-
Anordnung zur Uberwachung und selbsttätigen Steuerung
-
einer im Überlastbereich arbeitenden elektrischen Einrichtung Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung und selbsttätigen Steuerung
einer im Uberlastbereich arbeitenden elektrischen Einrichtung. Bei verschiedenen
elektrischen Einrichtungen, wie z. B. elektrischen Maschinen, Transformatoren u.
a. ist es erlaubt, diese kurzzeitig im Überlastbereich zu betreiben. Dieses ist
in Stoßzeiten erforderlich, in denen die Einrichtungen, ohne daß ein gefährlicher
Zustand eintritt, voll ausgelastet werden. Für diesen Zweck geben die Hersteller
der Einrichtungen in einem Leistung verzeichnis die Überlastungsfähigkeit an. Darin
sind fbr einen gewissen Überlastbereich in Abhängigkeit von der die Nennleistung
übersteigenden Leistung die Zeiten
angegeben, mit denen die Einrichtungen
betrieben werden könnell, ohne aus si.e durch Überlast gefahndet werden. So kann
eine Einrichtung bei Betrieb mit dem 1,1-fachen der Nennleistung, z. B. 30 min.,
bei Betrieb mit dem 1,3-fachen der Nennleistung 3 min., bei Betrieb mit dem 1,5-fachen
der Nennleistung 2 2 min. und bei Betrieb mit dem 2-fachen der Nennleistung 1 sec.
betrieben werden, ohne daß die-Einrichtung durch tlberlast gefährdet wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Überwachung und selbsttätigen
Steuerung einer im Überlastbereich arbeitenden elektrischen Einrichtung anzugeben,
bei der das Bedienungepersonal der elektrischen Einrichtung von der Uberwachung
befreit ist und die bei Überschreiten eines eins-tellbaren, im Leistungsverzeichnis
angegebenen Wertes die Leistung auf Nennlast zurücknimmt und bei einer Störung zur
Durchführung dieser Maßnahme die elektrische Einrich tung abschaltet.
-
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Impuls folgen
mit einer der Uberlast proportionalen Frequenz gleichzeitig in drei auf unterschiedliche
Werte voreingestellte Zähler zur Abgabe eines Warnsignals, zur Rücknahme der Leistung
auf Nennlast und zur Abschaltung der Einrichtung eingezählt werden, deren Rückstellung
in Abhängigkeit der Zählerstände der Zähler durch eine Zeit stufe gesteuert wird.
-
Dabei ist der Werts auf den der Zähler zur Abschaltung der Einrichtung
voreingestellt ist, größer als der Wert, auf den der Zähler zur Rücknahme der Leistung
auf Nennlast voreingestellt ist und dieser wieder größer als der Wert, auf d£n der
Zähler zur Abgabe eines Warnsignals voreingestellt ist.
-
Das Aucgangssignal der Zeitstufe stellt die Zähler gleichzeitig zurück.
-
Das Ausgangssignal der Zeitstufe wird von einem Integrator mit nachgeschalteten
Trigger gebildet.
-
Die Integrationszeit T des Integrators ist einstellbar.
-
Bei Erreichen des voreingestellten Wertes im Zähler zur Abgabe eines
Warnsignals wird die Rückstellung der Zähler unterbrochen.
-
Bei Erreichen des voreingestellten Wertes im Zähler zur Rücknahme
der leistung auf Nennleistung wird der Integrator zurückgestellt und während der
folgenden Integrationsperiode bleibt durch das Fehlen eines Rückstellsignals an
die Zähler das Warnsignal und das Rücknahmesignal bestehen.
