DE2407245A1

DE2407245A1 - Anlage zur leistungsbegrenzung bei bezug elektrischer energie von verbrauchern mit mehreren geraeten

Info

Publication number: DE2407245A1
Application number: DE19742407245
Authority: DE
Inventors: Otto Meier
Original assignee: Individual
Current assignee: MEIER, OTTO, 7615 ZELL, DE
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1975-08-21

Description

Anlage~zur Leistungsbegrenzunz bei Bezug elektrischer Energie von Verbrauchern mit mehreren Geräten Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Leistungsbegrenzung bei Bezug elektrischer Energie von Verbrauchern mit mehreren Geräten, mindestens einem Elektrizitätszähler und einer Vorrangschaltung. Die Anlage kann Verwendung finden in privaten Haushalten und gewerblichen Betrieben.
Eine bekannte Anlage der vorgenannten Gattung dient zur Vermeidung des gleichzeitigen Betriebes zweier Großverbraucher (Siemens-Druckschrift "SSF-Fernschalter..." von 1973/74 Bestell-Nr. I 21/1111, Seite 4/25). Wenn zum Beispiel in Wohnbauten neben den Elektro-Speicherheizgeräten noch ein DurchlauSerhitzer installiert werden soll, so wäre der elektrische Anschluß für den gleichzeitigen Betrieb der beiden Großverbraucher zu bemessen. Der bekannte Vorrangschalter trennt die Speicherheizgeräte vom Netz, wenn der Durchlauferhitzer eingeschaltet wird und erspart somit eine entsprechende Bemessung des Anschlusses.
Für ein Speicherheizgerät kann die kurzzeitige Abschaltung von der Energiequelle in Kauf genommen werden.
Wie beschrieben erfolgt der Einbau eines Vorrangschalters aus Installationsgründen. Bei der Versorgung von Verbrauchern mit elektrischer Energie sind systembedingt und zeitabhängig (Energiekrise) jedoch weitere, andersartige Probleme zu beachten: Elektrische Energie muß ständig präsent in der Höhe der von den Verbrauchern benötigten Leistung durch Kraftwerke erzeugt werden. Sie ist mit vertretbaren Mitteln nur dort speicherungsfähig, wo günstige geologische Voraussetzungen den Bau von Pumpspeicherwerken erlauben. Daneben gibt es noch die Möglichkeit des Einsatzes von Jet-Anlagen mit Gasturbinen, die ebenso wie Pumpspeicherwerke eine kurze Anfahrzeit haben und deshalb zur Deckung des Spitzenbedarf es geeignet sind. Diese Jet-Anlagen stellen andererseits natürlich keinen Energiespeicher dar.
Da kein Kraftwerk aber eine Betriebsbereitschaft von 8760 Stunden pro Jahr erreicht, wären konstante Verbraucher mit einer Benutzungs stundenzahl von ca. 4000 bis 7000 Benutzungsstunden pro Jahr ideal.
Um dieses Ziel, konstante Netzleistung mit etwa festliegenden Benutzungsstunden pro Jahr, zu erreichen, können die elektrischen Energieversorgungsunternehmen (EVU), wie allgemein bekannt, über Tonfrequenz-Rundsteueranlagen und die Anschaltung von Doppeltarifzählern Einfluß auf den Energieverbrauch der Verbraucher oder deren Tarif nehmen. Dabei wird meist die elektrische Energie bei Betrieb von Speicherheizungen usw. zur Nachtzeit (Nachtstrom) billiger verrechnet als tagsüber. Zum Beispiel kann ein Umschaltmagnet eines Doppeltarifzählers durch eine Schaltuhr oder eine Rundsteueranlage abends um 20.00 Uhr und morgens um 6.00 Uhr umgeschaltet werden.
Einerseits erfordern Tonfrequenz-Rundsteueranlagen trotz Begrenzung der Anzahl der Schaltbefehle relativ hohe Investitionskosten. Andererseits vermehrt sich auch im privaten Bereich der Übergang zum allelektrischen Haushalt und läßt den Energiebedarf dort wesentlich ansteigen. Für den Haushaltsbedarf werden heute bereits 48 % der insgesamt abgegebenen elektrischen Energie benötigt. Die extrem unterschiedlichen Belastungen können z.B. den Zusammenbruch eines Versorgungsnetzes zur Folge haben. Diese Situation wird noch durch die derzeitige Öl-Energiekrise verschärft (wegen hoher Heizölpreise weichen Haushalte auf elektrische Beheizung mit Kleingeräten aus).
