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Schalteinrichtung für das selbsttätige Zu- und Abschalten der Einheiten
eines Kraft- oder Unterwerks. Für das selbsttätige Zu- und Abschalten von Transformatoren
sind bereits Ferraris-Motoren verwendet worden, d. h. Motoren, bei denen auf eine
massive Metallscheibe Wechselstromelektromagnete wirken. Eine Hauptstromspule erzeugt
ein Drehmoment im einen Sinne und eine Nebenschlußspule ein solches im entgegengesetzten
Sinne. Durch die Hauptstromspule wurde der Bedarfsstrom selbst oder ein diesem proportionaler
Strom geschickt und deren Windungszahl in bezug auf die Feldstärke der Nebenschlußspule
so bemessen, daß beim Anwachsen des Stromes in der Hauptstromspule über ein gewisses
Maß die Scheibe im einen Sinne, beim Sinken des Stromes unter das angegebene Maß
im entgegengesetzten Sinne umlief. Von der Scheibe wurden Kontakte gesteuert, so
daß durch den im einen Falle geschlossenen Steuerstrom ein weiterer Transformator
zugeschaltet oder anderenfalls ein Transformator abgeschaltet wurde.
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Sollten mehrere Transformatoren nacheinander dem Energiebedarf entsprechend
zu-oder abgeschaltet werden, so erhielten die Hauptstromspulen der Ferraris-Motoren
verschiedene Windungszahlen. Demgemäß schaltet der Motor mit der Stromspule mit
der höchsten Windungszahl zuerst den ihm zugehörigen Transformator ein. Die anderen
Motoren wirkten entsprechend später. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil,
daß die verwendeten Ferraris-Motoren untereinander verschieden sind, und daß für
jeden ein Motor besonderer Bauart für den Fall des Versagens in Bereitschaft gehalten
werden muß. Wollte man nur einen :Motor in Reserve j halten, so hätte man ebenso
viele Stromspulen, als solche verschiedener Windungszahl benutzt werden, vorrätig
halten müssen und dann immer noch den Nachteil gehabt, daß vor einer Auswechslung
in den neu einzubauenden Motor erst die richtige Stromspule eingesetzt werden muß.
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Erfindungsgemäß wird eine wesentliche Vereinfachung des Betriebes
dadurch erhalten, daß die Strom- und Spannungsspulen sämtlicher Ferraris-Motoren
gleich ausgeführt werden, und daß die verschiedene Wirkungsweise dadurch erzielt
wird, daß Ohmsche oder induktive Widerstände vor die Spannungsspulen oder diesen
parallel geschaltet werden. Dieselbe Wirkung kann auch dadurch hervorgebracht werden,
daß bei gleicher Ausführung der Spannungsspulen und der Stromspulen den letzteren
verschiedene Ohmsche oder induktive Widerstände parallel geschaltet werden. Auch
kann bei gleicher Ausführung aller gegeneinander wirkenden Spannungs- und Stromspulen
das Feld der Stromspule durch eine zusätzliche Spannungsspule im Sinne der Stromspule
verstärkt werden. Diese zusätzliche Spannungsspule wird bei Drehstrom zwischen die
Phase der Stromspule und eine andere Phase (nicht Null) geschaltet, und es werden
in ihren Stromkreis abgestufte Widerstände gelegt, durch die das Zuschalten und
Abschalten der Betriebseinheiten nacheinander geregelt wird. Dienen hierzu an Stelle
von Einzelwiderständen Regelwiderstände mit verschiedenen Anschlüssen oder Kurzschlußvorrichtungen
für verschiedene Teile, so wird dadurch der weitere Vorteil erhalten, daß die Reihenfolge
des Einschaltens der von den Motoren gesteuerten Transformatoren auf einfache Weise
geändert werden kann. An Stelle von Transformatoren können übrigens auch beliebige
andere Apparate oder Maschinen (Gleichrichter, Einankerumformer usw.) gesteuert
werden.
In der Zeichnung ist in. Abb. x schematisch die Ausrüstung
eines Kraftwerks mit derartigen Schaltmotoren dargestellt.
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i bis 4 seien 'die Einheiten eines Kraftwerks, die über die Schalter
5 bis 8 an die Sammelschienen g und 45 durch die Schaltmotoren =o bis 13 angeschlossen
werden können. 14 ist eine Schaltuhr, die mittels der Steuerleitungen 15, ,i6, 17
und der Steuerstromquelle 18 den Stromerzeuger i bei Beginn des Betriebes einschaltet
und nach dessen Beendigung wieder ausschaltet. =g bis 21 sind die zu den Einheiten
2 bis 4 gehörigen Ferraris-Motoren mit den Spannungsspulen 22 bis 24 und den Stromspulen
25 bis 27. Die Spannungsspule 22 ist über den Vorschaltwiderstand 28, die Spannungsspule
23 über den Vorschaltwiderstand 2 g, die Spannungsspule 24 unmittelbar je mit einer
Klemme an die Leitung 3o angeschlossen; von den freien Klemmen der Spulen 22 bis
24 führen Verbindungen zu der Leitung 3=. An die Leitungen 30, 3= wird mittels des
Hilfstransformators 32 eine konstante Spannung gelegt.
