DE2259098B2 - Schaltungsanordnung zur Potentialsymmetrierung, Überwachung und Begrenzung des höchstzulässigen Isolationsspannungswertes in Konstantstromanlagen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Potentialsymmetrierung, Überwachung und Begrenzung des höchstzulässigen Isolationsspannungswertes in KonstantstromanlagenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Potentialsymmetrierung, Überwachung
und Begrenzung des hochstzulässigen Isolationsspan-
nungswertes in Konstantstromanlagen mit in bunter Reihe Li einer Schleife geschalteten Stromerzeugern
und Verbrauchern.
Konstantstromanlagen bieten den Vorteil, daß eine große Anzahl von voneinander unabhängigen Gleich-
*o stromverbrauchern mit großer Summennennleistung
von wenigen Generatoren mit kleiner Summennennleistung gespeist werden können. Liegen im Konstantstromkreis
wichtige Verbraucher (z. B. Umformer für die Bordnetzversorgung) und weniger
»5 wichtige Verbraucher (z. B. Winden), so müssen die weniger wichtigen Verbraucher bei Überlastung der
Generatoren (d. h. bei zu hoher Generatorspannung) in ihrer Leistungsaufnahme reduziert werden. In vielen
Fällen ist auch eine Begrenzung der Leistung von
unwichtigen Verbrauchern beim Überschreiten der Nennisolationsspannung erforderlich.
Eine Konstantstromanlage kann z. B. mit vier Konstantstromgeneratoren und mit vier Verbrauchern
ausgerüstet sein. Die Generatoren werden automa-
tisch auf gleiche Leistung geregelt, d. h. ihre Spannungen sind gleich groß. Die Leistungen der Verbrauchet
werden nach den Bedürfnissen des Prozesses vorgegeben,
sie sind daher im allgemeinen nicht gleich und deshalb sind auch ihre Spannungen nicht gleich groß.
4» Aus der Zeitschrift »Hansa« 105 (1968) Sondernummer
November, Seiten 1901 bis 1903 ist der Aufbau
der Regelung einer Konstantstromanlage ersichtlich. Die in Reihe geschalteten Generatorerregerwickiungen
werden von einem gemeinsamen Thyri-
storgleichrichter in vollgesteuerter Drehstrom-Brükkenschaltung
gespeist, dessen Spannung über einen Impulssteuersatz gesteuert wird. Vor dem Impulssteuersatz
befindet sich ein Erregerstromregler, der als PI-Regler ausgebildet ist und die Aufgabe hat, den
Erregerstrom für die Generatoren nach Maßgabe eine!» vorgeschalteten Ankerstromreglers einzustellen.
Um die Überlastung einer Maschine zu verhindern, sind zusätzliche Hilfsmaßnahmen erforderlich. So ist
neben der eigentlichen Ankerstromregelung eine
Einrichtung zur Überwachung des Erregerstromes der Generatoren und ihrer Spannung vorgesehen. Die
Begrenzung des Erregerstromes erfolgt durch einen Eingriff in den Erregerstromregler, der beim Überschreiten
eines eingestellten Grenzwertes wirksam wird. In Fällen, in denen auch die Dieseldrehzahl unzulässig
ansteigt, muß zusätzlich die Generatorspannung überwacht werden. Dies erfolgt mittels einer
Diodenschaltung, die durch eine laufende Messung der einzelnen Generatorspannungen die größte dieser
Spannungen erfaßt und einem Weiteren PI-Regler zuführt. Mit der Diodenschaltung wird somit ganz allgemein
eine Überlast im Konstantstromkreis erfaßt und durch Eingriff in die Erregung aller Stromerzeuger
reduziert. Eine Auswahl und Zurücksteuerung des ^ertasteten Aggregats ist jedoch auf Grund der Reihenschaltung
der Erregerwicklungen nicht möglich. £)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in KonrfaBtstromanlagen
mit in bunter Reihe in einer erfjeife geschalteten Stromerzeugern und Verbrauchern
die Potentiale an allen Schleifenknoten zu symnietricren
und eine Überwachung und Begrenzung des "=——ι Isolationsspannungswertes bei allen
durchzuführen.
