DE2451098A1 - Einrichtung zur ueberwachung von zwei parallel arbeitenden leistungsaggregaten - Google Patents

Einrichtung zur ueberwachung von zwei parallel arbeitenden leistungsaggregaten

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Description

Einrichtung zur Überwachung von zwei parallel arbeitenden Leistungsaggregaten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung von zwei parallel arbeitenden Leistungsaggregaten, deren Ausgangsleistungen einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind.
Der Begriff "Leistungsaggregat11 bezeichnet im folgenden Einrichtungen aller Art, die elektrische, mechanische, hydaulische oder pneumatische Leistung erzeugen oder übertragen. Als Leistungsaggregate werden somit beispielsweise Stromerzeugung seinrichtungen, Übertragungseinrichtungen, Umformer, Transformatoren, Diesel-Generator-Sätze, Turbogruppen, elektrische oder mechanische Antriebsmotoren, Drehmomentwandler, Turbinen-Schiffspropellerantriebe, Pumpen sowie pneumatische, hydraulische oder mechanische Anordnungen bezeichnet. Nicht unter den Begriff "Leistungsaggregat" fallen Einrichtungen der Steuerungs- und Regelungstechnik, deren Aufgabe die Signalverarbeitung ist.
Der Einsatz von zwei parallel arbeitenden Leis tungsaggregaten erfolgt im allgemeinen zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit eines Verbrauchers. Beim Ausfall eines Aggregats übernimmt das verbleibende Aggregat die Versorgung des Verbrauchers. Die überwachung von zwei parallel arbeitenden Aggregaten annähernd gleicher Leistung ist jedoch problematisch, da eine Störung in einem der /"■"gregate, die noch nicht dessen völligen Ausfall zur Folge hat, ii.it den üblichen Überwachungsmethoden nur schwer erkannt werden kann. Die überwachung von charakteristischen Betriebsparametern eines jeden Leistungsaggregats
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im Hinblick auf eine Überschreitung von vorgegebenen Grenzwerten wird dadurch erschwert, daß die einzelnen Aggregate im nicht gestörten Betrieb jeweils nur mit ihrer halben Leistungsabgabe betrieben werden. Bei der Bildung von Differenzwerten zwischen gleichartigen Betriebsparametern der beiden Leistungsaggregate ist nicht feststellbar, welches Aggregat gestört ist»
Diese Problematik wird anhand eines einfachen Beispiels näher erläutert. Ss sei angenommen, daß ein Verbraucher über eine Sammelschiene von zwei gleichen Wechselrichtern als Leistungsaggregate gespeist wird.; von denen jeder Wechselrichter alleine die maximal erforderliche Verbraucherleistung aufbringen kann. Bei einer Störung in einem der Wechselrichter, die beispielsweise eine verminderte Leistungsabgabe zur Folge hat, wird in keinem der beiden Wechselrichter der vorgegebene Grenzwert eines charakteristischen Betriebsparameters - beispielsweise des Ausgangsstromes - überschritten« Die Störung wird daher nicht erkannt und kann weitere Folgeschäden nach sich ziehen. Auch mit einer großen Anzahl von überwachten Betriebsparametern sowohl in den Informationsteilen wie auch in den Leistungsteilen der Wechselrichter läßt sich eine Störung nicht in allen Betriebszuständen zuverlässig erfassen. Es ist sogar der Fall denkbar, daß auf Grund eines Defektes in einem Wechselrichter der Ausgangsstrom des ungestörten Wechselrichters einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und damit der ungestörte Wechselrichter abgeechaltet wird. Durch Bildung von Differenzwerten zwischen den Ausgangsströmen der beiden Wechselrichter läßt sich zwar feststellen, daß eine Störung vorliegt, es läßt sich jedoch nicht feststellen, welcher Wechselrichter gestört ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde., eine einfache Einrichtung zur Überwachung von zwei parallel arbeit aasten Leistungsaggregaten zu schaffen, mit der das gestörte Aggregat eindeutig erkannt wird.
