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"Einrichtung zur wartungsgemäßen Tiefentladung von elektrischen Akkumulatoren
bei gesicherten Stromversorgungssystemen" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur wartungegemäßen Tiefentladung und Kapazitätsprufung von bei gesicherten Stromversorgungssystemen
als Ersatzstromquelle verwendeten elektrischen Akkumulatoren (Batterien), welche
bei der Normalstromversorgung von Verbrauchern aus einer @echselstromquelle durch
Ladestromrichter erhaltungsgeladen sind und bei Störunger der @echselstromquelle
an einer @leichstromschiene parallelgeschaltet werden, bei welcher Einrichtung den
Batterien eine zumindest gieiche Anzahl Ladestromrichter und Spannungsfühler einzeln
zugeordnet und die Batterien auch einzeln über eine zusätzliche @leichstromschiene
zur Durchführung von Ausgleichs- und Formierladungen an die zugeoraneten @ destromrichter
schaltbar sind sowie ferner eine zumindest gleiche Anzahl Wechselrichter zur @tromversorgung
von an einer Wechselstromschiene angeschlossenen Verbrauchern einzeln den batterien
zugeordnet und zwischen den Verbrauchern und den zugeordneten Ladestromrichter angeordnet
3 ind.
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Die wartungsgemäße Tiefentladung zur Kapazitätsprüfung von elektrischen
Akkumulatoren, insbesondere Blei-Schwefelsäure-
Batterien, für Anlagen
zur gesicherten Stromversorgung wird nach # 0107 der VOE-@ormenbestimmungen vorgenommen.
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Die dient zur Kontrolle unJ Erhaltung der Lebensdauer der Batterien
und somit auch der Betriebssicherheit der betreffenden Stromversorgungsanlagen,
wofür vorgesehen wird, d- je nschderj, wie die batterien beansprucht und belastet
werden, die Tiefentladun@ in regelmäßigen Zeitabständen, etwa h@lb- oder vierteljährlich,
bis zur Entladeschlußspannung vorzunehmen ist, wobei die Entladestromstärke zweckmäßig
jeweils konstant zu halten ist.
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Stromversorgungssysteme er eingangs genannten Art mit einer als Ersatzstromquelle
im Bereitschaftsbetrieb verwendeten Batterie sind zum @eispiel durch die DT-OS 1
488 779 bekannt. Andererseits ist eine Anordnung mit mehreren Ladestromrichtern
und ebenso mit mehreren durch diese Ladestromrichter aus einer Vechselstromquelle
geladenen sowie auch erhaltungsgeladenen, an einer Gleichstromschiene parallelgeschalteten
Batterien durch die DT-OS 1 671 821 bekannt.
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Es sei hier nur angemerkt, daß die Tiefentladung von Batterien noch
h@ufig an einer neben der Gleichstromschiene für die Stromversorgung von Verbrauchern
verwendeten zusätzlichen Gleichstromschiene vorgenommen wird, indem diese 3atterien
in Parallelschaltung über besondere ohmsche Widerstände entladen werden. Hierbei
kann es zu einer ungleichmäßigen Entladung der Batterien kommen und es werden die
in den @iderständen entstehenden Verluste unnötigerweise hingenommen. Jedoch können,
wie durch beis-ielsweise die DT-OS l 671 821 bekannt, die batterien nahezu verlustfrei
über die Ladestromrichter, welche als Umkehrstromrichter ausgeführt und im Wechselrichterbetrieb
gesteuert sind, in die @echselstromquelle entladen werden. Dieses Verfahren setzt
aber voraus, daß während der Zeit, da die wartungsgemäße Entladung der Batterien
vorgenommen werden
soll, keine Störungen in den Ladestromrichtern
auftreten.
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Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur wartungsgemäßen Tiefentladung und Kapazitätsprüfung von bei gesicherten Stromversorgungssystemen
als Ersatzstromquelle verwendeten Batterien zu schaffen, bei welcher diese Batterien
weitgehend verlust frei und gleichmäßig entladen werden können, die Entladung der
Batterien nicht durch bei den Ladestromrichtern oder anderen Bestandteilen des Stromversorgungssystemes
etwa auftretende Störungen beeinflußt werden kann und dabei die otromversorgung
von Verbrauchern aufrechterhalten wird.
