DE2364347B1 - Vorrichtung zum Feststellen des Überschreitens eines vorbestimmten Verbrauches elektrischer Energie in einem Mehrphasennetz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen des Überschreitens eines vorbestimmten Verbrauches elektrischer Energie in einem Mehrphasennetz. Es sind Vorrichtungen dieser Art unter dem Namen »Maximumwächter« bekannt. Bei einem bekannten Maximumwächter dieser Art (DT-AS 1 136 418) werden ein Elektrizitätszähler und ein Synchronmotor verwendet. Mit dem Elektrizitätszähler wird die elektrische Arbeit gemessen. Der Synchronmotor liefert eine konstante Drehzahl, die einer bestimmten elektrischen Arbeit entspricht. Mit Hilfe eines Differentialgetriebes wird die Drehzahl des Elektrizitätszählers mit der Drehzahl des Synchronmotors

verglichen. Überschreitet die Drehzahl des Elektrizitätszählers die Drehzahl des Synchronmotors, dann wird ein Kontaktpaar und damit der Stromkreis einer Alarmeinrichtung geschlossen. Dieser bekannte Maximumwächter hat den Nachteil, daß die mechanisehe Reibung im Elektrizitätszähler, im Synchronmotor und im Differentialgetriebe Meßfehler hervorruft. Außerdem erfordern ein Elektrizitätszähler, ein Synchronmotor und ein Differentialgetriebe einen relativ großen Aufwand und einen großen Raum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben bezeichneten Art zu schaffen, die sehr genau arbeitet, einfach ausgebildet ist, wenig Raum beansprucht und die beim Überschreiten des vorbestimmten Verbrauches elektrischer Energie ein elektrisches Signal abgibt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erfassung eines jeden Phasenstromes je ein Stromwandler mit einem Bürdenwiderstand oder je ein Shunt und zur Gleichrichtung der am Bürdenwiderstand bzw. am Shunt abfallenden Wechselspannung je ein Operationsverstärker vorgesehen ist, daß in Reihe mit den Operationsverstärkern ein als Summierverstärker dienender Operationsverstärker liegt, dessen invertierendem Eingang die Ausgangsgleichspannungen der vorgeschalteten Operationsverstärker zugeführt sind, daß dem Summierverstärker ein als Differenzverstärker dienender Operationsverstärker nachgeschaltet ist, dessen invertierendem Eingang die Summenspannung und dessen nichtinvertierendem Eingang eine einer vorbestimmten Stromstärke entsprechende Vergleichsspannung zugeführt ist und dessen Ausgang beim Überschreiten der der vorbestimmten Stromstärke entsprechenden Vergleichsspannung durch die der erfaßten Stromstärke entsprechende Summenspannung ein Signal abgibt.

Durch den Wegfall jeglicher mechanischer Bauteile wird eine exakte Bestimmung des verbrauchten elektrischen Stromes und damit bei konstanter Netzspannung der elektrischen Leistung erreicht. Die Stromstärke wird hierbei in eine proportionale Gleichspannung verwandelt, die mit einer konstanten, einer vorbestimmten Stromstärke entsprechenden Vergleichsspannung verglichen wird. In einem als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärker werden dann beide Spannungen miteinander verglichen. Bei Überschreiten der Vergleichsspannung durch die Meßspannung kann ein Signal oder ein bestimmter Vorgang ausgelöst werden. Durch Verwendung elektronischer Bauelemente wird einerseits eine genaue Messung und andererseits eine

raumsparende Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht. Die lineare Gleichrichtung mittels Operationsverstärkern hat den Vorteil, daß die bei herkömmlicher Diodengleichrichtung auftretenden Fehler (Verzerrung, schlechter Richtwirkungsgrad) vermieden werden. Zur Erzeugung der Vergleichsspannung sind über einen Stufenschalter wahlweise einschaltbare Potentiometer vorgesehen. Hierbei entspricht jedem Potentiometer eine vorbestimmte Stromstärke, z. B. 20,40, 60, 80 Ampere. Durch das Potentiometer kann die gewünschte Stromstärke äußerst exakt eingestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mit dem Ausgang des Differenzverstärkers ein Steuerrelais verbunden sein, das einen Schalter, vorzugsweise einen Überstromschalter, steuert, der den bzw. die Verbraucher beim Überschreiten der vorbestimmten Stromstärke abschaltet.