Die EVU's haben derzeit keine wirtschaftlichen Mittel zur Hand, um regulierend einzugreifen. Sie sind deshalb entschlossen, die bisherige Tarifstruktur für Normalverbraucher (Haushaltungen -Grundgebühr in Abhängigkeit von der Anzahl der Wohnräume, konstanter Arbeitspreis unabhängig von der pro Zeiteinheit bezogenen kW-Stunde) umzustellen nach dem Prinzip der Kostenverursachung auf eine leistungsabhängige Grundgebühr (entsprechend der abonnierten Leistung) und einem degressiv gestaffelten Arbeitspreis je nach Menge der abgenommenen kW-Stunden.
Weiterhin ist bekannt, daß Abnehmer den Strom nach einem Maximumtarif beziehen (AEG-Hilfbuch, 10. Auf lage 1967, Seite 439). Diese Abnehmer wollen ihre Höchstlast möglichst klein halten. Sie erhalten ein Gerät, einen Maximumwächter, der sie rechtzeitig Warnt, sobald die wunschgemäß festgelegte Höchstlast überschritten wird. Der bekannte Maximumwächter ist auf dem Prinzip des Überverbrauchzählers aufgebaut und besitzt einen Signalkontaktf, der verzögert arbeitet. Die Verzögerungszeit ist von der Höhe der Uberschreitung der eingestellten und einstellbaren Belastungsgrenze abhängig. Mit der Bestückung einiger Verbraucher mit einem Maximumwächter kann das vorgenannte Ziel - konstante Netzleistung mit etwa festliegenden Benutzungsstunden pro Jahr - nicht in einem größeren Rahmen, zum Beispiel dem Abnahmegebiet eines EVU, erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Anlage der eingangs beschriebenen Gattung die Belastung des Netzes zu-nivellieren und den Energieverbrauch der Verbraucher unter einem dem jeweiligen Haushalt angepaßten Maximum zu halten bzw. bei überschreiten die Echtkosten für den Verbrauch von Spi zenenergie zu verrechnen. Die Anlage soll einfach, funktionssicher und preiswert sein. Es wird zweiten hin angestrebt, das jeweils zSassende maximum entsprechend der verfügbaren Energie umzuschalten und in Krisenfällen statt einer Tarifumschaltung auch eine Zwangsabschaltung einzelner Verbrauchergruppen eines Haushaltes bewirken zu können. Diese Aufgabe enthält bereits einen Teil der erfindungsgemäßen Lösung, die im weiteren darin besteht, daß Grenzwertgeber sowohl für mindestens einen oberen als auch mindestens einen unteren Grenzwert und elektronische logische Schaltungen zur Umschaltung von Tarifzählern bei Überschreitung des oberen Grenzwertes und zur selektiven Ein- und Ausschaltung von Geräten in vorbestimmter Rangfolge, abhängig von den Grenzwerten, vorgesehen sind. Eine solche Anlage ermöglicht in vorteilhafter Weise die Zuordnung eines dem jeweiligen Haushalt angepaßten Maximum für jeden Verbraucher und die Berücksichtigung der individuellen Ein- und Ausschalt-Rangfolge. Die Grenzwerte aller Verbraucher liefern dem Kraftwerk eine Grobinformation über die zur Verfügung zu stellende Leistung. Die Tarifumschaltung bzw. der Leistungstarif zwingt die Verbraucher zur Planung der Einschaltzeiten ihrer Geräte. Somit ergibt sich eine Leistungsnivellierung in einem vertretbaren Bereich.
Vorzugsweise können ferngesteuerte Grenzwertgeber installiert werden, die der EVU-seitigen Anpassung an die verfügbare Energie dienen.
Die bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage enthält einen programmierbaren Maximumwächter mit einer Vergleichsstelle für den Vergleich der Summe der gleichgerichteten Phasenströme am Zählerausgang mit einem einstellbaren Grenzwert, einem Ausgang zur Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers und zwei Ausgängen, die zwecks Verarbeitung des Stromsummensignales und des Ausgangssignales des Maximumwächters mit mehreren Minimumwächtern verbunden sind, die jeweils eine Vergleichsstelle für den Vergleich der Stromsumme mit vorbestimmbaren Grenzwerten, eine logische Schaltung zur Verknüpfung der Ausgangssignale des Maximumwächters, des vorhergehenden und des nachfolgenden Minimumwächters und Relais zur Ein- und Ausschaltung der Geräte enthalten. Durch eine entsprechende logische Verknüpfung auf der elektronischen Steuerseite wird dafür gesorgt, daß das Gerät oder Gerätegruppen je einem Minimumstromwächter zugeordnet sind, in einer festgelegten Reihenfolge bei maximaler Leistung abgeschaltet werden und in umgekehrter Reihenfolge nach Unterschreiten eines Minimums wieder eingeschaltet werden. Durch einen im Minimumwächter eingebauten Grenzwert-Widerstand (Potentiometer oder Programmierwiderstand) wird der jeweilige Wiedereinschaltwert festgelegt. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, daß die Ein/Aus-Schalthysterese der jeweiligen Verbrauchergruppe angepaßt werden kann.