Diese Aufgabe wird erfinc mgsgemäß durch eine Einrichtung gelöst, die ein Modellaggregat oder eine Nachbildung aufweist, dessen Ausgangssignal dem Verhalten wenigstens eines charakte-
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ristischen Betriebsparameters der Leistungsaggregate entspricht, und die weiterhin eine von Heßwerten eines Betriebsparameters der beiden Leistungsaggregate und dem Ausgangssignal des Modellaggregats bzw. der Nachbildung beaufschlagte Diskriminatorstufe zur Ermittlung desjenigen Leistungsaggregates aufweist, dessen charakteristischer Betriebsparameter die größere Abweichung vom Ausgangssignal des Modellaggregats bzw. der Nachbildung aufweist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung geht davon aus, daß bei einer Störung in einem von zwei parallel arbeitenden Leistungsaggregaten Rückwirkungen auf das noch ungestörte Leistungsaggregat nicht auszuschließen sind. Erfindungsgemäß ist daher ein zusätzliches Modellaggregat oder eine Nachbildung, sowie eine Diskriminatorstufe vorgesehen. Die Diskriminatorstufe stellt fest, welches der beiden Leistungsaggregate in seinem Betriebsverhalten stärker vom Verhalten des Modellaggregats bzw. der Nachbildung abweicht. Die Diskriminatorstufe kann Störanzeigen zur Meldung des als gestört ermittelten Leistungsaggregats oder Einrichtungen zur Stillsetzung des als gestört ermittelten Leistungsaggregats ansteuern. Die Diskriminatorstufe kann auch eine weitere Störanzeige zur Meldung einer Störung und/oder eine Einrichtung zur Stillsetzung des Modellaggregats bzw. der Nachbildung ansteuern.
Die Wahl des geeigneten Betriebsparameters und eines Meßgebers zu seiner Erfassung ist von der Art der zu überwachenden Leistungsaggregate abhängig. In Frage kommen beispielsweise Strom- und Spannungswerte bei elektrischen Energieerzeugungs-, Übertragungs- und Umformungseinrichtungen oder andere physikalische Größen wie Temperatur, Druck, Durchflußmenge, Drehmoment und Torsion bei mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Leistungsaggregaten.
Die Diskriminatorstufe kann in bekannter Weise mit elektronischen Mitteln ausgeführt sein. Es ist jedoch auch eine Diskriminatorstuf e mit pneumatischen oder hydraulischen Elementen möglich, die aus entsprechenden Differenzstufen, Grenzwertmeldern und Verknüpfungsgliedern aufgebaut sein kann.
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Als Modellaggregat wird ein Aggregat bezeichnet, das in gleicher Weise aufgebaut ist wie die entsprechenden Leistungsaggregate, jedoch mit kleineren Bauelementen. Ein Modellaggregat kann eine um einen Modellfaktor geringere Leistung erzeugen. Der dem Modellaggregat zugeordnete Meßgeber zur Erfassung eines charakteristischen Betriebsparameters wird dann zweckmäßigerweise so gewählt, daß er einen um den Modellfaktor größeren Meßwert liefert, der dann ohne weitere Umsetzung zusammen mit den Meßwerten von den Meßgebern der Leistungsaggregate in einer Diskriminatorstufe verarbeitet werden kann.
Unter einer Nachbildung eines Leistungsaggregats wird eine Einrichtung verstanden, die mit elektronischen, mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Mitteln das Verhalten wenigstens eines Betriebsparameters der Leistungsaggregate simuliert. Gegebenenfalls kann auch der zugehörige Meßgeber in eine derartige Nachbildung mit einbezogen werden. Man wird eine Nachbildung zweckmäßigerweise so aufbauen, daß ihr Ausgangssignal mit den Meßwerten der Meßgeber der Leistungsaggregate unmittelbar in einer Diskriminatorstufe verarbeitet werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Überwachung von zwei parallel arbeitenden Leistungsaggregaten,
Figur 2 eine prinzipielle Darstellung einer Diskriminatorstufe,
Figur 3 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Überwachung von zwei parallel arbeitenden Stromerzeugungseinrichtungen,
Figur 4a eine bekannte Wechselrichterschaltung mit Ausgangstransformator,
Figur 4b eine Nachbildung der Wechselrichterschaltung nach Figur 4a.