tnebszuständen durchzuführen. «>
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Stromerzeugern zugeordneten positiven
Schleifenknoten über Dioden in Durchlaßrichtung mit einem ersten AtsschluBpunkt und die den Verbrauchern
zugeordneten negativen Schleifenknoten über »5
dioden in Sperrichtung mit einem zweiten Anschlußnunkt
verbunden sind, daß beide Anschlußpunkte jjber deich große Widerstände an Erde liegen und
daß die Stromerzeuger und Verbrecher in Abhän-
«gkeit von den durch die Dioden fließenden Strömen *>
fcnSinne einer Begrenzung des Knotenpunktpotentials
beeinflußbar sind.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß eine selbsttätige
Symmetrierung der Knotenpunktspotentiale ei- a5
nes Konstantstromkreises mit technisch wenig aufwendigen Mitteln erreicht wird. Ferner bildet die
Schaltungsanordnung die Voraussetzung für die Überwachung der Knotenpunktpotentiale. Werden
vorgegebene Maximalwerte der Isolationssp^iinungen 3<>
überschritten, werden durch begrenzende Eingriffe in die vorhandenen Regeleinrichtungen der Stromerzeuger
und Verbraucher unzulässig hohe Spannungen vermieden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind von den Diodenströmen Signale abgeleitet, die zur
Alarmgabe und zur selbsttätigen Beeinflussung der Stromerzeuger und Verbraucher dienen.
Bei einer Konstantstromanlage, bei der zwischen zwei Stromerzeugern mehrere Verbraucher in Reihe
liegen und durch Rückleistung von Verbrauchern die den Verbrauchern zugeordneten Schleifenknoten ein
höheres positives Potential erreichen können als die den Stromerzeugern zugeordneten Schleifenknoten,
sind zweckmäßig zusätzliche Dioden in Durchlaßrichrung zwischen den den Verbrauchern zugeordneten
Schleifenknoten und dem ersten Anschlußpunkt angeordnet. Bei einer Konstantstromanlage, bei der
durch Rückleistung von Generatoren die den Generatoren zugeordneten Schleifenknoten ein höheres ne-
«atives Potential erreichen können Vs die den Verbrauchern zugeordneten Schleifenknoten, sind dagegen
zusätzliche Dioden in Sperrichtung zwischen den den Generatoren zugeordneten Schleifenknoten und
dem zweiten Anschlußpunk« angeordnet. Die zusatzliehen Dioden können zusammen mit den zugehörigen
Dioden zur gemeinsamen Stromerfassung zusammengeschaltet sein, so daß eine Alarmgabe und Eingriffe
in die Regelung einfacher getätigt werden können.
Zur Begrenzung der Knotenpunktspotentiale sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die
Stromerzeugerund Verbraucher in Abhängigkeit von den Diodenströmen derart beeinflußbar, daß bei
Überschreiten einstellbarer Grenzwerte des positiven Knotenpunktpotentiais die Spannung des vor dem betreffenden
Schleifenknoten liegenden Stromerzeugers verkleinert und bei Überschreiten einstellbarer
Grenzwerte des negativen Knotenpunktpotentials die Spannung des vor deai betreffenden Schleifenknoten
liegenden Verbrauchers verkleinert wird. Wenn zwischen zwei Stromerzeugern mehrere Verbraucher in
Reihe Hegen, sind die Stromerzeuger in Abhängigkeit von den Diodenströmen derart beeinflußbar, daß bei
Überschreiten einstellbarer Grenzwerte des positiven Knotenpunktpotentials an Schleifenknoten hinter
Verbrauchern die Spannung des davoriiegenden Stromerzeugers verkleinert wiid.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 aeine Konstantstromanlage mit einem Dioden-Widerstands-Netzwerk,
Fig. Ib eine grafische Darstellung der Potentialdifferenzen
zwischen den Schleifenknoten für einen beispielsweise gewählten Belastungsfall,
Fig. 2 einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Konstantstromanlage
und
Fig. 3 einen Teil einer Konsiantstromanlage mit
1 zwei hintereinander angeordneten Verbrauchern.