Im Normalfall wird ein oberer Grenzwert vorbestimmt.
Möglich sind jedoch zwei und mehr obere Grenzwerte. Zum Beispiel von einem Grenzwert wird das Signal über die Erreichung der Bezugsgrenze und die Umschaltung auf den höheren Tarif bewirkt. Bei Überschreiten eines zweiten oberen Grenzwertes werden die Minimumwächter in Funktion gesetzt und der Leistungsbezug begrenzt - im höheren Tarifbereich durch gezielte Abschaltung ausgewählter Stromkreise.
Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Anlage besteht darin, daß ein Maximum- und ein Minimumwächter mit jeweils einer Vergleichsstelle für den Vergleich der Summe der gleichgerichteten Phasenströme mit entsprechenden Grenzwerten vorgesehen sind und daß der Maximumwächter aufweist: einen Ausgang zur Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers und einen Ausgang, der mit dem Ausgang des Minimumwächters konjunktiv verknüpft und mit einem mindestens einen bistabilen Kipper enthaltenden Folgeschaltgerät verbunden ist. In einer solchen Anlage werden ein Maximum- und ein Minimumwächter und beliebig viele Folgeschaltgeräte benötigt. Die Anzahl der Folgeschaltgeräte richtet sich nach der Anzahl der abzuschaltenden Verbrauchergruppen Bevorzugt ist jedes Folgeschaltgerät mit einer logischen Schaltung und zwei bistabilen Kippern zur Ein- und Ausschaltung von zwei Geräten bzw. Gerätegruppen ausgerüstet.
Kombinationen der Elemente der erstbeschriebenen Anlage mit denen der nachfolgend erwähnten Anlage sind möglich, zum Beispiel die Bestückung mit einem Maximum- und mehreren Minimumwächtern sowie beliebig vielen Folgeschaltgeräten.
Als Maximumwächter dient vorteilhaft ein I2;axirlur;:stror.^-wächter. Er überwacht die Überschreitung der festgelegten maximalen Leistung wie beschrieben durch Summierung der drei Phasenströme. Sobald diese Grenzleistung überschritten wird, schaltet ein eingebautes Relais den Elektrizitätszähler auf das Hochtarifzählwerk um, signalisiert diesen Zustand durch eine Signallampe und gibt an die anderen Elemente der Anlage ein entsprechendes logisches Signal ab. Nach Unterschreiten der maximalen Leistung fällt das Relais des Maximumwächters in seinen Ausgangszustand zurück.
Vorteilhaft besitzt der Maximumwächter einen zusätzlichen analogen Eingang zur Änderung der Grenzwertvorgabe durch Anlegen einer Spannung.
Das aus dem Überschreiten des oberen Grenzwertes, der maximalen Leistung, abgeleitete Signal wird vorteilhaft gleichzeitig dazu verwendet, um ausgewählte Geräte bzw. Gerätegruppen abzuschalten. Werden zur Ein- und Ausschaltung der Geräte bzw.
Gerätegruppen Minimumwächter verwendet, so hängt die Wiedereinschaltung davon ab, daß der Stromverbrauch so weit gesunken ist, daß das Wiedereinschalten nicht zu einer erneuten über schreitung des Maximums führt, und es ist der Schaltzustand des vorhergehenden und des nachfolgenden Minimumwächters zu berücksichtigen. Der Minimumwächter erfüllt diese Funktion in Zusammenarbeit mit einer logischen Schaltung, der auch das Ausgangssignal des Minimumwächters selbst zugeführt wird.
Zur Funktionskontrolle der Anlage kann der Grenzwert-Widerstand des Maximumstromwächters durch eine Testschaltung auf den Grenzwert Null umgeschaltet werden.