In Figur 1 ist ein Verbraucher 1 an eine Sammelleitung S angeschlossen, die von zwei l^istungsaggregaten 2a und 2b gespeist wird. Den Leistungsaggregaten sind jeweils Einrichtungen 3a und 3b zur Stillsetzung des jeweiligen Leistungsaggregats
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zugeordnet. Diese Einrichtungen können mit bekannten Mitteln der Elektronik, Mechanik, Pneumatik oder Hydraulik realisiert sein. Es ist insbesondere auch möglich, diese Einrichtungen in die Regeleinrichtung des betreffenden Leistungsaggregats einzubeziehen. Den Leistungsaggregaten 2a und 2b sind außerdem Störanzeigen 6a und 6b zugeordnet. Meßgeber 4a und 4b erfassen charakteristische Betriebsparameter der Leistungsaggregate.
Zur Überwachung der beiden parallel arbeiteden Leistungsaggre-
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gate 2a, 2b ist eine Nachbildung 2 vorgesehen, der eine weitere Störanzeige 6 zugeordnet ist. Die Nachbildung 2 erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Betriebsverhalten des charakteristischen Betriebsparameters der überwachten Leistungsaggregate im ungestörten Betrieb entspricht. Das Ausgangssignal der Nachbildung 2 und die Meßwerte von den Meßgebern 4a, 4b der beiden Leistungsaggregate 2a, 2b sind einer Diskriminator stuf e 5 zugeführt. Die Diskriminatorstufe 5 vergleicht das Ausgangssignal der Nachbildung 2 mit den Meßwerten eines charakteristischen Betriebsparameters der beiden Leistungsaggregate und stellt fest, welcher Meßwert stärker vom Ausgangssignal der Nachbildung 2 abweicht. Die Diskriminatorstufe 5 steuert die Störanzeigen 6a und 6b bzw. 6 und die Einrichtungen 3a und 3b zur Stillsetzung der Leistungsaggregate an.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Diskriminatorstuf e 5 dargestellt. Eingangsseitig sind ihr die Meßwerte von den Meßgebern 4a, 4b und das Ausgangssignal der nachbildung 2 zugeführt. In einem ersten Differenzglied 7 wird die Differenz der Meßwerte der charakteristischen Betriebsparameter der beiden Leistungsaggregate gebildet und über ein Filter 8 den beiden Schwellwertgliedern 9 und 10 zugeführt. Das Schwellwertglied 9 weist eine Ansprechschwelle auf, bei der-en Überschreitung die Störanzeigen betätigt werden sollen. Das Schwellwertglied 10 weist eine Ansprechschwelle auf, bei deren Überschreitung die Einrichtungen zur Stillsetzung des betreffenden Leistungsaggregate angesteuert werden sollen.
In zwei weiteren Differenzgliedern 11 bzw. 12 wird jeweils das Ausgangssignal der Nachbildung 2 mit einem Meßwert von
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einem der Meßgeber 4a bzw. 4b verglichen. Dem Differenzglied 12 ist ein Umkehrverstärker 13 nachgeschaltet. Am Ausgang des Differenzgliedes 11 scheint somit axe Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Nachbildung 2 und dem Meßwert vom Meßgeber 4a. Am Ausgang des Umkehrverstärkers 13 erscheint die inverse Differenz aus dem Ausgangssignal der Nachbildung 2 und dem Meßwert vom Meßgeber 4b. Diese beiden Differenzsignale werden über Widerstände R1 und R2 in einen Mittelwert umgeformt und über ein Filter 15 auf den Eingang eines Polaritätsindikators 16 geführt. Der Polaritätsindikator 16 erzeugt logische Signale, welche anzeigen, ob seine Eingangsspannung positiv oder negativ ist. Der Polaritätsindikator 16 gibt beispielsweise ein logisches L-Signal bei positiver Eingangsspannung und ein logisches Mull-Signal bei negativer Eingangsspannung ab. Dem Polaritätsindikator 16 ist ein Invertierer 17 nachgeschaltet.