Es besteht auch die Möglichkeit, mit dem Ausgang des Differenzverstärkers eine Lampe, z. B. eine rote Lampe, zu verbinden, die beim Überschreiten der vorbestimmten Stromstärke aufleuchtet. Diese rote Lampe zeigt dem die Verbraucher Überwachenden an, daß der vorbestimmte Strom bereits überschritten worden ist. Er kann nun Maßnahmen treffen, um den Strom zu reduzieren, oder die Verbraucher teilweise oder ganz abschalten.

Es besteht ferner die Möglichkeit, mit dem Ausgang des Differenzverstärkers einen Impulszähler zu verbinden, der die Anzahl der Überschreitungen der vorbestimmten Stromstärke zählt. Zur Verzögerung des den Impulszähler betätigenden Impulses kann ein Zeitglied vorgesehen sein. Auf diese Weise bleiben kurzzeitige uninteressante (vernachlässigbare), unschädliche Stromspitzen unberücksichtigt. Zur genauen Einstellung der Verzögerung kann das Zeitglied ein Potentiometer aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann (parallel) zum Differenzverstärker ein zweiter, als Differenzverstärker dienender Operationsverstärker geschaltet sein, dessen invertierendem Eingang die Summenspannung und dessen nichtinvertierendem Eingang eine Vergleichsspannung zugeführt ist, die einer Stromstärke entspricht, die kleiner als die vorbestimmte Stromstärke ist, und mit dem Ausgang des zweiten Differenz-Verstärkers kann eine als Vorwarnlampe dienende Lampe, z. B. eine gelbe Lampe, verbunden sein. Durch diese Vorwarnlampe wird der die Verbraucher Überwachende darauf aufmerksam gemacht, daß der Strom bereits eine Stärke erreicht hat, die der vorbestimmten Stromstärke sehr nahe ist. Der die Verbraucher Überwachende kann nun den Strom reduzieren oder die Verbraucher teilweise oder ganz abschalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig.2 eine Schaltung einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung.

An ein Netz mit den Phasen R, S, Γ sind nicht dargestellte Verbraucher angeschlossen. Jeder Phasenzuleitung ist ein Stromwandler 8 zugeordnet, der eine Sekundärwicklung 9 aufweist. Parallel zu jeder Sekundärwicklung 9 liegt ein Bürdenwiderstand 10. Über Widerstände 11,12 sind die Sekundärwicklung 9 und der Bürdenwiderstand 10 an einen invertierenden Eingang 2 und an einen nichtinvertierenden Eingang 3 eines Operationsverstärkers 13 angeschlossen. An Stelle der Stromwandler 8 mit den Sekundärwicklungen 9 und den Bürdenwiderständen 10 können auch Shunts vorgesehen sein. Ein Potentiometer 14, das an Anschlüsse 1, 4, 5 des Operationsverstärkers 13 angeschlossen ist, dient als Offsetabgleich. An Anschlüssen 4, 7 erfolgt die Spannungszuführung. Die an dem Bürdenwiderstand 10 liegende Wechselspannung wird über den einen linearen Halbwellengleichrichter darstellenden Operationsverstärker 13 gleichgerichtet und mittels eines Kondensators 15 geglättet. Zwischen dem Kondensator 15 und dem invertierenden Eingang 2 liegt ein Widerstand 16. Für eine positive Eingangsspannung ist die Ausgangsspannung 0. Eine negative Eingangsspannung wird im Verhältnis der Widerstände 16/11 verstärkt und erscheint am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 13 positiv. Eine Diode 17 dient zur Unterdrückung der negativen Ausgangsspannung. Über eine Diode 18 wird die positive Ausgangsspannung ausgekoppelt.