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Die Stromspulen 25 bis 27 sind hintereinander in den Stromkreis der
Sekundärwicklung 33 eines Stromtransformators 34 geschaltet, dessen Primärwicklung
35 in die Sammelschiene g geschaltet ist, bevor von diesen die Speiseleitungen 36
abgehen.
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Auf der Welle des Ferraris-Motors =g sitzt ein Schaltarm 37, dem links
die Kontakte 38, 39 und rechts die Kontakte 40, 4= gegenüberliegen. Die Kontakte
39, 40 sind gemeinsam an einen Pol der Steuerstromquelle =8 angeschlossen.
Von dem Kontakt 41 führt die Einschaltleitung 42, von dem Kontakt 39 die Ausschaltleitung
43 zu dem Schaltmotor =i; anderseits geht von dem Schaltmotor il die Rückleitung
44 zu der freien Klemme der Steuerstromquelle 18.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Betriebseinheit i wird durch die
Schaltuhr =4 morgens zu einer bestimmten Zeit eingeschaltet. Infolgedessen werden
die Sammelschienen g und 45 unter Spannung gesetzt und der Transformator 32 gespeist,
so daß auch die Leitungen 30, 3= und die daran hängenden Spannungsspulen 22 bis
24 der Ferraris-Motoren =g bis 2i unter Spannung stehen. ' Wird den Speiseleitungen
36 Strom entnommen, so wird auch in der Wicklung 33 des Transformators 34 ein Strom
induziert, der die Stromspulen 25 bis 27 der Ferraris-Motoren durchfließt. Solange
die entnommene Energie von dem Stromerzeuger i allein geliefert werden kann, bleibt
die Schaltung ungeändert. Wächst er jedoch auf einen höheren Betrag an, so wird
das" Feld der Stromspule 25 im Ferraris-Motor =g so groß, daß ihr Drehmoment das
der Spannungsspule 22 überwiegt und die Metallscheibe sich im Uhrzeigersinne dreht.
Infolgedessen gelangt der Kontaktarm 37 an die Kontakte 40; 4i. Es fließt ein Steuerstrom
aus der Steuerstromquelle 18 über den Kontakt 40, Kontaktarm 37, Kontakt 41, die
Einschaltleitung 42, Schaltmotor =i, Rückleitung 44 zur Steuerstromquelle =8 zurück.
Der Schaltmotor =i legt den Schalter 6 ein und unterbricht in bekannter- Weise selbsttätig
den Steuerstrom, sobald der Einschaltvorgang beendet ist.
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Die Ferraris-Motoren 2o, 2= haben inzwischen ihre Steuerarme nicht
bewegt, da der Spannungsspüle 23 ein geringer Widerstand, der Spannungsspule 24
überhaupt kein Widerstand vorgeschaltet ist. Die Spannungsspulen nehmen infolgedessen
einen größeren Strom auf und erzeugen je ein stärkeres Feld, welches bei dem betrachteten
Belastungszustand stärker als das der zugehörigen Hauptstromspulen ist.
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Wächst der Strombedarf noch weiter an, so werden in entsprechender
Weise auch die Einheiten 3 und 4 eingeschaltet. Umgekehrt werden beim Sinken der
Belastung die einzelnen Stromerzeuger durch die Ferraris-Motoren auch wieder ausgeschaltet.
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Im vorliegenden Fall ist angenommen, daß es sich um ein Kraftwerk
handelt, welches mit Einphasen-Wechselstromerzeugern arbeitet. Es genügt natürlich
nicht, daß nur die Schalter 6 bis 8 eingelegt werden, sondern die Maschinen müssen
vorher angelassen und synchronisiert werden. Hierzu wird in bekannter Weise eine
Reihe von Apparaten benutzt, deren Arbeiten durch den Steuerstrom des Ferraris-Motors
eingeleitet wird, und die zuletzt auch das Einlegen der Schalter 6 bewirken. Mit
Rücksicht auf die Einfachheit der Darstellung sind die angegebenen Apparate fortgelassen.
Die Übertragung der Einrichtung auf Drehstromkraftwerke ergibt sich ohne weiteres.
Dasselbe ist der Fall für Unterwerke mit Gleichrichtern, da der zugeführte Drehstrom
unmittelbar ein Maß für die Energieentnahme aus dem Werk ist, sowie bei Unterwerken
mit andern Umformern, die zugeführten Dreh- oder Wechselstrom in Gleichstrom umsetzen.