In Fig. 1 a ist als Beispiel eine Konstantstromanlage mit vier Konstantstromgeneratoren G1, C:. Gy
G4 und mit vier Verbrauchern Af1, M2, M„ M4 dargestellt.
Stromerzeuger und Verbraucher in einer Schleife sind in bunter Reihe angeordnet. An den
Schleifenknoten 1.1 1.2 2.2. 2.3, 3.3, 3.4, 4.4, 4.1 ist ein Diodenwiderslandsnetzwerk angeschlossen.
Die den Stromerzeugern zugeordneten Schleifenknoten 1.1. 2.2. 3.3. 4.4 sind über Dioden in Durchlaßrichtung
mit einem ersten Anschlußpunkt 1 und die den Verbrauchern zugeordneten Schleifenknoten 1.2,
2.3. 3.4, 4.1 über Dioden in Sperrichtung mit einem zweiten Anschlußpunkt 2 verbunden. Beide Anschlußpunkte
liegen über gleich große Widerstände K, und Λ, an Erde.
Die Konstantstromgeneratoren werden automatisch auf gleiche Leistung geregelt, das heißt: ihre
Spannungen 1^1, U4,,, uGJ, u,;4 sind gleich groß. Die
Verbraucherleistungen werden nach den Bedürfnissen des Arbeitsprozesses vorgegeben, sind im allgemeinen
also nicht gleich groß. Daher sind auch die Verbraucherspannungen uMI, «M2, uM„ uM4 nicht
gleich groß.
Fig. lh zeigt für einen willkürlich gewählten Belastungsfall
die graphisch addierten Potentialdifferenzen zwischen den Schleifenknoten der Konstantstromanlage
sowie die höchstzulässige Isolationsspannung uu. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß die
größte Differenz zwischen den Knoten 3.3 und 3.4 auftritt und somit über dem Verbraucher M3 liegt.
Das angeschaltete Diodenwiderstandsnetzwerk wählt durch die in den Schleifenknoten angeschlossenen
Dioden in allen Betriebszuständen aus den positiven und negativen Potentialen diejenigen mit den
höchsten Beträgen aus und symmetriert diese mit Hilfe der Widerstände /?, und R2 gegenüber Erde.
Der über die Widerstände R, und R1 ständig fließende
Strom ist der größten vorkommenden Potentialdifferenz proportional. Dieser Strom fließt dem Anschlußpunkt
1 stets nur über eine einzige Diode von einem einzigen Schleifenknoten zu. Der vom Anschlußpunkt
2 abfließende Strom wird ebenfalls nur durch eine einzige der Dioden in einen Schleifenknoten der
Konstantstromschleife zurückfließen.
Aus Fig. 1 a ist ersichtlich, daß in Reihe zu den Dioden des Netzwerkes Meßwertgeber zur Strommessung
angeordnet sind. Gemäß Fig. Ib weist der Schleifenknoten 3.3 das größte positive Potential und
der Schleifenknoten 3.4 das größte negative Potential
auf. Die hierdurch hervorgerufenen Diodenströme /„,
und I02 können zur Alarmnieldung bei Überschreiten
vorgegebener Potentialwerte und zum automatischen Reduzieren der Spannungen bei Fehlern in der Konstantstromschleife benutzt werden.
Im Erdschlußfall oder bei merklicher Verminderung des Isolationswiderstandes fließt ein Strom über
die Verbindung des Schleifenknotens zwischen den Widerständen Λ, und R2 und der Erde. Die Größe
dieses Stromes ist abhängig von der Minderung des Isolationswiderstandes und kann in an sich bekannter
Weise zur Überwachung des Isolationswiderstandes der Gesamtanlage verwendet werden.
Fig. 2 zeigt einen Teil der Konstantstromanlage der Fig. I. Der Verbraucher M2 gibt Rückleistung
in den Konstantstromkreis ab. Das bedeutet, daß seine Spannung in gleicher Richtung liegt wie die Spannung
der Stromerzeuger. Der Schleifenknoten 2.3 der Fig. 2 hat dadurch höheres Potential als der Knoten
2.2, wie aus der zugehörenden graphischen Darstellung hervorgeht. Da der Schleifenknoten 2.3 jedoch
nicht auf positive Spannung gegen Erde abgefragt wird, hat er keinen Einfluß auf die Symmetrierung.