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Diese Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art
dadurch zu lösen, daß zur Tiefentladung der Batterien ein bei mit redundander Leistung
ausgestatteten Ladestromrichtern über die Gleichstromschiene, ansonsten aber ein
von der zusätzlichen Gleichstromschiene in die )jechselstromquelle verlustfrei zurückspeisender,
im Xechselrichterbetrieb auf Konstantgleichstromaufnahme geregelter stromrichter
(4') verwendet ist, un dais die batterien einzeln nacheinander zur jeweils durchgehenden
Tiefentladung bis zu einer vorgeschriebenen Entladeschlußspannung auf diese Gleichstromschienen
schaltbar sind, oder daß zur Tiefentladung der Batterien zumindest ein redundander
über die Gleichstromschiene in die Wechselstromquelle zurückspeisender, in den @echselrichterbetrieb
umsteuerbarer und gleichfalls auf Konstantstromaufnahme geregelter Ladestromrichter
verwendet ist.
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Die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe ist ferner auch dadurch
zu lösen, dals ein beliebiger von einer Anzahl vorhandener, für Teillast-Farallelbetrieb
oder für redundanden tarallelbetrieb zur Stromversorgung der Verbraucher an der
.dechselstromschiene vorgesehener, auf Konstantgleichstromaufnahme
geregelter
Wechselrichter zur verlustfreien iefentladung der Batterien verwendet ist und die
Batterien einzeln nacheinander zur jeweils durchgehenden Tiefentladung bis zu einer
vorgeschriebenen Entladeschlußspannung über diesen .Vechselrichter an die Verbrauch£-r
schaltbar ist.
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Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben mit einer Einrichtung eines drei Ladestromrichter und drei
zugeordnete gleiche Batterien sowie ferner mindestens drei nachgeordnete, einen
Verbraucher einspeisende Wechselrichter enthaltenden Wechselstromversorgungssystems.
Die Ladestromrichter und Wechselrichter seien alle mit gleichgroßer Typenleistung
ausgestattet. Es sind die drei Ladestromrichter 1,2,3 eingangsseitig an ein Drehstromnetz
XdT, z. B. mit 3x380 Volt + 10% in 50 Hz + 5, angeschlossen und haben Je zwei Abgänge,
nämlich einen Abgang A für Ausgleichs- oder Formierladungen einer zugeordneten Batterie
B1, B2, B3 unabhängig von den übrigen Batterien und einen Abgang A' für das Laden
nach IU-Kennlinie sowie für die Ladungserhaltung der betreffenden Batterie und gleichzeitig
für die Normalstromversorgung des Verbrauchers V über die Wechselrichter.
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Bei einer zeitbegrenzten Ladung nach IUoUSKennlinie können die Ladezeiten
der Batterien nach Minuten differieren. Die Ladung wird dann mit der längsten Ladezeit
beendet.
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Mittels Je eines mit einer Sicherung umsteckbaren Trenners Tl, T2,
3 sind die Abgänge A mit einer Gleichstromschiene GA und die Abgänge A' mit den
Betriebsstromeingängenvon drei den Ladestromrichtern einzeln zugeordneten sfechselrichtern
1',2',3' verbindbar. Den Batterien Bl, B2, B3 sind gleichartige umsteckbare Trenner
TB1, TB2, TB3 nachgeordnet. Hierdurch sind die Batterien bei Normalstromversorgung
der Verbraucher einerseits Jeweils mit den Abgängen
A' der Ladestromrichter
und andererseits mit den Betriebsstromeingängen der Wechselrichter 1', 2', 3' zu
verbinden und sind außerdem jeweils über ein Schaltschütz S1, 2, S3 an eine Gleichstromschiene
G anschaltbar. ueber das Schaltschütz können somit die Betriebseingänge der Wechselrichter
und bei entsprechend gesteckten Trennern die Abgänge A der Ladestromrichter und/oder
die Batterien an G parallelgeschaltet werden.
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Die vorerwähnte Gleichstromschiene GA ist bei der beschriebenen Einrichtung
neben der Gleichstromschiene G als Sonderschiene vorgesehen, welche wahlweise für
eine Ausgleichs-und Formierladung einer Batterie mittels der umsteckbaren Trenner
mit den Abgängen A der Ladestromrichter zu verbinden ist. Den Batterien sind ferner
Spannungsfühler Fi, 2, 3 zugeordnet. Es wird der eil der Einrichtung, welcher die
Batterien 331, 332, 33, die umsteckbaren oicherungen der Trennerpaare 1, T31; T2,
T132; T3, TB3 und die Schaltschütze S1, S2 und S3 umfaßt, üblicherweise als Batterieschaltfeld
bezeichnet.
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Die echselrichterausgänge arbeiten über eine Mechselstromschiene W
auf einen Verbraucher V, welcher wie ersichtlich, mittels einer Schützumschaltvorrichtung
8v unter Umgehung der Wechselrichter 1',2',3' direkt an das Drehstromnetz RST angeschlossen
werden kann.
