr nimmt das an dem Ausgang des Integrators erhaltene Signal ab. Diese Spannung am Ausgang des Integrators wird mit der Alarmspannung 32 verglichen, die z.B. eine mittlere Größe der Leistung darstellt, die kleiner ist als die, die die erlaubte Verbrauchsgrenze ist. Der Vergleich des Integratorsignals und des von der Quelle 32 gelieferten Signals wird durch Subtraktion in der Addierschaltung 30 erhalten. Von dem Ergebnis des an dem Ausgang der Addierschaltung 30 erhaltenen Signals hängt die Steuerung des Vergleichsrelais 38 ab. Dieses Relais kann z.B. nur gesteuert werden, wenn es eine negative Spannung erhält, d.h. z.B., daß das an dem Ausgang des Integrators erhaltene Signal kleiner als das von der zweiten Bezugsquelle 32 gelieferte Signal ist. Man sieht also, daß diese Bedingung stets am Beginn des Zeitabschnittes auftritt. Um einen falschen Alarm am Beginn eines jeden Zeitabschnittes zu vermeiden, trennt der verzögerte Unterbrecher 39 den Ausgang der Addierschaltung 30 vom Eingang des Vergleichsrelais 38 während einer Zeit ab, die im allgemeinen ausreicht, damit das an dem Ausgang der Addierschaltung 30 erhaltene Signal eine ausreichende Größe erreicht, d.h. größer ist, als die des von der Bezugsquelle 32 abgegebenen Signals. Im allgemeinen ist dieser verzögerte Unterbrecher während etwa 3 bis 4 Minuten während eines Zeitab-
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schnittes von etwa 10 Minuten geöffnet.
Obwohl in der Figur nur ein einziges Relais dargestellt wurde, kann die Vorrichtung auch eine Programmierungsmatrix aufweisen, deren Eingänge mit den Ausgängen des Relais 38 verbunden sind und deren programmierbare Ausgänge die Unterbrecher verschiedener Verbraucher steuern können. Man kann dadurch die Verbraucher auswählen, die ohne Schwierigkeit abgeschaltet werden können und die anderen Verbraucher weiterhin versorgen, deren Versorgung unerläßlich ist. .
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zur überwachung der elektrischen Energie, die von einer Energiequelle abgegeben wird, gekennzeichnet durch
    einen Fühler, der ein elektrisches Signal abgibt, dessen Amplitude proportional der momentanen Leistung ist, die von der Energiequelle abgegeben wird,
    eine erste Quelle, die ein erstes, elektrisches Bezugssignal abgibt, dessen Amplitude proportional einer bestimmten elektrischen Nennleistung ist,
    eine erste Addierschaltung, die das elektrische Signal empfängt, das von dem Fühler abgegeben wird, sowie das erste Bezugssignal, um an ihrem Ausgang ein elektrisches Signal abzugeben, dessen Größe gleich der Differenz der Größen dieser beiden Signale ist,
    einen Integrator dieses elektrischen Signals, das gleich der Differenz dieser Signale ist, der ein Integrationssignal abgibt,
    Einrichtungen, um den Integrator auf Null zurückzustellen und
    Einrichtungen, um die Größe des Integrationssignals vor der Rückstellung des Integrators auf Null im Vergleich zu einer bestimmten Größe festzustellen*
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um ein Alarmsignal abzugeben, wenn die Größe des Integrationssignals vor der Rückstellung des Integrators auf Null kleiner als die bestimmte Größe ist.
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  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wenigstens ein Relais, das von dem Alarmsignal gesteuert wird und das es ermöglicht, wenigstens eine elektrische Vorrichtung abzutrennen, die von der Energiequelle gespeist wird.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler wenigstens ein Bauteil aufweist, das ein Signal liefert, dan dem elektrischen Strom proportional ist, der von der Energiequelle abgegeben wird, sowie ein Bauteil, das ein Signal abgibt, das der Spannung proportional ist, die von der Energiequelle abgegeben wird, sowie eine Multiplizierschaltung aufweist, deren beide Eingänge mit den jeweiligen Ausgängen der beiden Bauelemente verbunden ist, um an ihrem Ausgang das Signal abzugeben, das der momentanen Leistung proportional ist, die von der Energiequelle abgegeben wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator aus einem Funktionsverstärker besteht, der in seiner Gegenkopplungsschleife eine Kapazität aufweist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, um den Integrator auf Null zurückzustellen, aus einem Widerstand und einem steuerbaren Unterbrecher bestehen, und die es durch Schließen des Unterbrechers ermöglichen, die Kapazität über den Widerstand zu entladen.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bestimmung der Größe des Integrationssignals vor der Rückstellung des Integrators auf Null bezüglich eines bestimmten Viertes aus einer zweiten Quelle, die ein zweites elektrisches Bezugssignal abgibt, einer Addierschaitung des zweiten Bezugssignals und des Integrationssignals und einem Unterbrecher mit regulierbarer
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    Verzögerung bestehen, der an den Ausgang der Addierschaltung angeschlossen ist, um den Ausgang der Addierschaltung nach jeder Rückstellung des Integrators auf Null während einer Zeit abzutrennen, die kleiner als die Zeit zwischen jeder Rückstellung des Integrators auf Null ist.
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