Der Minimumwächter erfordert einen Verstärker für den Soll-Ist-Wert-Vergleich bzw. die Grenzwertkontrolle und zusätzlich die logische Schaltung zur Verriegelung. Daher wird das vorgenannte Folgeschaltgerät eingesetzt, wenn auf die Anpassung an den abgeschalteten Gerätestrom verzichtet werden kann. Die Abschaltung kann in diesem Fall mit einem konstanten Stufensprung, zum Beispiel 3,3 kW (16 A), erfolgen. Die Reihe der Folgeschaltgeräte entspricht im Prinzip einem Vorwärts-Rückwärts -Dual-Zähler. Liegt das Signal über die Überschreitung des oberen Grenzwertes an, so kippt ein Folgeschaltgerät nach dem anderen in den Zustand "aus". Liegt dagegen das Signal über die Unterschreitung eines unteren Grenzwertes vor, so kippen die Folgeschaltgeräte in umgekehrter Reihenfolge wieder in den Zustand "ein". Zur Vermeidung eines Umkippens aller Folgeschaltgeräte ist zweckmäßig ein Impulsgeber mit fester Impulsfolgefrequenz vorgesehen, der zwischen die Ausgänge des Maximum- und des Minimumwächters und die Stell-Eingänge der bistabilen Kipper der Folgeschaltgeräte geschaltet ist. Mit dem Impulsgeber wird vermieden, daß unbeabsichtigt mehrere Kipper umgeschaltet werden. Der Impulsgeber hat also die gleiche Wirkung wie zwischen die Folgeschaltgeräte eingeschleifte Verzögerungsschaltungen.
Werden Geräte mit höherer Leistung als der durch den Minimumwächter festgelegten Stufensprung entsprechenden durch ein Folgeschaltgerät geschaltet, so werden in die Reihe der Folz.B.
geschaltgeräte/Blind-Folgeschalter eingefügt, die keine Abschaltfunktion erfüllen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Anlage mit einem Maximumwächter und mehreren Minimumwächtern, Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Anlage mit einem Maximum-, einem Minimumwächter und mehreren Folgeschaltgeräten, Fig. 3 das Geräteschaltbild eines Maximumwächters, Fig. 4 das Geräteschaltbild eines Minimumwächters und Fig. 5 das Geräteschaltbild eines Folgeschaltgerätes.
Der Übersichtsschaltplan in Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Versorgung von mehreren Geräten 1, 2, 3,... eines Verbrauchers mit einem Elektrizitätszähler 11, an dessen Ausgängen 12, 13 und 14 ein Maximumwächter 15 angeschlossen ist. Der Maximumwächter enthält einen Meßwertumformer 16, einen Maximumschalter 17 und ein zweckmäßigerweise verzögertes Relais 18. Ein erster Ausgang 19 des Maximumwächters 15 vermittelt die Information über das Stromsummensignal (#I), ein zweiter Ausgang 20 diejenige über die Überschreitung des oberen Grenzwertes (max) und ein dritter Ausgang 21 den Befehl zur Tarif-Umschaltung des Elektrizitätszählers 11 (T). Das Signal "T" kann über eine Leitung 22 einer Warnschaltung 23 zugeführt werden, die den Verbraucher über den gerade eingeschalteten Tarif des Elektrizitätszählers 11 informiert. Der Maximumwächter 15 weist weiterhin einen Eingang 24 für den Rundsteuerempfänger des Verbrauchers zur Umschaltung des oberen Grenzwertes bzw. Sollwertes des Maximumschalters 17 auf. Die Ausgänge 19 und 20 sind jeweils an Eingänge 25 und 26 von Minimumwächtern 27 angeschlossen, die jeweils weiterhin einen Eingang 28 mit Information über den eigenen Zustand (selbst) einen Eingang 29 mit Information über den Zustand des in der Rangfolge vorherigen Minimumwächters (vor) und einen Eingang 30 mit Information über den Zustand des nachfolgenden Minimumwächters (folge) aufweisen. Jeder Minimumwächter enthält einen Minimumschalter 31, der eine Vergleichsstelle besitzt, eine logische Schaltung 32 aus beispielsweise zwei U N D - Gattern 33 und 34 und einem N 0 R - Gatter 35, dessen Ausgang 36 an einer Auswerteschaltung 37 angeschlossen ist.
Der Ausgang 38 des Minimumwächters 27 ist mit einem Relais 39 verbunden, das die Kontakte 40 in der jeweiligen Zuleitung zum Gerät 1, 2, ... schaltet.
In Fig. 2 ist eine Anlage mit einem Maximumwächter 15, einen Minimumwächter 271 und Folgeschaltgeräten 401 gezeigt. Die gleichbleibenden Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 1 enthält der Minimumwächter 271 ein UND-Gatter 41 und einen Impulsgeber 42.
