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Selbsttätige Parallelschaltvorrichtung Die bekannten selbsttätigen
Synchronisierungseinrichtungen, die zum Parallelschalten von Wechselstromquellen,
z. B. Generatoren oder Verteilungsnetzen, dienen, deren Frequenzen wesentlich voneinander
abweichen, haben gewisse Nachteile, wenn es sich darum handelt, Wechselstromkreise
parallel zu schalten, deren Spannungen relativ geringe oder überhaupt keine Frequenzunterschiede
aufweisen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn verschiedene Teile eines Netzes,
die von einer gemeinsamen Stromquelle aus gespeist werden, parallel geschaltet werden
sollen. Die Erfindung hat eine selbsttätige Parallschalteinrichtung zum Gegenstand,
die insbesondere für diese Fälle geeignet ist und sich durch Einfachheit und Billigkeit
sowie gute Einstellbarkeit entsprechend den jeweiligen Verhältnissen auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist ein Waagebalken angeordnet, welcher von -zwei entsprechend den
Spannungen der parallel zu schaltenden Netzteile erregten Elektromagneten betätigt
wird und welcher bei seiner Bewegung einen zweiten Waagebalken entgegen der Wirkung
eines an diesem angreifenden, von der Resultierenden der beiden Spannungen beeinflußten
Elektromagneten in die zum Schließen des die beiden Netzteile verbindenden Schalters
erforderliche Lage zu bringen versucht. Die Waagebalken sind so angeordnet, daß
der Schließstromkreis für den Verbindungsschalter geschlossen ist, wenn die Resultierende
der beiden Spannungen Null ist, ungeachtet, ob die Höhe der Spannungen übereinstimmt.
Die Waagebalkenanordnung kann so bemessen und einstellbar sein, daß der Schließstromkreis
vor Eintritt der Phasenübereinstimmung geschlossen wird, sofern die Spannungen ungleich
sind, insbesondere dann, wenn die Differenz zwischen den Spannungen der Differenz
zwischen den Phasenwinkeln der parallel zu schaltenden Netzteile entspricht. Der
Waagebalken, welcher von den an den Spannungen der parallel zu schaltenden Netzteile
liegenden Elektromagneten betätigt wird, wird durch zweckmäßig als Federn ausgebildete
Zwischenglieder mit dem zweiten Waagebalken derart verbunden, daß jeder Ausschlag
des ersten Waagebalkens nach einer von den beiden Richtungen eine Verstellung des
zweiten Waagebalkens im Sinne der Schließung des Verbindungsschalters zur Folge
hat.
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Die Abb. r zeigt eine Parallelschaltvorrichtung gemäß der Erfindung
in schematischer Darstellung. In der Abb. 2 ist graphisch die Arbeitsweise der Erfindung
erläutert.
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Innerhalb des gestrichelten Rechteckes r o ist die eigentliche Parallelschaltvorrichtung
gezeichnet.
i i und 12 sind zwei Waagebalken, die durch die Federn 13 miteinander in Verbindung
stehen, und zwar so, daß jede Drehung des Waagebalkens 12 den Waagebalken i i im
Uhrzeigersinne dreht. Auf der anderen Seite des Waagebalkens i i greift ein Elektromagnet
14 an. Ferner ist an ihm ein Kontakt 15 vorgesehen, der mit einem festen Kontakt
16 zusammenarbeitet. Normalerweise ist der Waagebalken i i im Gleichgewicht, und
zwar durch ein Gewicht 17, welches einstellbar sein kann. Dabei sind die Federn
13 nicht gespannt. Der Waagebalken 12 wird durch zwei Elektromagneten 1811 und 18b
betätigt. i9 ist ein Verzögerungsrelais, dessen magnetischer Kern vorzugsweise mit
einem in einem nichtmagnetischen Rohr schleifenden Kolben verbunden ist und unter
dem Einfluß einer das Rohr umschließenden Wicklung steht. Es kann jedoch auch irgendein
anderes geeignetes Verzögerungsrelais verwendet werden.
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Durch die Parallelschaltvorrichtung sollen zwei Wechselstromkreise
2o und 2i miteinander verbunden werden, insbesondere nebeneinanderliegende Teile
desselben Verteilungsnetzes. 22 ist ein Schalter zur Verbindung der beiden Teile.
Seine Schließspule wird von einem Relais 23 gesteuert, welches in einem Stromkreis
liegt, der über die Kontakte 15, 16 der Parallelschaltvorrichtung verläuft. Die
Elektromagnete 18a und i8b werden von . zwei Spannungswandlern 24 und 25 gespeist.
Einander entsprechende Phasen dieser Spannungswandler sind über eine Leitung 26
geerdet, und die Resultierende der in den Sekundärwicklungen der Wandler induzierten
Spannungen wird dem Elektromagneten 14 aufgedrückt, der in Reihe mit einem Rheostaten
27 liegt. Die Sammelschienen 28 und 29 liefern die zur Betätigung des Schalters
22 und der anderen Hilfseinrichtungen erforderliche Energie und können entweder
von einer Gleichstromquelle oder einer Wechselstromquelle, z. B. von einem der Spannungswandler
24, 25 gespeist werden. Durch Schalter 30, 31 und 32 kann -die Parallelschaltvorrichtung
in Betrieb gesetzt werden. Zweckmäßig werden diese Schalter alle gleichzeitig entweder
von Hand oder elektrisch gesteuert. Sie können untereinander so verriegelt sein,
daß sie alle gleichzeitig geschlossen werden.