Im umgestörten Betrieb ist die Spannung am Yerbindungspunkt der beiden Widerstände R1 und R2 annähernd UTuIl. Ist die Differenz des Meßwertes vom Meßgeber 4a zum Ausgangssignal der Nachbildung 2 größer als die Differenz des Meßwertes vom Meßgeber 4b zum Ausgangssignal der Nachbildung 2 , so ist der Mittelwert am Verbindungspunkt der beiden Widerstände R1, R2 positiv.
Es sei nun der Fall betrachtet, daß die Abweichung des Ausgangssign'als der Nachbildung 2 gegenüber dem Meßwert vom Meßgeber 4a größer ist als gegenüber dem Meßwert vom Meßgeber 4b. In diesem Falle wird bei einer kleinen Abweichung der beiden Meßwerte voneinander das Schwellwertglied 9 ein logisches L-Signal erzeugen, das an den Eingängen von UND-Gattern 18 und 20 ansteht. Die Spannung am Mittelpunkt der beiden Widerstände Ri, R2 ist positiv. Das Ausgangssignal des Polaritätsindikators 16 ist daher ein logisches L-Signal. Das UND-G-atter 18 wird durehgesteuert und steuert einen elektronischen Schalter 19 durchlässig, der die Störanzeige 6a zum Ansprechen bringt.
Wenn die Differenz zwischen den Meßwerten von den beiden Meßgebern 4a und 4b die Ansprechschwelle des Schwellwert-
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gliedes 10 übersteigt, so erzeugt dieses ein logisches L-Signal, das an den Eingängen von weiteren UND-Gattern 14 und 22 erscheint. Da am zweiten Eingang des UND-Gatters 14 bereits das L-Signal vom Polaritätsinaiicator 16 ansteht, wird das UND-Gatter 14 durchgesteuert und veranlaßt die Einrichtung 3a zur Stillsetzung des Leistungsaggregats 2a.
Wenn die Abweichung des Ausgangssignals 2 gegenüber dem Meßwert vom Meßgeber 4b größer ist als gegenüber dem Meßwert vom Meßwertgeber 4a, so ist die Spannung am Mittelpunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 negativ. Der Iblaritätsfühler
16 erzeugt daher ein logisches O-Signal, das vom Invertierer
17 in ein logisches L-Signal umgeformt wird. Dieses L-Signal steht an den Eingängen von weiteren UND-Gattern 20 und 22 an. Je nach dem, ob die Differenz zwischen den Meßwerten der Meßgeber 4a und 4b die Ansprechschwelle des Schwellwertgliedes 9 oder auch die Ansprechschwelle des Schwellwertgliedes 10 übersteigt,, wird über einen elektronischen Schalter 21 die Störanzeige 6b oder zusätzlich die Einrichtung 3b zur Stillsetzung des Leistungsaggregats 2b angesteuert.
Die Differenzsignale der Differenzglieder 11 und 12 werden über Widerstände R3 und R4 zu einem Mittelwert zusammengefaßt. Dieser ist normalerweise annähernd Null. Bei einer Störung in der Nachbildung 2 entsteht dagegen ein größerer Mittelwert. Wenn dieser die Ansprechschwelle eines weiteren Schwellwertgliedes 23 übersteigt, so steuert dessen Ausgangssignal einen elektronischen
* Schalter 24 durchlässig. Die Störanzeige 6 zeigt die Störung
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in der Nachbildung 2 an.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Überwachung von zwei Stromerzeugern 25a und 25b mit Hilfe eines Modellaggregats 25 . Den Stromerzeugern 25a, 25b sind Regeleinrichtungen 26a, 26b und dem Modellaggregat eine Regeleinrichtung 26 zugeordnet. Das Modellaggregat 25 entspricht zumindest im Verhalten wenigstens eines charakteristischen Betriebsparameters dem Verhalten der beiden Stromerzeuger 25a, 25b. Das Modellaggregat 25 kann grundsätzlich wie ein . verkleinerter Stromerzeuger aufgebaut sein. Seine Ausgangsleistung
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wird in die gemeinsame Sammelschiene eingespeist, an die ein Verbraucher 29 angeschlossen ist.