Der Ausgang 19 (# I) des Maximumwächters 15 ist an den Eingang 25 des Minimumschalters 31 und der Ausgang 20 (max) ist an das UND-Gatter 41 und im UND-Gatter 41a angeschlossen, an dessen weiterem Eingang der Ausgangdes Minimumschalters 31 liegt (ebenso an einem weiteren Eingang des UND-Gatters 41a). Der Ausgang 43 des UND-Gatters 41 ist einerseits mit dem Impulsgeber 42 und andererseits mit einem Eingang 44 eines bistabilen Kippers 45 im Folgeschaltgerät 401 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 41 ist mit dem Eingang 441 des letzten Folgeschaltgerätes 401 verbunden. Jedes Folgeschaltgerät 401 enthält zwei bistabile Kipper 45, 451, an deren mittlere Eingänge 46, 461 der Ausgang 47 des Impulsgebers 42 angeschlossen ist.Jedem Kipper 45, 451 sind zwei UND-Gatter 48, 481 zugeordnet, deren Funktion nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 5 näher erläutert wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jeweils ein Ausgang 49, 491 eines dieser UND-Gatter 48, 481 mit dem Eingang 44 des Kippers des nachfolgenden Folgeschaltgerätes 401 verbunden.
Jedes Folgeschaltgerät weist folglich einen Eingang 44 auf, an dem die negierten Signale "max", "min" und "vor" anliegen, einen Eingang 46, an dem das Taktsignal des Impulsgebers 42 anliegt, einen Ausgang 49 mit den Signalen "max", min und "folge", einen Ausgang 491 mit den negierten Signalen "max", "min" und "folge" und einem Eingang 441 mit den negierten Signalen "max", "min" und "folge". Eine Leitung 50 dient der Rückstellung. Diese Leitung ist nicht dargestellt (vgl. Fig. 5).
Fig. 3 zeigt einen Maximumwächter 15. Die Ströme werden über Miniatur-Durchsteckstromwandler (1 : 5 000) 51 umgeformt. Über-Grätz-Gleichrichter 52, Elektrolyt-Kondensatoren 53 und eine Widerstandskombination mit einem Meßwiderstand 54 erfolgt eine Umformung in eine Gleichspannung (arithmetischer Mittelwert). Die Widerstandskombination ist so ausgelegt, daß die Bewertung dem Effektivwert möglichst nahe kommt. Die drei Phasenströme werden also in proportionale Gleichstöme umgeformt.
Diese Gleichströme werden summiert. Werden höhere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt, so kann dieser Einfach-Wechselstromumformer durch einen mit höherer Genauigkeit ersetzt werden. Weiterhin kann die Spannung an einem Spannungswandler (Transformator für die Hilfsspannungsversorgung) abgegriffen und dem Meßwiderstand 54 als Störgröße zugeführt werden, wobei selbstverständlich eine Gegenspannung vorzusehen ist. Die Störgröße täuscht eine Änderung des Strom-Ist-Wertes vor.
Im allgemeinen wird der Strom hinreichend repräsentative Aussagen über die Leistung geben, weil im Haushaltsbereich Phasenverschiebungen kaum vorkommen und die Netzspannung als konstant angesehen werden kann. Trotzdem kann gegebenenfalls ein Leistungsmeßumformer eingesetzt sein.
Der jeweils eingesetzte Meßwertumformer 16 liefert einen dem Leistungsverbrauch proportionalen Strom. Dieser Strom verursacht an dem Meßwiderstand 54 einen Spannungsabfall. Diese Spannung (Ist-Wert) wird über einen Eingangswiderstand 45 an einen Eingang eines integrierenden Verstärkers 56 gelegt. Zur Bildung der Vergleichs spannung (Soll-Wert bzw. oberer Grenzwert) dient eine Konstantstromquelle aus einer Zener Diode 57, einem Widerstand 58 und einem Transistor 59. An die Konstantstromquelle ist ein auswechselbarer Grenzwert-Widerstand 60 angeschlossen, der gleichzeitig über einen weiteren Eingangswiderstand 61 an dem zweiten Eingang des integrierten invertierenden Verstärkers 56 liegt. Sobald die dem Ist-Wert repräsentative Spannung die Vergleichsspannung am Grenzwert-Widerstand 60 überschreitet, zieht das an den Ausgang des Verstärkers 56 angeschlossene und mit einer Freilaufdiode 62 ausgerüstete Relais 18 an. Der integrierte Verstärker 56 ist so geschaltet, daß er Kippverhalten hat. Der Strom für das Relais 18 fließt durch eine Leuchtdiode 63, die dadurch das Ansprechen des Relais 18 anzeigt.
Der Relaiskontakt 64 ist als Wechsler ausgebildet und zum Beispiel mit 6 A Ohm'scher Last belastbar.
Die Bauelemente des Maximumwächters sind auf einer Leiterplatte angeordnet, die in ein Gehäuse eingeschoben ist.
Das Gehäuse besitzt die Form eines Fehlerstromschutzschalters in der Größe von zum Beispiel fünf Sicherungseinheiten und ist zum Aufschnappen auf Zählerschrankschienen geeignet. Eine abnehmbare, plombierbare Kappe gestattet den Zugang und damit das Auswechseln des Grenzwert-Widerstandes 60.
