DE2364347C2 - Vorrichtung zum Feststellen des Überschreitens einer vorbestimmten Summe der Phasenströme in einem Mehrphasennetz - Google Patents

Description

chende Vergleichsspannung vorgesehen ist, bei deren Überschreitung durch eine der erfaßten Summe der Phasenströme entsprechende Spannung ein Signal abgegeben wird.

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 der vorbestimmten Summe der Phasenströme ein elektrisches Signal abgibt Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Stromwandler einen Bürdenwiderstand aufweist oder in jeder Phase ein Shunt liegt und daß 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, Jessen invertierendem Eingang die Ausgangsgleichspannungen der vorgeschalteten Operationsverstärker zugeführt sind, daß dem Summierverstärker ein als Differenzverstärker dienender Operationsverstärker nachgeschaltet ist. dessen invertierendem Eingang die Summengleichspannung und dessen nichtinvertierendem Eingang die Vergleichsspannung zugeführt ist und dessen Ausgang beim Überschreiten der Vergleichsspannung durch die Summengleichspannung das Signal abgibt.

Durch den Wegfall jeglicher mechanischer Bauteile wird eine exakte Bestimmung des verbrauchten elektrischen Stromes 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 Pichtwirkungsgrad) vermieden werden. Während sich die vorgeschlagene Maximumverbrauch-Überw achungsvorrichtung (DT-OS 23 05 455) und die bekannte Vorrichtung (DT-OS 22 39 268) an den bekannten Maximumtarif anlehnen und einen Integrator aufweisen, der am Ende einer jeden Meßperiode automatisch auf Null zurückgestellt werden nviß, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Maximumtarif nichts zu tun, weshalb bei ihr weder eine Meßperiode vorgesehen noch ein auf Null zurückzustellender Integrator vorhanden ist.

Ebenso wie bei der bekannten Vorrichtung (DT-OS 22 39 268) sind auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere parailelgeschaltete Potentiometer vorgesehen, die zur Erzeugung der Vergleichsspannung wahlweise einschaltbar sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zum wahlweisen Einschalten der ft ο Potentiometer ein Stufenschalter 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. ft>

In weitere!· Ausgestaltung der Erfindung kann mit dem Ausgang des Differenzverstärkers ein Steuerrelais vrrhiindcn 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 auneuchtet. Diese roie 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) zurr. 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 Differenzverstärkers 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

F i g. 2 eine Schaltung einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung.

An ein Netz mit den Phasen R. S. Tsind 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 nichtinvertiercnden Eingang 3 eines Operationsverstärkers 1? angeschlossen. An Stelle der Stromwandler 8 mit den Sekundärwicklungen 9 und den Biirdenwiderständen 10 können auch Shunts vegesehen sein. Ein Potentiometer 14, das an Anschlüsse 1. 4. 5 des Operationsverstärkers 13 angeschlossen ist. dient als Offsetabgleich. ¹Xn Anschlüssen 4, 7 erfolgt die Spannungszuführung. Die an dem Bürdenwiderstand 10 liegende Wechselspannung wird über den einen linearen Halbwcllengleichrichter darstellenden Operations verstärker 13 gleichgerichtet und mittels eines Kondensators 15 geglättet, /"wischen 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 Ausgangsglcichspannungen 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 Stromstärke 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 Zcitglied 38 mit einer Vierschichtdiode 39 vorgesehen, wodurch eine Verzögerung des den Impulszähler 36 betätigenden Signals erreicht wird. Auf diese Weise werden nur länger 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 Überschreilung 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 3f Amp. zum Aufleuchten gebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: . spannung zugeführt ist, die einer Stromstärke ent spricht die kleiner a!s> die vorbestimmte Strom-

1. Vorrichtung zum Feststellen des Überschrei- stärke ist und daß mit dem Ausgang (6) des zweiten tens einer vorbestimmten Summe der Phasenströme Differenzverstärkers (41) eine als Vonvarnlampe in einem Mehrphasennetz, wobei zur Erfassung 5 (43) dienende Lampe, z. B. eine gelbe Lampe, vereines jeden Phasenstromes je ein Stromwandler in bunden ist.
jeder Phasenleitung liegt und eine der vorbestimmten Summe der Phasenströme entsprechende Ver-

%leichsspannung vorgesehen ist bei deren Überschreitung durch eine der erfaßten Summe der Pha- io