Über Widerstände 19 werden die positiven Ausgangsgleichspannungen dem invertierenden Eingang 2 eines Operationsverstärkers 20 zugeführt, der als Summierverstärker arbeitet und die positiven Ausgangsgleichspannungen der Operationsverstärker 13 addiert. Hierbei wirken sich ungleich große Phasenbelastungen nicht nachteilig aus. Die Summenmeßgleichspannung erscheint am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 20, der außer dem nichtinvertierenden Eingang 3 Anschlüsse 1, 4, 5 und 7 aufweist. Zum Abgleich der Offsetspannung dient das Potentiometer 14.

Die Summenmeßgleichspannung am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 20 wird über Widerstände 21,22 dem invertierenden Eingang 2 eines Operationsverstärkers 23 zugeführt, der als Differenzverstärker arbeitet. Der nichtinvertierende Eingang 3 des Operationsverstärkers 23 ist mit einem Stufenschalter 24 verbunden, an dessen festen Kontaktstücken 25,26,27 Potentiometer 28 bis 30 liegen. Diese Potentiometer 28 bis 30 dienen zur Einstellung vorbestimmter Spannungen, die vorbestimmten Stromstärken, z. B. von 20, 40, 60 Ampere entsprechen und dem nichtinvertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers 23 zugeführt werden. Der Operationsverstärker 23 arbeitet als Schmitt-Trigger. Im Operationsverstärker 23 erfolgt ein Vergleich zwischen der durch die Potentiometer 28 bis 30 gelieferten Sollwertspannung mit der Summenmeßgleichspannung am invertierenden Eingang 2 des Operationsverstärkers 23. Überschreitet die Summenmeßgleichspannung am invertierenden Eingang 2 die Sollwertspannung am nichtinvertierenden Eingang 3, dann erscheint am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 23 ein Signal, mit dem ein Relais 31 am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 23 betätigt wird. Parallel zum Relais 31 liegt eine Diode 32. Das Relais 31 weist ein Schaltkontaktpaar 33 auf, durch das ein mehrphasiger Überstromschalter 34 betätigt wird, der sämtliche Verbraucher abschaltet. Ein Netzgerät 35 dient zur Stromversorgung der Schaltung gemäß F i g. 1.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 2 weist ebenso wie die Vorrichtung gemäß F i g. 1 Stromwandler 8 mit der Sekundärwicklung 9 und einem Bürdenwiderstand 10 sowie Operationsverstärker 13, 20, 23 auf. Hierbei dient ebenfalls der Operationsverstärker 20 als Summierverstärker und der Operationsverstärker 23 als Differenzverstärker. Das Signal am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 23 kann zur Betätigung eines Impulszählers 36 dienen. Dieser Impulszähler 36 zählt also die Anzahl der Überschreitungen der vorbestimmten Stromstärke. Um die Überschreitungen der vorbestimmten Strom-

stärke jeweils optisch anzeigen zu können, ist eine rote Lampe 37 vorgesehen, die bei jeder Überschreitung der vorbestimmten Stromstärke aufleuchtet.

Um die kurzzeitigen Überschreitungen der vorbestimmten Stromstärke auszuschließen, ist ein Zeitglied 38 mit einer Vierschichtdiode 39 vorgesehen, wodurch eine Verzögerung des den Impulszähler 36 betätigenden Signais erreicht wird. Auf diese Weise werden nur langer andauernde Überschreitungen vom Impulszähler 36 gezählt Mit dem Zeitglied 38 steht ein Potentiometer 40 in Verbindung, mit dem die zeitliche Verzögerung genau eingestellt werden kann. Die Verzögerung kann z. B. eine Minute betragen. Erst nach dieser Zeit leuchtet die rote Lampe 37 auf bzw. wird die Überschreitung vom Impulszähler 36 gezählt.