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Ein Stromversorgungssystem der vorangehend beschriebenen Art kann
auf verschiedene eisen redundand ausgelegt sein, zum Beispiel mit zumindest einem
zusätzlichen Wechselrichter, oder mit zumindest einem zusätzlichen Ladestromrichter
oder überhaupt mit mindestens zwei mit redundander Leistung ausgestatteten Ladestromrichtern
und Wechselrichtern oder schließlich auch mit zumindest einem zusätzlichen datz
bestehend aus einem Ladestromrichter, einer Batterie und einem
Wechselrichter.
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Für ein nicht redundand ausgelegtes Stromversorgungssystem ist zur
Tiefentladung und Kapazitätsprüfung der Batterien ein zusätzlicher Stromrichter
4' vorgesehen, welcher zwischen den Gleichstromschienen G und GA einerseits und
dem Drehstromnetz RST andererseits angeordnet ist, und zwar bei jeweils in der gezeichneten
Steckstellung der Trenner TB und des dem Stromrichter 4' zugeordneten Trenners T4'
befindliche sicherungen über die schiene GA. Der Stromrichter 4' ist im llechselrichterbetrieb
und auf Konstantgleichstromaufnahme geregelt und speist Gleichstrom von einer der
Gleichstromschienen nahezu verlustfrei in das Netz BT zurück. Bei der wartungsgemäßen
Tiefentladung werden jedoch die 3atterien nicht gleichzeitig, also nicht in Parallelschaltung
miteinander, über eine der Gleichstromschienen und den otromrichter 4' in das Netz
XSU entladen, sondern es werden die Batterien einzeln nacheinander jeweils durchgehend
nach einer zu wählenden Konstantstromkennlinie bis zu der vorgeschriebenen Entladeschlußspannung
in das Netz entladen.
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Hingegen werden bei einem redundanden system die Batterien automatisch
über zugeordnete Schaltschütze s 2, o3 die schiene G und den Stromrichter 4' sowie
die nicht in der gezeichneten Steckstellung der Trenner TB und T4' befindlichen
Sicherungen in das Netz entladen. Nachdem die Entladeschlußspannung jeweils erreicht
worden ist, wird zur Kapazitätsprüfung der betreffenden Batterie die zur Tiefentladung
benötigte Zeit festgestellt. während der Tiefentladung über den Stromrichter 4'
kann der Verbraucher V unter Normalstromversorgung über die Ladestromrichter der
jeweils nicht entladenen Batterie und die zugeordneten Wechselrichter verbleiben.
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An einem Beispiel sei hier die Wirkungsweise der vorangehend
beschriebenen
Einrichtung betrachtet. Bei Normalstromversorgung des Verbrauchers aus dem Netz
HoT über die Ladestromrichter 1,2,3 und die Wechselrichter 1, 2', 3' sind die Sicherungen
der Trenner T1, T2, T3 und TB1, TB2, DB3 in der gezeichneten Stellung. Die Batterien
B1, B2, B3 sind an den Abgängen A' angeschlossen und stehen unter konstantgeregelter
Ladungserhaltungsspannung. Die Wechselrichter 1', 2', 3' erhalten die gleiche Spannung
als Betriebsspannung, so daß eine geregelte Verbraucherspannung, beispielsweise
380 Volt + 2% und 50 Hz + 0,5, erhalten wird.
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Mittels der Spannungsfühler F1, F2, £3 werden die Spannungen an den
Batterien 331, B2, B3 überwacht. Die Istwerte der Batterienspannungen sind Ladereglern
der zugeordneten Ladestromrichter 1,2,3 zugeführt.
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Bei einer Netzstörung oder bei Ausfall des Drehstromnetzes, sowie
ferner bei Ausfall nur eines Ladestromrichters fällt bei mindestens einem Ladestromrichter
die Ladespannung aus und die Batterien speisen zunächst getrennt den Verbraucher
V über die zugeordneten Wechselrichter ein. Unterschreitet sodann die Spannung einer
Batterie einen z. B. etwa 5, unterhalb der Ladungserhaltungsspannung liegenden Spannungswert,
so werden von dem Spannungsfühler S der betreffenden Batterie durch ein Spannungsmeßrelais
R die drei Schaltschütze S1, 52, 53 auf Anzug gesteuert und somit die Batterien
auf die Gleichstromschiene G geschaltet. Die Schaltschütze können aber auch von
dem ausfallenden flrehstromnetz her geschaltet werden. Die Batterien sind alsdann
an der Gleichstromschiene parallelgeschaltet und speisen den Verbraucher gemeinsam
über die Wechselrichter ein (Ersatzstromversorgung). Bei der Ersatzstromversorgung
werden die Wechselrichter so gesteuert, daß sie gleichgroße Anteile des Verbraucherstromes
abgeben und auch gleichgroße konstante Ausgangsspannungen haben, welche im Toleranzbereich
der geforderten Verbraucherspannung liegen. Hierbei können
kurzzeitig
Ausgleichsströme zwischen den Batterien fließen, die den Betrieb jedoch nicht beeinträchtigen.