In die Symmetrierungsschaltung geht jedoch der Schleifenknoten 3.3 ein. der ein noch höheres Potential als der Knoten 2.3 hat. Die Schaltung arbeitet also
richtig. Selbst unter der Voraussetzung, daß der Stromerzeuger G3 abgeschaltet ist, bleibt die richtige Funktion erhalten, da der Schleifenknoten 3.3 dann das
gleiche Potential haben muß wie der Knoten 2.3.
Liegen zwischen zwei Stromerzeugern mehrere Verbraucher (z. B. M21 und M2, in Fi g. 3) und gibt
z. B. der erste Verbraucher - Zählweise in Stromrichtung vorausgesetzt - Rückleistung ab, so entstehen
die in Fig. 3 gezeigten Potentialverhältntsse. Der Schleifenknoten 2.22 hat höheres Potential als alle
anderen Schleifenknoten. In diesem Fall muß eine zusätzliche Diode zwischen dem Schleifenknoten 2.22
und. dem Anschlußpunkt 1 angeordnet werden. Für
die Alarmgabe und gegebenenfalls für Eingriffe in die
Regelung genügt es in den meisten Fällen, die Stromsumme der den Schleifenknoten 2.21 und 2.22 zugeordneten Dioden zu messen, da zwischen diesen Knoten nicht unterschieden werden muß.
Wenn in einer Konstantstromanlage wichtige Verbraucher, beispielsweise Bordnetzumformer, und weniger wichtige Verbraucher, z.B. Windenantriebe,
liegen, müssen die weniger wichtigen Verbraucher bei Überlastung der Stromerzeuger, also bei zu hoher Ge
ncratorspannung, in ihrer Leistungsaufnahme reduziert werden. Es bleiben alle Drehmomente erhalten,
nur die Drehzahlen müssen gesenkt werden. Bezüglich eines Windenantriebes würde eine Drehzahlab-
S Senkung bedeuten, daß das volle Moment erhalten bleibt und damit der Zug der Winde und daß lediglich
die Seilgeschwindigkeit vermindert wird.
Bei ungünstiger Schaltung der Stromerzeuger -beispielsweise wenn mehrere hintereinanderliegende
ίο Generatoren abgeschaltet sind, kann die Nennisolations&pannung überschritten werden. Damit nun die
Nennbetriebsspannung der Anlage nicht nach diesen selten vorkommenden hohen Weiten dimensioniert
werden muß, werden die aus den Diodenströmen her
geleiteten Signale benutzt, um die Knotenpunkt-
potcntiale an den Stromerzeugern und den Verbrauchern zu begrenzen.
Gemäß Fig. la werden alle Schleifenknoten 1.1.
2.2, 3.3. 4.4 hinter den Stromerzeugern auf Übcr-
ao schreitung der zulässigen positiven Grenzspannung
gegen Erde überwacht. Bei Überschreiten einstellbarer Grenzwerte wird durch Eingriff in die Regelung
die Spannung des vor dem Schleifenknoten liegenden Stromerzeugers verkleinert. Eine Überschreitung der
»5 betriebsmäßigen zulässigen Isolationsbeanspruchung ist somit vermieden. Im Falle, daß die positiven
Grenzwerte bei sehr umfangreichen Konstantstromanlagen mit vielen Generatoren und Motoren in Reihe
an mehr als einem Schleifenknoten aberschritten
werden, erstreckt sich die Spannungsbegrenzung
durch Eingriff in die Regelung auf mehrere Generatoren.
Alle Schleife nknoten 1.2, 2.3. 3.4, 4.1 hinter den
Verbrauchern werden gemäß der Fig. 1 a auf Über-
schreiten der zulässigen negativen Grenzspannung gegen Erde überwacht. Bei Erreichen einstellbarer
Grenzwerte wird durch Eingriff in die Regelung des vor dem Schleifenknoten liegenden Verbrauchers die
Spannung verkleinert und eine Überschreitung des
zulässigen lsolationsspannungswertes vermieden. Bei Anordnung von wichtigen und unwichtigen Verbrauchern in der Konstantstromschleife darf die Spannungsverminderung natürlich nur auf die unwichtigen
Verbraucher wirken.