senströme entsprechende Spannung ein Signal ab- Unter dem Namen »Maximumwächter« sind Vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, richtungen zum Feststellen des Überschreitens eines daß jeder Stromwandler (8) einen Bürdenwider- vorbestimmten Verbrauches elektrischer Energie in stand (10) aufweist oder in jeder Phase ein Shunt einem Mehrphasennetz bekannt Bei einem bekannten liegt und daß zur Gleichrichtung der am Bürden- 15 Maximumwächter dieser Art (DT-AS 11 36 418) werwiderstand (10) bzw. am Shunt abfallenden Wech- den ein Elektrizitätszähler und ein Synchronmotor verselspannung je ein Operationsverstärker (13) vor- wendet. Mit dem Elektrizitätszähler wird die elektrische gesehen ist daß in Reihe mit den Operationsverstär- Arbeit gemessen. Der Synchronmotor liefert eine konkern (13) ein als Summierverstärker dienender stante Drehzahl, die einer bestimmten elektrischen Ar-Operationsverstärker (20) liegt dessen invertieren- 20 bei« entspricht Mit Hilfe eines Differentialgetriebes dem Eingang (2) die Ausgangsgleichspannungen wird die Drehzahl des Elektrizitätszählers mit der der vorgeschalteten Operationsverstärker (13) zu- Drehzahl des Synchronmotors verglichen. Überschreigeführt sind, daß dem Summierverstärker (20) ein tet die Drehzahl des Elektrizitätszählers die Drehzahl als Differenzverstärker dienender Operationsver- des Synchronmotors, dann wird ein Kontaktpaar und stärker (23) nachgeschaltet ist, dessen invertieren- 25 damit der Stromkreis einer Alarmeinrichtung geschlosdem Eingang (2) die Summengleichspannung und sen. Dieser bekannte Maximumwächter hat den Nachdessen nichtinvertierendem Eingang (3) die Ver- teil, daß die mechanische Reibung im Elektrizitätszähgleichsspannung zugeführt ist und dessen Ausgang ler, im Synchronmotor und im Differentialgetriebe (6) beim Überschreiten der Vergleichsspannung Meßfehler hervorruft Außerdem stellt die Kombinadurch die Summengleichspannung das Signal abgibt. 30 tion eines Elektrizitätszählers mit einem Synchron-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren motor und einem Differentialgetriebe einen relativ groparallelgeschaiteten Potentiometern, die zur Erzeu- ßen Aufwand dar und erfordert einen großen Raum,
gung der Vergleichsspannung wahlweise einschalt- Es ist ferner eine Maximumverbrauch-Überwabar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum wahl- chungsvorrichtung vorgeschlagen worden (DT-OS weisen Einschalten der Potentiometer (28 bis 30) 35 23 05 455), die weder einen Elektrizitätszähler noch ein Stufenschalter (24) vorgesehen ist. einen Synchronmotor und folglich auch nicht ein Diffe-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch rentialgetriebe aufweist Diese Vorrichtung dient zur gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Überwachung der Einhaltung eines vorgegebenen Differenzverstärkers (23) ein Steuerrelais (31) ver- Maximalverbrauches an elektrischer Energie während bunden ist, das einen Schalter, vorzugsweise einen 40 einer festen Meßperiode und weist eine elektrische Überstromschalter (34), steuert, der den b?w. die Leistungsmeßeinrichtung, einen die Leistung über die Verbraucher beim Überschreiten der vorbestimm- feste Meßperiode zur Ermittlung des Gesamtverbrauten Stromstärke abschaltet. ches integrierenden, am Ende jeder Meßperiode auto-

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch matisch auf Null zurückgestellten Integrator und eine gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang (6) des 45 an den Integrator angeschlossene Vergleichseinrich-Differenzverstärkers (23) eine Lampe, z. B. eine rote tung auf, die, sobald die Gefahr besteht, daß am Ende Lampe (37), verbunden ist. die beim Überschreiten der Meßperiode der Istverbrauch höher liegen wird als der vorbestimmten Stromstärke aufleuchtet. der vorgegebene Maximalverbrauch, über Relais ge-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- wisse Verbrauchergruppen abschaltet. Bei dieser Maxizeichnet, daß mit dem Ausgang (6) des Differenz- 50 mumverbrauch-Überwachungsvorrichtung sind im weverstärkers (23) ein Impulszähler (36) verbunden ist, sentlichen elektronische Bauelemente vorgesehen und der die Anzahl der Überschreitungen der vorbe- mechanisch bewegte Bauteile vermieden.

stimmten Stromstärke zählt. Es ist schließlich eine Vorrichtung zur Überwachung

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- der von einer Energiequelle abgegebenen elektrischen zeichnet, daß zur Verzögerung des den Impuls- 55 Energie bekannt (DT-OS 22 39 268), die sich ebenso zähler (36) betätigenden Impulses ein Zeitglied (38) wie die vorgeschlagene Maximumverbrauch-Übervorgesehen ist. wachungsvorrichtung (DT-OS 23 05 455) an den be-

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- kannten Maximumtarif anlehnt und bei der ebenfalls ein zeichnet, daß das Zeitglicd (38) ein Potentiometer Integrator vorgesehen ist. Zur Ermittlung der elektri-(40) zur genauen Einstellung der Verzögerung auf- 60 sehen Leistung sind bei dieser bekannten Vorrichtung weist. für jede Phase ein Spannungswandler und ein Strom-

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden wandler sowie eine M;iltiplizierschaltung vorgesehen. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum zum Differenzverstärker (23) ein zweiter, als Feststellen des Überschreitens einer vorbestimmten Differenzverstärker dienender Operationsver- 65 Summe der Phasenströme in einem Mehrphasennetz, stärker (41) geschaltet ist, dessen invertierendem wobei zur Erfassung eines jeden Phasenstromes je ein Eingang (2) die Summenspannung und dessen nicht- Stromwandler in jeder Phasenleitung liegt und eine der invertierendem Eingang (3) eine Vergleichs- vorbestimmten Summe der Phasenströme entspre-