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Es wird angenommen, daß die Netzteile 20, 21 verschiedene Teile eines
gemeinsamen Verteilungsnetzes sind, so daß die Frequenz ihrer Spannungen dieselbe
ist. Der absolute Wert der Spannungen jedoch kann wegen der Größe der an den Netzteilen
hängenden Belastung verschieden sein. Ebenso kann auch die Phasenlage der beiden
Spannungen von der genauen Phasenübereinstimmung infolge verschiedener Leistungsfaktoren
abweichen. Um die Einrichtung in Betrieb zu setzen, werden die Schalter 30, 31 und
32 und somit die Stromkreise der Magnete i4, 18a und i8G sowie des Verzögerungsrelais
i9 geschlossen. Das Relais i9 schließt nach einer gewissen Zeit seinen Kontakt 33
und legt dadurch den Kontakt 15 an die Sammelschiene 29. Wenn die Spannungen der
beiden Stromkreise 2o und 21 in bezug auf Phase und Größe einander gleich sind,
wird die Resultierende dieser Spannungen Null und der Elektromagnet 14 infolgedessen
nicht erregt. Die Elektromagneten i8a und i8v werden gleich stark erregt, so daß
der Waagebalken 12 nicht verstellt wird. Da die Kontakte 15 und 16 miteinander verbunden
sind, wenn der Waagebalken i i im Gleichgewicht ist, wird der Stromkreis des Relais
23 geschlossen und damit der Schalter 22 eingeschaltet.
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Wenn dagegen die Spannungen der beiden Stromkreise zo und 21 ungleich
sind, wird natürlich die Resultierende der beiden Spannungen, selbst wenn sie genau
in Phase sind, eine bestimmte Größe haben. Diese Spannung, an der der Elektromagnet
14 liegt, wird versuchen, die Kontakte 15 und 16 voneinander zu trennen. Selbst
wenn die Spannungen der Stromkreise 2o und 2i in Phasenübereinstimmung sind und
dieselbe Frequenz haben, kann in diesem Fall bei den bekannten Anordnungen nicht
parallel geschaltet werden, obgleich die Bedingungen für ein Parallelschalten günstig
sind. Es ist die Aufgabe des Waagebalkens 12 und seiner Betätigungsmagnete, diese
Nachteile zu beseitigen. Die Elektromagneten i 8a und i S# werden entsprechend den
Spannungen der Stromkreise 2o und 2i erregt, und der Waagebalken 12 wird infolgedessen
eine Stellung einnehmen, die abhängig ist von den relativen Größen dieser Spannungen.
Mittels der Federn 13 wird diese Bewegung auf den Waagebalken i i übertragen. Ein
wesentliches neues Merkmal der Erfindung besteht nun darin, daß, ungeachtet nach
welcher Seite der Waagebalken i8 ausschlägt, das heißt, welche von den beiden Spannungen
größer ist, die Wirkung dieser Spannungsungleichheit stets dieselbe ist. Es ist
klar, daß auf diese Weise eine Ungleichheit in den parallel zu schaltenden Spannungen
kompensiert wird, so daß, wenn die Spannungen beider Stromkreise in Phase sind,
sie auch sofort parallel geschaltet werden, selbst wenn die Spannungen in der Größe
voneinander abweichen und eine resultierende Spannung den Elektromagneten 14 erregt.
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Das Verzögerungsrelais ig dient dazu, die Erregung des Relais z3 zu
verhindern, in dem Augenblick, in dem die Schalter 30, 31
und 32
geschlossen werden. Auf diese Weise wird eine Parallelschaltung verhindert, bevor
die Einrichtung zu arbeiten begonnen hat.
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Der Rheostat 27 dient dazu, den Einfluß der Größen, die zur Kompensierung
der Spannungsungleichheit dienen, entsprechend zu regeln. Durch Veränderung der
Einstellung des Rheostaten 27 kann der Einfluß der Spulen iSa und 18b in weiten
Grenzen verändert werden. Diese Veränderung ist in der Abb. 2 dargestellt, in der
eine Anzahl Kurven die Beziehungen zwischen dem Voreilwinkel, bei dem parallelgeschaltet
wird, und verschiedenen Spannungsdifferenzen bei verschiedenen Einstellungen des
Rheostaten 27 zeigen. Auf der Abszisse ist der Voreilwinkel, auf der Ordinate die
Spannungsdifferenz aufgetragen. Aus den Kurven läßt sich ersehen, daß der Voreilwinkel,
bei dem die Einrichtung eine Parallelschaltung veranlassen wird, mit der Vergrößerung
der Spannungsdifferenz anwächst. Bei einer bestimmten Spannungsungleichheit jedoch
nimmt der Voreilwinkel sehr schnell ab, und über einer gewissen Spannungsdifferenz
wird die Parallelschalteinrichtung nicht mehr den Verbindungsschalter schließen.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Parallelschaltung zweier Wechselstromkreise
zu verhindern, wenn ihre Spannungen um mehr als einen bestimmten Betrag voneinander
abweichen.
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Eine andere Einstellung der Parallelschalteinrichtung kann durch Verstellung
des Kontaktes 16 nach oben oder unten vorgenommen werden. Diese Einstellung erlaubt
es, eine Parallelschaltung bei einem bestimmten Voreilwinkel für irgendeine Spannungsdifferenz
vorzunehmen. Z. B., wenn der Kontakt 16 um einen bestimmten Betrag nach oben
verstellt wird, wird die Arbeitsweise der Parallelschalteinrichtung durch eine Kurve
angezeigt, die ähnlich den in der Abb.2 dargestellten ist.