Wenn durch Rückleistung von Verbrauchern an
Schleifenknoten hinter Verbrauchern (Fig. 3) ein einstellbarer Grenzwert des positiven Knotenpunkt -potentials überschritten wird, erfolgt durch Eingriff
in die Regelung eine Verkleinerung der Spannung des
davoriiegendcn Stromerzeugers,
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zur Potentialsyrametrierung,
Überwachung und Begrenzung des hochstzulässigen Isolationsspannungswertes in
Konstantstroraanlagen mit in bunter Reihe in einer Schleife geschalteten Stromerzeugern und
Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromerzeugern zugeordneten positiven
Schleifenknoten (1.1,2X 3.3,4.4) über Dioden in Durchlaßrichtung mit einem ersten Anschlußpunkt
(1) und die den Verbrauchern zugeordneten negativen Schleifenknoten (1.2,23,
3.4,4.1) über Dioden in Sperrichtung mit einem
zweiten Anschlußpunkt (2) verbunden sind, daß beide Anschlußpunkte (1, 2) über gleich große
Widerstände (A1, A2) an Erde hegen und daß die
Stromerzeuger und Verbraucher in Abhängigkeit von den durch die Dioden fließenden Strömen
('m· '/>:) 'm Sinne einer Begrenzung des Knotenpunktpotentials
beeinflußbar sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß von den Diodenströmen
Signale abgeleitet sind, die zur Alarmgabe und zur selbsttätigen Beeinflussung der Stromerzeuger
und Verbraucher dienen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen zwei Stromerzeugern mehrere
Verbraucher in Reihe liegen und durch Rückleistung von Verbrauchern die den Verbrauchern
zugeordneten Schleifenknoten ein höheres positives Potential erreichen können als die den Stromerzeugern
zugeordneten SduVifenknoten, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Dioden in
Durchlaßrichtung zwischen den den Verbrauchern zugeordneten Schleifenknoten (2.22) und dem ersten
Anschlußpunkt (1) angeordnet rind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der durch Rückleistung von Generatoren
die den Generatoren zugeordneten Schleifenknoten ein höheres negatives Potential erreichen können
als die den Verbrauchern zugeordneten Schleifenknoten, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzliche Dioden in Sperrichtung zwischen den den Generatoren zugeordneten Schleifenknoten
und dem zweiten Anschlußpunkt (2) angeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
zusätzlichen Dioden zusammen mit den zugehörigen Dioden zur gemeinsamen Stromerfassung zusammengeschaitet
sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis S dadurch gekennzeichnet, daß die
Stromerzeuger und die Verbraucher in Abhängigkeit von den Diodenströmen derart beeinflußbar
sind, daß bei Überschreiten einstellbarer Grenzwerte des positiven Knotenpunktpotentials die
Spannung des vor dem betreffenden Schleifenknoten liegenden Stromerzeugers verkleinert und
bei Überschreitung einstellbarer Grenzwerte des negativen Knotenpunktpotentials die Spannung
des vor dem betreffenden Schleifenknoten liegenden Verbrauchers verkleinert wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei der zwischen zwei Stromerzeugern mehrere Verbraucher
in Reihe liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeuger in Abhängigkeit von
den Diodenströmen derart beeinflußbar sind, daß bei Überschreiten einstellbarer Grenzwerte des
positiven Knotenpunktpotentials an Schleifenknoten hinter Verbrauchern die Spannung des davorliegenden
Stromerzeugers verkleinert wird.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722259098 DE2259098C3 (de) | 1972-12-02 | 1972-12-02 | Schaltungsanordnung zur Potentialsymmetrierung, Überwachung und Begrenzung des höchstzulässigen Isolationsspannungswertes in Konstantstromanlagen |
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ID=5863353
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1973
- 1973-11-22 NL NL7315994A patent/NL156551B/xx not_active IP Right Cessation
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- 1973-11-30 FR FR7342801A patent/FR2209237B1/fr not_active Expired
Also Published As
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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