-
Mittels eines Potentiometers wird die Kennlinie des Verstärkers so
eingestellt, daß bei Nennlast der elektrischen Einrichtung die Ausgangsgröße des
Verstärkers Null ist.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispieles erläutert, wobei die elektrische Einrichtung ein rotierender
Netzkupplungsumformer sein soll. Netzkupplungsumformer dienen dazu, eine elastische
Kupplung zwischen dem 50 Hz-Drehstromnetz der Landesversorgung und dem 16 2/3 Hz-Einphasennetz
der Bahnstromversorgung herzustellen. Er besteht aus einer Drehstrom-Asynchronmaschine
(Not or) und einer Synchronmaschine (Generator) ml Erregermaschine zur Erzeugung
des 16 2/3 Hz-Einphasenwechselstromes, sowie verschiedenen Hilfseinrichtungen. Beim
Einsatz des Netzkupplungsumformers im Verbund satz werden drei Betriebsgrößen geregelt:
1. Wirkleistung der 16 2/3 Hz-Synchronmaschine, die über die aufgenommene Wirkleistung
der 50 Hz-Asynchronmaschine eingestellt wird;, 2. die Blindleistung der 16 2/3 Hz-Synchronmaschine;
3. der Leistungsfaktor der Asynchronmaschine.
-
Der Betrieb über die Nenndaten für Wirk- und Blindleistung für eine
begrenzte Zeit wird durch die erfindungsgemäße Anordnung überwacht und gesteuert.
Wird eine aus dem Leistungsverzeichnis ausgewählte oberlast-Arbeitsmenge überschritten,
erfolgt nach Abgabe eines Warnsignals die Rücknahme der Wirkleistung oder der Blindleistung
auf Nennlast.
-
Der Netzkupplungsumformer wird also durch das Rücknahmesignal nicht
abgeschaltet, sondern während einer wählbaren Zeit (Pausenzeit) mit der Nennleistung
weiterbetrieben.
-
Erst wenn infolge einen Defektes die Rücknahme nicht wirksa wird,
erfolgt die Auslösung d. h., der Netzkupplungsumformer wird vom Netz getrennt.
-
Zur Rücknahme der Wirkleistung wird der Strom im Ständer der 16 2/3
Hz-Synchronmaschine und/oder der Strom im Ständer der 50 Hz-Asynchronmaschine gemessen.
Die Rücknahme der Blindleistung erfolgt über die Rücknahme des Erregerstromes der
16 2/3 Hz-Synchronmaschine, der dazu ebenfalls geiresser wird.
-
In der Figur ist mit 1 ein Meßwandler bezeichnet, dessen Ausgangs
Spannung über eine Gleichrichterschaltung 2 einem invertierenden Verstärker 3 zugeführt
wird. Mit einem Potentiometer 4 wird der Nullpunkt der Verstärkungskennlinie eingestellt.
Der Ausgang des Verstärkers 3 ist über einen weiteren invertierenden Verstärker
5 mit einem Analog-Digital-Wandler 6 verbunden, der als Spannungs-Frequenzwandler
ausgeführt ist. Dessen Ausgangsimpulse beaufschlagen über ein UND-Glied 7 je einen
Zähler 8, 9, 10. Der Ausgang des Zählers 8 führt zu einer Klemme b, an die eine
nicht dargestellte Warnelnrichtung angeschlossen ist. Mit E1 ist der Wert bezeichnet,
auf den der Zähler 8 voreingestellt wird,der Zähler 9 wird auf den Wert E2 voreingestellt.
-
Der ausgang des Zählers 9 ist mit einer Klemme c verbunden, an die
eine nicht dargestellte Schaltungsanordnung zur Rücknahme der Leistung auf Nennleistung
angeschlossen ist. Der Ausgang des Zählers 10 ist mit einer Klemme d verbunden,
an die eine nicht dargestellte Einrichtung zur Trennung des Netzkupplungsumformers
vom Netz der Landesversorgung angeschlossen ist. Der Zähler 10 wird auf den Wert
E3 voreingestellt. Die Voreinstellung der Zähler 8, 9, 10 ist derart, daß E3 >
E2 > E1 ist.
-
Der Ausgang des Zählers 8 ist mit dem Setzeingang einer bistabilen
Kippstufe 11 und deren Rücksetzeingang ist mit dem Ausgang des Zählers 9 verbunden.
-
Der Ausgang eines zu einem Zeitglied 15 gehörenden UND-Gliedes 14
führt zu je einem Rücksetzeingang der Zähler 8, 9, 10. Das Zeitglied 15 besteht
aus der Reihenschaltung eines NOR-Gliedes 16, eines Integrators 12, dessen Integrationazeit
T einstellbar ist, eines Triggers 13 und dem UND-Glied 14. Der Ausgang des Triggers
13 ist außerdem mit einem negierenden Eingang des UND-Gliedes 7 und einem Eingang
ds NOR-Gliedes 16 verbunden. Ein anderer Eingang des NOR-Gliedes 16 führt an die
Klemme c. Ein negierender Eingang des UND-Gliedes 14 ist mit einem dem Setzeingang
der bistabilen Kippstufe 11 zugeordneten Ausgang verbunden.