Nur bei Gleichstromkraftwerken muß für die Speisung der Spannungsspulen ein Gleichstrom-Wechselstromumformer
vorgesehen sowie ein dem Gleichstrombedarf proportionaler Wechselstrom für die Stromspulen
erzeugt werden.
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Schließlich sei bezüglich des Ausführungsbeispiels gemäß Abb. i noch
darauf hingewiesen, daß man mit Rücksicht auf den Energieverbrauch die Ferraris-Motoren
möglichst klein wählen wird. Sie haben dann auch nur ein geringes Drehmoment, und
es wird zweckmäßig zwischen die Ankerscheibe und dem - Schaltarme
eine
Übersetzung eingefügt. Hierdurch wird noch der Vorteil erhalten, daß die Bewegung
des Schaltarms verlangsamt wird, und daß infolgedessen ein Schalten nur erfolgt,
wenn das Über- oder Unterschreiten einer Belastungsstufe längere Zeit anhält. Eine
kurze Belastungsspitze wird noch keinen Schaltvorgang auslösen, und es werden infolgedessen
die Schaltapparate nicht unnötigerweise beansprucht.
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Handelt es sich um die Steuerung von Unterwerken, die Speisestrom
an ein Bahnnetz abgeben, so wird es in vielen Fällen erwünscht sein, daß beim Auftreten
eines erhöhten Strombedarfs, der meistens, da er von dem Anfahren eines oder mehrerer
Züge herrühren dürfte, verhältnismäßig plötzlich auftritt, das Zuschalten weiterer
stromliefernder Einheiten möglichst schnell erfolgt. Um anderseits die von den Motoren
gesteuerten Schalter nicht unnötig oft arbeiten zu lassen, wird man beim Sinken
des Strombedarfs gegen eine längere Zeit verfließen lassen, ehe eine im Betriebe
befindliche Einheit abgeschaltet wird. Auch dies läßt sich mit dem Ferraris-Motor
besonders einfach erreichen.
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Zum Beispiel kann dies in derWeise geschehen, daß von der Welle 48
des Ferraris-Motors (Abb. 2) mittels der Zahnräder 49 bis 54 der Schaltarm 55 angetrieben
wird. Er trägt isoliert ein Kontaktstück 56, und in seinem Bewegungsbereich ragen
die paarweise angeordneten Kontaktfedern 57/58 und 59/6o, von denen die ersteren
im Ausschaltsteuerstromkreis, die andern im Einschaltsteuerstromkreis liegen. Die
Bewegungen des Schaltarms 55 werden durch die Anschläge 81 und 8z begrenzt.
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Nach dem Ausschalten nehmen die Teile die gezeichnete Lage ein, das
Kontaktstück 56 überbrückt die Kontaktfedern 57, 58, der hierdurch geschlossene
Ausschaltsteuerstromkreis ist durch das das Ausschaltkommando ausführende Organ
unterbrochen. Der Schaltarm 55 wird an einer weiteren Drehung im Uhrzeigersinne
durch den Anschlag 81 gehindert.
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Überwiegt jetzt das Feld der Stromspule, so dreht sich die Welle 49
im Uhrzeigersinn und infolge der Räderübersetzung der Arm 55 entgegengesetzt dem
Uhrzeigersinn. Sobald das Kontaktstück 56 die Kontaktfedern 59, 6o berührt, wird
der Einschaltsteuerstrom geschlossen und die zugehörige Einheit eingeschaltet. Dieser
Steuerstrom wird wieder selbsttätig durch den Einschaltmotor unterbrochen. Im übrigen
dreht sich der Steuerarm 55 noch weiter, das Kontaktstück 5 6 verläßt die Federn
59, 6o, und der Arm kommt erst zur Ruhe, wenn er sich gegen den Anschlag 82 legt.
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Sinkt anderseits der Strombedarf wieder so weit, daß die Spannungsspule
des zugehörigen Ferraris-Motors die Oberhand gewinnt, so dreht sich der Schaltarm
55 im Uhrzeigersinn. Er muß jedoch einen erheblichen Weg machen unter entsprechendem
Zeitaufwand, bis er wieder an die Kontaktfedern 59, 6o gelangt. Der hierbeieintretende
Stromschluß ist wirkungslos, da der Einschaltsteuerstromkreis durch den Schaltmotor
in der »Einc<stellung unterbrochen wurde und erst, wenn das Kontaktstück 56 die
Kontaktfedern 57, 58 erreicht, wird der Ausschaltsteuerstromkreis geschlossen und
die zugehörige Einheit außer Betrieb gesetzt.