Den Regeleinrichtungen 26a, 26b und 26 sind als Eingangsgrößen der Verbraucherstrom von einem Strommeßgeber 30 und die Spannung auf der Stromschiene von einem Spannungsmeßgeber 31 zugeführt. Außerdem werden die Regeleinrichtungen in nicht dargestellter, bekannter Weise von entsprechenden SoIl- und Istwerten der zugehörigen Stromerzeuger beaufschlagt. Als charakteristischer Betriebsparameter werden die Ausgangsströme der Stromerzeuger ausgewertet, die von Strommeßwandler 27a und 27b erfaßt sind. Dem Modellaggregat 25 ist ein Strommeßwandler 27 zugeordnet, dessen Übersetzungsverhältnis um den Modellfaktor vom übersetzungsverhältnis der beiden Strommeßwandler 27a, 27b abweicht. Hierdurch können die beiden Strommeßwerte von den Strommeßwandlern 27a, 27b und der Strommeßwert vom Strommeßwandler 27 unmittelbar in der Diskriminatorstufe 5' miteinander verglichen werden. Die Diskriminatorstufe 5' steuert Schütze 28a bzw. 28b an, die bei einer Störung in einem der beiden Stromerzeuger den gesteuerten Stromerzeuger von der Stromschiene trennen. Bei einer Störung im Modellaggregat 25 wird dieses über das Schütz 28 abgeschaltet.
Anstelle eines Modellaggregats kann auch eine Nachbildung eines Stromerzeugers verwendet werden. Figur 4a zeigt den Aufbau einer bekannten Wechselrichtersehaltung mit einem Ausgangstransformator, während in Figur 5b eine elektronische Nachbildung dieser Schaltung dargestellt ist.
Der in Figur 4a dargestellte Wechselrichter liegt mit seinen Eingangsklemmen 32 und 33 an einer Batterie. Der Wechselrichter enthält die gesteuerten Ventile n11 bis ni6 und n21 bis n26, die von einem nicht näher dargestellten Steuersatz angesteuert werden. Die drei Phasen RST erscheinen an den Ausgangsklemmen eines I bertrag er s als Phasenspannungen U1-,, us, uT.
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Die in Figur 4b dargestellte elektronische Nachbildung dieser Wechselrichterschaltung weist eingangsseitig wiederum Eingangsklemmen 32 und 33 für die Batteriespannung bzw. eine der Batteriespannung proportionale Spannung auf. Außerdem sind Eingänge für die Zündimpulse der gesteuerten Ventile vorgesehen. Die entsprechenden Eingänge sind mit (n11) bis (ni6) und (n2i) bis (n26) bezeichnet. Der Eingang (nil) ist beispielsweise mit der Zündimpulsleitung für das Ventil n11 verbunden.
Die Zündimpulse für ein Hauptventil bzw. ein Löschventil einer Polarität einer Phase der V/echselrichterausgangsspannung sind jeweils auf den Setzeingang bzw. den Rücksetzeingang eines der Flip-Flops 34 bis 39 geschaltet. Der Setzeingang des Flip-Flops 34 ist beispielsweise vom Zündimpuls für das Ventil n11 und der Rücksetzeingang des Flip-Flops 34 vom Zündimpuls für das Löschventil n21 beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 34 steuert einen elektronischen Schalter 40. Das Flip-Flop 37 ist eingangsseitig von den Zündimpulsen für ein Hauptventil n14 und ein Löschventil n24 der entgegengesetzten Polarität der betreffenden Phase der Wechselrichterausgangsspannung angesteuert. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 37 steuert einen elektronischen Schalter Die beiden Schalter 40 bzw. 41 schalten alternierend die positive bzw. negative Polarität der Batteriespannung auf den Eingang eines Operationsverstärkers 42. Am Ausgang des Operationsverstärkers 42 erscheint eine Spannung, die einer inversen Phasenspannung des Y/echselrichters entspricht. Dem Operationsverstärker 42 ist ein Umkehrverstärker 43 nachgeschaltet, dessen Ausgangsspannung eine Phasenspannung des Wechselrichters darstellt.