-
Die wirkungsweise tier Anordnung ist folgende: Der Meßwandler 1 wandelt
den zu messenden Strom I, z. B. den Strom im Ständer der 16 2/3 Hz-Synchronmaschine
(Generator).
-
in eine diesen proportionale Spannung um. Damit wird nach Gleichrichtung
in der Gleichrichteranordnung 2 der Verstärker 3 angesteuert. Mit dem Potentlometer
4 wird die Ausgangsspannung Ua3 des Verstärkers 3 so eingestellt, daß diese Null
ist, wenn im Ständer des Generators und damit durch den Meßwandler 1 der Nennstrom
IN fließt. Die Ausgangsspannung Ua3 des Verstärkers 3 ist: Ua3 > O für I ( 1N
Uaf = O für I = IN Ua3 > 0-für I > IN Der nachgeschaltete invertierende Verstärker
5 unterdrückt positive Ausgangsspannungen des Verstärkers 3. Seine Ausgangsspnnnung
ist: Ua5 = 0 für Ua3 # 0; d. h.
-
I # IN und Ua5 > 0 für Ua3 < 0; d. h.
-
I > IN.
-
Der Verstärker 5 liefert also nur eine Ausgangsspannung, wenn der
zu messende Strom I größer als'der Nennstrom IN ist.
-
Der n<3chgeschaltete Analog-Digitalwandler 6, der als Spannungs-Frequenzwandler
ausgebildet ist, liefert Impulse, deren Frequenz der Ausgangsspannung des Verstärkers
5 proportional ist. Ist die logische Verknüpfung des UND-Gliedes 7 erfiillt, werden
die Impulse in alle drei Zähler 8, 9, 10 gleichzeitIg eingezählt. Die Zh'hlerstellung
ist ein Maß für die erreichte Überlastarbeit.
-
Wenn im Zähler 8 der voreingestellte Wert E1 und damit eine bestimmte
Uberlasturbeit erreicht ist, wird die an der Klemme b angeschlossene Warneinrichtung
betätigt.
-
Gleichzeitig wird die bi.stabile Kippstufe 11 gesetzt, deren Ausgangssignal
auf das Zeitglied 15 wirkt. Beim weiteren Einzählen der Impulse bleibt das Signal
an Klemme.b bestehen und es wird der voreingestellte Wert E2 des Zählers 9 erreicht.
Sein Ausgangssignal setzt die bistabile Kippstufe 11 zurück wirkt auf das Zeitglied
15 und betätigt die an Klemme c angeschlossene Schaltungsanordnung zur Rücknahme
der leistung auf Nennleistung. Durch die Rücknahme fließt durch den Ständer des
Generators und damit durch den Meß-wandler 1 der Nennstrom, die Ausgangsspannung
Ua3 des Verstärkers 3 ist damit gleich Null. Der Analog-Digitalwandler erzeugt keine
Impulse mehr und die Zähler 8, 9, 10 bleiben stehen, bis sie, wie weiter unten beschrieben,
durch das Zeitglied 15 zurückgestellt werden. Sollten infolge eines Defektes in
der Schaltungsanordnung zur Rücknehme der Leistung, im Verstärker 3 oder im Analog-Digitalwandler
6 trotz Vorliegen eines Rücknahnesignals an Klemme c die Zähler 8, 9, 1o weiterhin
mit Impulsen beaufschlagt werden, wird
das Ausgangssignal von Zähler
io wirksam. Bei einem einstellbaren Wert E5 schaltet das Ausgangssignal an der Klemme
d die Asynchronmaschine (Motor) vom Netz der Landesversorgung.
-
Um zu@erreichen, daß nicht die durch kleine Überlastwerte erzeugten
Impulse über sehr lange Zeit die Zähler 8, 9, le beaufschlagen und bei Erreichen
des Voreinstellwertes E2 die Rücknahme der Leistung veranlaßt wird, erzeugt die
Zeitstufe 15 periodische Impulse, die die Zähler 8, 9, 10 gleichzeitig surückstellen.