Wie die F i g. 2 zeigt, liegt parallel zum Operationsverstärker 23 ein weiterer Operationsverstärker 41, der ebenfalls als Differenzverstärker und Schmitt-Trigger arbeitet. Mit dem Ausgang 6 des Operationsverstärkers 41 steht über einen Transistor 42 eine gelbe Vorwarnlampe 43 in Verbindung. An dem invertierenden Eingang 2 des Operationsverstärkers 41 liegt die Summenmeßgleichspannung und an dem nichtinvertierenden Eingang 3 eine einstellbare Sollwertspannung, mit der die Summenmeßgleichspannung verglichen wird. Durch das am Ausgang 6 des Operationsverstärkers 41 beim Überschreiten der Sollwertspannung durch die Summenmeßgleichspannung erscheinende Signal wird die Vorwarnlampe 43 zum Aufleuchten gebracht. Die Sollwertspannung am nichtinvertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers 41 ist hierbei so eingestellt, daß sie unterhalb derjenigen Spannung liegt, die der vorbestimmten Stromstärke entspricht Die aufleuchtende Vorwarnlampe 43 zeigt dem die Verbraucher Überwachenden an, daß mit einer Überschreitung der vorbestimmten Stromstärke gerechnet werden kann. Um diese Überschreitung zu verhindern, kann er entweder die Stromstärke reduzieren oder die Verbraucher teilweise oder ganz abschalten. Beträgt z. B. die vorbestimmte Stromstärke 40 Amp. dann kann die Vorwarnlampe 43 z. B. bei einer Stromstärke von 38 Amp. zum Aufleuchten gebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen des Überschreitens eines vorbestimmten Verbrauches elektrischer Energie in einem Mehrphasennetz, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung eines jeden Phasenstromes je ein Stromwandler (8) mit einem Bürdenwiderstand (10) oder je ein Shunt und zur Gleichrichtung der am Bürdenwiderstand (10) bzw. am Shunt abfallenden Wechselspannung je ein Operationsverstärker (13) vorgesehen ist, daß in Reihe mit den Operationsverstärkern (13) ein als Summierverstärker dienender Operationsverstärker (20) liegt, dessen invertierendem Eingang (2) die Ausgangsgleichspannungen der vorgeschalteten Operationsverstärker (13) zugeführt sind, daß dem Summierverstärker (20) ein als Differenzverstärker dienender Operationsverstärker (23) nachgeschaltet ist, dessen invertierendem Eingang (2) die Summenspannung und dessen nichtinvertierendem Eingang (3) eine einer vorbestimmten Stromstärke entsprechende Vergleichsspannung zugeführt ist und dessen Ausgang (6) beim Überschreiten der der vorbestimmten Stromstärke entsprechenden Vergleichsspannung durch die der erfaßten Stromstärke entsprechende Summenspannung ein Signal abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vergleichsspannung über einen Stufenschalter (24) wahlweise einschaltbare Potentiometer (28 bis 30) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (23) ein Steuerrelais (31) verbunden ist, das einen Schalter, vorzugsweise einen Überstromschalter (34), steuert, der den bzw. die Verbraucher beim Überschreiten der vorbestimmten Stromstärke abschaltet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang (6) des Differenzverstärkers (23) eine Lampe, z. B. eine rote Lampe (37), verbunden ist, die beim Überschreiten der vorbestimmten Stromstärke aufleuchtet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang (6) des Differenzverstärkers (23) ein Impulszähler (36) verbunden ist, der die Anzahl der Überschreitungen der vorbestimmten Stromstärke zählt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung des den Impulszähler (36) betätigenden Impulses ein Zeitglied (38) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (38) ein Potentiometer (40) zur genauen Einstellung der Verzögerung aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Differenzverstärker (23) ein zweiter, als Differenzverstärker dienender Operationsverstärker (41) geschaltet ist, dessen invertierendem Eingang (2) die Summenspannung und dessen nichtinvertierendem Eingang (3) eine Vergleichsspannung zugeführt ist, die einer Stromstärke entspricht, die kleiner als die vorbestimmte Stromstärke ist, und daß mit dem Ausgang (6) des zweiten Differenzverstärkers (41) eine als Vorwarnlampe

(43) dienende Lampe, z. B. eine gelbe Lampe, verbunden ist.