Unter einer zweiten Kappe ist ein zweiter Grenzwert-Widerstand untergbracht. Mit Hilfe eines eingebauten Reed-Re-(nic lais/oder mit Hilfe eines externen Umschaltens kann vom oberen Grenzwert I auf einen oberen Grenzwert.II umgeschaltet werden.
Die Ansteuerung kann zum Beispiel durch eine Tarifschaltuhr oder einen Rundsteuerempfänger erfolgen. Dadurch kann die zulässige Leistungsabnahme den zu verschiedenen Zeiten verfügbaren Leistungswerten angepaßt werden. Selbstverständlich ist auch eine größere Anzahl von Grenzwert-Widerständen 60 möglich.
Weiterhin kann eine Testschaltung vorgesehen sein, durch die der obere Grenzwert bis auf Null zurückgesetzt und somit eine mittelbare Kontrolle der Funktion der Anlage vorgenommen werden kann.
Die am Meßwiderstand 54 des Maximumwächters 15 abfallende Spannung wird dem Minimumwächter 27 bzw. 271 zugeführt.
In Fig. 4 ist ein in der Schaltung nach Fig. 1 ve-rwendbarer Minimumwächter 27 dargestellt. Die das Stromsummensignal "#I" repräsentierende Spannung liegt am Eingang 25 des Minimumwächters 27 somit über einen Eingangswiderstand 65 an einem Eingang eines integrierten Verstärkers 66 des Minimumwächters 27. Diesem wird über einen zweiten Eingangswiderstand 67 ein vorbestimmbarer unterer Grenzwert zugeführt. Der untere Grenzwert ist mit Hilfe eines Potentiometers 68 oder eines pro-- wie zu Fig. 3 beschrieben -grammierbaren Festwiderstandes/zum Belspier im Bereich zwischen 3,3 kW und 9,9 kW unter dem oberen Grenzwert einstellbar. Der Operations-Verstärker 66 vergleicht den eingestellten Grenzwert mit dem zugehörigen Istwert. Der Operations-Verstärker 66 ist so beschaltet, daß er bei Überschreiten des minimalen Stromes bzw. der minimalen Leistung sein Ausgangsverhalten sprunghaft ändert. Das Ausgangssignal am Ausgang 69 dieses Operations-Verstärkers ist mit folgenden Signalen logisch verknüpft: a) Ausgangssignal des Maximumwächters (Eingang 26), max b) Ausgangssignal des vorhergehenden Minimumwächters (Eingang 29), "vor", und c) Ausgangssignal des nachfolgenden Minimumwächters (Eingang 30), "folge".
Diese Verknüpfung gibt die Bedingung vor, wann das Relais in der Auswerteschaltung 37 dieses Mininiumwächters 27 anzieht und unter welchen Bedingungen es abfällt. Das Ausgangs-Relais 371 zieht mit z. B. 1 Sek. Verzögerung an bzw. bleibt angezogen, wenn folgende drei Bedingungen konjunktiv erfüllt sind: 1. Maximalleistung überschritten oder Minimumwächter 27 selbst angezogen.
2. Minimalleistung überschritten oder Relais des nachfolgenden Minimumwächters 27 angezogen.
3. Relais des vorhergehenden Minimumwächters angezogen.
Es versteht sich, daß diese Verknüpfung nach Umrechnung durch unterschiedliche Anordnungen und eine unterschiedliche Anzahl von logischen Elementen realisiert werden kann. Im vorliegenden Falle sind zwei UND-Gatter 33 und 34 und ein NOR-Gatter 35 vorgesehen. Das Ausgangssignal der logischen Verknüpfung dieser Gatter wird durch eine Verzögerungsschaltung 70, 71 beispielsweise um eine Sekunde verzögert und auf einen als Schaltverstärker dienenden Operations-Verstärker 72 gegeben, der das Ausgangs-Relais 371 betätigt. Die Anzeige erfolgt durch eine Leucht-Diode 73, die in Reihe mit der Relais-Spule liegt. Das Relais betätigt einen Umschalter 74, der z, B. mit 6 A Ohm'scher Last bei 200 V und 50 Hz belastbar ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann durch das Relais 371 auch ein Relais 39 betätigt werden.
Weiterhin können sowohl der Maximumwächter als auch der Minimumwächter einschließlich ihrer Ausgänge voll elektros nich ausgeführt sein. Dabei ist in üblicher Weise das Relais durch eine Thyristorschaltung/ersetzt.
bzw. Triacschaltung Das Folgeschaltgerät 41 ist in der Variante nach Fig. 2 einsetzbar. Jedes Folgeschaltgerät 41 enthält zwei identische Schaltungen (Fig. 5). Am Eingang einer Schaltstufe werden wiederum verschiedene Signale logisch verknüpft. Zu diesem Zweck ist die Bezeichnung der Eingänge von Fig. 2 für Fig. 5 beibehalten. Damit das Relais 371> das dem Relais des Minimumwächters (vgl. Fig. 4) entspricht, anzieht, sind folgende drei Bedingungen konjunktiv zu erfüllen: 1. Maximalleistung überschritten oder Relais in der selben Stufe angezogen (Selbsthaltung).