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Da für eine bestimmte Winkeldrehung des Schaltarms 55 auch ein bestimmter
Zeitaufwand erforderlich ist, so ergibt sich ohneweiteres, daß bei dem Ausführungsbeispiel
ein Einschaltkommando nach Überschreiten der Belastungsstufe nur mit geringer Verzögerung,
ein Ausschaltkommando dagegen mit erheblicher Verzögerung gegeben wird.
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Für die Einrichtung von Kraftwerken mit den angegebenen Einrichtungen
wird es immer erwünscht sein, die Reihenfolge des Hinzu schaltens der Einheiten
ändern zu können; einmal, um eine gleichmäßige Abnutzung zu erzielen, und- zweitens,
um eine beschädigte Einheit aus dem Betrieb nehmen zu können. Ein einfaches Mittel
wäre es, einen Umschalter vorzusehen, der gestattet, die Steuerleitungen der verschiedenen
Ferraris-Motoren beliebig mit den verschiedenen Schaltmotoren der Kraftwerkseinheiten
zu verbinden. Auf einem Felde der Kraftwerkschalttafel muß dann dieser Umschalter
angebracht werden, und zu ihm sind die verschiedenen Steuerleitungen zu führen.
Eine einfachere Lösung ist die folgende: Es werden sämtliche Schalttafelfelder für
jede hinzuzuschaltende Betriebseinheit gleich ausgeführt, und die Vorschaltvriderstände
der Spannungsspule des Ferraris-Motors jeder Betriebseinheit sind für sämtliche
Belastungsstufen vorhanden. Das Einschalten des entsprechenden Widerstandes kann
dann ohne weiteres die Ordnungsnummer der Betriebseinheit in der Reihenfolge des
Einschaltens eingestellt werden.
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Um Irrtümer bei dieser Einstellung zu vermeiden, können Steckkontakte
in jeder Schalttafel vorgesehen werden, wie sie Abb. 3 zeigt. Die Kontakte 61, 62,
63 liegen an der einen Klemme der Spannungsspule 22 des Ferraris-Motors, die andre
Klemme liegt an derSekundärwicklung des Transformators 32, dessen freie Klemme über
Vorschaltwiderstand 28 an Kontakt 64, über Vorschaltwiderstand 29 an Kontakt 65
und unmittelbar an Kontakt 66 geschaltet ist. In der Reihe der mit verschiedenem
Innendurchmesser ausgeführten Kontaktpaare 6i/64, 62/65 usw. liegen die Löcher 7o,
71, 72. Diese bieten die Sicherheit, daß beispielsweise die Kontakte 61, 64 nur
durch den in Abb, 4 in der Seitenansicht gezeichneten
Stecker überbrückt
werden können, der neben den Kontaktstiften 73, 74 gegenüber dem Loch 7o den Stift
75 trägt. Der verschiedenen Lage der Löcher 7o bis 72 entsprechend sind drei verschiedene
Stecker vorhanden und, wenn alle eingesetzt sind, ist ohne weiteres ein regelrechter
Betrieb gewährleistet, und Versehen infolge unachtsamer Bedienung der Stecker sind
unbedingt ausgeschlossen.
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Die beschriebene Anordnung ist insofern noch nicht vollkommen, als
das Schalttafelfeld der Betriebseinheit i noch anders als das der hinzuzuscbaltenden
Betriebseinheiten ausgebildet ist. Ferner hat die Anordnung den Nachteil, daß die
Grundbelastung des Werkes immer derselben Betriebseinheit auferlegt wird.
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Abb. 5 zeigt eine Abänderung der Abb. i mit lauter gleich ausgeführten
Schälttafelfedern, und zwar sind der Übersichtlichkeit halber alle Teile fortgelassen,
die für das Verständnis nicht erforderlich sind. Es ist hier auch für die Steuerung
der Betriebseinheit i ein Ferraris-Motor von genau der gleichen Bauart wie für die
übrigen Betriebseinheiten angeordnet. Jeder Ferraris-Motor besitzt einen vollen
Widerstandssatz, so daß er die zugehörige Einheit in irgendeiner eingestellten Reihenfolge
hinzuschalten kann.
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Die an die Schaltmotoren io bis 13 angeschlossenen Ein- und Ausschaltleitungen
sind an die Hebel von doppelpoligen Umschaltern gelegt. Mit diesen Hebeln können
sie entweder (in deren Lage nach oben) mit den von dem zugehörigen Ferraris-Motor
kommenden Leitungen, z. B. 42, 43, für Schaltmotor ii verbunden werden. In der zweiten
Stellung (Lage der Hebel nach unten) verbinden sie die Schaltmotorleitungen mit
den Schienen 5o und 51, die durch die Leitung 15 oder 16 von der Schaltuhr 1q. aus
unter Spannung gesetzt werden.