Ist das Drehstromnetz RS<£ wieder betriebsfähig geworden, so registrieren die
Spannungsfühler F wiederansteigende Batteriespannungen. Von den Spannungsfühlern
oder vom Netz her werden sodann die Schaltschütze S1, 52, 53 auf Abfallen gesteuert,
wodurch die Batterien von der Gleichstromschiene G abgeschaltet werden und wieder
auf Ladungserhaltung bei Normalstromversorgung des Verbrauchers aus dem Wechselstromnetz
über die Ladestromrichter und Wechselrichter wie oben beschrieben zurückgeschaltet
werden. Der Verbraucher kann im Falle einer Totalstörung der Wechselrichter mittels
einer automatischen Schützumschaltvorrichtung Sv an das Drehstromnetz geschaltet
werden. Nach Zurückschaltung mittels der Schützumschaltvorrichtung 5v an die Y<echselstromschiene
W. ist der Verbraucher V wieder an den Abgängen der Wechselrichter angeschlossen
und steht somit ebenfalls wieder unter Normalstromversorgung.
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Während einer Ausgleichs- oder Formierladung, wie oben erläutert,
können die Batterien beispielsweise einer 6 stündigen handüberwachten Ladung nach
V,-Kennlinie bis zu einer Spannung von 2,7 V»Zelle unterworfen werden.
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Nach Beendigung einer Ausgleichsladung werden die Batterien mittels
der ulasteckbaren Trenner Ti bis T3 und TB1 bis TB3 wieder mit den Abgängen A' der
zugeordneten Ladestromrichter verbunden und kommen alsdann wieder unter Ladungserhaltungsspannung.
Zugleich erhalten hierdurch die Wechselrichter 1', 2', 3' getrennt Betriebsspannung
von den Abgängen A' (Normalstromversorgung).
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Bei einem Stromversorgungssystem wie etwa dem vorangehend beschriebenen
kann an Stelle einer Handbedienung der umsteckbaren Sicherungen der Trenner eine
automatische Betätigung treten, welche nach geeigneten Kriterien, z. B.
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nach der Höhe der mittels der Spannungsfühler F registrierten Batteriespannungen
und/oder der Verbraucherspannung, gesteuert wird.
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Bei einem im Vergleich zu dem in der Zeichnung dargestellten mit z.
B. einem vierten Ladestromrichter ausgestatteten redundanden Stromversorgungssystem
kann an Stelle des Stromrichters 4' dieser vierte Ladestromrichter mit einem mit
der Gleichstromschiene G verbundenen Abgang für die wartungsgemäße Tiefentladung
und Kapazitätsprüfung der Batterien verwendet werden, wobei dieser Stromrichter
im @echselrichterbetrieb derart geregelt ist, dals ein konstanter Betriebsgleichstrom
von der Gleichstromschiene G her aufgenommen und nahezu verlustfrei in das Drehstromnetz
RST zurückgespeist wird. @ährenddessen verbleibt wiederum der Verbraucher unter
liormalstromversorgung aus dem Netz RST über die batteriezugeordneten Ladestromrichter
und die wtechselrichter. Zur wartungsgemäßen Tiefentladung werden die Batterien
wie oben beschrieben einzeln nacheinander mittels der Schaltschütze S1, S2, S3 mit
G verbunden.
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Bei einem Stromversorgungssystemmit einer Redundanz an Wechselrichtern
kann entsprechend schon ein überschüssiger am Betriebs eingang mit G verbundener
;lechselrichter, welcher auf Konstantstromaufnahme aus der Gleichstromschiene G
geregelt wird, zur Tiefentladung der Batterien auf den Verbraucher V verwendet werden.
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Es sei hier zur weiteren Erläuterung noch angemerkt, daß eine Redundanz
an Wechselrichtern vorliegt, wenn z. 33. die Verbraucherlast 150 kVA beträgt und
zur otromversorgung 7 Wechselrichter mit je 75 kVA eingesetzt werden. Sntsprechendes
trifft zu auf Redundanzen an Batterien und an Ladestromrichtern, die zur Ladung-
und Ladungserhaltung und Stromversorgung der Wechselrichter im Normalbetrieb vorgesehen
sind.
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Ein otronversorgungssystem ist schon dann als redundant zu bezeichnen,
wenn sich die Redundanz nur auf die @echselrichter, und nicht auf die 3atterien
oder die Ladestromrichter bezieht. In diese Fall sind bei einer Wechselrichter-Störung
die Stromrichter und Batterien über die Gleichstromschiene G und die ochaltschütze
parallelzuschalten.