2. Minimalleistung unterschritten oder Relais der nachfolgenden Stufe angezogen.
3. Relais der vorhergehenden Stufe angezogen.
An dem mittleren Eingang jedes der bistabilen Kipper 45, 451 (z. B. J-K-Kipper) ist der Ausgang eines Impulsgebers angeschlossen, der z. B. pro Sekunde einen Impuls abgibt. Sind die drei vorgenannten Bedingungen für das Einschalten erfüllt, so wird beim Auftreten des nächsten Impulses der Kipper 45 von einem Zustand (ein) in den anderen Zustand (aus) gekippt. Ist eine der drei Bedingungen nicht erfüllt, so erfolgt das Kippen in umgekehrter Richtung. Uber den Eingang 50 mit Null-Signal ist dafür gesorgt, daß beim Anlegen der Versorgungsspannung alle Kipper in den Zustand (ein) versetzt werden. Der Schalt-Zustand In der Kipper ist üblicher Weise durch eine schraffierte Fläche angedeutet. Er wird in der Schaltung durch eine Leucht-Diode 731 angezeigt.
Das Folgeschaltgerät oder der Minimumwächter können mit einem Drei-Stellungsschalter ausgerüstet werden, mit folgenden drei Stellungen: a) Funktion des Folgeschaltgerätes oder des Minimumwächters wird durchgerührt, b) Gerät schaltet den Verbraucher nie aus, c) Gerät läßt den Vertraucher immer ausgeschaltet.
Aus der vorstehenden Funktionsbeschreibung von Maximumwächter 15, Minimumwächter 27 und Folgeschaltgerät 41 ergibt sich auch die Funktion der Anlagen gemäß Fig. 1 und Fig. 2.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Minimumwächter 15 mit einer Verzögerungsschaltung für das Relais 18 ausgerüstet sein. Damit der Tarif nicht bei jeder Maximumüberschreitung umgeschaltet wird, die durch nachfolgende Steuerbefehle sofort wieder (eine Sekunde) rückgängig gemacht wird, solla te ein Verzögerungsschalter die Tarifumschltung um etwa 5 Sek.
verzögern. Zwischen dem logischen Ausgang 20 des Maximumwächters 15 und dem Relais 18 wird daher ein Verzögerungsglied - bestehend aus RC-Glied- und Kippverstärker - eingeführt (nicht dargestellt).
Die Leuchtdiode 63 bleibt vor der Verzögerung und zeigt unmittelbar die Überschreitung des Maximums an.
Weiterhin wird im allgemeinen der obere Grenzwert durch das EVU eingestellt und der untere Grenzwert durch den Installateur. Der Maximumwächter besitzt einen analogen Eingang, an dem die Sollwert-Vorgabe durch Anlegen einer Spannung geändert wird.
Diese Maßnahme ist an sich bekannt aus der DT-PS 1 900 667. Die Spannung kann über einen in vielen Netzen vorhandenen Beidraht zugeführt werden. Sie wird gewonnen z.B. aus einem Prozeßrechner in einer Warte (oder einer übergeordneten Warte) aus einem entsprechenden Meßumformer durch Handeingabe des Bedienungspersonals.
Hat der Installateur auf der Kundenseite eine Abschaltung von Gerätegruppen nicht installiert, weil der Kunde bereit ist, im Überschreitungsfalle den höheren Tarif zu bezahlen, so kann das EVU einen Minimumwächter auswählen, und über ihn eine übergeordnete Zwangsabschaltung durchführen. Die Festlegung der Rangfolge der Abschaltung kann auf Anweisung des Abnehmers erfolgen. Beispielsweise kann folgende Abschaltreihenfolge festgelegt werden: Heizungsstufe 1 15kW, Heizungsstufe 2 9kW, Heizungsstufe 3 12kW, Heizungsstufe 4 9kW, Gebrauchswasser zentral 6kW, Gebrauchswasser (Untertischgerät bei Waschbecken und Spüle) 2kW, Waschmaschinen 3,3kW, Geschirrspüler 3,3kW, Elektroherd 9kW, Beleuchtung, Steckdosen Sind tragbare Heizgeräte vorhanden, so empfiehlt es sich, eine ständig für den Anschluß des Heizgerätes benutzte Steckdose in dem Rang "Heizung" einzuordnen, weil es nicht denkbar ist, daß außer in Notfällen Beleuchtung, Radio, Fernseher usw. mit abgeschaltet werden. Eine weitere Auffächerung und Automatisierung der erfindungsgemäßen Anlage - -bis zur Selbstwahl durch den Verbraucher - ist zwar möglich, widerspricht aber wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