Jeweils eine Phasenspannung und eine inverse Phasenspannung werden in einem als Addierverstärker beschalteten weiteren Operationsverstärker 44 zu verketteten Phasenspannungen umgeformt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 44 wird in einem weiteren "Jmkehrverstärker 45 invertiert. Durch nochmalige Zusammenfassung der verketteten Spannungen und der inversen verketteten Spannungen in wiederum als Addierverstärker beschalteten Operationsverstärkern 46,47,48
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entstehen nachgebildete Phasenspannungen U„, U,-., U,p, die den gleichen Verlauf aufweisen wie die tatsächlichen Phasenspannungen U-,, Uo, U,j am Ausgang des Übertragers der in Figur 4a dargestellten Wechselrichterschaltung.
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Claims (5)

- 11 - VPA 74/3234 Patentansprüche
1. Einrichtung zur Überwachung von zwei parallel arbeitenden Leistungsaggregaten, deren Ausgangsleistungen einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind, gekennzeichnet durch ein Modellaggregat oder eine Nachbildung, dessen Ausgangssignal dem Verhalten wenigstens eines charakteristischen Betriebsparameters der Leistungsaggregate entspricht und durch eine von Meßwerten gleichartiger Betriebsparameter der beiden Leistungsaggregate und dem Ausgangssignal des Modellaggregats bzw. der Nachbildung beaufschlagte Diskriminatorstuf e zur Ermittlung desjenigen Leistungsaggregats, dessen charakteristischer Betriebsparameter die größere Abweichung vom Ausgangssignal des Modellaggregats bzw. der Wachbildung aufweist.
2.· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .Diskriminatorstufe Störanzeigen zur Meldung des als gestört ermittelten Leistungsaggregats ansteuert.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatorstufe Einrichtungen zur Stillsetzung des als gestört ermittelten Leistungsaggregats ansteuert.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
■ die Diskriminatorstufe eine weitere Störanzeige zur Meldung einer Störung und/oder eine Einrichtung zur Stillsetzung des Modellaggregats bzw. der Nachbildung ansteuert.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Diskriminatorstufe mit folgenden Merkmalen:
a) ein erster Kanal enthält einen Differenzbildner (7), aer eingangsseitig von den Meßwerten des charakteristischen Betriebsparamters der beiden Leistungsaggregate beaufschlagt ist und dessen Ausgangssignal einem Schwellwertglied (9 bzw 10) mit einer vorgegebenen Ansprechschwelle zugeführt ist,
b) ein zweiter Kanal enthält zwei weitere Differenzbildner (11,12), die eingangsseitig vom Ausgangssignal des Modell-
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aggregate bzw. der Nachbildung und je einem Meßwert des charakteristischen Betriebsparameters eines Leistungsaggregats beaufschlagt sind und deren Ausgangssignale einem Mittelwertbildner (R1,ß2) im Eingang eines Polaritätsindikators (16) zugeführt sind, der logische Signale entsprechend der Polarität seines Eingangssignals erzeugt, c) eine aus logischen Verknüpfungsgliedern (18,20 bzw. 14, 22) aufgebaute Verknüpfungsanordnung bildet aus dem ihr eingangsseitig zugeführten Ausgangssignal des Schwellwertgliedes (9 bzw. 10) und aus den Signalen des Polaritätsindikators (16) ein Kennsignal zur Anzeige und/oder Stillsetzung des gestörten Leistungsaggregats.
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