Dazu integriert der Integrator 12 ein an seinem Eingang anstehendes L-Signal so
lange, bis aie Ansprechschwelle des Triggers 13 erreicht ist. Am Ausgang des Triggers
13 entsteht.ein Sprung von O nach L, der auf das NOR-Glied 16'zurückge führt und
dort negiert den Integrator 12 nach Null zurücksetzt, wodurch auch der Trigger 13
wieder nach Null schaltet. Das Nullsignal am Ausgang des Triggers 13 erscheint am
Eingang des Integrators 12 als L-Signal und startet den Integrator 12 von neuem,
wie oben beschrieben. Dieser Vorgang wiederholt sich, wenn innerhalb der Integrationszeit
kein Rücknahmesignal, ausgelöst durch den Zählerstand des Zählers 9, an dem NOR-Glied
16 ansteht. Die Integrationszeit T des Integrators 12 ist durch dem Fachmann bekannte
Maßnahmen einstellbar. Solange die bistabile Kippstufe 11 nicht gesetzt ist, schaltet
der Ausgangsimpuls des Triggers 13 über das
UND-Glied IL die Zähler
8, 9, 1o zurück, Gleichzeitig wird durch den Impuls am negierenden Eingang des UND-Gliedes
7 das weitere Einzählen von Impulsen aus dom Analog-Digital-Wandler 6 in die Zähler
8, 9, 10 während des Zurücksetzens verhindert.
-
Hat der Zähler 8 den voreingestellten Wert E1 erreicht, wird - wie
bereits beschrieben - die Warneinrichtung betätigt und die bistabile Kippstufe 11
gesetzt. Deren Signal verriegelt im UND-Glied 14 die Weitergabe des Ausgangssignale
von Trigger 13 an die Zähler 8, 9, 10 zu deren Rückstellung. Durch diese Maßnahme
wird verhindert, daß die Zähler 8, 9, 10 gegen Ende einer Integrationsperiode des
Integrators 12 zurückgestellt werden, obwohl zwar die durch E2 eingestellte Überlastarbeit
noch nicht erreicht ist, aber durch die bisher gefahrende Überlast (E1) angenommen
werden-kann, daß sie erreicht wird.
-
Hat der Zähler 9 den voreingestellten Wert E2 vor Ablauf der Integrationszeit
T des Integrators 12 erreicht, wird - wie bereits beschrieben - durch das Signal
an der Klemme c die bistabile Kippstufe 11 zurückgesetzt und die Schaltungsanordnung
zur Rücknahme der Leistung auf Nennleistung betätigt. Da jedoch der Schwellwert
des Triggers 13 nicht erreicht wurde, werden die Zahler 8, 9, 10 wegen Fehlens eines
Rückstellsignals nicht zurückgestellt;
damit bleibt das Rücknahresignal
an der Klemme c und das Warnsignal an der Klemme b bestehen. Das Rücknahmesignal
setzt über das NOR-Glied 16 den Integrator 12 zurück und durch das hullsignal des
Triggers 13 wird der Integrator 12 von neuem gestartet. Wenn also vor Ablauf der
Integrationazeit des Integrators 12 der im Zähler 9 voreingestellte Wert E2 überschritten
wird, wird der Integrator 12 sofort zurückgestellt und die mit dem Rücksetzen des
Integrators' 12 nun beginnende Integrationsperiode ohne Abgabe eines Rückstellimpulses.an
die Zähler 8, 9, 10 wird als Pausemzeit bezeichnet. Damit wird erreicht, daß während
der Pausenzeit die Einrichtung, hier der Netzkupplungsumformen, nicht mit Überlast
betrieben wird.
-
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Netzkupplungsumformer,
bei dem zur Überwachung und Steuerung der Wirkleistung der Strom im Ständer des
Generators gemessen wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Überwachung und
Steuerung der Wirkleistung zusätzlich den Strom im Ständer des Motors heranzuziehen.
Dazu steuert die Zeitstufe 15 zusätzlich eine weitere, aus den Bausteinen 1 - 11
bestehende Baugruppe in der gleichen Weise, wie bereits beschrieben.