Claims

P-a t e n t a n s p r ü c h e

1. Anlage zur Leistungsbegrenzung bei Bezug elektrischer Energie von Verbrauchern mit mehreren Geräten, mindestens einem Elektrizitätszähler und einer Vorrangschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß Grenzwertgeber sowohl für mindestens einen oberen als auch mindestens einen unteren Grenzwert und elektroniche logische Schaltungen zur Umschaltung von Tarifzählern bei Überschreitung des oberen Grenzwertes und zur selektiven Ein- und Ausschaltung von Geräten (1, 2, ....10) in vorbestimmter Rangfolge, abhängig von den Grenzwerten vorgesehen sind.

2. Anlage nach Anspruch 1,gekennzeichnet durch ferngesteuerte Grenzwertgeber.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein programmierbarer Maximumwächter (15) vorgesehen ist mit einer Vergleichsstelle für den Vergleich der Summe der gleichgerichteten Phasenströme am Zählerausgang mit einem einstellbaren Grenzwert, einem Ausgang (21) zur Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers (11) und zwei Ausgängen (19, 20), die zwecks Verarbeitung des Stromsummensignales und des Ausgangssignales des Maximumwächters mit mehreren Minimumwächtern (27) verbunden sind, die jeweils eine Vergleichsstelle für den Vergleich der Stromsumme mit vorbestimmbaren Grenzwerten, eine logische Schaltung (32) zur Verknüpfung der Ausgangssignale des Maximumwächters, des vorhergehenden und des nachfolgenden Minimumwächters und Relais (37, 39, 371) zur Ein- und Ausschaltung der Geräte (1 - 10) enthalten.

4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximum-(15) und ein Minimumwächter (271) mit jeweils einer Vergleichsstelle für den Vergleich der Summe der gleichgerichteten Phasenströme mit entsprechenden Grenzwerten vorgesehen sind und daß der Maximumwächter aufweist: den Ausgang (21) zur Tarifumschaltung des Elektrizitätszählers und einen Ausgang (25), der mit einem Ausgang des Minimumwächters konjunktiv verknüpft und mit einem mindestens einen bistabilen Kipper (45, 451) enthaltenden Folgeschaltgerät (401) verbunden ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Impulsgeber (42) mit fester Impulsfolgefrequenz, der zwischen die Ausgänge des Maximumwächters und des Minimumwächters und Eingänge (46, 461) der bistabilen Kipper (45, 451) der Folgeschaltgeräte (401) geschaltet ist.

6. Anlage nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Folgeschaltgerät (401) mit einer logischen Schaltung und zwei bistabilen Kippern (45, 451) zur Ein- und Ausschaltung von zwei Geräten (1 - 10) ausgerüstet ist.

7. Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch optische Anzeigevorrichtungen über die Ausgangssignale in den Maximum- und Minimumwächtern (15 bzw. 27).

r 8. Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzwert-Widerstand (60) des Maximumwächters (15) durch eine Testschaltung auf den Grenzwert Null umschaltbar ist.

9. Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum mit dem Elektrizitätszähler (11) verbundene Ausgang (21) des Maximumwächters (15) für die Tarifumschaltung eine Warnschaltung (23) liegt.

10. Anlage nach eftm oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximumwächter (15) einen zusätzlichen analogen Eingang zur Änderung der Grenzwertvorgabe durch Anlegen einer Spannung besitzt.

11. Anlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Minimumwächter (27) für eine übergeordnete Zwangsabschaltung eingerichtet ist.

r

12. Anlage nach einem oder meheren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzspannung einem der zur Bildung der Summe der Phasenströme dienenden Meßwiderstand (54) des Maximumwächters (15) als Störgröße zusammen mit einer entsprechenden Gegenspannung aufgeschaltet ist.